《鐵路工程施工組織與管理》課程設計

1、 （201 201 學年第 學期）課程名稱：鐵路施工組織與管理設計名稱：新線鐵路土石方工程施工組織設計專業(yè)班級： 學 號： 姓 名： 指導教師： 成 績： 西南交通大學峨眉校區(qū) 年 月 日 課程設計任務書一、設計題目：新建鐵路土石方工程施工組織設計工程施工隊承擔新線鐵路臨時焊軌基地的土石方工程任務，（其中包括基地面積為長550m寬50m的廣場；基地兩側沿線路外伸1000m的路基土石方工程）?；爻醪綐烁甙淳€路設計標高取平均值；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 線 至 段設計平面圖及縱斷面圖各一份，線路等級為1級，雙線設計。二、施工條件：1 計算所需

2、的施工機具均按需配備供應；2 所需勞力全部滿足要求；3 施工在非雨季進行，月平均氣溫為20oC。三、設計內容1 計算基地及1000m路基土方工程量；2 確定土方調配方案，選擇施工方法；3 選擇施工機械，確定施工機械走行路線；4 計算施工工期；布置現(xiàn)場平面圖。四、設計成果及要求：1 編寫課程設計說明書（約8000字）2 繪制現(xiàn)場平面布置圖1張（2#圖紙）3 繪制路基（50m/個）橫斷面圖（比例尺：1:200）2課程設計說明書1.工程量的計算1.1 基地土方量的計算計算基地土方量，首先要確定場地設計高程，由設計平面的高程和天然地面的高程之差，可以得到場地各點的施工高度（即填挖高度），由此便可計算場

3、地平整的挖方和填方的工程量。1.1.1地面標高計算在平面圖上找出接近線路較為平坦的場地(>550m×50m),布置方格網(wǎng),（邊長取25m），形成44個方格，在平面圖上找出每個方格角點的地面標高，方格網(wǎng)圖列如附錄圖1所示。表1 地面標高點號地面高程m點號地面高程m點號地面高程m1502.724501.147502.22502.825501.248503.03503.126501.349502.94503.327501.650502.85503.128501.851503.06502.729501.952503.37502.830502.153503.48502.531502.35

4、4503.79501.432502.255501.510499.433502.456501.511499.234501.957501.912499.135501.558501.413499.736501.359501.514499.537501.260501.115500.338500.161502.216500.239500.362502.417500.440500.463500.518500.441501.064500.719500.542500.765500.720500.443502.466500.621500.744501.167500.922500.645502.068500.82

5、3503.046501.069501.01.1.2 基地初步設計高程的計算由于設計標高取該段線路標高的平均值，所以在縱斷面上找出相對應的線路設計標高，因為該段線路沒有坡度，故H=506.83m。經(jīng)過查詢新建時速200250公里客運專線鐵路設計暫行規(guī)定(上下)得到：路拱厚度為200mm，60軌高度為176mm，底砟厚度為350，軌枕厚度為200mm。則基地初步設計高程為：506.830.20.1760.350.2=505.904m（1-1）1.1.3基地設計高程計算單面排水，排水方向為短邊， 505.90425×0.003=505.829m505.904m505.904+25×

6、;0.003=505.979m表2 設計標高點號設計高程m點號設計高程m點號設計高程m1505.82924505.90447505.9792505.82925505.90448505.9793505.82926505.90449505.9794505.82927505.90450505.9795505.82928505.90451505.9796505.82929505.90452505.9797505.82930505.90453505.9798505.82931505.90454505.9799505.82932505.90455505.97910505.82933505.90456505

7、.97911505.82934505.90457505.97912505.82935505.90458505.97913505.82936505.90459505.97914505.82937505.90460505.97915505.82938505.90461505.97916505.82939505.90462505.97917505.82940505.90463505.97918505.82941505.90464505.97919505.82942505.90465505.979續(xù)上表20505.82943505.90466505.97921505.82944505.90467505

8、.97922505.82945505.90468505.97923505.82946505.90469505.9791.1.4 各角點的施工高度計算 施工高度 = 設計標高地面標高 （1-2）具體數(shù)據(jù)如下表所示。表3 施工高度點號點號點號13.129244.804473.77923.029254.704482.97932.729264.604493.07942.529274.304503.17952.729284.104512.97963.129294.004522.67973.029303.804532.57983.329313.604542.27994.429323.704554.4791

9、06.429333.504564.479116.629344.004574.079126.729354.404584.579136.129364.604594.479146.329374.704604.879155.529385.804613.779165.629395.604623.579175.429405.504635.479185.429414.904645.279195.329425.204655.279205.429433.504665.379215.129444.804675.079225.229453.904685.179232.829464.904694.9791.1.5方格

