鐵路施工組織與管理課程設(shè)計(jì)新線鐵路土石方工程組織設(shè)計(jì)

1、鐵路施工組織設(shè)計(jì)課程名稱：鐵路工程施工組織設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：新線鐵路土石方工程組織設(shè)計(jì)院 系： 土 木 工 程 系 專 業(yè)： 鐵 道 工 程 年 級： 指導(dǎo)教師： 姓 名： 學(xué) 號： 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 年 月 日鐵路工程施工組織設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：新線鐵路土石方工程施工組織設(shè)計(jì)工程施工隊(duì)承擔(dān)新線鐵路臨時(shí)軌排基地的土石方工程任務(wù)，（其中包括基地面積為長300m寬90m的廣場；基地兩側(cè)沿線路外伸500m的路基土石方工程）?；爻醪綐?biāo)高按線路設(shè)計(jì)標(biāo)高取平均值；泄水坡為單向坡i=3；土方邊坡挖方為1:1.25，填方為1:1.5。原始資料為 貴廣 線 dk387+100至 dk388+100 段設(shè)計(jì)

2、平面圖及縱斷面圖各一份，線路為一級單線。二、施工條件：1 計(jì)算所需的施工機(jī)具均按需配備供應(yīng)；2 所需勞力全部滿足要求；3 施工在非雨季進(jìn)行，月平均氣溫為20oc。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1 計(jì)算基地及基地兩側(cè)路基土方工程量；2 確定土方調(diào)配方案，選擇施工方法；3 選擇施工機(jī)械，確定施工機(jī)械走行路線；4 計(jì)算施工工期；布置現(xiàn)場平面圖。四、設(shè)計(jì)成果及要求：1 編寫課程設(shè)計(jì)說明書，（約8000字）2 繪制現(xiàn)場平面布置圖1張（2#圖紙）3 繪制路基橫斷面圖（比例： 1:200）課程設(shè)計(jì)說明書1 工程量的計(jì)算1.1 基地土方量的計(jì)算1.1.1 地面標(biāo)高計(jì)算在平面圖上找出接近線路較為平坦的場地(300m90m),布置

3、方格網(wǎng),（邊長取30m），形成30個(gè)方格。在平面圖上找出每個(gè)方格角點(diǎn)的地面標(biāo)高。表1：地面標(biāo)高地面標(biāo)高（m）h地1203.3 h地12204.8h地23204.9h地34204.0h地2204.2h地13203.2h地24203.2h地35203.6h地3203.5h地14203.5h地25203.7h地36203.7h地4202.7h地15203.0h地26203.1h地37203.2h地5201.5h地16201.0h地27202.8h地38202.6h地6202.7h地17201.2h地28200.9h地39201.1h地7202.8h地18202.6h地29200.8h地40201.3

4、h地8202.6h地19202.5h地30201.2h地41201.5h地9202.6h地20202.6h地31201.4h地42200.8h地10201.5h地21201.3h地32200.5h地43200.4h地11200.5h地22200.5h地33200.5h地44200.31.1.2 基地初步設(shè)計(jì)高程的計(jì)算 根據(jù)線路起點(diǎn)高程204.67m，中點(diǎn)高程200.93m，終點(diǎn)199.59m1.1.3基地設(shè)計(jì)高程計(jì)算單向排水，方向?yàn)閤軸負(fù)方向， 圖1：基地計(jì)算土方量圖（單位m）表2：基地設(shè)計(jì)高程基地設(shè)計(jì)高程（m）h1202.18h12202.18h23202.18h34202.18h2202.

