正反转电瓶车皮带机90°转运出土辅助盾构分体始发施工技术

王 兵

(中铁十八局集团市政工程有限公司，天津 300222)

盾构机正常始发时，出渣由盾构机皮带传送至渣土斗，通过水平编组列车运输至地下吊出井口处，再由地面龙门吊吊运至集渣池。受现场环境限制，盾构机采用分体始发时，一般采用小斗，一环多次出渣[1-6]，效率低且超排情况难控制。将盾构机皮带机简单改造，另增加辅助皮带机，三种皮带机组成的辅助生产系统解决了盾构机分体始发出渣效率低的难题，保证了施工安全，缩短了施工工期，降低了施工成本。以北京地铁19号线牛街站—金融街站区间盾构分体始发为例，阐述该方案。

1 工程概述

1.1 工程概况

北京地铁19号线牛街站—金融街站区间起始里程为K41+720.402，终点里程为K43+604.139，线路总长约1 883.737 m，均位于地下。线路出牛街站后沿长椿街、闹市口大街南北敷设，先后侧穿长椿寺、上跨国铁直径线、下穿地铁2号线长椿街站、下穿地铁1号线复兴门站—西单站区间后，到达金融街站。

区间盾构隧道外径6.4 m，内径5.8 m，管片环宽1.2 m，每环管片由6块管片组成，管片与管片之间通过弯螺栓进行连接。牛街站1号施工竖井及横通道作为盾构平移侧始发施工，设置盾构出土井及通道，用于盾构施工期间管片及渣土的运输，如图1所示。区间近牛街站处采用矿山法施工，长度约62 m，其余区间为盾构法施工，长1 820 m。盾构接收站为金融街站，位于复兴门内大街和闹市口大街交叉口北侧，沿闹市口北街南北敷设。

图1 盾构始发井及横通道结构

1号施工竖井兼盾构始发井，采用明挖法施工，基坑采用∅1 000 mm@1 400 mm钻孔灌注桩和∅609 mm、t=16 mm钢管支撑支护；顶板厚700 mm、侧墙厚800 mm、底板厚1 000 mm、中板厚400 mm；盾构井深约35.621 m，净空尺寸为10.4 m×17.4 m。

盾构始发横通道采用“PBA”工法施工，格栅钢架+网喷混凝土支护，初支厚度为350 mm，二次衬砌厚度为拱墙800 mm、中板500 mm、底板1 200 mm。盾构始发横通道开挖断面宽度12.2 m，高度18 m，长45.1 m。

1.2 地质水文条件

本区间埋深14.4～25.4 m，主要穿越粉土⑥2、卵石⑦、粉细砂⑥3、局部穿越卵石⑤和卵石⑨(牛街站站后290 m)，区间地下水位标高约21.3m。

1.3 盾构机技术参数

本区间采用铁建重工生产的土压平衡式盾构机(编号分别为DL238和DL330)施工，其主要参数如下：总功率 2 100 kW，主驱动形式为变频电机驱动，前盾直径为6 635 mm，中盾直径为6 630 mm，尾盾直径为6 620 mm，刀盘直径为6 640 mm，刀盘形式为辐条面板式，刀盘开孔率54%，刀盘额定扭矩7 400 kN·m，刀盘脱困扭矩 8 200 kN·m。

2 盾构分体始发辅助出渣方案

牛街站作为区间始发场地地处市中心，周边建筑物密集，场地狭小，盾构机整体始发空间不足，始发掘进需采用分体始发方案。

盾构整体始发时，土建结构具备两个工作井，一个盾构井和一个临时出土井，其中临时出土井用于盾构始发阶段出渣及物资吊运。由于场地限制，牛街站右线盾构始发土建结构只具备一个盾构井，没有始发阶段临时出渣井，如图1所示。经方案论证，右线盾构掘进时，拟采用正反转电瓶车皮带机90°转运出土辅助方案，将渣土从台车后面转运至盾构始发井，弥补无临时出土井条件，保证盾构正常出渣掘进施工。

根据现场总体施工统筹计划，左线盾构机先下井组装调试并始发，然后再进行右线始发。区间右线始发时，首先将盾构机主机下井组装(拼装机、螺旋机除外)，组装完成后平移到右线始发洞口，并将盾构机主机推过第1道洞门至刀盘接触第2道洞门；其次将台车按照倒序6#、5#、4#、3#、2#、1#台车、螺旋机、连接桥架、拼装机依次由始发井口下井并平移；再将拼装机、螺旋机依次运至盾尾处并安装，台车在4#和3#进行分开。盾构机机头组装完成后，安装反力架。待所有设备管路连接完成后，进行整体调试、始发。分体始发过程中的渣土由皮带机进行辅助转运90°在始发井吊出，管片在牛街站暗挖井口下井转运至拼装机处。待盾构掘进至满足拆除反力架条件后，将3#和4#台车依次移至洞内并与主机连接。

