王 兵

(中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司，天津 300222)

盾構(gòu)機(jī)正常始發(fā)時，出渣由盾構(gòu)機(jī)皮帶傳送至渣土斗，通過水平編組列車運(yùn)輸至地下吊出井口處，再由地面龍門吊吊運(yùn)至集渣池。受現(xiàn)場環(huán)境限制，盾構(gòu)機(jī)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(jī)皮帶機(jī)簡單改造，另增加輔助皮帶機(jī)，三種皮帶機(jī)組成的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)解決了盾構(gòu)機(jī)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(diǎn)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(dá)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(jìn)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(yùn)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(hù)；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(hù)，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(xì)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(biāo)高約21.3m。

1.3 盾構(gòu)機(jī)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(jī)(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(jī)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(jī)整體始發(fā)空間不足，始發(fā)掘進(jìn)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(yùn)。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(jìn)時，擬采用正反轉(zhuǎn)電瓶車皮帶機(jī)90°轉(zhuǎn)運(yùn)出土輔助方案，將渣土從臺車后面轉(zhuǎn)運(yùn)至盾構(gòu)始發(fā)井，彌補(bǔ)無臨時出土井條件，保證盾構(gòu)正常出渣掘進(jìn)施工。

根據(jù)現(xiàn)場總體施工統(tǒng)籌計(jì)劃，左線盾構(gòu)機(jī)先下井組裝調(diào)試并始發(fā)，然后再進(jìn)行右線始發(fā)。區(qū)間右線始發(fā)時，首先將盾構(gòu)機(jī)主機(jī)下井組裝(拼裝機(jī)、螺旋機(jī)除外)，組裝完成后平移到右線始發(fā)洞口，并將盾構(gòu)機(jī)主機(jī)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(jī)、連接橋架、拼裝機(jī)依次由始發(fā)井口下井并平移；再將拼裝機(jī)、螺旋機(jī)依次運(yùn)至盾尾處并安裝，臺車在4#和3#進(jìn)行分開。盾構(gòu)機(jī)機(jī)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(jìn)行整體調(diào)試、始發(fā)。分體始發(fā)過程中的渣土由皮帶機(jī)進(jìn)行輔助轉(zhuǎn)運(yùn)90°在始發(fā)井吊出，管片在牛街站暗挖井口下井轉(zhuǎn)運(yùn)至拼裝機(jī)處。待盾構(gòu)掘進(jìn)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(jī)連接。

3 分體始發(fā)輔助皮帶機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

分體始發(fā)輔助皮帶機(jī)系統(tǒng)主要由盾構(gòu)機(jī)皮帶機(jī)、電瓶車皮帶機(jī)、橫通道皮帶機(jī)組成。螺旋機(jī)將土艙內(nèi)渣土排出，首先到盾構(gòu)機(jī)皮帶機(jī)，由盾構(gòu)機(jī)皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)至電瓶車皮帶機(jī)，再到橫通道皮帶機(jī)。三個皮帶機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、爬坡角度根據(jù)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)里程進(jìn)行調(diào)整。其中，電瓶車皮帶機(jī)設(shè)計(jì)為正反轉(zhuǎn)，根據(jù)掘進(jìn)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(jī)皮帶機(jī)

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

3.2 電瓶車皮帶機(jī)

電瓶車皮帶機(jī)安裝在電瓶車托卡上，主要用于承接盾構(gòu)機(jī)皮帶機(jī)渣土，并將渣土輸送至橫通道皮帶機(jī)，通過橫通道皮帶機(jī)將渣土轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)不但解決了分體始發(fā)排土問題，又將管片從車站運(yùn)輸至拼裝機(jī)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(jì)參數(shù)為：變頻電機(jī)驅(qū)動，數(shù)量2個；皮帶寬度800 mm；輸送機(jī)長度(約)21.8 m；速度3 m/s；最大能力800 m3/h；皮帶機(jī)裝機(jī)功率75 kW×2。

3.3 橫通道皮帶機(jī)

橫通道皮帶機(jī)主要是將電瓶車皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)由日立盾構(gòu)機(jī)皮帶機(jī)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(jī)形成28°傾角。橫通道皮帶機(jī)工作狀態(tài)如圖2和圖3所示。

圖2 橫通道皮帶機(jī)調(diào)試 圖3 橫通道皮帶機(jī)整體安裝

4 分體始發(fā)輔助皮帶機(jī)出渣設(shè)計(jì)

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

第一個階段是3#和4#臺車分開，盾構(gòu)機(jī)皮帶機(jī)主動輪在2#臺車尾部，電瓶車皮帶機(jī)前端與橫通道皮帶機(jī)對齊，末端與盾構(gòu)機(jī)皮帶機(jī)下溜槽對齊，掘進(jìn)過程中電瓶車皮帶機(jī)位置不變，下溜槽隨盾構(gòu)機(jī)前移。掘進(jìn)里程達(dá)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(jī)、電纜等將臺車形成整體，至本階段掘進(jìn)結(jié)束。第一階段掘進(jìn)時皮帶機(jī)布置如圖4所示。

第二個階段調(diào)整盾構(gòu)機(jī)皮帶機(jī)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(jī)到達(dá)電瓶車皮帶機(jī)前端處停止掘進(jìn)第二個階段結(jié)束。第二階段掘進(jìn)時皮帶機(jī)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(jī)末端與橫通道皮帶機(jī)對齊，下溜槽與電瓶車皮帶機(jī)末端對齊并反轉(zhuǎn)，盾構(gòu)掘進(jìn)至整個臺車進(jìn)入洞門分體始發(fā)結(jié)束，拆除皮帶機(jī)、反力架，進(jìn)行后續(xù)的正常掘進(jìn)。第三階段掘進(jìn)時皮帶機(jī)布置如圖6所示。

圖4 第一階段皮帶機(jī)布置 圖5 第二階段皮帶機(jī)布置 圖6 第三階段皮帶機(jī)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(jī)根據(jù)掘進(jìn)里程，調(diào)整電瓶車位置及皮帶機(jī)轉(zhuǎn)向，保證了電瓶車皮帶機(jī)準(zhǔn)確有效的將渣土轉(zhuǎn)運(yùn)90°到達(dá)橫通道皮帶機(jī)，順利地完成渣土的排出，并解決了管片運(yùn)輸通道和出渣矛盾問題，有效提高施工進(jìn)度，降低了施工成本。現(xiàn)場電瓶車皮帶機(jī)如圖7所示。

圖7 電瓶車皮帶機(jī)

5 結(jié)束語

盾構(gòu)機(jī)分體始發(fā)采用皮帶機(jī)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(jī)輔助出渣的關(guān)鍵是根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)里程調(diào)整電瓶車位置及皮帶機(jī)轉(zhuǎn)向，并將渣土轉(zhuǎn)運(yùn)90°調(diào)運(yùn)吊運(yùn)出井。出渣完成后且滿足盾構(gòu)施工所需物資進(jìn)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(jì)和社會效益。