盾构法施工后配套运输方案

地铁盾构法施工后配套轨道运输方案地铁盾构法施工后配套轨道运输方案 摘要：摘要：土压平衡式盾构法施工的后配套运输系统配置方案，涉及到与盾构机能力匹配及 施工进度、一次配置成本或长期使用成本、对本标段或今后不同标段的适用性、以及施工 管理的易操作性等问题。一台盾构机，如要达到较高的施工进度必须配置强大的后配套运 输系统。如要取得较高的施工效益必须配置最佳的后配套运输系统。 目前，国内盾构法施工的后配套运输系统基本上均采用有轨运输方式。运输系统的主要 参数与隧道长度、隧道坡度、工程进度要求、盾构机型号及参数有关，也与施工单位的管 理方式有关。前者是必须满足的必要条件，后者是可综合考虑的相关因素。 一、轨道运输系统的组成和运输循环一、轨道运输系统的组成和运输循环 1 1地铁盾构法施工的场地特点地铁盾构法施工的场地特点 一般来说，地铁车站就是盾构机的始发点。而地铁车站一般均设在地面以下，在地铁车 站主框架施工完毕后，盾构机开始在车站里面组装始发。隧道和盾构机距地面 15 米到 30 米不等。盾构机施工期间，车站主框架要为盾构机设一安装井，同时也作为出渣井。有时 除安装井外还专门另设出渣井。这种场地特点，使渣土从隧道运出后，需要垂直提升到地 面上倒卸后再运走。其他材料也要从地面垂直下放到井底再转运到隧道里。 2 2轨道运输系统设备组成轨道运输系统设备组成 上述地铁盾构法施工的场地特点，决定了轨道运输系统必须由以下设施组成： 由提升门吊、门吊上的翻转倒碴装置（或固定在地面上的翻转倒碴装置）由提升门吊、门吊上的翻转倒碴装置（或固定在地面上的翻转倒碴装置） 、门吊轨线、地、门吊轨线、地 面渣仓等，组成垂直提升的运渣倒碴系统、以及管片、材料垂直下放系统。面渣仓等，组成垂直提升的运渣倒碴系统、以及管片、材料垂直下放系统。 由牵引机车、碴土运输车、沙浆运输车、管片运输车组成水平运输系统的编组列车。根由牵引机车、碴土运输车、沙浆运输车、管片运输车组成水平运输系统的编组列车。根 据情况可以是一列或两列以上。据情况可以是一列或两列以上。 编组列车如上图所示，管片运输车在前方，列车进入盾构机后配套系统时，刚好使管片 运输车位于管片吊机下方。管片运输车前面也不能有其他车辆，否则会防碍管片的吊卸。 其次紧跟沙浆运输车，进入盾构机后配套系统时恰好位于盾构机同步注浆罐附近。机车在 最后，进入时推着列车，驶出时拉着列车。 采用每掘进循环渣土由一列车运出方案时采用每掘进循环渣土由一列车运出方案时，每列列车编组必须包含 2 辆管片车、1 辆沙 浆车、数辆碴车、和 1 辆牵引机车。2 辆管片车装载 1 环管片，1 辆沙浆车装载一循环注浆 料。 每掘进循环渣土每掘进循环渣土 2 2 列车运出时列车运出时，其中一列列车编组只包含碴车和机车。 由钢轨和轨枕组成隧道运输轨线，可以是单线制、四轨三线制或复合式轨线制。由钢轨和轨枕组成隧道运输轨线，可以是单线制、四轨三线制或复合式轨线制。 3 3轨道运输系统循环过程轨道运输系统循环过程 如下图所示： （1）编组列车进入隧道时，管片运输车、砂浆运输车为重车，将管片和砂浆和其他材料运 进，运渣车为空车。驶出隧道时管片运输车、砂浆运输车为轻车，运渣车为重车，将渣土 水平运出，提升门吊系统则完成渣土的垂直运输。 （2）渣土的吊卸：门吊把渣车车箱吊离渣车底盘，到规定的高度后，车箱随门吊小车横 移到渣仓纵方向位置，再随门吊大车移动到渣仓横向位置，利用设置在门吊上的翻转机构， 随着吊钩下落车箱及渣土利用重心与转轴的不平衡而翻转卸渣。从车箱被吊离底盘到车箱 吊回底盘，卸渣过程约需 812 分钟左右。受起升下降速度及起重安全规程所限，不同容量 的车箱在这一过程中需要的时间基本相同。 4 4有轨运输方式的优点有轨运输方式的优点 有轨运输方式的优点是适用性强，能把从泥浆（指的是含水较多的渣土）到砂砾和卵石 等各种类型的盾构机切削出来的碴土运出。