10、網(wǎng)土方量計算由表3數(shù)據(jù)可得，該基地需要全填，根據(jù)公式（1-3）可求出全填方格的土石方量如下： （3.129+4.804+3.029+4.704）= 2447.81（3.029+4.704+2.729+4.604) =2354.06（2.729+4.604+2.529+4.304）=2213.44（2.529+4.304+2.729+4.104）=2135.31（2.729+4.104+3.129+4.004）=2182.19（3.129+4.004+3.029+3.804）=2182.19（3.029+3.804+3.329+3.604）=2150.94（3.329+3.604+4.429+3

11、.704）=2354.06（4.429=3.704+6.429+3.504）=2822.81（6.429+3.504+6.629+4.004）=3213.44（6.629+4.004+6.729+4.404）=3400.94（6.729+4.404+6.129+4.604）=3416.56（6.129+4.604+6.329+4.704）=3400.94（6.329+4.704+5.529+5.804）=3494.69（5.529+5.804+5.629+5.604）=3525.94（5.629+5.604+5.429+5.504）=3463.44（5.429+5.504+5.429+4.90

12、4）=3322.81（5.429+4.904+5.329+5.204）=3260.31（5.329+5.204+5.429+3.504）=3041.56（5.429+3.504+5.129+4.804）=2947.81（5.129+4.804+5.229+3.904）=2979.06（5.229+3.904+2.829+4.904）=2635.31（4.8043+.779+4.704+2.979）=2541.56 （4.704+2.979+4.60+43.079）=2400.94 （4.604+3.079+4.304+3.179）=2369.69 （4.304+3.179+4.104+2.97

13、9）=2275.94（4.104+2.979+4.004+2.679）=2150.94 （4.004+2.679+3.804+2.579）=2041.56（3.804+2.579+3.604+2.279）=1916.56 （3.6042+.27+93.704+4.479）=2197.81 （3.7044+.479+3.504+4.479）=2525.94（3.504+4.479+4.004+4.079）=2510.31 （4.004+4.079+4.404+4.579）=2666.56 （4.404+4.579+4.604+4.479）=2822.81（4.6044+.479+4.704+4.

14、879）=2916.56 （4.704+4.879+5.804+3.779）=2994.69 （5.804+3.779+5.604+3.579）=2932.19 （5.604+3.5795+.504+5.479）=3150.94 （5.504+5.4794+.904+5.279）=3307.19 （4.904+5.2795+.204+5.279）=3229.06 （5.204+5.2793+.504+5.379）=3025.94 （3.504+5.379+4.804+5.079）=2932.19 （4.804+5.079+3.904+5.179）=2963.44 （3.904+5.179+4.

15、904+4.979）=2963.44 將計算結果匯總：1.1.6 方格網(wǎng)邊坡土方量的計算基地邊坡平面示意圖如附圖2所示，土方邊坡挖方為1:1.25,填方為1:1.5，已知全為填方區(qū)，則根據(jù)公式 （1-4）可以求得四個角落的邊坡寬度值為（單位m）： 由此可以求得、3.129×4.69 = 7.343.779×5.67 = 10.712.829×4.24 = 6.00 4.979×7.47 =18.59 由此可以根據(jù)三角棱柱體公式 （1-5）可以計算得到各邊坡土方量的體積，分別為：3669.99 614.88 8058.45 451.34 4個角點取平面為正

16、方形進行簡化計算： 16.98 92.57 40.48 22.98 綜上可得：1.1.7 基地總土方量計算 1.2路基土石方量計算已知線路為一級雙線,從縱斷面圖中可知設計線間距為4.200m，路基軌面標高為506.83m，則路肩高程為506.83-0.926=505.904m。據(jù)此，用CAD每隔50m畫一個路基橫斷面（如附圖3. DK106+000DK107+000線路路基橫斷面圖），然后讀出各斷面的面積，再通過下面的公式即可求得路基土石方量： （1-6）式中：A1、A2、A3An 每個斷面面積； L1、L2、L3Ln-1 兩相鄰斷面間距離。由公式知道路基土方計算的關鍵是橫斷面地形，經(jīng)過以上的

17、計算可以知道，橫斷面地形高度<線路設計標高，即全為填方路堤，其寬度可取為13m。用平均面積法求出各土方量填入下表：表4 路基土石方量明細表里程挖方面積m²填方面積m²挖方量m3填方量m3備注DK106+000103.281路堤4799.75DK106+05088.709路堤5619.75DK106+100136.081路堤7161.35DK106+150150.373路堤7076.90DK106+200132.703路堤7060.85DK106+250149.731路堤7868.03DK106+300164.990路堤9254.43DK106+350205.187路堤

18、8252.88DK106+400124.928路堤5263.35DK106+45085.606路堤4138.23DK106+50079.923路堤3562.90DK106+55062.593路堤4225.43DK106+600106.424路堤5912.20DK106+650130.064路堤7165.28DK106+700156.547路堤6994.28DK106+750123.224路堤5632.73DK106+800102.085路堤4722.83DK106+85086.828路堤5371.08DK106+900128.015路堤5495.70DK106+95091.813路堤4128.

