土壓平衡盾構(gòu)長距離施工運(yùn)輸模型應(yīng)用研究
——以北京地鐵新機(jī)場線一期工程為例

楊志勇， 白志強(qiáng)， 李元?jiǎng)P， 高洪吉， 江玉生， 孫 偉， 孫正陽, 5

(1. 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院， 北京 100083； 2. 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068； 3. 城市軌道交通全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100068； 4. 中鐵十四局集團(tuán)有限公司， 山東 濟(jì)南 250014； 5. 北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司博士后科研工作站， 北京 100088)

0 引言

隨著我國城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，出現(xiàn)了城市快速軌道交通，這些快速軌道交通線路列車?？寇囌靖伲瑓^(qū)間隧道更長，車輛行駛速度更快，催生出長距離城市盾構(gòu)隧道，這對盾構(gòu)施工組織提出了更高要求。土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，物料及渣土運(yùn)輸、掘進(jìn)、管片拼裝三者之間相互銜接。對于長距離盾構(gòu)隧道而言，隨著運(yùn)輸距離增加，洞內(nèi)水平物料、渣土運(yùn)輸將成為影響盾構(gòu)施工效率的關(guān)鍵因素[1-3]。

目前，土壓平衡盾構(gòu)施工常見物料及渣土運(yùn)輸方式為有軌運(yùn)輸，這種方式單次運(yùn)載量大，但隨著運(yùn)輸距離加長，運(yùn)輸效率顯著降低。有鑒于此，個(gè)別長、大盾構(gòu)隧道為了加快盾構(gòu)施工速度，采用了連續(xù)皮帶輸送機(jī)+垂直皮帶輸送機(jī)組合為皮帶輸送機(jī)出渣系統(tǒng)運(yùn)輸渣土，實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸和渣土運(yùn)輸?shù)姆蛛x，加快施工效率。

近年來，許多學(xué)者結(jié)合實(shí)際工程對盾構(gòu)/TBM出渣方式的優(yōu)選進(jìn)行了研究。齊夢學(xué)[4]從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和工期方面分析龍門吊與垂直皮帶機(jī)出渣的差異，得出在城市地鐵雙護(hù)盾及開敞式TBM施工中，垂直皮帶機(jī)出渣技術(shù)具有運(yùn)輸效率高、不占用TBM掘進(jìn)時(shí)間、故障率和綜合成本低等優(yōu)勢； 王智遠(yuǎn)等[5]通過經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、物料運(yùn)輸效率等方面綜合對比，選擇連續(xù)皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)作為TBM施工最優(yōu)出渣系統(tǒng)； 陳鵬等[6]對獨(dú)頭掘進(jìn)5 468 m的長距離泥水盾構(gòu)隧道進(jìn)行物料運(yùn)輸優(yōu)化，并建立長距離隧道車輛無軌運(yùn)輸優(yōu)化模型，結(jié)果表明該優(yōu)化模型可為蘇通GIL綜合管廊工程洞內(nèi)物料運(yùn)輸方案提供可靠的理論指導(dǎo)； 徐華升等[7]通過建立物料運(yùn)輸規(guī)劃數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行求解，找到了總體費(fèi)用最低的物料調(diào)運(yùn)方案； 封坤等[8]通過建立模糊綜合評判模型，對盾構(gòu)隧道內(nèi)無軌運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化； 張寧川[9]在兼顧配置成本合理性和設(shè)備運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)上，對土壓平衡盾構(gòu)的軌道運(yùn)輸系統(tǒng)配置方案進(jìn)行優(yōu)選； 齊春杰[10]為了解決大直徑土壓平衡盾構(gòu)在復(fù)雜多變地層中高效出渣的難題，通過對現(xiàn)場出渣情況記錄、分析及調(diào)整，得到了連續(xù)皮帶輸送機(jī)可高效進(jìn)行渣土運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)論； 梁峻海等[11]為研究盾構(gòu)隧道洞內(nèi)無軌運(yùn)輸具體的車輛調(diào)度方案，依托蘇通GIL綜合管廊工程，提出單車道車輛調(diào)度方案，建立運(yùn)輸車輛調(diào)度數(shù)學(xué)模型，通過模型分析得出單環(huán)運(yùn)輸周期和單車道長度呈線性關(guān)系，并得出該工程最小掘進(jìn)周期與單車道極限長度。