5、09h13202.09h24202.09h35202.09h3202.00h14202.00h25202.00h36202.00h4201.91h15201.91h26201.91h37201.91h5201.82h16201.82h27201.82h38201.82h6201.73h17201.73h28201.73h39201.73h7201.64h18201.64h29201.64h40201.64h8201.55h19201.55h30201.55h41201.55h9201.46h20201.46h31201.46h42201.46h10201.37h21201.37h32201.3

6、7h43201.37h11201.28h22201.28h33201.28h44201.281.1.4 各角點(diǎn)的施工高度計(jì)算（以“+”表示填方，“-”表示挖方，下同）同理，各角點(diǎn)的施工高度求，結(jié)果見表3。表3：施工高度施工高度（m）h1-1.12h12-2.62h23-2.72h34-1.82h2-2.11h13-1.11h24-1.11h35-1.51h3-1.50h14-1.50h25-1.70h36-1.70h4-0.79h15-1.09h26-1.19h37-1.29h50.32h160.82h27-0.98h38-0.78h6-0.97h170.52h280.83h390.63h7-

7、1.16h18-0.96h290.84h400.34h8-1.05h19-0.95h300.35h410.05h9-1.14h20-1.14h310.06h420.66h10-0.13h210.07h320.87h430.97h110.78h220.78h330.78h440.981.1.5 確定“零線”由于施工的方格中，一部分的施工高度為“+”，而另一部分的施工高度為“-”則此方格的土方必然為一部分為填方，一部分為挖方。填挖方的邊界線即為零線。1.1.6方格網(wǎng)土方量計(jì)算（1）全填或全挖方格：如（2）兩填兩挖方格：如（3）三填一挖或三挖一填方格：如將計(jì)算結(jié)果匯總：1.1.7 方格網(wǎng)邊坡土方量的

8、計(jì)算圖2：基地邊坡平面示意圖 土方邊坡挖方為1:1.25,填方為1:1.5，按三角棱錐體和三角棱柱體計(jì)算邊坡放量： 則： 1.1.8 基地總土方量計(jì)算1.2路基土石方量計(jì)算已知線路為一級單線，從路基規(guī)范中查得，一級單線非滲水土路基面寬度：路塹為7.1m，路堤為7.5m，路基頂面標(biāo)高由縱斷面圖相應(yīng)中心點(diǎn)求得，路基土石方的采用平均斷面法求，每50m畫一個(gè)橫斷面，然后在cad里面讀出各斷面的面積，用下面的公式即可求得。式中：a1 a2a3an 每個(gè)斷面面積；l1 l2l3ln-1 兩相鄰斷面間距離。用平均面積法求出各土方量填入下表（表6）：表6：路基方量2. 確定土方調(diào)配方案2.1 區(qū)間路基土石方調(diào)

9、配經(jīng)濟(jì)運(yùn)距計(jì)算公式為：設(shè)路塹1的挖土，縱向運(yùn)送l距離到路堤的費(fèi)用為am，則 am=a+bl（1）a:挖1土并裝到運(yùn)送工具上的費(fèi)用；b：1土運(yùn)送1m距離的費(fèi)用。如果上述路塹挖方不縱向運(yùn)至路堤，而運(yùn)往棄土堆，路堤就由取土坑取土，橫向運(yùn)至路堤的費(fèi)用則為anan=（a+bl棄）+（a+bl取）（2）l棄：挖土運(yùn)至棄土堆的距離；l取：取土坑運(yùn)至路堤的距離。當(dāng)滿足aman時(shí)，l值即為經(jīng)濟(jì)運(yùn)距a +bl（a+bl棄）+（a+bl?。┧?l=a+（l棄+l?。゜/b（3）查鐵路工程概預(yù)算定額第一冊路基工程（2004年）路基土方定額：ly-47 挖掘機(jī)挖土裝車 挖掘機(jī) 普通土，挖土并裝到運(yùn)送工具上的費(fèi)用為元，

10、即；ly-150 自卸汽車運(yùn)土 自卸汽車 運(yùn)距，運(yùn)土需要元，則根據(jù)地形條件取，。根據(jù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)距的公式區(qū)間土石方調(diào)配，采用表上作業(yè)法，見表7。表7：區(qū)間土石方調(diào)配起訖里程段落編號斷面方數(shù)m3利用方數(shù)m3自何處來往何處去運(yùn)距m施工方法技術(shù)及數(shù)量/m路堤路塹路塹路堤往路堤往棄土堆自取土坑自路塹人力施工機(jī)械施工dk387+100dk387+150127282728 00來自路塹502728 dk387+150dk387+17027776976900769來自路塹50846dk387+170dk387+200380910010000809來自路塹50909dk387+200dk387+2504483612

