《铁路施工组织与管理》课程设计--新建铁路-线土石方工程施工组织设计

'铁道工程专业《铁路施工组织与管理》课程设计任务书和指导书土木工程系2011.9 《铁路施工组织与管理》课程设计任务书一、设计题目：新建铁路线土石方工程施工组织设计╳工程施工队承担╳╳新线铁路临时轨排基地的土石方工程任务，（其中包括基地面积为长300m宽90m的广场；基地两侧沿线路外伸250m的路基土石方工程）。基地初步标高按线路设计标高取平均值；泄水坡为单向坡i=3‰；土方边坡挖方为1:1.25，填方为1:1.5。原始资料为线至段设计平面图及纵断面图各一份，线路为Ⅰ级单线。二、施工条件：1．计算所需的施工机具均按需配备供应；2．所需劳力全部满足要求；3．施工在非雨季进行，月平均气温为20oC。三、设计内容1．计算基地及基地两侧路基土方工程量；2．确定土方调配方案，选择施工方法；3．选择施工机械，确定施工机械走行路线；4．计算施工工期；布置现场平面图。四、设计成果及要求：1．编写课程设计说明书，（约8000字）2．绘制现场平面布置图1张（2#图纸）3．绘制路基横断面图（比例：1:200） 新线铁路单位工程施工组织设计指导书一、本设计的主要设计内容为：1．计算基地及基地两侧路基土方工程量：2．确定土方调配方案，选择施工方法；3．选择施工机械，确定施工机械走行路线；4．计算施工工期，布置现场平面图。二、设计方法与要求1.工程量计算：1.1基地土方量计算：已知基地长300m宽90m，i=3‰；边坡（填方为1:1.5，挖方为1:1.25）。计算步骤为：步骤1.在平面图上找出接近线路或通过线路较为平坦的场地(>300m×90m),布置方格网,（边长取30m），形成30个方格。在平面图上找出每个方格角点的地面标高。步骤2.由于设计标高取该段线路标高的平均值，所以在纵断面上找出相对应的线路设计标高，并求得平均值Hn‘，基地要求单向泄水，∴基地的方格角点设计标高Hn=Hn‘±li步骤3.求施工高度hh=Hn-H地计算“+”为填方，“-”为挖方Hn——角点设计标高；H填——角点自然地面标高。步骤4.确定零线，即填挖的分界线。确定零线，首先在各方格边上找出不填不挖的零点，零点位置确定公式x2=a-x1； x1、x2——零点至方格角点距离；h1、h2相邻两角点施工高度的绝对值。a——方格边长将相邻边线上的零点相连，即为零线。步骤5.计算各方格土方量。零线将方格划分为三角形、四边形和梯形，计算公式（见附录附表1）将计算结果分别按填方与挖方求出总土方量。步骤6.计算边坡土方量，⑴绘出边坡图⑵边坡图中将形成两种相似图形，即三角棱锥体和三角棱柱体，其计算公式：三角棱锥体：三角棱柱体：将计算结果分别按填方、挖方求出边坡总土方量。步骤7.计算总土方量将方格土方量与边坡土方量分别按填方与挖方相加求得土方总工程量。1.2.基地两侧路基土石方工程量计算。已知线路为一级单线，从《路基规范》中查得路基面宽度。路基顶面标高由纵断面图相应中心点求得。路基土石方计算方法：可采用平均断面法或平均距离法，计算公式⑴平均面积法：⑵平均距离法： 式中：A1A2A3……An每个断面面积L1L2L3……Ln-1两相邻断面间距离。由公式知道路基土方计算的关键是横断面地形，横断面地形高度>线路设计标高。即为挖方路堑，横断面地形高度<线路设计标高，即为填方路堤。横断面的计算步骤为：步骤1：作横断面图，可采用方格法，在方格纸上绘图，比例采用1cm=1m。先绘出线路中心线，作出路基设计标高的路基面宽度。再在平面图上找出相应点的线路中心线地面标高。在该相应点上，作垂直于线路的横断面线，两边各延伸20m。在两边横断面上，平坦地区可每边找出3点地面标高，复杂地区找出5点地面标高，这样每个横断至少有7点地面标高相连。路基面两端与地面以坡度线相连。