正反轉(zhuǎn)電瓶車皮帶機90°轉(zhuǎn)運出土輔助盾構(gòu)分體始發(fā)施工技術(shù)

王 兵

(中鐵十八局集團市政工程有限公司，天津 300222)

盾構(gòu)機正常始發(fā)時，出渣由盾構(gòu)機皮帶傳送至渣土斗，通過水平編組列車運輸至地下吊出井口處，再由地面龍門吊吊運至集渣池。受現(xiàn)場環(huán)境限制，盾構(gòu)機采用分體始發(fā)時，一般采用小斗，一環(huán)多次出渣[1-6]，效率低且超排情況難控制。將盾構(gòu)機皮帶機簡單改造，另增加輔助皮帶機，三種皮帶機組成的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)解決了盾構(gòu)機分體始發(fā)出渣效率低的難題，保證了施工安全，縮短了施工工期，降低了施工成本。以北京地鐵19號線牛街站—金融街站區(qū)間盾構(gòu)分體始發(fā)為例，闡述該方案。

1 工程概述

1.1 工程概況

北京地鐵19號線牛街站—金融街站區(qū)間起始里程為K41+720.402，終點里程為K43+604.139，線路總長約1 883.737 m，均位于地下。線路出牛街站后沿長椿街、鬧市口大街南北敷設(shè)，先后側(cè)穿長椿寺、上跨國鐵直徑線、下穿地鐵2號線長椿街站、下穿地鐵1號線復(fù)興門站—西單站區(qū)間后，到達金融街站。

區(qū)間盾構(gòu)隧道外徑6.4 m，內(nèi)徑5.8 m，管片環(huán)寬1.2 m，每環(huán)管片由6塊管片組成，管片與管片之間通過彎螺栓進行連接。牛街站1號施工豎井及橫通道作為盾構(gòu)平移側(cè)始發(fā)施工，設(shè)置盾構(gòu)出土井及通道，用于盾構(gòu)施工期間管片及渣土的運輸，如圖1所示。區(qū)間近牛街站處采用礦山法施工，長度約62 m，其余區(qū)間為盾構(gòu)法施工，長1 820 m。盾構(gòu)接收站為金融街站，位于復(fù)興門內(nèi)大街和鬧市口大街交叉口北側(cè)，沿鬧市口北街南北敷設(shè)。

圖1 盾構(gòu)始發(fā)井及橫通道結(jié)構(gòu)

1號施工豎井兼盾構(gòu)始發(fā)井，采用明挖法施工，基坑采用?1 000 mm@1 400 mm鉆孔灌注樁和?609 mm、t=16 mm鋼管支撐支護；頂板厚700 mm、側(cè)墻厚800 mm、底板厚1 000 mm、中板厚400 mm；盾構(gòu)井深約35.621 m，凈空尺寸為10.4 m×17.4 m。

盾構(gòu)始發(fā)橫通道采用“PBA”工法施工，格柵鋼架+網(wǎng)噴混凝土支護，初支厚度為350 mm，二次襯砌厚度為拱墻800 mm、中板500 mm、底板1 200 mm。盾構(gòu)始發(fā)橫通道開挖斷面寬度12.2 m，高度18 m，長45.1 m。

1.2 地質(zhì)水文條件

本區(qū)間埋深14.4～25.4 m，主要穿越粉土⑥2、卵石⑦、粉細砂⑥3、局部穿越卵石⑤和卵石⑨(牛街站站后290 m)，區(qū)間地下水位標高約21.3m。

1.3 盾構(gòu)機技術(shù)參數(shù)

本區(qū)間采用鐵建重工生產(chǎn)的土壓平衡式盾構(gòu)機(編號分別為DL238和DL330)施工，其主要參數(shù)如下：總功率 2 100 kW，主驅(qū)動形式為變頻電機驅(qū)動，前盾直徑為6 635 mm，中盾直徑為6 630 mm，尾盾直徑為6 620 mm，刀盤直徑為6 640 mm，刀盤形式為輻條面板式，刀盤開孔率54%，刀盤額定扭矩7 400 kN·m，刀盤脫困扭矩 8 200 kN·m。

