铁路工程施工组织与管理课程设计.docx

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1、（201 201 学年第 学期）课程名称：铁路施工组织及管理设计名称：新线铁路土石方工程施工组织设计专业班级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 成 绩： 西南交通大学峨眉校区 年 月 日 课程设计任务书一、设计题目：新建铁路土石方工程施工组织设计工程施工队承担新线铁路临时焊轨基地的土石方工程任务，（其中包括基地面积为长550m宽50m的广场；基地两侧沿线路外伸1000m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，线路等级为1级，双线设计。二、施工条件：1 计算所需的

2、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1000m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（50m/个）横断面图（比例尺：1:200）课程设计说明书1.工程量的计算1.1 基地土方量的计算计算基地土方量，首先要确定场地设计高程，由设计平面的高程和天然地面的高程之差，可以得到场地各点的施工高度（即填挖高度），由此便可计算场地平

3、整的挖方和填方的工程量。1.1.1地面标高计算在平面图上找出接近线路较为平坦的场地(550m50m),布置方格网,（边长取25m），形成44个方格，在平面图上找出每个方格角点的地面标高，方格网图列如附录图1所示。表1 地面标高点号地面高程m点号地面高程m点号地面高程m1502.724501.147502.22502.825501.248503.03503.126501.349502.94503.327501.650502.85503.128501.851503.06502.729501.952503.37502.830502.153503.48502.531502.354503.79501.4

4、32502.255501.510499.433502.456501.511499.234501.957501.912499.135501.558501.413499.736501.359501.514499.537501.260501.115500.338500.161502.216500.239500.362502.417500.440500.463500.518500.441501.064500.719500.542500.765500.720500.443502.466500.621500.744501.167500.922500.645502.068500.823503.046501.

5、069501.01.1.2 基地初步设计高程的计算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，因为该段线路没有坡度，故H=506.83m。经过查询新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定(上下)得到：路拱厚度为200mm，60轨高度为176mm，底砟厚度为350，轨枕厚度为200mm。则基地初步设计高程为：506.830.20.1760.350.2=505.904m（1-1）1.1.3基地设计高程计算单面排水，排水方向为短边， 505.904250.003=505.829m505.904m505.904+250.003=505.979m表2 设计标高点号

6、设计高程m点号设计高程m点号设计高程m1505.82924505.90447505.9792505.82925505.90448505.9793505.82926505.90449505.9794505.82927505.90450505.9795505.82928505.90451505.9796505.82929505.90452505.9797505.82930505.90453505.9798505.82931505.90454505.9799505.82932505.90455505.97910505.82933505.90456505.97911505.82934505.90457

7、505.97912505.82935505.90458505.97913505.82936505.90459505.97914505.82937505.90460505.97915505.82938505.90461505.97916505.82939505.90462505.97917505.82940505.90463505.97918505.82941505.90464505.97919505.82942505.90465505.979续上表20505.82943505.90466505.97921505.82944505.90467505.97922505.82945505.90468

8、505.97923505.82946505.90469505.9791.1.4 各角点的施工高度计算 施工高度 = 设计标高地面标高 （1-2）具体数据如下表所示。表3 施工高度点号点号点号13.129244.804473.77923.029254.704482.97932.729264.604493.07942.529274.304503.17952.729284.104512.97963.129294.004522.67973.029303.804532.57983.329313.604542.27994.429323.704554.479106.429333.504564.479116.

9、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方格网土方量计算由表3数据可得，该基地需要全填，根据

10、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+3.704）=2354.06（4.429=3.70

11、4+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+4.904）=3322.81（5.429+4.904+5

12、.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+2.979）=2275.94（4.104+2.979+4

13、.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+4.879）=2916.56 （4.704+4.87

14、9+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+4.904+4.979）=2963.44 将计算结果

15、汇总：1.1.6 方格网边坡土方量的计算基地边坡平面示意图如附图2所示，土方边坡挖方为1:1.25,填方为1:1.5，已知全为填方区，则根据公式 （1-4）可以求得四个角落的边坡宽度值为（单位m）：由此可以求得、3.1294.69 = 7.343.7795.67 = 10.712.8294.24 = 6.00 4.9797.47 =18.59 由此可以根据三角棱柱体公式 （1-5）可以计算得到各边坡土方量的体积，分别为：3669.99 614.88 8058.45 451.34 4个角点取平面为正方形进行简化计算： 16.98 92.57 40.48 22.98 综上可得：1.1.7 基地总土

16、方量计算1.2路基土石方量计算已知线路为一级双线,从纵断面图中可知设计线间距为4.200m，路基轨面标高为506.83m，则路肩高程为506.83-0.926=505.904m。据此，用CAD每隔50m画一个路基横断面（如附图3. DK106+000DK107+000线路路基横断面图），然后读出各断面的面积，再通过下面的公式即可求得路基土石方量： （1-6）式中：A1、A2、A3An 每个断面面积； L1、L2、L3Ln-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，经过以上的计算可以知道，横断面地形高度线路设计标高，即全为填方路堤，其宽度可取为13m。用平均面积法求出各土方

