立體出渣系統在盾構施工中的運用技術探討

王華

（中鐵隧道局集團有限公司國際事業部，廣州 南沙 511400）

運用項目位于以色列特拉維夫市，線路西起Herzl始發井，東至Ben Guriong站，施工范圍包含“六站兩區間”的土建工程，即：Allenby站、Yehudit站、ShaulHamelech站、Arlosorov站、Abba Hillel站、Bialik站、Ben Gurion站，Herzl～Carlebach（本項目不含）區間和Carlebach～Ben Gurion區間。

Axis1 R線 路 全 長1246.19m，Axis2 L線 路 全 長1238.9m，自Herzl～Carlebach區間采用皮帶機出渣。

1 工程概況

1.1 工程總體概況

本工程采用2臺TBM Herzl井始發，從小里程向大里程方向掘進。區間設置3個聯絡通道和1個車站。隧道內徑6500mm，始發段平面線路為直線，線路坡度為5.3‰（上坡）；區間線路最小曲線半徑215m，線間距約0.81～5m，均不足一倍洞涇，為小間距隧道；隧道最大縱坡5.3‰，最小縱坡4‰，隧道埋深約11.0～23m。Herzl始發井位于以色列特拉維夫老城區，場地兩側緊鄰民宅，周邊街道狹小且交通擁堵，TBM施工區域由HERZL街東側（3737m2）和HERZL街西側(4986m2)兩塊場地。始發井位于場地西側，始發井尺寸（長36m,寬15.8m,深17m），計劃投入兩臺TBM掘進。TBM施工掘進速度為40mm/min，每環渣土重量為140T左右，每環出渣量為80m3左右，渣土比重為1.5～1.6T/m3。

1.2 渣土運輸體系調查

以色列東段采用連續皮帶機運輸系統，Galei Gil采用超級電容機車牽引礦車出渣，超級電容機車克服了電瓶牽引機車牽引力不足、充電頻繁、充電時間長（單次充電需要19h）等不足，超級電容機車牽引力更大，每次充電只需要15min。初期因為Galei Gil已經采用了超級電容牽引渣車出渣，配合龍門吊垂直提升出渣的立體出渣系統，考慮統一采購集中運輸，計劃Herzl也采用超級電容牽引渣車出渣，然后用龍門吊將洞口渣車起吊到地面，在始發井旁邊設一中轉渣坑。后面考慮到Herzl場地狹小，始發井西側為Turkish Line明挖段施工，始發井東側靠近Herzl街道行人、車輛流量較大，所以將Herzl出渣方式更改為立體皮帶機運輸系統出渣。

2 現場條件和施工組織難點分析

2.1 渣土垂直運輸

始發井長36m，寬15.8m，深17m，要在如此狹小的空間內始發兩臺TBM，充分考慮現場現有空間條件，選用垂直皮帶將渣土從井下運輸到地面。

圖1 渣土立體垂直運輸布置場地

2.2 連續小曲線

Herzl施工段單線有5個不同半徑的曲線，其中最小的曲線半徑為220m，連續小曲線大大增加了洞內連續皮帶機的運行、調偏及維修保養的難度。皮帶運行在轉彎段容易向曲線軸心方向跑偏或側翻，且轉彎段皮帶及皮帶支架所受的拉力也會相應增大。

2.3 渣土運輸系統在TBM各階段中的空間轉換

Herzl始發井全長36m，TBM全長約115m，受限于始發井長度，TBM在Herzl需要分體始發，分體始發階段連續皮帶機安裝空間不足，所以在分體始發階段需要加工臨時溜渣槽，將設備橋皮帶的渣土轉運到垂直運輸皮帶上去。等到TBM可以整機進洞之后，溜渣口設在9#拖車，渣土經由設備橋皮帶轉運到連續皮帶上，再由連續皮帶經轉渣皮帶運輸到垂直皮帶。