把管片、背衬浆料，各种材料运进。能适应各 种区间隧道长度，系统本身采用的工业技术及产品也极为成熟可靠。目前国内的土压平衡 式盾构法施工的运输系统，均采用轨道方式。 国内外 TBM 施工有采用长距离输送带方式进行碴土运输的实例，但国内的盾构法施工绝 大多数采用轨道运输系统。主要原因是盾构机的掘进和管片安装不能同步进行，输送带连 续输送的优势不能发挥，而管片和各种材料的运进仍需轨道运输系统。盾构区间施工距离 一般也不长，在短距离的施工区间同时配置两种运输系统带来诸多不便，因此盾构法施工 目前少有采用输送带长距离进行碴土运输的实例。 二、运输方案选择、设计、计算二、运输方案选择、设计、计算 1 1运输方案选择需要考虑的因素运输方案选择需要考虑的因素 工程施工进度要求和配置成本工程施工进度要求和配置成本 后配套运输系统的能力肯定和首先要满足工程施工进度 要求，在此前提下，配置成本有不同的考虑： A A、完全按本工程施工进度的要求来考虑。这时又有两种可能：一是后配套运输系统投 资在本工程中完全摊销（例如：盾构机是租用的或其他原因） ，运输系统设备在满足可靠性 和进度的前提下，技术等级和使用寿命仅考虑本工程需要以使成本最低。二是投资在本工 程中不完全摊销，设备的技术等级和使用寿命须适当考虑。 B B、兼顾以后工程预计的施工进度要求来考虑。 由于后配套运输系统往往随盾构机继续在以后的工程施工中使用，因此建议后配套运输 系统的能力要兼顾以后工程施工进度的需要。另外需要提醒的是：后配套运输系统的能力 必须比盾构机的能力略大，以补偿工序衔接脱节时带来的时间损失以保证预定的施工进度。 因为工序脱节是难以避免的。 系统技术等级和配置成本系统技术等级和配置成本 后配套运输系统设备的技术等级不同也影响配置成本。但技 术等级低一般会导致系统的可靠性低。由此在施工中带来的损失往往比节省的配置成本大 得多，因此建议适当考虑系统设备的技术等级。 系统标准化系列化要求系统标准化系列化要求 A A、如果本公司其他的盾构机已经有后配套运输系统的配置，那么本工程后配套运输设备配 置的型号规格最好与原有的设备相同。除非原有的设备不合理需要改换。 B B、后配套运输系统的能力与设备的规格、数量有关。同一种配置能力，设备规格大的数量 少，规格小的数量多。要综合考虑设备的规格，使之具有普遍的适用性。假设本工程预定 的施工进度不高，那么配置适当规格和数量的设备，待下一工程施工进度要求高或低时， 只增减设备的数量而不需改变设备的规格，使本公司的设备标准化，标准化，对公司长期的技术、 管理、成本都有好处。 2 2运输方案设计、计算运输方案设计、计算 假设具体的某一盾构区间工程参数已定，包括施工进度、隧道坡度、区间长度、盾构机 各参数等，仅仅针对这一盾构区间工程，后配套运输方案设计如下（以 6000mm 左右直径 盾构机为例）： 2.12.1 运输系统参数或特征确定运输系统参数或特征确定 轨线制选择轨线制选择 轨道运输的轨线有四轨三线制轨线、单线制轨线、复合式轨线（单线制轨线加会车浮放 轨）等三种方式可供选择，分别阐述如下： （1 1）四轨三线制）四轨三线制 由于空间所限，一般采用 762mm 轨距，左右线分别为重车和轻车运输线，在盾构机后配 套后部设一双开道岔浮放轨，可由盾构机拖行，也可由机车拖移，通过浮放轨，列车可进 入由两根内轨组成的中线而进入盾构机后配套内部。 优点：优点： 对编组列车的容量没有特别的要求，可组织实施两列以上编组列车施工运输组 织，由于左右两线的运输互不干涉，运输是连续的，与区间隧道的长度无关。不 管区间隧道是长是短都能适应。 列车调度有较大的灵活性，易于应付突发性故障和事件。 工序适应性较强，当工序临时变动或脱节时，便于进行列车临时调度。 运输列车长度可长可短，可配合各种长度的盾构机输送带。 缺点：缺点： 轨道需要量增大一倍，轨枕要求的长度长、强度大，需要量很大。 （2 2）单线制轨线）单线制轨线 由于不存在会车，单线制的轨距可达 900mm 或以上，列车直接进入盾构机后配套。 优点：优点： 由于车宽仅受盾构机后配套内净空限制，在后配套内净空允许的情况下，列车车 辆的车宽较宽，单辆或单列车运量较大。 轨道需要量少。轨枕材料需要量少。 轨面标高低，有利于盾构机后配套设备布置。 缺点：缺点： 对列车的容量有特别的要求。当每列列车的容量等于盾构机一环掘进的渣量时， 列车循环一次时间（驶进、驶出、装渣、卸渣时间总和）不能大于盾构机两个 循环时间，否则将会使盾构机在一个掘进循环中停机等待一次。也就是说，在 每台盾构配两列车，每列列车的容量等于一环掘进的渣量的情况下，单线制轨 线只能适于区间长度为 2000 米以下的隧道的出碴运输（设机车平均速度为 8kw/h） 。当每列列车的容量小于盾构机一环掘进的渣量，例如，盾构机一环掘 进的渣量由两列车运出时，列车重车驶出及轻车驶入的时间总和，即为盾构机 一环掘进中停机等待的时间。例如，设列车平均行驶速度为 8km/h，当运距为 1000m 时，盾构机一环掘进中停机等待的时间为 15 分钟。因此，单线制轨线只 适应于短区间隧道施工。 不利于应付突发故障和事件。 工序的适应性差，当工序脱节时，难以临时调度弥补。 （3 3）复合式轨线制）复合式轨线制 四轨三线制的缺点是钢轨和轨枕材料需要量大。单线轨制的缺点是不适用于特长盾构区 间施工。两者结合取长补短形成复合式轨线制：复合式轨线制：当盾构区间特长（3000m 以上）时，主运 输轨线仍为单线制轨线单线制轨线，在后配套后部和隧道的特定点设双线会车点，可以是固定的或可 移动式的。会车点间隔距离根据运输系统诸参数计算确定，既节省钢轨和轨枕材料又满足 特长盾构区间施工运输需要。但复合式轨线制复合式轨线制对行车调度系统和施工工序的准时要求严格， 略有差错全线混乱。但通过强化管理仍可办得到。行车调度可借助于铁路的自动闭塞系统 来管理，中央调度室控制各会车点的红绿灯放行列车。施工工序的准时靠强化管理实现。 四轨三线制四轨三线制和单线制轨线单线制轨线比较，各有优缺点。但现场用单线轨制较多。主要是盾构区间 长度一般都不太长，单线制轨线单线制轨线可以适应，而四轨三线制四轨三线制的钢轨和轨枕材料需要量确实太 大，现采用得不多。复合式轨线制复合式轨线制在 TBM 施工中有使用的实例，但目前在盾构施工中尚未 有实例。 如盾构区间隧道的长度特长时，复合式轨线制复合式轨线制将体现出优势。 渣土运输车容量选择渣土运输车容量选择 在影响后配套运输系统能力的所有因素中，唯一没有选择余地的是门吊的提升速度，考 察众多门吊产品及根据实际经验，重物在自由状态下提升的速度一般不超过 20Mmin，运 行速度一般为 2030Mmin 左右，由于地铁隧道标高与地面标高差一般为 1530M，因此， 即使为碴车提升设置导向稳定装置，也因提升高度太短，提升平均速度提高不多，反而会 使碴车定位时间延长。根据门吊的提升速度、大车小车的运行速度计算及已经实际测试过 的数据，每台门吊每天的极限提升循环车数约为 120 车。因此，渣车容量的大小成为制约 垂直运输能力的因素，渣车容量越大则垂直运输能力越大。 编组列车容量选择编组列车容量选择 渣土运输车容量确定后，还需确定编组列车的容量。盾构机一个掘进循环的渣土是由一 列车运出？还是由两列车运出？或者由多列车运出？在轨线制选择轨线制选择中已涉及这一问题。就 成本来说，一个掘进循环的渣土由一列车运出还是由两列车运出差别不大，各车辆的数量 是相同的。只有机车的数量不同，但一个大机车的价格和两个小机车的价格差不多。供决 策的因素是区间的长短和出渣场地条件。 列车运行持续速度选择列车运行持续速度选择 隧道坡度和机车持续速度对机车的粘重和功率影响很大，而机车的粘重和功率又直接决 定机车的价格。隧道坡度在工程参数确定后是无法改变的，但机车持续速度是可以选择的。 从满足施工进度方面说，机车持续速度越快越好。