集成化軌行式波狀擋邊輸送機垂直出土施工技術

穆冠河

（中鐵十二局集團第四工程有限公司 陜西西安 710021）

1 工程簡介

1.1 車站概況

玉玲路車站是南寧市軌道交通2號線東延工程自西向東的第2個車站，為地下兩層（局部一層）島式站臺車站，站后設出入場線，采用單柱雙跨（局部為雙柱三跨）矩形結構，車站總長346 m，標準段基坑寬度21.7 m，深度16.4～22.7 m，車站主體建筑面積12 535 m2，主體基坑土方為191 313 m3。車站主體基坑采用直徑1.0 m鉆孔樁和三道內支撐（局部為四道）的支護方案。

1.2 周邊環境

車站位于規劃良玉大道與良慶三路、玉洞北橫十二路的交叉路口，沿良玉大道東西向敷設，車站所在道路及地塊均尚未實施。車站周邊均為洼地及高邊坡，其中車站南側為高邊坡，坡高20～45 m；車站北側為洼地，洼地低約6～12 m，基坑存在偏壓。南側高邊坡存在110 kVA高壓線塔。

1.3 水文地質

根據詳勘報告顯示車站地質從上至下為素填土①2層、含礫（卵）石黏性土⑥4-2～⑥4-3層、中風化灰巖⑧H3層。車站底板基本位于含礫（卵）石黏性土⑥4-3層。

地下水類型自上而下為上層滯水、第四系松散巖類孔隙水。上層滯水埋深0.90～6.60 m，為大氣降水下滲形成，不連續條帶狀分布，水量極小；第四系松散巖類孔隙水含水巖組為含礫（卵）石黏性土⑥4-3，弱透水～中等透水，層與層之間以越流形式補給，埋深16.73～21.43 m，屬潛水。

2 圍護結構設計

本站采用明挖順作法施工，結合地質及周邊環境，圍護結構采用1.0 m鉆孔樁+內支撐的支護方案，內支撐有以下幾種形式，見圖1。

（1）車站正線西側盾構井（1軸～3軸）：兩道混凝土支撐+一道鋼支撐；

（2）車站標準段距離邊坡較遠處（3軸～14軸）：一道混凝土支撐+兩道鋼支撐；

（3）車站標準段距離邊坡較近處（14軸～30軸）：兩道混凝土支撐+一道鋼支撐；

（4）車站覆土較厚處，正線東側盾構井西側（30軸～34軸）：一道混凝土支撐+三道鋼支撐；

（5）車站正線東側盾構井（34軸～37軸）：四道混凝土撐；

（6）車站單層平板處（37軸～41軸）：一道混凝土撐+一道鋼支撐+一道混凝土撐+一道鋼支撐；

（7）車站出入場線盾構井（41軸～43軸）：四道混凝土撐。

圖1 車站圍護結構模型

3 基坑開挖方案確定

車站基坑采用明挖順作法施工，由于車站周邊為洼地和高邊坡，基坑存在偏壓；車站正線兩端設盾構到達井，出入場線端設盾構始發井，中部設置一軌排工作井及盾構出土井，車站存在四線并行段，為異性結構，支撐結構設計復雜。

設計要求基坑開挖應自上而下，分層分段進行，嚴格落實先撐后挖工序，混凝土支撐必須達到設計強度的100%方可繼續開挖；基坑周邊堆載不得大于20 kPa。

3.1 基坑開挖方案提出

根據含礫（卵）石黏性土地質和無水地層提出以下4種開挖出土方案［1］：

（1）帶式輸送機斜向提升出土。即利用挖掘機在基坑內水平運至輸送機附近，另設一臺挖掘機將土方喂至輸送機集料斗，通過皮帶機將基坑內土方斜向運至地面直接裝車。

（2）液壓抓斗機垂直提升出土。即利用挖掘機在基坑內水平運輸至出土口位置，另設一臺挖掘機將土方喂至抓斗下方，抓斗機通過液壓油缸驅動多個顎板開合抓取土方，垂直提升出土［2］。