2 盾構(gòu)分體始發(fā)輔助出渣方案

牛街站作為區(qū)間始發(fā)場地地處市中心，周邊建筑物密集，場地狹小，盾構(gòu)機整體始發(fā)空間不足，始發(fā)掘進需采用分體始發(fā)方案。

盾構(gòu)整體始發(fā)時，土建結(jié)構(gòu)具備兩個工作井，一個盾構(gòu)井和一個臨時出土井，其中臨時出土井用于盾構(gòu)始發(fā)階段出渣及物資吊運。由于場地限制，牛街站右線盾構(gòu)始發(fā)土建結(jié)構(gòu)只具備一個盾構(gòu)井，沒有始發(fā)階段臨時出渣井，如圖1所示。經(jīng)方案論證，右線盾構(gòu)掘進時，擬采用正反轉(zhuǎn)電瓶車皮帶機90°轉(zhuǎn)運出土輔助方案，將渣土從臺車后面轉(zhuǎn)運至盾構(gòu)始發(fā)井，彌補無臨時出土井條件，保證盾構(gòu)正常出渣掘進施工。

根據(jù)現(xiàn)場總體施工統(tǒng)籌計劃，左線盾構(gòu)機先下井組裝調(diào)試并始發(fā)，然后再進行右線始發(fā)。區(qū)間右線始發(fā)時，首先將盾構(gòu)機主機下井組裝(拼裝機、螺旋機除外)，組裝完成后平移到右線始發(fā)洞口，并將盾構(gòu)機主機推過第1道洞門至刀盤接觸第2道洞門；其次將臺車按照倒序6#、5#、4#、3#、2#、1#臺車、螺旋機、連接橋架、拼裝機依次由始發(fā)井口下井并平移；再將拼裝機、螺旋機依次運至盾尾處并安裝，臺車在4#和3#進行分開。盾構(gòu)機機頭組裝完成后，安裝反力架。待所有設(shè)備管路連接完成后，進行整體調(diào)試、始發(fā)。分體始發(fā)過程中的渣土由皮帶機進行輔助轉(zhuǎn)運90°在始發(fā)井吊出，管片在牛街站暗挖井口下井轉(zhuǎn)運至拼裝機處。待盾構(gòu)掘進至滿足拆除反力架條件后，將3#和4#臺車依次移至洞內(nèi)并與主機連接。

3 分體始發(fā)輔助皮帶機系統(tǒng)構(gòu)成

分體始發(fā)輔助皮帶機系統(tǒng)主要由盾構(gòu)機皮帶機、電瓶車皮帶機、橫通道皮帶機組成。螺旋機將土艙內(nèi)渣土排出，首先到盾構(gòu)機皮帶機，由盾構(gòu)機皮帶轉(zhuǎn)運至電瓶車皮帶機，再到橫通道皮帶機。三個皮帶機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、爬坡角度根據(jù)盾構(gòu)機掘進里程進行調(diào)整。其中，電瓶車皮帶機設(shè)計為正反轉(zhuǎn)，根據(jù)掘進不同里程，調(diào)整電瓶車停止位置及皮帶正反轉(zhuǎn)。

3.1 盾構(gòu)機皮帶機

盾構(gòu)機皮帶輸送機用于將螺旋輸送機輸出的渣土傳送至電瓶車皮帶機上，布置在后配套拖車的頂部。盾構(gòu)機皮帶機主動輪原設(shè)計安裝在6號臺車，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，盾構(gòu)在3#臺車和4#臺車之間進行分體，且出土過程中不影響左線電瓶車行走，盾構(gòu)機皮帶機主動輪調(diào)至2#臺車尾部。其基本設(shè)計參數(shù)為：變頻電機驅(qū)動，數(shù)量1個；皮帶寬度800 mm；輸送機長度(約) 42 m；速度2.5 m/s；最大能力630 m3/h；皮帶機裝機功率75 kW。