从降低机车价格方面说，机车持续速度 越低越好。但实际上决定机车持续速度的因素是轨道铺设标准，由于地铁隧道施工运输轨 线都是临时性质的，轨道铺设标准较低。即使机车具备较高的持续速度能力，也难以发挥。 根据经验，地铁隧道施工运输轨线允许的行驶速度一般在 1520km/h 以下。故中隧集团目 前在地铁隧道施工的机车持续速度一般为 8km/h，最高速度为 16km/h。根据这一速度再来 计算列车的容量等级和所需的列车数。 运输系统的技术等级选择运输系统的技术等级选择 后配套运输系统的技术等级由系统诸多部分采用何种工业技术来评定。系统当中当然会 包含传统的或现代的工业技术。以机车为例：如选用内燃机车，则有进口内燃机车和国产 内燃机车之分。如选用蓄电池机车，则有直交变频机车和直流机车之分。建议采用具有较 高技术等级的设备以提高运输系统的可靠性。 渣土的松方系数和容重渣土的松方系数和容重 地质情况不同将导致松方系数差别较大，例如：中隧集团在广州越三区间隧道实测的松 方系数达 1.8，在南京地铁南北线一期工程玄武门南京站区间隧道实测的松方系数只有 1.1 弱，但后配套运输系统要适应多个盾构区间掘进，故一般按照 1.5 松方系数计算，如与实 际不符则靠增减渣车数量来解决。 在刀盘切削的条件下，盾构掘进松方因含有大量的水，其容重较山岭隧道开挖松方的容 重略大。而且不管松方系数如何，实际容重多为 1.82.0 吨/立方左右，因为当切削的岩 土粒度较大时，往土仓加的泥水填满了岩土的空隙，当切削的岩土粒度较小时，松方比较 密实，与实方的重量差不多。 2.22.2 运输能力计算和设备配置运输能力计算和设备配置 设以某一盾构区间为例进行计算、配置，设其工程参数为设以某一盾构区间为例进行计算、配置，设其工程参数为： 盾构机切削直径：6300 mm 盾构区间长度：2000M 施工平均进度指标：360 米/ 月 管片宽度：1.2M 出渣井提升高度：20M 隧道坡度：30 2.2.12.2.1 每循环渣量估算每循环渣量估算 每循环松方渣量：G=R2B=3.143.1521.21.5=56 立方米 其中：R-开挖半径 B-循环长度 -松方系数 2.2.22.2.2 每循环渣重估算每循环渣重估算 每循环渣重：562.0=112t 为了使机车牵引力有足够的能力储备，容重系数按 2.0 计 算 2.2.32.2.3 门吊每车次卸渣循环时间估算门吊每车次卸渣循环时间估算 设：小车平均行走行程 10M，大车平均行走行程 10M，提升及下降平均速度 8Mmin，小车 行走平均速度 12Mmin，大车平均行走速度 20Mmin。 每循环工序时间： 碴车定位：0.25 分钟 挂杆挡接:0.4 分钟 提升: 20/8=2.5 分钟 小车行驶:10/12=0.83 分钟 大车行驶:10/20=0.5 分钟 倒碴及回位:1.5 分钟 大车回程:10/20=0.5 分钟 小车回程:10/20=0.83 分钟 下降:20/8=2.5 分钟 挂杆脱离:0.4 分钟 循环时间：10.2 分钟11 分钟（实测 12 分钟） 2.2.42.2.4 门吊每工作日理论、实际极限卸碴车次门吊每工作日理论、实际极限卸碴车次 每工作日理论极限循环车次为： 24 小时60 分钟12 分钟120 车次 实际每工作日极限循环车次为： 16 小时60 分钟12 分钟80 车次 2.2.52.2.5 按门吊能力计算，不同容量渣车每工作日理论、实际极限垂直运输能力按门吊能力计算，不同容量渣车每工作日理论、实际极限垂直运输能力： 由：环数 = 提升车次数渣车容量（立方米）/每环松方渣量（立方米） ；得： 渣车容量11.514.518.5备注 理论环数23.53038.524 小时作业 实际环数15.72025.716 小时作业 2.2.62.2.6 运输能力计算和设备配置（单口区间隧道）：运输能力计算和设备配置（单口区间隧道）： 轨线制轨线制：已知盾构区间长度：2000M。