通過對國內(nèi)文獻(xiàn)進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)關(guān)于土壓平衡盾構(gòu)隧道內(nèi)部物料及渣土運(yùn)輸方面的研究大多限于工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與相關(guān)運(yùn)輸方式的定性對比，少量文獻(xiàn)對盾構(gòu)出渣系統(tǒng)的選取進(jìn)行定量計(jì)算，但對于有軌運(yùn)輸與組合運(yùn)輸2種運(yùn)輸方式的施工效率尚缺乏統(tǒng)一的理論與標(biāo)準(zhǔn)。本文基于土壓平衡盾構(gòu)施工循環(huán)流程，建立物料及渣土運(yùn)輸模型，對上述2種運(yùn)輸系統(tǒng)的施工效率進(jìn)行理論分析和計(jì)算，并結(jié)合北京地鐵新機(jī)場線一期盾構(gòu)隧道工程實(shí)例對理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，以期為類似長距離隧道工程物料及渣土運(yùn)輸方式的選取及設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)與工程參考。

1 工程概況

北京地鐵新機(jī)場線一期工程北起草橋，與19號(hào)線相接，南至新機(jī)場北航站樓，線路途經(jīng)大興、豐臺(tái)2個(gè)行政區(qū)，全長約46 km，是市區(qū)直達(dá)新機(jī)場的軌道交通專線。地下段中盾構(gòu)區(qū)間隧道長度為14.8 km，共分為4個(gè)標(biāo)段、5個(gè)區(qū)間，下穿地層主要為砂卵石地層，平均線路埋深12～26 m。盾構(gòu)區(qū)間隧道距離較長，其中2號(hào)風(fēng)井—3號(hào)風(fēng)井區(qū)間右線全長3 847 m，為全線最長盾構(gòu)區(qū)間。盾構(gòu)隧道開挖直徑9 114～9 150 mm，管片外徑8 800 mm、環(huán)寬1 600 mm、厚度450 mm。

新機(jī)場線一期工程盾構(gòu)區(qū)間施工工期十分緊張，僅18個(gè)月(含盾構(gòu)設(shè)備采購選型)。兩相鄰隧道1號(hào)風(fēng)井—2號(hào)風(fēng)井、2號(hào)風(fēng)井—3號(hào)風(fēng)井盾構(gòu)區(qū)間分別采用有軌運(yùn)輸系統(tǒng)與有軌運(yùn)輸+皮帶輸送機(jī)(包括水平連續(xù)皮帶輸送機(jī)+垂直皮帶輸送機(jī))組合系統(tǒng)(簡稱組合運(yùn)輸系統(tǒng))2種盾構(gòu)施工物料及渣土運(yùn)輸方式。盾構(gòu)區(qū)間概況見表1。

表1 盾構(gòu)區(qū)間概況Table 1 Overview of shield sections

2 運(yùn)輸系統(tǒng)模型建立

2.1 運(yùn)輸方式

根據(jù)工程特點(diǎn)和工程實(shí)際投入，將盾構(gòu)掘進(jìn)分為3個(gè)區(qū)域： Ⅰ 區(qū)為垂直運(yùn)輸區(qū)域，Ⅱ 區(qū)為水平運(yùn)輸區(qū)域，Ⅲ 區(qū)為盾構(gòu)設(shè)備區(qū)。盾構(gòu)施工掘進(jìn)分區(qū)如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)施工掘進(jìn)分區(qū)示意圖Fig. 1 Sketch of shield tunneling zoning

設(shè)定同一列車編組在盾構(gòu)后配套處開始卸載管片等物料，至其再次返回盾構(gòu)后配套處的時(shí)間間隔為1個(gè)運(yùn)輸循環(huán)周期。

2.1.1 有軌運(yùn)輸系統(tǒng)

軌道列車同時(shí)攜帶管片車、漿液車與渣土車，自洞口吊裝完成后駛?cè)胨淼?，在盾?gòu)掘進(jìn)過程中需將渣土車移動(dòng)至后配套皮帶輸送機(jī)卸料端下方裝載渣土，同時(shí)卸載管片、漿液等物料，待盾構(gòu)完成1環(huán)掘進(jìn)后駛出隧道至始發(fā)井垂直運(yùn)輸。盾構(gòu)施工循環(huán)分步工序如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)施工循環(huán)分步工序示意圖Fig. 2 Sketch of processes of shield tunneling cycle