图示可绘结果为挖方路堑断面。图(A)步骤2：根据所绘出的路基断面图可计算出路基断面面积。（1）可利用方格比例1cm=1m，求出断面积。（此法结果为估计，精度低）（2）采用计算方法。利用绘制时的断面点及路基面等已知标高，将路基断面划分为若干个三角形和梯形，分别求其面积。 步骤3：用平均面积法求出个取土方量，将土方量填入表中。（表1）表1序号里程挖方面积Fw填方面积Fr挖方量VW填方量VT备注123...n2确定土方调配方案2—1区间路基土石方调配：根据地形区间路基土方存在有以下三种情况（1）平原地区：一般以路堤为主，填土从取土坑中取土，运距多为横向，距离短； （2）丘陵地区：一般为路堤、路堑并存，土方尽量采用纵向移挖作填；（3）山区：一般沿河谷线走行，并以路堑为主，大多为半堑半堤，故采用横向移挖作填，并有大量的弃土。上述三种情况，土方调配时应尽量移挖作填，以减少工程数量，如何达到最佳调配方案，应着重研究最佳运距。尤其是纵向运距,如果无特殊要求情况下，应计算出最佳运距的经济比较。2—1-1经济运距计算公式为：设路堑1m3的挖土，纵向运送L距离到路堤的费用为Am，则Am=A+bL……（1）A:挖1m3土并装到运送工具上的费用；b：1m3土运送1m距离的费用。如果上述路堑挖方不纵向运至路堤，而运往弃土堆，路堤就由取土坑取土，横向运至路堤的费用则为AnAn=（A+bL弃）+（A+bL取）……（2）L弃：挖土运至弃土堆的距离；L取：取土坑运至路堤的距离当满足Am≤An时，L值即为经济运距A+bL≤（A+bL弃）+（A+bL取）所以L=A+（L弃+L取）b/b……（3）2—1-2调配方法：一般采用表上作业法，见表2 起讫里程段落编号断面方数m3利用方数m3自何处来往何处去运距m施工方法技术量路堤路堑路堑路堤往路堤往弃土堆自取土坑自路堑人力施工机械施工171+293~171+456129757.2029757.22029757.2171+465~171+64029997.51058.51058.589391058.5本段内调配309997.5171+640~171+8003408.91436.1408.91027.2408.9本段内调配401436.1171+800~171+97443635.551226.61226.92408.951226.6本段内调配403635.55171+974~172+1505172+150~172+4106116590116592011659172+410~172+65078418.308418.3208418.3172+650~172+94085956.15051.65051.6904.55051.6本段内调配1305956.1172+940~173+0719010298.610298.62010298.6173+071~173+242101728.62669.281728.62940.861728.6本段内调配802669.28表2 调配也可采用土积图法或土方数量图法。2—2站场土石方调配：站场土石方工程量计算结果，将出现挖方与填方不同区段。如何将挖方充分运用到填方中去，以减轻施工机械和运输数量，降低成本，这就需要认真调配。调配的关键是确定挖方区至填方区的平均运距和运土单价。（平均运距是指挖方区土方重心至填方区土方重心之间距离）2.2.1求重心方法：取场地或方格网中，纵、横两边为坐标轴，分别求出各区间的上方重心的位置。即；。……(4)X、Y：挖方或填方调配区的重心坐标；V：每个方格的土方量；x、y：每个方格的重心坐标。2—2-2求填、挖方区间之间的平均运距……（5）XT、YT：填方区的重心坐标Xw、Yw：挖方区的重心坐标2.2.3表上作出法进行最优土方调配实例最优调配方案是以线形规划为理论基础。常用的“表上作业法”求解。