11、5001120483來自路塹501095 dk387+250dk387+300550140501400來自路塹505014 dk387+300dk387+3506609406094 00來自路塹506094dk387+350dk387+4007030960309600來自路塹503096dk387+400dk387+4508069750697500來自路塹506975dk387+450dk387+5009066620666200來自路塹506662dk387+500dk387+5501002174021740 0來自路塹502174 dk252+550dk252+600110246902469

12、00來自路塹502469 2.2 基地土石方調(diào)配由于站場為半填半挖（挖19122，填24220），挖方量大于填方量，所以須在站場周圍尋找合適的取土區(qū)（滿足運(yùn)距大于200m，且安全環(huán)保），取土區(qū)的分布情況如圖3。圖3：基地土石方分布圖（單位m）2.2.1 求各區(qū)段重心 取場地縱、橫兩邊為坐標(biāo)軸，分別求出各區(qū)間的上方重心的位置。 即： ； 。 x、y：挖方或填方調(diào)配區(qū)的重心坐標(biāo)；v：每個(gè)方格的土方量； x、y：每個(gè)方格的重心坐標(biāo)。為簡化計(jì)算，可以幾何形心位置代替重心位置。t1的重心坐標(biāo)為t1（146.08,42.87）； t2的重心坐標(biāo)為t2（208.46,18.47）； t3的重心坐標(biāo)為t3（2

13、75.26,37.12）； w1的重心坐標(biāo)為w1（62.36,42.42）； w2的重心坐標(biāo)為w2（210.40，66.59）； w3的重心坐標(biāo)為w3（209.80，-21.44）； 2.2.2 求填、取土區(qū)間之間的平均運(yùn)距 、： 填方區(qū)的重心坐標(biāo)、：挖方區(qū)的重心坐標(biāo)同理，可求其它各填挖區(qū)段間的距離2.2.3 表上作業(yè)法進(jìn)行最優(yōu)土方調(diào)配2.2.3.1根據(jù)圖1.3及上面求出的運(yùn)距編制土方調(diào)配表，如表8。表8：土方調(diào)配表挖方區(qū)填方區(qū)挖方量m3t1t2t3w1x1183.72x12148.05x13212.9613956.4w2x2168.56x2248.16x2371.245165.8w3x319

14、0.54x3221.48x3387.835097.8填方量m314067.37738.82413.924220 目標(biāo)函數(shù)： 為每對調(diào)配區(qū)運(yùn)距 約束條件：2.2.3.2 編制初始調(diào)配方案 為使目標(biāo)函數(shù)較小，并減少運(yùn)算次數(shù)，可采用“最小元素法”編制。即優(yōu)先對運(yùn)距最小的調(diào)配區(qū)進(jìn)行調(diào)配。表8中,x32運(yùn)距為21.48m,挖方w3供應(yīng)給t2填方區(qū)，以此類推，最后得到初始調(diào)配方案，見表9。表9：初始調(diào)配方案 挖方區(qū)填方區(qū)挖方量m3t1t2t3w11395684x148x21313956.4w2111692641482414715165.8w3x91509821x885097.8填方量m314067.377

15、38.82413.924220由初始調(diào)配方案，計(jì)算其目標(biāo)函數(shù)值為： 2.2.3.3 調(diào)配方案最優(yōu)化檢驗(yàn)盡量方案以“最小元素法”調(diào)配原則編制，各目標(biāo)函數(shù)是較小，但不能確定為最小，所以要進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)采用假想運(yùn)距法，此法較為簡便。假想運(yùn)距是假設(shè)方案最優(yōu)時(shí)的虛擬運(yùn)距。在假想運(yùn)距條件下，方案任意調(diào)整。若原運(yùn)距均大于或等于其對應(yīng)的假想運(yùn)距，則目標(biāo)函數(shù)不能再降低，即方案為最優(yōu)。如果原運(yùn)距小于其對應(yīng)的假想運(yùn)距，則目標(biāo)函數(shù)值還可以降低，即方案不是最優(yōu)。假想運(yùn)距法的編制方法（見表10）。先將有解（）的方格運(yùn)距填入表中，（表中有影格線）。然后按矩形對角線上運(yùn)距之和兩兩相等規(guī)律，從適當(dāng)?shù)姆礁耖_始，逐一求出無解（即x