（3）長臂挖機開挖垂直提升出土。即長臂挖機直接開挖基坑內土方，或利用挖掘機在基坑內水平運輸至出土口位置，再由長臂挖機垂直提升出土［3］。

（4）臺階法開挖出土。即開挖采用挖掘機分段接力甩土，在基坑頂由挖機直接裝車出土。

3.2 工期分析

由于混凝土支撐多，且本身的施工周期長，設計要求混凝土支撐達到設計強度的100%方可繼續開挖，混凝土等強齡期長。臺階法施工制約混凝土支撐施作和土方開挖不能形成流水作業，即每段每層土方開挖都存在混凝土支撐梁施工和等強時間，嚴重影響工期。其他開挖工法可保證混凝土支撐梁同時作業，工期影響較小。

3.3 成本分析

受混凝土支撐梁施工和等強時間影響，臺階法施工存在設備窩工情況，且由于鋼支撐間距小，設計為3 m，并要求先撐后挖，臺階法施工困難，成本較大。長臂挖機和液壓抓斗機施工，工效不高，成本宜較大。帶式輸送機斜向提升出土，運輸距離長、運量大、可高提升連續輸送，成本較低。

3.4 安全分析

由于車站周邊為洼地和高邊坡，基坑存在偏壓，且車站支撐結構復雜，必須嚴格落實先撐后挖條件，嚴禁基坑堆載大于20 kPa。液壓抓斗機施工存在基坑邊存土堆載情況，影響基坑安全；臺階法施工受支撐水平間距和豎向間距小的條件限制，施工中存在先挖后撐、碰撞支撐的現象，影響基坑安全。其他開挖工法影響基坑安全較小。

3.5 開挖方案確定

根據車站地質和水文情況，提出了四種深基坑開挖適應方案，分別從工期、成本、安全方面對四種方案進行了綜合分析，帶式輸送機斜向提升出土在工期保證、成本控制、基坑安全方面均比其他方案具有明顯優勢，因此確定車站深基坑開挖采用帶式輸送機斜向提升出土方案。

4 方案改進

4.1 輸送機出土存在問題

輸送機出土是以礦山皮帶輸送礦物的思路，取輸送機運輸距離長、運量大、連續輸送的優點［4-5］。但傳統的皮帶輸送機是固定式基礎，適用于固定場所的物料運輸。地鐵車站基坑開挖是分層分段進行的，輸送機需要逐層上下，逐段左右移動，傳統輸送機在拆卸安裝方面極其不便；且傳統的輸送機皮帶為普通平皮帶或花紋式平皮帶，無法適應地鐵深基坑大傾角輸送的要求。

針對傳統輸送機存在的上述問題，為滿足基坑土方開挖與混凝土支撐梁施工平行流水作業要求，實現大傾角、大方量、高提升連續運輸，方便快速拆裝，保證帶式輸送機本身的穩定性，需對傳統帶式輸送機進行改進。

4.2 帶式輸送機改進

（1）改變普通、花紋平皮帶為波狀擋邊+橫隔板輸送帶，可實現大傾角、大方量、高提升連續運輸。波狀擋邊輸送帶是在基帶的兩側，加上波狀擋邊形成的。基帶是平形帶，帶體比普通帶具有更大的橫向剛度。兩側擋邊為波狀，當輸送帶繞過滾筒或過渡段時，擋邊上部可以自由伸展或壓縮。兩側擋邊之間的帶體中部加上一定間距的橫隔板，擋邊與橫隔板形成了輸送物料的“匣”形容器［6-7］，從而實現大傾角輸送，見圖2。

具體實施措施：

①采用1 200 mm寬織物芯基帶，上膠+下膠+中間膠厚度 ＝4.5+1.5+1.5（mm），基帶重量 qo＝23.95 kg／m。

②采用“S”型波擋［8］，擋邊高H＝240 mm，波幅WS＝80 mm，波形矩S＝72 mm，波底寬Wf＝90 mm，質量 qs＝6.73 kg／m。

③采用TC型橫隔板［9］，橫隔板高h＝220 mm，橫隔板底板寬F＝160 mm，質量qt＝10.6 kg／m。

（2）改進優化頭部機架，由固定式基礎調整為軌行加配重式移動機架，同時將頭部架體所有部件全部集成式模塊化設計，既方便架體由一段到另一段的整體移動，又為拆裝節約時間，通過增加配重、地錨連接的方式保證架體穩固，見圖3。