方法其步骤如下：[已知]某上地有W1、W2、W3、W44个挖方区，T1、T2、T33个填方区，其相应的挖、填土方量和相互调配区的运距见图1所示。步骤1：根据图1所示编制土方调配表（见表3）土方调配表挖方区填方区挖方量（m）T1T2T3W1X1150X1270X13100A1=500W2X2170X2240X2390A2=500W3X3160X32110X3370A3=500W4X4180X42100X4340A4=400填方区（m3）B1=800B2=600B3=5001900 表中Xij为待求的调运量（未知数），根据平衡条件，达到最佳方案，需满足：目标函数：Cij为每对调配区运距约束条件：；。步骤2：编制初始调配方案。为使目标函数较小，并减少运算次数，可采用“最小元素法”编制。即优先对运距最小的调配区进行调配。表3中，X2-2与X4-3相应运距均为40m，故W2和W4挖方供应给T2和T4填方区，以此类推，W1挖方供给T1填方区，最后得初始调配方案，见表4。表4初始调配方案挖方区填方区挖方量（m）T1T2T3W150050X70X100500W2X7050040X90500W33006010011010070500W4X80X10040040400填方区（m3）8006005001900由初始调配方案，计算其目标函数值为minS=500*50+500*40+300*60+100*110+100*70+400*40=97000(m3-m)步骤3：调配方案最优化检验尽量方案以“最小元素法”调配原则编制，各目标函数是较小，但不能确定为最小，所以要进行检验。检验采用假想运距法，此法较为简便。假想运距是假设方案最优时的虚拟运距。在假想运距条件下，方案任意调整。若原运距均大于或等于其对应的假想运距，则目标函数不能再降低，即方案为最优。如果原运距小于其对应的假想运距，则目标函数值还可降低，即方案不是最优。假想运距法的编制方法（见表5）。先将有解（X≠0）的方格运距填入表中，（表中有影线格）。然后按矩形对角线上运距之和两两相等规律，从适当的方格开始，逐一求出无解（即X=0表中方格画有X）方格的假想运距，即得假想运距表（表5） 假想运距表（表5）挖方区填方区T1T2T3W15010060W2-10400W36011070W4308040用原运距减去假想运距来检验表6，表中出现负值，说明方案不是最优的，需进行调整。检验表表6挖方区填方区T1T2T3W10-3040W280090W3000W450200步骤4：方案调整调整方案的目的是降低目标函数值，调整时应重新平衡。闭回路表填方区挖方区T1T2T3W1W2W3W4500300X500100100400调整采用“闭回路法”，从负值格（X12）出发，沿水平或竖直方向前进，迂到适当的有解（X≠0）方格作90度转弯，然后依次前进，表7转回到出发点，形成闭回路，见表7。 闭回路作出后，对其大运距的有解方格变为零，其有解值转如X12负值格，并调整其它值，使其约束条件不变。调整后的新调配方案见表8，对新的调配方案再求出新的调整运距表，用前边方法再去检验，直至找出最优方案为止。表8新的调配方案挖方区填方区挖方量（m3）T1T2T3W14005010070100500W2705004090500W34006011010070500W48010040040400填方区（m3）8006005001900新方案经检验，均为≥0，故方案为最优，其目标函数值为：minS=400*50+100*70+500*40+400*60+100*70+400*40=94000(m3-m)步骤5：绘出土方调配图将最后的调配方案绘制成土方调配图（见图2）。图上注明填、挖调配区，调配方向，土方数量及平均运距。土方调配完成后，就可以确定施工方法，选择最佳的施工方案。