16、=0表中方格畫有x）方格的假想運(yùn)距，即得假想運(yùn)距表(表10)。表10：假想運(yùn)距表挖方區(qū)填方區(qū)t1t2t3w1846386w2694871w34221-10 用原運(yùn)距減去假想運(yùn)距來檢驗(yàn)表11，表中出現(xiàn)負(fù)值，說明方案不是最優(yōu)的，需進(jìn)行調(diào)整。表11：檢驗(yàn)表挖方區(qū)填方區(qū)t1t2t3w1085127w2000w349002.2.3.4 方案調(diào)整 調(diào)整方案的目的是降低目標(biāo)函數(shù)值，調(diào)整時(shí)應(yīng)重新平衡。 調(diào)整采用“閉回路法”，從負(fù)值（x23）出發(fā)，沿豎直方向前進(jìn)，遇到適當(dāng)?shù)挠薪猓ǎ┓礁褡?0度轉(zhuǎn)彎，然后依次前進(jìn)，轉(zhuǎn)回到出發(fā)點(diǎn)，形成閉回路，見表12。表12: 閉合回路表 在閉合回路上，將其最大運(yùn)距的有解方格變?yōu)榱?/p>

17、，其有解值轉(zhuǎn)入x23負(fù)值格，并調(diào)整其他值，使其約束條件不變。 調(diào)整后的新調(diào)配方案見表13，對新的調(diào)配方案再求出新的調(diào)整運(yùn)距表，用前邊方法再去檢驗(yàn)，直至找出最優(yōu)方案為止。表13：新的調(diào)配方案表挖方區(qū)填方區(qū)挖方量m3t1t2t3w11395683.72x148.05x212.9613956.4w211168.56264148.16241471.245165.8w3x90.54509821.48x87.835097.8填方量m314067.37738.82413.924220新方案經(jīng)檢驗(yàn)，均為大于0，故新方案最優(yōu)，其目標(biāo)函數(shù)為：2.2.3.5 繪出基地土方調(diào)配圖圖4：基地土方調(diào)配圖3. 施工方法選擇

18、 該工程土石方工程量大、戰(zhàn)線長、勞動強(qiáng)度大、質(zhì)量要求高，因此優(yōu)先采用機(jī)械化施工方法，在工程量小且施工條件限制而不宜采用機(jī)械化施工的工點(diǎn)，采用人力配合小型機(jī)具施工方法。4. 機(jī)械化施工及施工機(jī)械的選擇根據(jù)站場的土石方量和機(jī)械工作限額表，本應(yīng)該選擇鏟運(yùn)機(jī)施工，但由于地形條件的限制還是宜采用挖土機(jī)施工并配合自卸汽車進(jìn)行運(yùn)輸，并配備其他機(jī)械壓實(shí)。其中挖土機(jī)為6臺，規(guī)格為1立方米，w1區(qū)布置3臺，w2區(qū)布置2臺，w3區(qū)布置1臺， 4t自卸車，采用兩班制作業(yè)。4.1 計(jì)算挖土機(jī)的生產(chǎn)率式中：p 挖土機(jī)生產(chǎn)率（m3/臺班） q 挖土坑斗容量 (m3)，本設(shè)計(jì)取1m3； 土斗的充盈系數(shù)(0.81.1)，本設(shè)計(jì)取0.9； 土的最初可松系數(shù)，本設(shè)計(jì)取1.15； 工作時(shí)間利用系數(shù)(0.70.9)，本設(shè)計(jì)取0.85； t挖土機(jī)每次作業(yè)循環(huán)延續(xù)時(shí)間(s)一般為2540s，本設(shè)計(jì)取40s。4.2 運(yùn)輸車輛配套計(jì)算：對w1區(qū)：運(yùn)土車輛的數(shù)量