通過現(xiàn)場采樣，統(tǒng)計(jì)有軌運(yùn)輸系統(tǒng)盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)主要工序時(shí)間參數(shù)，結(jié)果見表2。

表2 有軌運(yùn)輸系統(tǒng)盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)主要工序時(shí)間參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Time parameters statistics of main working procedure of shield tunneling cycle in rail transport system

2.1.2 組合運(yùn)輸系統(tǒng)

相比傳統(tǒng)有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，組合運(yùn)輸系統(tǒng)在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，螺旋輸送機(jī)將渣土直接運(yùn)輸?shù)胶蠓竭B續(xù)皮帶輸送機(jī)上，隨著皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸出隧道直至進(jìn)入地面渣土池； 軌道列車攜帶管片等物料自盾構(gòu)始發(fā)井吊裝完成后運(yùn)輸至盾構(gòu)后配套處卸載，之后列車即可駛出隧道至盾構(gòu)始發(fā)井繼續(xù)進(jìn)行吊裝加載。

組合運(yùn)輸系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)渣土連續(xù)運(yùn)輸，渣土直接轉(zhuǎn)運(yùn)至地面渣土池，垂直運(yùn)輸時(shí)間縮短，軌道列車空載駛出隧道，其余施工工序與有軌運(yùn)輸系統(tǒng)相同。組合運(yùn)輸系統(tǒng)盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)主要工序時(shí)間參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 組合運(yùn)輸系統(tǒng)盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)主要工序時(shí)間參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Time parameter statistics of main process of shield tunneling cycle in combined transport system

2.2 列車編組

根據(jù)工程特點(diǎn)與實(shí)際投入，盾構(gòu)施工期間隧道內(nèi)同步鋪設(shè)單線軌道。隨著隧道掘進(jìn)距離增加，運(yùn)輸效率顯著降低，增加固定式道岔與移動(dòng)會(huì)車平臺(tái)，分3個(gè)階段提升多列編組運(yùn)行要求。

1)階段1。始發(fā)掘進(jìn)期間，由于盾構(gòu)整體長度影響，列車編組為1臺(tái)電瓶機(jī)車+4臺(tái)渣土車(組合運(yùn)輸系統(tǒng)無渣土車，階段2、3相同)+2臺(tái)砂漿罐車+3臺(tái)管片車，在盾構(gòu)始發(fā)井主體結(jié)構(gòu)及隧道內(nèi)部鋪設(shè)單線軌道。

2)階段2。隧道掘進(jìn)距離較長階段，在始發(fā)洞門處鋪設(shè)固定道岔及4軌雙線軌道。投入2組列車編組(1臺(tái)電瓶機(jī)車+4臺(tái)渣土車+2臺(tái)砂漿罐車+3臺(tái)管片車)。

3)階段3。運(yùn)輸效率顯著降低階段，在隧道內(nèi)部增加移動(dòng)會(huì)車平臺(tái)，隨盾構(gòu)向前掘進(jìn)而移動(dòng)，洞內(nèi)列車編組數(shù)量增加至3組。

2.3 道岔布設(shè)

盾構(gòu)隧道水平運(yùn)輸最優(yōu)原則為： 物料與管片提前到達(dá)盾構(gòu)后配套處，利用盾構(gòu)流程轉(zhuǎn)換的合適時(shí)間卸載物料及管片，盡量縮短盾構(gòu)空置時(shí)間。

為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)輸組織，結(jié)合表2、3可知，在有軌運(yùn)輸條件下，單組列車完成1次運(yùn)輸循環(huán)所需時(shí)間須小于管片拼裝時(shí)間，如式(1)所示； 組合運(yùn)輸系統(tǒng)完成1次運(yùn)輸循環(huán)所需時(shí)間須小于盾構(gòu)掘進(jìn)與管片拼裝時(shí)間之和，如式(2)所示。否則，將出現(xiàn)盾構(gòu)停機(jī)等待時(shí)間，降低盾構(gòu)施工效率。