3.确定施工方法，选择施工方案。施工方法的确定，只要根据土石方工程量的大小及其分散程度；填、挖方的位置及其运距大小；地形情况、施工工作面的大小；以及施工单位的技术条件等等。我国长期以来，在采用人工施工及半机械化施工中，已形成很多形之有效的施工方法，可以借以参考（见附表3）。随着机械化施工越来越显出其优越性，不但减轻劳动强度，提高功效，且能缩短工期，保证质量。在土方量集中的工地上，尤显优越。近年来，我国发展起来的中小型液压土方机械，它的多功能性和灵活性，非常适用于土方量不大，且分散的施工工地，这为施工单位广泛采用机械化施工提供有利的条件。在选择施工方法中，应尽可能根据现场实际情况，优先采用机械施工。4。选择施工机械，确定施工机械走行路线。表9为机械工作限额表；表10为各种运输方法及运用范围，供参考。 表9机械工作限额表顺序机械名称规格工作限额附注1．挖土机0.25~0.5立方米5000~10000立方米土方数量不少于2．挖土机1~2立方米15000~40000立方米3．铲运机2~2.5立方米5000立方米4．铲运机6.0立方米5000~10000立方米5．铲运机6.0立方米以上20000~20000立方米6．推土机C—80，c—140不限制7．拖式卷扬机5000立方米表10各种运输方法及适用范围运输方法适用运距起码运距附注人力挑抬运一般在50米以内20米（增运每级为10米）在特殊条件下使用架子车运一般在300米以内50米（增运每级为50米）斗（平）车运输一般在300米以上200米（增运每级为10米）推土机20~70米20米（增运每级为100米）拖式铲运机100~700米200米（增运每级为100米）自行式铲运机300~400米倾卸汽车0.5~5公里1公里（增运每级为1公里）4—1选择挖土机施工挖土机施工必须配备自卸汽车进行运输，并配备其他机械压实。4—1-1挖土机数量确定挖土机数量N是根据土方量大小和工期要求确定。N=Q/(P*T*C)(台)┄┄（1）Error!Nobookmarknamegiven.Q：土方量（m3）；P：挖土机生产率（m3/台班）T:工期(工作日);C:每天工作班数;单斗挖土机的生产率计算公式生产率p=(8×3600／t)×g×(Kc/Ks)×KB（m3/台班）……(2)q:挖土坑斗容量(m3)KB:工作时间利用系数(0.7~0.9)Kc:土斗的充盈系数(0.8~1.1)t:挖土机每次作业循环延续时间(s)一般为25⌒40s　　　　　　　　Ks:土的最初可松系数;4.1.2运土车辆配套计算运土车辆的数量N1,应保证挖土机连续作业,可按下式计算N1=T1/t1……(1)T:运土车辆每一工作循环延续时间(min)T1=t1+2l/Vc+t2+t3 t1:运土车辆每次装车时间(min.).t1=n*tn:运土车辆每车装土次数;Q:运土车辆的;载重量(吨);r:实土容重(吨/m3);一般取1.7吨/m3l:运土距离(m)Vc：重车与空车的平均速度(m/min);一般取20-30km/ht2:卸土时间;(一般取1min)t3:操纵时间.(一般取2—3min)4.2选择铲运机施工应绘出铲运机的开行路线.环形路线:运用于地形起伏不大,施工取较短地段.(每一环线只完成一次铲土与运土).“∞”字型路线:适用于地形起伏较大,施工地取较长的路基填筑和场地平坦(每一循环可完成a二次铲土与卸土).如果需要其它推土机助铲,则应列出机械数量.4.3选择推土机施工:应列出推土机使用方法,如有推土机铲土专用,有推土机整平,压实等.5.