3.2 電瓶車皮帶機

電瓶車皮帶機安裝在電瓶車托卡上，主要用于承接盾構(gòu)機皮帶機渣土，并將渣土輸送至橫通道皮帶機，通過橫通道皮帶機將渣土轉(zhuǎn)運至井口土斗，通過地面龍門吊將渣土排至渣土池。電瓶車皮帶機不但解決了分體始發(fā)排土問題，又將管片從車站運輸至拼裝機部位，解決了始發(fā)井橫通道與始發(fā)段垂直盾構(gòu)分體始發(fā)關(guān)鍵問題。其基本設(shè)計參數(shù)為：變頻電機驅(qū)動，數(shù)量2個；皮帶寬度800 mm；輸送機長度(約)21.8 m；速度3 m/s；最大能力800 m3/h；皮帶機裝機功率75 kW×2。

3.3 橫通道皮帶機

橫通道皮帶機主要是將電瓶車皮帶機轉(zhuǎn)運的渣土輸送至始發(fā)井口的渣土斗，再由龍門吊吊至地面集土池。為節(jié)約成本，該皮帶機由日立盾構(gòu)機皮帶機改造而成，承渣端安裝在反力架橫撐上、盾構(gòu)臺車軌枕下，排渣端設(shè)置在電瓶車渣土斗上，整個皮帶機形成28°傾角。橫通道皮帶機工作狀態(tài)如圖2和圖3所示。

圖2 橫通道皮帶機調(diào)試 圖3 橫通道皮帶機整體安裝

4 分體始發(fā)輔助皮帶機出渣設(shè)計

本項目盾構(gòu)分體始發(fā)出渣分三個階段，每個階段盾構(gòu)機皮帶機和電瓶車皮帶機隨掘進里程變化進行相應(yīng)方案調(diào)整，橫通道皮帶機一直處于固定位置不變，將渣土轉(zhuǎn)運到渣土斗。

第一個階段是3#和4#臺車分開，盾構(gòu)機皮帶機主動輪在2#臺車尾部，電瓶車皮帶機前端與橫通道皮帶機對齊，末端與盾構(gòu)機皮帶機下溜槽對齊，掘進過程中電瓶車皮帶機位置不變，下溜槽隨盾構(gòu)機前移。掘進里程達到4#、5#、6#臺車總長時將三臺車向前移動，并連接管路、皮帶機、電纜等將臺車形成整體，至本階段掘進結(jié)束。第一階段掘進時皮帶機布置如圖4所示。

第二個階段調(diào)整盾構(gòu)機皮帶機主動輪及下溜槽至6#臺車尾部，重復(fù)第一階段，下溜槽跟隨盾構(gòu)機到達電瓶車皮帶機前端處停止掘進第二個階段結(jié)束。第二階段掘進時皮帶機布置如圖5所示。

第三個階段電瓶車向前移至電瓶車皮帶機末端與橫通道皮帶機對齊，下溜槽與電瓶車皮帶機末端對齊并反轉(zhuǎn)，盾構(gòu)掘進至整個臺車進入洞門分體始發(fā)結(jié)束，拆除皮帶機、反力架，進行后續(xù)的正常掘進。第三階段掘進時皮帶機布置如圖6所示。

圖4 第一階段皮帶機布置 圖5 第二階段皮帶機布置 圖6 第三階段皮帶機布置

該區(qū)間盾構(gòu)分體始發(fā)出渣方案關(guān)鍵是電瓶車皮帶機根據(jù)掘進里程，調(diào)整電瓶車位置及皮帶機轉(zhuǎn)向，保證了電瓶車皮帶機準確有效的將渣土轉(zhuǎn)運90°到達橫通道皮帶機，順利地完成渣土的排出，并解決了管片運輸通道和出渣矛盾問題，有效提高施工進度，降低了施工成本。現(xiàn)場電瓶車皮帶機如圖7所示。

圖7 電瓶車皮帶機

5 結(jié)束語

盾構(gòu)機分體始發(fā)采用皮帶機系統(tǒng)輔助出渣解決了始發(fā)井橫通道垂直于始發(fā)軸線出渣的難題，施工風(fēng)險可控，滿足了工程工期要求。皮帶機輔助出渣的關(guān)鍵是根據(jù)盾構(gòu)掘進里程調(diào)整電瓶車位置及皮帶機轉(zhuǎn)向，并將渣土轉(zhuǎn)運90°調(diào)運吊運出井。出渣完成后且滿足盾構(gòu)施工所需物資進出，安全順利完成各個施工環(huán)節(jié)，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟和社會效益。