(1)

(2)

軌道列車在一個(gè)運(yùn)輸循環(huán)周期里的最大水平運(yùn)輸距離稱為車輛極限運(yùn)輸距離lmax，即始發(fā)洞門至盾構(gòu)后配套處距離。在超過車輛極限運(yùn)輸距離lmax之后需布設(shè)道岔，同時(shí)增加軌道列車編組數(shù)量，以滿足管片物料運(yùn)輸需求。2種盾構(gòu)運(yùn)輸系統(tǒng)軌道列車單環(huán)單組運(yùn)輸循環(huán)周期如圖3所示。

圖3 2種運(yùn)輸系統(tǒng)單環(huán)單組運(yùn)輸循環(huán)周期示意圖Fig. 3 Sketch of single-loop and single-group transportation cycle of two transport systems

由圖3分析可知，有軌運(yùn)輸系統(tǒng)與組合運(yùn)輸系統(tǒng)單環(huán)單組完成1次運(yùn)輸循環(huán)周期所需時(shí)間為：

(3)

(4)

式(3)—(4)中：T為有軌運(yùn)輸系統(tǒng)單環(huán)單組運(yùn)輸循環(huán)周期；T′為組合運(yùn)輸系統(tǒng)單環(huán)單組運(yùn)輸循環(huán)周期；τ為車輛滯留時(shí)間。

由式(3)—(4)化簡得到2種運(yùn)輸系統(tǒng)軌道列車在隧道內(nèi)部運(yùn)輸距離l的計(jì)算表達(dá)式分別為：

(5)

(6)

當(dāng)滯留時(shí)間τ=0時(shí)，2種運(yùn)輸系統(tǒng)車輛極限運(yùn)輸距離lmax的計(jì)算表達(dá)式分別為：

(7)

(8)

結(jié)合式(7)—(8)，2種運(yùn)輸系統(tǒng)單程極限運(yùn)輸距離計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 2種運(yùn)輸系統(tǒng)單程極限運(yùn)輸距離Table 4 One-way limit transport length of two transport systems

由隧道極限運(yùn)輸距離反推得出道岔最晚布設(shè)時(shí)機(jī)。在有軌運(yùn)輸系統(tǒng)條件下，盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)時(shí)即需安裝固定道岔； 在組合運(yùn)輸系統(tǒng)條件下，水平隧道距離達(dá)1 700 m時(shí)布設(shè)固定道岔即可滿足盾構(gòu)隧道水平運(yùn)輸需求。

2.4 2種運(yùn)輸系統(tǒng)模型建立

2.4.1 有軌運(yùn)輸系統(tǒng)模型建立

有軌運(yùn)輸系統(tǒng)盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)后隨即布設(shè)道岔，同時(shí)投入2組軌道列車編組，2組列車可交替進(jìn)行垂直運(yùn)輸。

結(jié)合上述分析，在一定運(yùn)輸距離lX范圍內(nèi)，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)間/渣土加載時(shí)間與管片拼裝時(shí)間之和是制約完成盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)的主要因素，如式(9)所示：

(9)

當(dāng)且僅當(dāng)滯留時(shí)間τ=0時(shí)，可求得最大運(yùn)輸距離

lX≤1 214 m。

(10)

當(dāng)運(yùn)輸距離大于1 214 m，垂直運(yùn)輸時(shí)間與水平運(yùn)輸時(shí)間之和轉(zhuǎn)變?yōu)橹萍s盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)的主要因素，此時(shí)完成1次掘進(jìn)循環(huán)所需時(shí)間

(11)

結(jié)合式(9)—(11)，通過對不同隧道距離進(jìn)行分析，得出有軌運(yùn)輸系統(tǒng)條件下盾構(gòu)完成1次掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間計(jì)算模型。當(dāng)且僅當(dāng)滯留時(shí)間τ=0時(shí)，計(jì)算模型表達(dá)式為：

(12)