19、30DK107+00073.319路堤綜上所述，路基土石方為=119706.202. 確定土方調配方案鐵路建設中，路基土石方工程所占比重較大，所需勞力和機具較多，取棄土占用的土地也較多。因此，為了合理地節(jié)約投資和勞力，少占農(nóng)田，對土石方進行合理調配和取棄土的合理設置是十分有必要的。本區(qū)段地處平原，地面起伏不大，經(jīng)過前面計算已知，站場基地土石方和路基土石方均為全填，故需要在平面圖上找到合適的位置設置取土坑，進行合理地土石方調配。2.1區(qū)間路基土石方調配已知該新建鐵路區(qū)段位于平原地區(qū)，以路堤為主，故填土應從取土坑中取土，運距為橫向。設路塹1m3的挖土，縱向運送L距離到路堤的費用為Am，則 Am=A

20、+bL （2-1）A:挖1m3土并裝到運送工具上的費用；b：1m3土運送1m距離的費用。 如果上述路塹挖方不縱向運至路堤，而運往棄土堆，路堤就由取土坑取土，橫向運至路堤的費用則為An An=（A+bL棄）+（A+bL?。?（2-2）L棄：挖土運至棄土堆的距離；L?。喝⊥量舆\至路堤的距離當滿足AmAn時，L值即為經(jīng)濟運距 A +bL（A+bL棄）+（A+bL?。?（2-3）所以 L=A+（L棄+L?。゜/b （2-4）經(jīng)過查閱鐵路工程造價信息網(wǎng)上面公布的鐵路工程預算定額第一冊路基工程（2010年）中的路基土方定額得到：LY-11：挖掘機挖土裝車，挖100普通土土并裝到運送工具上的費用為95.70

21、元，則挖1的費用為0.957元，故元；LY-115：自卸汽車運土8t，運距1km，運100土1000m需要422.73元，則運1m3土1m距離的費用為根據(jù)地形條件取，。根據(jù)經(jīng)濟運距的公式（2-4）得表5 路基土石方數(shù)量調配明細表起訖里程段落編號斷面方數(shù)利用方數(shù)自何處來往何處去運距（m）施工方法及數(shù)量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械施工DK106+000DK106+20012465800246580從取土坑來35024658DK106+200DK106+40023243600324360從取土坑來35032436DK106+400DK106+600317190001719

22、00從取土坑來35017190DK106+600DK106+80042570400257040從取土坑來35025704DK106+800DK107+00051971800197180從取土坑來350197182.2焊軌基地土石方調配焊軌基地土石方與區(qū)間路基土石方不同，不僅工程量大，而且集中在一定范圍內，且基地內還有很多其他建筑物，取棄土受到很多限制。因此，焊軌基地土石方調配屬于線性規(guī)劃的運輸問題，施工時應采用面調配法即方格網(wǎng)調配法進行土石方調配。從前面計算可知，焊軌基地為全填，加上邊坡填土共需土石方量134640，所以需要在基地周圍尋找合適的取土區(qū)，為滿足取土距離在200300m以外，且安全

23、環(huán)保，結合平面圖可將取土區(qū)的分布情況設置如下圖所示，每個取土坑到焊軌基地的直線距離均為300m。圖3 焊軌基地取土坑位置分布情況2.2.1求各區(qū)段重心取基地縱、橫兩邊為坐標軸，分別求出各區(qū)間的上方重心的位置。 即： （2-5） （2-6）X、Y：挖方或填方調配區(qū)的重心坐標V：每個方格的土方量x、y：每個方格的重心坐標為簡化計算，可以幾何形心位置代替重心位置，可得所求重心位置如下：W1的重心坐標為W1（112.50,-300.00） W2的重心坐標為W2（300.00,300.00）W3的重心坐標為W3（462.50,-300.00）T1的重心坐標為T1（112.50,0） T2的重心坐標為T2

24、（300.00,0） T3的重心坐標為T3（462.50,0）2.2.2挖方區(qū)和填方區(qū)之間的平均運距 （2-7） 、：填方區(qū)的重心坐標 、：挖方區(qū)的重心坐標則的距離為同理，利用公式(2-5)可求其出它各挖方區(qū)和填方區(qū)之間的距離L,如下表所示。表6 挖方區(qū)和填方區(qū)之間的平均運距表區(qū)域重心坐標運輸路徑運距（m)XY挖方W1112.5-300W1T1300 W2300300W1T2354 W3462.5-300W1T3461 W2T1354 W2T2300 W2T3341 填方T1112.50W3T1461 T23000W3T2341 T3462.50W3T3300 2.2.3 表上作業(yè)法進行最優(yōu)土