17、量填入下表：表4 路基土石方量明细表里程挖方面积m填方面积m挖方量m3填方量m3备注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8252.88DK106+400124.928路堤5263.35DK106+45085.606路堤4138.23DK106+5007

18、9.923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4128.30DK107+00073.319路堤综上所述，路基土石方为=119706.202. 确定土方调配方案铁路建设中，路基土石方工程所占

19、比重较大，所需劳力和机具较多，取弃土占用的土地也较多。因此，为了合理地节约投资和劳力，少占农田，对土石方进行合理调配和取弃土的合理设置是十分有必要的。本区段地处平原，地面起伏不大，经过前面计算已知，站场基地土石方和路基土石方均为全填，故需要在平面图上找到合适的位置设置取土坑，进行合理地土石方调配。2.1区间路基土石方调配已知该新建铁路区段位于平原地区，以路堤为主，故填土应从取土坑中取土，运距为横向。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 （2-1）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

20、堆，路堤就由取土坑取土，横向运至路堤的费用则为An An=（A+bL弃）+（A+bL取） （2-2）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AmAn时，L值即为经济运距 A +bL（A+bL弃）+（A+bL取） （2-3）所以 L=A+（L弃+L取）b/b （2-4）经过查阅铁路工程造价信息网上面公布的铁路工程预算定额第一册路基工程（2010年）中的路基土方定额得到：LY-11：挖掘机挖土装车，挖100普通土土并装到运送工具上的费用为95.70元，则挖1的费用为0.957元，故元；LY-115：自卸汽车运土8t，运距1km，运100土1000m需要422.73元，则运1m3

21、土1m距离的费用为根据地形条件取，。根据经济运距的公式（2-4）得表5 路基土石方数量调配明细表起讫里程段落编号断面方数利用方数自何处来往何处去运距（m）施工方法及数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DK106+000DK106+20012465800246580从取土坑来35024658DK106+200DK106+40023243600324360从取土坑来35032436DK106+400DK106+60031719000171900从取土坑来35017190DK106+600DK106+80042570400257040从取土坑来35025704DK106+

22、800DK107+00051971800197180从取土坑来350197182.2焊轨基地土石方调配焊轨基地土石方及区间路基土石方不同，不仅工程量大，而且集中在一定范围内，且基地内还有很多其他建筑物，取弃土受到很多限制。因此，焊轨基地土石方调配属于线性规划的运输问题，施工时应采用面调配法即方格网调配法进行土石方调配。从前面计算可知，焊轨基地为全填，加上边坡填土共需土石方量134640，所以需要在基地周围寻找合适的取土区，为满足取土距离在200300m以外，且安全环保，结合平面图可将取土区的分布情况设置如下图所示，每个取土坑到焊轨基地的直线距离均为300m。图3 焊轨基地取土坑位置分布情况2.

23、2.1求各区段重心取基地纵、横两边为坐标轴，分别求出各区间的上方重心的位置。 即： （2-5） （2-6）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为简化计算，可以几何形心位置代替重心位置，可得所求重心位置如下：W1的重心坐标为W1（112.50,-300.00） W2的重心坐标为W2（300.00,300.00）W3的重心坐标为W3（462.50,-300.00）T1的重心坐标为T1（112.50,0） T2的重心坐标为T2（300.00,0） T3的重心坐标为T3（462.50,0）2.2.2挖方区和填方区之间的平均运距 （2-7） 、：填方区的重心坐

24、标 、：挖方区的重心坐标则的距离为同理，利用公式(2-5)可求其出它各挖方区和填方区之间的距离L,如下表所示。表6 挖方区和填方区之间的平均运距表区域重心坐标运输路径运距（m)XY挖方W1112.5-300W1T1300 W2300300W1T2354 W3462.5-300W1T3461 W2T1354 W2T2300 W2T3341 填方T1112.50W3T1461 T23000W3T2341 T3462.50W3T3300 2.2.3 表上作业法进行最优土方调配最优调配方案的求解需经过编制土方调配表、拟定初始方案、优化调整、确定最优调配方案等步骤。2.2.3.1编制土方调配表根据图以及

25、上面求出的运距编制出土方调配表，如下表所示。表中的 为自运往 的土方量。表7 土方调配表挖土区填方区挖方量T1T2T3W130035446144880W235430034144880W346134130044880填方量4555041582475091346402.2.3.2 编制初始调配方案土方调配表编制后，即可在其基础上拟定初始调配方案。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。从土方调配表中可知,、运距最小，均为300m,故需优先考虑，即挖方W1、W2、W3分别优先供应给T1、T2、T3填方区，以此类推，最后得到初始调配方案，如下表所示