2.4.2 組合運(yùn)輸系統(tǒng)模型建立

結(jié)合表4中組合運(yùn)輸系統(tǒng)單程極限運(yùn)輸距離，在運(yùn)輸距離l≤1 700 m階段，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)間與管片拼裝時(shí)間之和是制約盾構(gòu)完成掘進(jìn)循環(huán)的主要因素； 當(dāng)運(yùn)輸距離l>1 700 m時(shí)，垂直運(yùn)輸時(shí)間與水平運(yùn)輸時(shí)間之和轉(zhuǎn)變?yōu)橹萍s盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)度的主要因素。

綜上所述，當(dāng)且僅當(dāng)滯留時(shí)間τ=0時(shí)，在組合運(yùn)輸系統(tǒng)條件下完成1次盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間計(jì)算模型如式(13)所示：

(13)

3 工程分析

基于上述研究，分別對2種運(yùn)輸系統(tǒng)條件下盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間進(jìn)行理論預(yù)測，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型對比驗(yàn)證。

3.1 有軌運(yùn)輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比分析

基于式(12)理論計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，對北京地鐵新機(jī)場線一期工程1號(hào)風(fēng)井—2號(hào)風(fēng)井區(qū)間的預(yù)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間與實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間進(jìn)行對比分析，同時(shí)計(jì)算實(shí)測時(shí)間相比理論預(yù)測時(shí)間的增量百分比，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 有軌運(yùn)輸系統(tǒng)預(yù)測時(shí)間與實(shí)測時(shí)間對比分析Fig. 4 Comparative analysis of predicted time and actual measured time of transport system

通過圖4對比分析可知，預(yù)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間與實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間曲線走勢基本相同，但實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間始終大于預(yù)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間。運(yùn)輸距離為400 m時(shí)，預(yù)測時(shí)間與實(shí)測時(shí)間相差最小，實(shí)測時(shí)間相比預(yù)測時(shí)間增加12%； 運(yùn)輸距離為2 100 m時(shí)相差最大，最大增加34%。隨著運(yùn)輸距離增加，盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)實(shí)測施工時(shí)間與理論預(yù)測時(shí)間差值逐漸增大，運(yùn)輸效率降低越加明顯。

綜合分析上述現(xiàn)象，原因?yàn)椋?有軌運(yùn)輸系統(tǒng)施工連續(xù)性較差，且理論預(yù)測計(jì)算主要考慮盾構(gòu)施工循環(huán)關(guān)鍵因素，對現(xiàn)場施工調(diào)度、組織安排以及龍門吊設(shè)備故障檢修時(shí)間等次要因素未考慮在內(nèi)，導(dǎo)致實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間始終大于預(yù)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間。

3.2 組合運(yùn)輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比分析

同理，基于式(13)對北京地鐵新機(jī)場線一期工程2號(hào)風(fēng)井—3號(hào)風(fēng)井區(qū)間預(yù)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間與實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間進(jìn)行對比分析，同時(shí)計(jì)算實(shí)測時(shí)間相比理論預(yù)測時(shí)間的增量百分比，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5 組合運(yùn)輸系統(tǒng)預(yù)測時(shí)間與實(shí)測時(shí)間對比分析Fig. 5 Comparative analysis between predicted time and tactual measured time of combined transport system

通過圖5對比分析可知，實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間始終圍繞理論預(yù)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間上下波動(dòng)，并多次出現(xiàn)曲線相交情況，即實(shí)際施工達(dá)到理論預(yù)期。運(yùn)輸距離為1 700 m時(shí)，預(yù)測時(shí)間與實(shí)測時(shí)間相差最大，最大增加19%?？傮w而言，組合運(yùn)輸系統(tǒng)盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)理論預(yù)測時(shí)間與實(shí)測施工時(shí)間相差較小，在現(xiàn)場實(shí)際施工過程中，更容易達(dá)到理想施工效果。

相比有軌運(yùn)輸系統(tǒng)，組合運(yùn)輸系統(tǒng)受到次要因素影響較小，且由于物料運(yùn)輸與渣土運(yùn)輸分離，進(jìn)一步加快了施工效率，因此出現(xiàn)多次實(shí)際施工情況達(dá)到理論預(yù)期效果。

3.3 2種運(yùn)輸系統(tǒng)適用施工距離分析

2種運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)測施工時(shí)間差值與有軌運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)測施工時(shí)間進(jìn)行比值計(jì)算，定義該比值為2種盾構(gòu)運(yùn)輸系統(tǒng)的施工工效，如式(14)所示。