25、方調配最優(yōu)調配方案的求解需經(jīng)過編制土方調配表、擬定初始方案、優(yōu)化調整、確定最優(yōu)調配方案等步驟。2.2.3.1編制土方調配表根據(jù)圖以及上面求出的運距編制出土方調配表，如下表所示。表中的 為自運往 的土方量。表7 土方調配表挖土區(qū)填方區(qū)挖方量T1T2T3W130035446144880W235430034144880W346134130044880填方量4555041582475091346402.2.3.2 編制初始調配方案土方調配表編制后，即可在其基礎上擬定初始調配方案。為使目標函數(shù)較小，并減少運算次數(shù)，可采用“最小元素法”編制，即優(yōu)先對運距最小的調配區(qū)進行調配。從土方調配表中可知,、運距最小

26、，均為300m,故需優(yōu)先考慮，即挖方W1、W2、W3分別優(yōu)先供應給T1、T2、T3填方區(qū)，以此類推，最后得到初始調配方案，如下表所示：表8 初始調配方案挖土區(qū)填方區(qū)挖方量T1T2T3W14488030035446144880W267035441582300262834144880W34613414488030044880填方量455504158247509134640目標函數(shù)： (2-8) 為每對調配區(qū)運距約束條件：由初始調配方案，計算其目標函數(shù)值為：2.2.3.3 調配方案最優(yōu)化檢驗盡管方案以“最小元素法”調配原則編制，各目標函數(shù)是較小，但不能確定為最小，所以要進行檢驗。檢驗采用假想運距法，

27、此法較為簡便。假想運距是假設方案最優(yōu)時的虛擬運距。在假想運距條件下，方案任意調整。若原運距均大于或等于其對應的假想運距，則目標函數(shù)不能再降低，即方案為最優(yōu)。如果原運距小于其對應的假想運距，則目標函數(shù)值還可以降低，即方案不是最優(yōu)。 假想運距法的編制方法。先將有解（）的方格運距填入表中，（表中有影格線）。然后按矩形對角線上運距之和兩兩相等規(guī)律，從適當?shù)姆礁耖_始，逐一求出無解（即X=0表中方格畫有X）方格的假想運距，即得假想運距表。表9 假想運距表挖土區(qū)填方區(qū)T1T2T3W1300354395W2354300341W3395341300用原運距減去假想運距來檢驗表，表中未出現(xiàn)負值，說明方案是最優(yōu)的，

28、不需要進行調整。表10 檢驗表挖土區(qū)填方區(qū)T1T2T3W100+66W2000W3+66002.2.3.4焊軌基地土方調配圖圖4 焊軌基地土方調配圖3.確定施工方法，選擇施工方案經(jīng)過前面的計算可以清楚地了解到，該新建鐵路工程具有土石方工程量大、戰(zhàn)線長、勞動強度大、質量要求高的特點，因此為了滿足相應的要求，在進行施工的個過程中，應當優(yōu)先采用機械化施工的方法，而對于工程量小且施工條件限制所造成的不宜采用機械化施工的工點，應當采用人力配合小型機具施工的方法。已知該段線路全為路堤，則其填筑應按照“三階段、四區(qū)段、八流程”的施工順序組織施工。通過平面圖提供的現(xiàn)場地形的資料，合理地選擇適宜的機械組合，每個

29、區(qū)段長度設置為200米，共分為5個區(qū)段分別取土。由于對路堤壓實的質量要求較高，故進行填方壓實作業(yè)時，采用羊足碾進行壓實。4. 選擇施工機械，確定施工機械走行路線4.1選擇挖土機施工根據(jù)焊軌基地的土石方量和機械工作限額表，應該選擇鏟運機施工，但由于地形條件的限制還是宜采用挖土機施工在配合自卸汽車進行運輸?shù)耐瑫r，還要配備其他機械，如推土機、壓路機等進行壓實。由于施工地段地勢較為平緩，經(jīng)查，可以選擇杭州重型機械廠生產(chǎn)的WY250型號的液壓單斗挖掘機，其斗容量為2.5，10t自卸車，采用兩班制作業(yè)。挖土機的生產(chǎn)率： (4-1)式中：P 挖土機生產(chǎn)率（/臺班） q 該挖土機斗容量為2.5 ； 土斗的充盈系數(shù)(0.81.1)，這里取0.9； 土的最初可松系數(shù)，這里取1.15； 工作時間利用系數(shù)(0.70.9)，本設計取0.7； t挖土機每次作業(yè)循環(huán)延續(xù)時間(s)一般為2540s，這里取35s。4.2運輸車輛配套計算運土車輛的數(shù)量（），主要根據(jù)能保證挖土機連續(xù)作業(yè)來確定，其計算式為 (