26、：表8 初始调配方案挖土区填方区挖方量T1T2T3W14488030035446144880W267035441582300262834144880W34613414488030044880填方量455504158247509134640目标函数： (2-8) 为每对调配区运距约束条件：由初始调配方案，计算其目标函数值为：2.2.3.3 调配方案最优化检验尽管方案以“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

27、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，则目标函数值还可以降低，即方案不是最优。 假想运距法的编制方法。先将有解（）的方格运距填入表中，（表中有影格线）。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9 假想运距表挖土区填方区T1T2T3W1300354395W2354300341W3395341300用原运距减去假想运距来检验表，表中未出现负值，说明方案是最优的，不需要进行调整。表10 检验表挖土区填方区T1T2T3W100+66W2000W3+66002.2.3.4焊轨基地土方调配图图4 焊

28、轨基地土方调配图3.确定施工方法，选择施工方案经过前面的计算可以清楚地了解到，该新建铁路工程具有土石方工程量大、战线长、劳动强度大、质量要求高的特点，因此为了满足相应的要求，在进行施工的个过程中，应当优先采用机械化施工的方法，而对于工程量小且施工条件限制所造成的不宜采用机械化施工的工点，应当采用人力配合小型机具施工的方法。已知该段线路全为路堤，则其填筑应按照“三阶段、四区段、八流程”的施工顺序组织施工。通过平面图提供的现场地形的资料，合理地选择适宜的机械组合，每个区段长度设置为200米，共分为5个区段分别取土。由于对路堤压实的质量要求较高，故进行填方压实作业时，采用羊足碾进行压实。4. 选择施

29、工机械，确定施工机械走行路线4.1选择挖土机施工根据焊轨基地的土石方量和机械工作限额表，应该选择铲运机施工，但由于地形条件的限制还是宜采用挖土机施工在配合自卸汽车进行运输的同时，还要配备其他机械，如推土机、压路机等进行压实。由于施工地段地势较为平缓，经查，可以选择杭州重型机械厂生产的WY250型号的液压单斗挖掘机，其斗容量为2.5，10t自卸车，采用两班制作业。挖土机的生产率： (4-1)式中：P 挖土机生产率（/台班） q 该挖土机斗容量为2.5 ； 土斗的充盈系数(0.81.1)，这里取0.9； 土的最初可松系数，这里取1.15； 工作时间利用系数(0.70.9)，本设计取0.7； t挖土

30、机每次作业循环延续时间(s)一般为2540s，这里取35s。4.2运输车辆配套计算运土车辆的数量（），主要根据能保证挖土机连续作业来确定，其计算式为 (4-2) (4-3) (4-4) (4-5)式中： T运土车辆每一工作循环延续时间（min）；运土车辆每次装车时间（min）； n运土车辆每车装土次数； 运土车辆的载重量(吨) ，这里取10t； r 实土容重(t/m3)，一般取1.7t/m3； 运土距离(m)； 重车及空车的平均速度(m/min)，一般取20km/h； t2卸土时间 (一般取1min)； t3操纵时间 (一般取23min)； 取=20km/h, t2=1min, t3=3min

31、,则根据式子(4-5)和(4-4)可得：4.2.1焊轨基地土石方运输车辆配套由图4焊轨基地土方调配图可以知道，从W2区要将土运到T1、T2、T3三个地方，但其运到T1、T3的土方量相对于T2来说比较少，为了充分地利用车辆，故可以加在一起计算配套车辆，则由（4-2）和（4-3）式可得：W1区需要的运土车辆数辆W2区需要的运土车辆数辆W3区需要的运土车辆数辆4.2.2路基土石方运输车辆配套由于均按350米的运距从取土坑取土，故各处取土坑安排的车辆数也均相同。5.施工工期的计算5.1 土石方集中地段的工期土石方集中地段的工期计算分式为 (工作天) （4-6）式中: T: 该取土石方需用的工期 (工作

32、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)。5.1.1焊轨基地土石方工期由由前面计算已知焊轨基地土石方在各挖区的方量，则其施工工期分别如下：对于W1区：对于W2区：对于W3区： 5.1.2路基土石方工期由表5路基土石方数量调配明细表可知各区间段的填方量，则其施工工期分别如下：DK106+000DK106+200段：DK106+200DK106+400段：DK106+400DK106+600段：DK106+600DK106+800段：DK106+800DK107+000段：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，该新线铁路区段有桥，因而路基土石方可及其同时开工，且通过前面计算可知，其竣工时间必定落后于桥涵工程，也在正线铺轨前半月完成，故路基土石方施工工期满足要求，该方案可行。6.附图