设采用单线制轨线。单线制轨线。 渣车容量渣车容量：根据 2.2.52.2.5 的计算，又已知施工平均进度指标为 360 米/月（300 环） ，设每 月掘进工作日为 25 天，则每天应完成 12 环。故选择容量为容量为 11.5 立方米的渣车立方米的渣车。 列车容量列车容量：采用每掘进循环渣量由一列车运出由一列车运出方案，则每列车渣车渣车数量为 5 辆。 注注：选择 14.5 立方米容量渣车，则每列车渣车渣车数量为 4 辆。 选择 18.5 立方米容量渣车，则每列车渣车渣车数量为 3 辆。 选择大容量渣车意味着门吊门吊的起重量加大而使其价格增高。故本例选择小容量渣车。 运输循环和列车数量运输循环和列车数量：盾构机确定后，根据区间地质情况的不同，掘进速度有快有慢， 一般为 4-15 厘米/分，每循环掘进时间约为 30 分钟。管片安装时间为 30 分钟（熟练时） 。 循环总时间为 60 分钟。 设：列车平均行驶速度为 8km/h、每循环渣量一列车运出。得： 掘进循环时间掘进 30 分钟管片安装 30 分钟掘进 30 分钟管片安装 30 分钟 第一列车循环装渣 30 分钟驶出 15卸渣 60 分钟（含管片、沙浆装车） 驶入 15 第二列车循环卸渣 60 分钟（含：同上） 驶入 15装渣 30 分钟驶出 15接左格 因此，单口区间隧道列车数量应为两列列车数量应为两列，才能满足盾构掘进循环的连续和不间断。 另设：列车平均行驶速度为 8km/h、每循环渣量两列车运出。 （每列 3 辆渣车）得： 掘进循环时间掘进 15 分钟 停机等待 15 分钟 停机等待 15 分钟 掘进 15 分 钟 管片安装 30 分钟 第一列车循环装渣 15 驶出 15卸渣 45 分钟（含管片、沙浆装车） 驶入 15 第二列车循环卸渣 45 分钟（含：同 上） 驶入 15装渣 15驶出 15接左格 每循环渣量两列车运出，单口区间隧道列车数量也只能为两列，列车能力小于盾构掘进能 力。 由上看出，由上看出，由于在每循环中掘进停机等待 30 分钟，每循环渣量两列车运出时，运输系 统的能力，比每循环渣量一列车运出的能力少 1/3。 2.2.72.2.7 结论结论：在本例设计中，选用单线制轨线、渣车容量为单线制轨线、渣车容量为 11.5 立方米、每列车配立方米、每列车配 5 5 辆辆 渣车、每单口区间隧道配置渣车、每单口区间隧道配置 2 2 列列车列列车，则能满足平均进度指标为 360 米/月（300 环）要求。 2.2.82.2.8 实际所需牵引机车的粘重实际所需牵引机车的粘重 运输车辆自重运输车辆自重：按驶出的牵引总重计算 5 辆 11.5 M3 渣车-58.5t=42.5t（驶出时为重车） 1 辆 6 M3 沙浆车- 5t（驶出时为空车） 2 辆管片车- 6t（驶出时为空车） 得：得：53.5t53.5t，取，取 55t55t。 列车牵引总重列车牵引总重=112t=112t（渣重）（渣重）+55t+55t（车辆自重）（车辆自重）=167t=167t 所以：由公式：所以：由公式：机车粘着牵引力坡道阻力+列车综合运行阻力+加速惯性力 G G1 1(G(G1 1+ + G G2 2)()( 1 1+2 2+a/g)+a/g) 其中：G G1 1机车粘重；G G2 2车辆及渣土重量；-许用粘着系数；1 1 -坡道阻力系数； 2 2 - 列车运行阻力综合系数，包括滚动阻力系数、轴承摩擦阻力系数、同轴车轮直径差 引起的滑动摩擦阻力系数、车轮轮缘在直道或弯道时与钢轨摩擦的阻力系数、车辆振动或 摇晃引起的能耗及空气阻力、轴对安装平行度误差引起的差滑阻力系数、曲线离心力引起 的侧滑阻力系数。等等 a a列车平均加速度。 