施工工期的计算:路基土石方施工进度取决于弃土的位置,土壤种类,施工方法,机械设备,运输机具以及季节等因素.5.1土石方集中地段的工期计算分式(工作天)式中:T::该取土石方需用的工期(工作天);W::土石方集中地取的工程数量;(m3)按施工方计.g::某种机械设备的台班产量;(若为人工施工,则为人力施工的产量定额)a::每天作业班数;N:每班的机械台数(人力施工时为每班施工人数).5.2施工工期的总体要求路基土石方工程在每一施工区段准备工作完成后或进展到一定程度即可开工,也可与小桥,涵洞同时开工,但其竣工应落后于桥涵工程,并必须在正线铺轨前半月完成,因此计算出工期,经验算,工程不能在铺轨前半月完成,就将应考虑开工日期提前或增加机械(或人力)及工作班数,以确保施工任务如期完成.表11,12为分项工程劳动力指标和施工进度综合指标可参数. 分项工程劳动力指标表11项目指标备注项目指标备注土石方(人工,机械综合)0.38工天/m3按断面方计,不包括附属土石方机械开挖单挖单线隧道线隧道155工天/m石质每米综合,不包括铺助导坑挡土墙,浆砌片石1.5工天/m3人力开挖单线隧道197a工天/m土质每米综合,不包括铺助导坑大桥101工天/m铺轨(综合)1350工天/正线公里包括站线及铺碴中桥94工天/m铺轨(单项)395工天/铺轨公里小桥138工天/m铺碴0.30工天/m3涵管35-46架桥6.5工天/m包括桥面系土石方工程施工进度综合指标表12工程项目施工方法综合指标附注土石方人力施工2.0m3/工天按施工方计机械施工60―80m3/台班按施工方计人力机械施工15―20m3/工天按施工方计土方机械施工200，000m3/队.月石方潜孔爆破1000m3/队日潜孔钻机打眼,装载机,倾卸汽车配合,每日三班5.3施工组织进度安排见附图16施工场地平面布置图:评见附图2三设计成果1.设计说明书:包括:工程概况,工程量计算,土方量调配,施工方法的选择,施工机械选择,及机械走行路线的确定.,施工工期的计算等(约8000字)2绘制现场平面布置图1张 一般施工方法及适用范围附表2施工方法适用范围优缺点平台(框架)漏斗装土适用于土方集中的傍山挖方和取土工点1.节省劳动力,,工效高,同时具备铲土和漏斗装土两种作用1.结构简单2.用木材多,移动困难土溜槽棱槽漏斗装车1适宜于工黄土地带的傍山挖方和取土地点2.山坡高度为5⌒25,坡度为1:1.5⌒1:1较为合适,但土块不宜过大,否则会阻塞漏斗3,边坡较高,挖在山腰设防护网挡板或挡墙以保证安全.1.装车快,省劳动力.2.安装漏斗简单,灵活性大,只要地形许可.可任意设置.3.适用于多种运输工具.坡脚导坑漏斗装土1适用于土.土夹卵碎石,风化页岩等2.开挖土块顶粒较小为宜1生产连续不断,加速车辆周转.2.架漏斗搭设简单.3.以2⌒3个漏斗孔较为经济.架子车与卷扬机牵引架子车运输1.架子车广泛使用于各种地质地形的填挖方工程2.卷扬机牵引架子车主要用于高填方及工程量集中的工点.1效率高.劳动强度小,卸土容易.2车子结构简单,设备安装容易.3联合使用时操作简单,设备安装容易.4.卷扬机开动时产生的突然冲力,绳索磨损大,容易断.自动溜放循环翻板列车运输1.适用于傍山坡的大量取土.2.利用自然地形及纵坡,车辆依靠重力溜动,如不是则安置导轮.3提高装车速度,加速循环.4.一般运距在100⌒500米适宜.1.容量大,装卸方便,工效高.2.利用位能,以重带轻,大大减轻劳动强度.3需要倒装,平土,影响工效.4,轨道下面填土,不易夯实.人推轨道翻板车1.适用于土石方数量较大,工程量集中地段.2.人力推车,重车坡度要平缓,最好下坡.3.若进行溜放时,坡度应在20％以内,两面三刀车相距必须大于80米.1.翻板车可以就地取材,制造简单,操作容易.便于维修.2.工效高,减轻劳动强度,节省人力.3车箱高,装土困难.滑坡索道滑坡索道主要是利用自然位能作动力,以重带轻,凡在悬崖陡坡,跨越河流,从上向下运输,1.结构比较简单.2.装土如用人工,不能充分发挥索道作用.3.运量小.'