(14)

基于3.1節(jié)、3.2節(jié)對2種運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，將對比分析結(jié)果與工效比值進(jìn)行繪圖分析，結(jié)果如圖6所示。

圖6 2種運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間和施工工效對比Fig. 6 Comparison of measured driving cycle time and construction efficiency between two transport systems

由圖6分析可知，運(yùn)輸距離在600 m附近時(shí)，2種運(yùn)輸系統(tǒng)完成1次掘進(jìn)循環(huán)相差時(shí)間最小，組合運(yùn)輸系統(tǒng)相比有軌運(yùn)輸系統(tǒng)施工工效增加5.8%； 在1 700 m附近，2種運(yùn)輸系統(tǒng)施工工效再次相差較小，為11.8%，隨后施工工效差值逐步增大，在2 200 m附近達(dá)到峰值，最大增加39%。

綜上所述，2種運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)測施工工效拐點(diǎn)在600 m與1 700 m附近，即當(dāng)運(yùn)輸距離小于600 m時(shí)，2種運(yùn)輸系統(tǒng)施工工效相差最小，且皮帶輸送機(jī)出渣系統(tǒng)初期投資成本較大，綜合成本、造價(jià)等因素宜優(yōu)先選用有軌運(yùn)輸系統(tǒng)； 當(dāng)運(yùn)輸距離在600～1 700 m時(shí)，2種盾構(gòu)運(yùn)輸系統(tǒng)施工工效基本相同； 運(yùn)輸距離大于1 700 m時(shí)，出于施工工效考慮，宜選取組合運(yùn)輸系統(tǒng)。

4 結(jié)論與討論

本文依托北京新機(jī)場線一期工程1號(hào)風(fēng)井—2號(hào)風(fēng)井、2號(hào)風(fēng)井—3號(hào)風(fēng)井盾構(gòu)區(qū)間，基于盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)模型對有軌運(yùn)輸和組合運(yùn)輸2種運(yùn)輸系統(tǒng)建立模型并求解預(yù)測。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間分析，得到結(jié)論如下：

1)在有軌運(yùn)輸系統(tǒng)條件下，盾構(gòu)預(yù)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間與實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間最小相差12%，最大相差34%，隨著運(yùn)輸距離增加，時(shí)間差值逐漸增大，工效降低越加明顯，越難達(dá)到理論施工期望。

2)在組合運(yùn)輸系統(tǒng)條件下，實(shí)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間始終圍繞理論預(yù)測掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間上下波動(dòng)，并多次出現(xiàn)曲線相交情況，即實(shí)際施工達(dá)到理論預(yù)期，運(yùn)輸距離為1 700 m時(shí)，時(shí)間差值最大僅為19%?？傮w而言，理論預(yù)測時(shí)間與實(shí)測施工時(shí)間相差較小，在現(xiàn)場實(shí)際施工過程中，更容易達(dá)到理想施工效果。

3)組合運(yùn)輸系統(tǒng)相較有軌運(yùn)輸系統(tǒng)施工工效最小增加5.8%，最大增加39%； 結(jié)合施工工效拐點(diǎn)分析，得出當(dāng)盾構(gòu)隧道運(yùn)輸距離小于600 m時(shí)，優(yōu)先選用有軌運(yùn)輸系統(tǒng)； 運(yùn)輸距離在600～1 700 m時(shí)，2種運(yùn)輸系統(tǒng)均可選擇； 運(yùn)輸距離大于1 700 m時(shí)，出于施工工效考慮，宜選取組合運(yùn)輸系統(tǒng)。

本文旨在研究2種運(yùn)輸系統(tǒng)施工效率問題，且重點(diǎn)在于水平運(yùn)輸出渣方式優(yōu)選，因此，對于垂直運(yùn)輸距離等參量未做深入考慮，僅結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測樣本數(shù)據(jù)對2種運(yùn)輸系統(tǒng)中垂直運(yùn)輸部分進(jìn)行定量賦值，簡化模型建立條件。同時(shí)，文章未針對成本、環(huán)保、造價(jià)等其他因素對于施工的影響進(jìn)行深入分析，后續(xù)仍需進(jìn)一步研究。