得：得：a a、G G1 1GG2 2(1 1+2 2+a/g)+a/g) /-(/-(1 1+2 2+a/g)=33t+a/g)=33t 取取 35t35t 2.2.92.2.9 牵引机车持续牵引力牵引机车持续牵引力： F=F=（G1+GG1+G2 2） （1 1+2 2）=85KN=85KN 2.2.102.2.10 牵引机车功率：牵引机车功率：N=FV/3.6N=FV/3.63 3=210kw=210kw 其中 3-总效率 三、进度、配置、效益分析三、进度、配置、效益分析 1 1、进度：、进度：我们已经看出，盾构法施工进度，仅从循环的角度考虑：第一，取决于盾构机掘 进和管片安装的时间。假设假设平均进度指标要求更高，那么必须降低盾构机循环时间和增加 有效的作业时间（在上述计算中，有效的作业时间每天为 16 小时，每月为 25 天） 。而后配 套运输系统的能力通过合理设计总能与盾构机能力匹配，甚至可以比盾构机的能力大得多， 反而不是制约的因素。第二，取决于管片的宽度。因为对于 1.2M 和 1.5M 的管片来说，盾 构机循环时间改变不多。我们试算一下盾构法施工进度的极限能力： （1）盾构机能力：每月环数=每月天数每天小时数/每循环总时间=3024/1=720 环 1.2M 管片宽度720 环=864 米 1.5M 管片宽度720 环=1080 米 （2）运输系统能力： 水平运输水平运输：在上述计算中，表中 3 种容量的渣车都能满足。但如为 1.5M 管片，则每循 环渣量增大，选择小容量渣车将会导致列车过长，井口场地也成问题。应选择大容量渣车。 垂直运输垂直运输：由于每天总提升车数不变，如为 1.5M 管片，需要大容量渣车才能满足。 可以看到，盾构法施工的潜力很大，后配套配置也可以做到与之匹配。其余的因素取决 于地质情况、技术和施工管理。当然，极限环数是不可能的，换刀、维修保养、浆液凝固 都需要时间。地质条件也往往使盾构机不能全速掘进。中铁隧道集团在广州大汉区间保持 过单口 562 米/月的进度记录。 2 2、配置：、配置：后配套运输系统必须按照盾构机的极限能力来配置。在上述计算中就是这样配置 的。盾构机在每天中可以只工作有限个小时，或者是连续的或者是间断的。除非地质情况 不允许，否则一旦开始作业即按最大能力掘进，不这样时会造成电能的浪费，或人力的浪 费。或其他资源的浪费。 3 3、效益：、效益：在技术管理、施工管理、资源管理基本到位的情况下，施工效益来自于进度，后 配套设备配置成本必须合理。否则会损失占大方面的进度效益。 四、后配套运输系统配套设备简介四、后配套运输系统配套设备简介 中铁隧道集团公司自 2000 年首创大容量后配套运输系统并自行设计制造后配套运输设后配套运输系统并自行设计制造后配套运输设 备备以来，已为广州地铁 2 号线越三区间隧道（中隧股份） 、南京地铁南北线一期工程玄武门 南京站区间隧道（中隧股份） 、广州地铁 3 号线汉市区间隧道（十四局集团） 、深圳地铁 岗厦区间隧道（十六局集团） 、北京地铁 5 号线 17 标段（北京长城 B+B 公司） 、广州地铁 4 号线小新区间隧道（中隧股份）分别设计并提供过成套地铁后配套设备。 由于地铁后配套设备需要满足用户的使用条件和要求，往往为非标设备，因此，中铁 隧道集团为用户提供地铁盾构法施工技术咨询服务，后配套设备配置及设备技术咨询服务。 根据用户的使用要求设计、制造用户需要的地铁后配套设备。 中铁隧道集团公司目前有如下地铁后配套设备产品：中铁隧道集团公司目前有如下地铁后配套设备产品： 系列直交变频牵引机车系列直交变频牵引机车 系列渣车系列渣车 系列砂浆运输车（储存车）系列砂浆运输车（储存车） 管片运输车管片运输车 1、产品技术参数、产品技术参数 （1 1）系列直交变频牵引机车）系列直交变频牵引机车 直交变频牵引机车一般技术特点： 粘着系数与粘着牵引力：粘着系数与粘着牵引力：2002 年 6 月，25t（实重 29t）直交机车在南京地铁隧道施工现场 工地，经长沙国家有色冶金机电产品质量监督检验中心实测，最大起动牵引力达 12t。粘着 系数达 0.41。