圖2 波狀擋邊+橫隔板輸送帶

圖3 集成化軌行式頭部機架

（3）中間架體采用標準構件加調整節的構件形式，所有連接為銷栓連接，方便中間架體拆裝［10］。

具體實施措施：

①設計凸弧段和凹弧段中間架體為標準模塊構件。

②中間架由標準節和調整節組成，方便調整架體長度和角度。

③所有連接為銷栓連接。

（4）改進優化尾部機架［11-12］，由固定式基礎調整為集成式整體鋼板底盤加配重的架體結構，即以整體鋼板代替固定基礎，將尾部機架所有構件集成于底盤鋼板上，進行模塊化設計，方便尾部架體的整體移動，通過增加配重、地錨螺桿的方式保證架體穩固，見圖4。

圖4 集成化整體尾部機架

5 帶式輸送機的應用

通過對傳統帶式輸送機的改進，形成一種集成化軌行式波狀擋板+橫隔板的帶式輸送機，在玉玲路車站多道混凝土內支撐的深基坑土方開挖中取得了良好的效果。具體應用如下：

（1）首先揭去表層土方，開挖至第一道混凝土支撐梁底部，施作冠梁及第一道混凝土支撐。

（2）待第一道混凝土支撐達到設計強度，采用臺階法開挖至第二道混凝土支撐梁底部，為支撐梁施工提供工作面。該施工方法即保證了后段第二道混凝土支撐梁施工，又能滿足前段第一層土方的開挖，實現了土方開挖與混凝土支撐同時流水施工作業，充分發揮了臺階法在淺層土方開挖中的優勢。

（3）待第二道混凝土支撐達到設計強度時，先開挖至第三道支撐標高，為輸送機安裝提供工作面，安裝集成式波狀擋邊+橫隔板帶式輸送機，沿基坑一側鋪設輸送機走行軌道，通過輸送機運輸第二層土方。該施工方法既保證了后段土方施工，又能滿足前段混凝土支撐梁施工，實現了混凝土支撐梁與土方開挖同時流水施工作業，克服了臺階法在深基坑土方開挖中的弱點，充分發揮帶式輸送機的優勢。

改進后的輸送機為集成式模塊化的構件，在進行下段土方施工時，分離中間架體、頭部機架和尾部機架，通過鋼軌整體移動頭部機架至下一段，吊運集成式尾部機架至下一段，安裝標準節中間架體，實現整個輸送機的快速拆裝，通過增加配重，利用地錨連接的方式保證整個架體的穩定。

（4）待第三道混凝土支撐達到設計強度或第三道鋼支撐架設后，開挖第三層土方至設計基底標高，該施工方法充分發揮帶式輸送機在深基坑作業中大傾角、大方量、高提升連續出土的優勢，真正實現了先撐后挖保證基坑穩定的設計理念。

移動頭部機架和尾部機架至指定位置，通過中間架調整節調節架體的長度及角度，更換波狀擋邊皮帶，使其適應不同開挖深度的條件要求。

（5）對于四道混凝土支撐的特殊部位，采用調倉隔段施工，避免窩工，可多個工作面同時作業。

6 結束語

目前我國許多大中型城市地鐵項目紛紛上馬，在國家大力倡導和諧發展的今天，參建各方都會十分注重降低地鐵建設過程中對周邊環境的影響。集成化軌行式波狀擋邊+橫隔板輸送機垂直出土施工技術，實現了混凝土支撐和土方開挖同時施工，解決了臺階法開挖過程中先挖后撐的質量通病和弊端，實現了先撐后挖保證基坑穩定的設計理念。該施工技術節約了施工成本，縮短了施工周期，也為地鐵深基坑開挖提供了有效可靠的安全保障，對周邊交通疏解、建筑物變形控制方面有很大的優勢，必將會廣泛運用。