3 立體出渣系統工作原理

立式提升輸送機工作原理同普通膠帶輸送機原理類似，其主要部件是波紋擋邊輸送帶代替普通輸送帶。輸送帶兼作牽引機構和承載機構。

工作原理： 輸送帶繞經傳動滾筒和機尾換向滾筒形成一個無極的環形帶。輸送帶的上、下兩部分都支承在托輥上。拉緊裝置給輸送帶以正常運轉所需要的拉緊力。工作時，傳動滾筒通過它和輸送帶之間的摩擦力帶動輸送帶運行。物料從裝載點裝到輸送帶上，形成連續運動的物流，在卸載點卸載。一般物料是裝載到上帶(承載段)的上面，在機頭滾筒(在此，即是傳動滾筒)卸載。

圖2 渣土立體提升原理圖

4 運用現場安裝調試

Herzl現場共有兩臺TBM，采用皮帶運輸系統后需要安裝垂直提升皮帶、連續皮帶、轉渣皮帶三種共7條皮帶。其中3#地面轉渣皮帶、2#地面轉渣皮帶、 垂直提升皮帶為兩臺TBM共用，T7連續皮帶、4#轉渣皮帶為TBM7單獨使用，T8連續皮帶和1#轉渣皮帶為TBM 8單獨使用。

垂直皮帶機安裝主要分六個步驟：第一是測量定位，按照設計位置和尺寸將垂直皮帶機的安裝基礎點和中線放樣；第二是安裝垂直皮帶井下部分，井下部分主要有緩沖托輥架縱梁、托輥組、下壓帶輪、下改向架、改向滾筒、機尾架、螺旋拉緊裝置、導料槽等，其中上托輥、下壓帶輪先不安裝，改向滾筒一邊不固定；第三是安裝垂直部分，垂直部分主要有豎框架、支撐架、平托輥，該部分的安裝要特別注意三個豎框架的安裝順序；第四是垂直皮帶井上部分的安裝，主要包括機頭架、機頭護罩、機頭漏斗、驅動裝置、上改向架、上過度架、拍打器，其中機頭護罩、拍打器先不安裝；第五是垂直皮帶膠帶的安裝，安裝膠帶時需要隨車吊協助，將整卷膠帶一端套在驅動滾筒上，另一端從上向下放，下面用倒鏈將膠帶拉至機尾滾筒處固定，然后通過螺旋拉緊裝置調節膠帶的張緊度；第六是其他剩余部分安裝，如下壓帶輪、拍打器、機頭護罩、托輥、刮渣板、清掃器等。

圖3 渣土立體提升現場安裝完成效果

圖4 拍打器優化后效果

圖5 增加防偏輪

5 運用過程中的優化改進

5.1 垂直皮帶的卸料及清洗

運用過程中存在卸料不干凈，導致大量的渣土回落到井下。優化措施：替換原來的一臺小型拍打器，加工更換拍打方式、拍打強度、拍打頻率更優的兩臺拍打器，以達到最大限度地將挖渣槽沒有卸干凈的渣料拍落在頂部平臺上；拆除上改向架和驅動滾筒之間下膠帶的部分緩沖托輥增大下膠帶受到拍打后的震動效果；頂部平臺上改向架到驅動滾筒段原有的頂板割除，增加現有空間下最大坡度的斜溜槽，將經拍打器震落的渣土輸送到2#轉渣皮帶上；在斜溜槽的底面增加懸壁式振動器以增加溜渣效果；在斜溜槽和2#轉渣皮帶搭接處增加旋轉撥渣葉片輔助溜渣避免渣土在搭接處堆積。

5.2 連續皮帶轉彎

Herzl區間段單長1.2km，其中隧道沿線有5個不同半徑的曲線轉彎，最小轉彎半徑為220m。在轉彎曲線段采用可調節槽型托輥架，同時將安裝距離由正常段的3m一個更改為1.5m一個，便于皮帶調偏；增加皮帶防偏輪。

6 結語

本文主要針對配合盾構/TBM立體出渣系統在施工中的實際運用技術進行總結，成功解決了施工中深豎井和地面空間狹小的出渣難題。同時在運用過程中存在的問題進行系統分析優化，為后期類似工程施工提供新經驗。