2004 年 8 月，45t（实重 42t）直交机车在广州大汉区间地铁隧道施工现场工 地，经长沙国家有色冶金机电产品质量监督检验中心实测，最大起动牵引力达 12t。粘着系 数最高可达 0.43。均高于直流机车 0.25 的粘着系数。因此，直交变频牵引机车比相同粘重 的直流机车能产生更大的牵引力。 牵引特性：牵引特性： 1）主变频器无速度传感器，为准矢量控制，但其千分之一的控制精度已足以满足机车速度 控制需要。 2）机车依靠变频器输出的可变频率进行调速，加速与减速过程基本上接近于无级变化，驱 动力稳定无突变，车轮与钢轨始终处于滚动粘着状态，保证了牵引力的稳定输出。 3）变频器输出的频率不变时，电机能根据坡道或阻力情况在电动牵引状态或发电制动状态 下自动转换，机车仅靠电机（直流机车需辅以制动装置）就能实现稳定的恒速控制（额定 频率以下时） ，恒速误差不大于转差率的两倍。恒速控制的方便可靠保证了牵引作业的安全 可靠。 4）电机在额定频率以下时为恒扭矩输出，特性硬控制感好，适应于机车低速重载加速工况。 在额定频率以上时为恒功率输出，适应于机车高速轻载工况。 5）变频器能使电机在零速和低速时获得足够大的扭矩输出（150以上） ，保证机车有足够 的起动牵引力。 能耗：能耗：由于仅依靠变频器输出的可变频率进行调速，起动及调速过程不消耗额外的电能， 又由于能在全过程的行驶中采用电回馈制动，并向蓄电池回馈电能。因此比直流机车节省 能源，根据间接比较结果节省能源 35%左右。 电制动：电制动：电回馈制动力随转差率（发电机状态下为负值）绝对值的增长逐步加大，其最大 值不大于小时牵引力，相当于汽车的 ABS 装置，有效防止车轮抱死并能满足在额定载荷下 的制动要求。在长下坡道上重载下坡其制动可靠性尤显突出。 免维修性：免维修性：工程用牵引机车工作环境恶劣。直流机车的串激电机碳刷与换向器日常维保工 作量大，换向器磨损到一定程度后不能修复，只能更换整个电枢。工作环境及维保较好时， 串激电机的大修间隔期可达 2 工作年。但大多情况下不会超过 1 年。环境恶劣维保较差时， 23 个月就须大修一次。司控器更换周期 12 年，触点的更换更为频繁。由于电制动不能 全程使用或没有，闸瓦使用频繁磨损快，维修工作量大。而交流机车使用的异步电机无滑 动摩擦部件，基本上与机车同寿命。变频器为无触点电路，使用寿命长，故障率低。电回 馈制动作为控速的主要手段，空气制动系统的闸瓦仅在紧急制动及驻车时使用，磨损极少， 维修量很少。交流机车整车基本上能做到免维修（不能免维护） 。 操控性：操控性：机车的启动、加速、恒速控制、减速、停车及换向均由一个手轮控制。手轮输入 各种操作指令信号，微电脑控制器将其进行模数转换和数字运算，自动控制整个机车的动 作及保护。并实时自动采集主变频器工作频率和工作电流的输出值，运算结果在数码屏显 示。加速速度的快慢、减速时的自动转入电回馈制动均由微电脑控制。司机只需转动手轮 加档、保持、减档、停车即可，整个过程简单明了，可掌握性好，劳动强度低。司机只需 稍加培训即可操作。 我公司生产的系列直交变频牵引机车的技术特点：我公司生产的系列直交变频牵引机车的技术特点： 最大牵引力：最大牵引力：设计的小时牵引力不大于机车粘着牵引力，以保证匀速时不因车轮滑动而失 掉牵引力。而设计的最大驱动牵引力则超过机车粘着牵引力。传动、行走系统刚强度也与 最大驱动牵引力所需要的刚强度相适应。在传统的规范中，机车最大驱动牵引力不能超过 机车粘着牵引力，是因为直流电机在每档内的加速速度不能人为控制所至。而现在变频器 能使加速速度得到控制，加速度不大于列车的惯量因加速过快而增大，使总阻力不大于粘 着力，因而机车能顺利启动。这种设计能使机车在极端情况下，例如电气系统保护失效， 或严重超载时使车轮打滑而强制性地保护动力及传动系统。由于有较大的过载储备，传动、 行走系统可做到与车体同寿命而保证免维修性。同时又充分的利用了机车的粘重。 动力系统：动力系统：选用日本进口变频器，加我公司研制的电脑控制方案，其特点是独特的三电平 控制方案，大大改良了输出电压波形，有效抑制谐波，允许在矿用机车牵引中采用普通电 机，增加了通用性。目前我公司生产的机车已在工地经历了 7 年的考验。该变频器采用日 本三菱公司生产的大功率 IGBT 元件，并采用发热元件冷却隔离系统，潮气及灰尘不能进 入变频器，能长久保持可靠使用。 空气制动系统：空气制动系统：a a、在机车上采用重型汽车双向双回路制动系统，设置有脚制动阀，如使用 空气制动时，制动力的大小可随脚踏板的行程调节，制动力柔和，制动操作反应快、省力， 不易抱死车轮。有效避免打滑。B B、驻车制动取消机械式手制动装置，代之以双向双作用弹 簧汽缸，制动时汽缸放气，弹簧及基础制动装置压紧闸瓦。比机械式手制动装置更方便更 可靠地保持制动力。行驶时汽缸充气松闸。C C、采用通用交流电机空气压缩机，变频器分路 提供 220V 或 380V 交流电源，不使用直流电机，以达到实现整车保持免维修性目的。 制造材料：制造材料：采用专业减速机厂生产的硬齿面齿轮减速器、汽车传动轴、汽车制动系统元件、 马鞍山钢铁厂生产的合金模锻轮箍。部件的质量高而稳定。 机车产品照片机车产品照片 12t12t 机车机车 18t18t 机车机车 45t45t 机车机车 25t25t 机车机车 系列直交变频牵引机车参数系列直交变频牵引机车参数 名 称参 数备注 型 号 JXK12-7/288JXK18-8/288 JXK25-8/504JXK45-8/504 机车粘重 T 1218 2545 功率配置 KW 222kw237kw275kw2110kw 轨距 mm762、900762、900762、900900 轴距 mm 21002100 27602660 轮径 mm 600600 840920 最小曲线半径 M 2020 2525 小时速度 km/h 78 8282 小时牵引力 KN 21.631.8 632927 起动牵引力 KN 38.857.2 9481297 空气制动力 KN 2026 5073 空气使用压力04MPa04MPa04MPa04MPa 最大速度 km/h 1416 1616 蓄电池组容量 300A288V440A288V500A504V700A510V 充电行驶里程 40km 404040 制动方式电、气制动电、气制动电、气制动电、气制动 制动距离 m 40 404040满载下坡 变频器 KW 4575 160250 外型尺寸 mm 48001500 1900 57761500 2200 67001548 2300 73801600 2300 157230 469676 5坡度 110162 332476 10坡度 83123 254362 15坡度 6697 204290 20坡度 5480 169239 25坡度 最大牵引重量 （不含机车自重， 在上坡道上起动 后，使用小时牵 引力匀速上坡） T 4567 144201 30坡度 （2）系列渣车）系列渣车 技术特点技术特点 A、碴车车箱上设有供提升机挂杆挂接提升的承重旋转轴，旋转轴除承受车箱及碴土重量外， 在地面的卸碴过程中还作为旋转倒碴机构的结构之一。 B、碴车车箱上设有供翻转倒碴的定位轴，一次旋转座轴及二次旋转座轴，包括上述的挂轴， 与提升机和翻车座一起构成自动倒碴系统，使 12M3和 18M3的碴土在一分钟内完成卸碴循环。 C、碴车车箱底部设有供车箱座落在底盘上的定位机构，为楔形结构，使车箱下落与底盘结 合时方便快捷，自动与底盘定位。 D、碴车底盘设有供车箱座落时的凹型定位结构，同时也作为行驶时的车箱与底盘的锁固， 采用这种结构后，车箱与底盘（底盘不随车箱提升到地面）的分离与结合只需使用提升机 操作即可完成，不需要再进行别的定位或联接操作。 E、碴车底盘采用了自行设计的含有排气制动和给气制动双回路制动缸的基础制动结构的转 向架。