3 分体始发辅助皮带机系统构成

分体始发辅助皮带机系统主要由盾构机皮带机、电瓶车皮带机、横通道皮带机组成。螺旋机将土舱内渣土排出，首先到盾构机皮带机，由盾构机皮带转运至电瓶车皮带机，再到横通道皮带机。三个皮带机的转速、转向、爬坡角度根据盾构机掘进里程进行调整。其中，电瓶车皮带机设计为正反转，根据掘进不同里程，调整电瓶车停止位置及皮带正反转。

3.1 盾构机皮带机

盾构机皮带输送机用于将螺旋输送机输出的渣土传送至电瓶车皮带机上，布置在后配套拖车的顶部。盾构机皮带机主动轮原设计安装在6号台车，根据现场实际情况，盾构在3#台车和4#台车之间进行分体，且出土过程中不影响左线电瓶车行走，盾构机皮带机主动轮调至2#台车尾部。其基本设计参数为：变频电机驱动，数量1个；皮带宽度800 mm；输送机长度(约) 42 m；速度2.5 m/s；最大能力630 m3/h；皮带机装机功率75 kW。

3.2 电瓶车皮带机

电瓶车皮带机安装在电瓶车托卡上，主要用于承接盾构机皮带机渣土，并将渣土输送至横通道皮带机，通过横通道皮带机将渣土转运至井口土斗，通过地面龙门吊将渣土排至渣土池。电瓶车皮带机不但解决了分体始发排土问题，又将管片从车站运输至拼装机部位，解决了始发井横通道与始发段垂直盾构分体始发关键问题。其基本设计参数为：变频电机驱动，数量2个；皮带宽度800 mm；输送机长度(约)21.8 m；速度3 m/s；最大能力800 m3/h；皮带机装机功率75 kW×2。

3.3 横通道皮带机

横通道皮带机主要是将电瓶车皮带机转运的渣土输送至始发井口的渣土斗，再由龙门吊吊至地面集土池。为节约成本，该皮带机由日立盾构机皮带机改造而成，承渣端安装在反力架横撑上、盾构台车轨枕下，排渣端设置在电瓶车渣土斗上，整个皮带机形成28°倾角。横通道皮带机工作状态如图2和图3所示。

图2 横通道皮带机调试 图3 横通道皮带机整体安装

4 分体始发辅助皮带机出渣设计

本项目盾构分体始发出渣分三个阶段，每个阶段盾构机皮带机和电瓶车皮带机随掘进里程变化进行相应方案调整，横通道皮带机一直处于固定位置不变，将渣土转运到渣土斗。

第一个阶段是3#和4#台车分开，盾构机皮带机主动轮在2#台车尾部，电瓶车皮带机前端与横通道皮带机对齐，末端与盾构机皮带机下溜槽对齐，掘进过程中电瓶车皮带机位置不变，下溜槽随盾构机前移。掘进里程达到4#、5#、6#台车总长时将三台车向前移动，并连接管路、皮带机、电缆等将台车形成整体，至本阶段掘进结束。第一阶段掘进时皮带机布置如图4所示。

第二个阶段调整盾构机皮带机主动轮及下溜槽至6#台车尾部，重复第一阶段，下溜槽跟随盾构机到达电瓶车皮带机前端处停止掘进第二个阶段结束。第二阶段掘进时皮带机布置如图5所示。

第三个阶段电瓶车向前移至电瓶车皮带机末端与横通道皮带机对齐，下溜槽与电瓶车皮带机末端对齐并反转，盾构掘进至整个台车进入洞门分体始发结束，拆除皮带机、反力架，进行后续的正常掘进。第三阶段掘进时皮带机布置如图6所示。

图4 第一阶段皮带机布置 图5 第二阶段皮带机布置 图6 第三阶段皮带机布置

该区间盾构分体始发出渣方案关键是电瓶车皮带机根据掘进里程，调整电瓶车位置及皮带机转向，保证了电瓶车皮带机准确有效的将渣土转运90°到达横通道皮带机，顺利地完成渣土的排出，并解决了管片运输通道和出渣矛盾问题，有效提高施工进度，降低了施工成本。现场电瓶车皮带机如图7所示。

图7 电瓶车皮带机

5 结束语

盾构机分体始发采用皮带机系统辅助出渣解决了始发井横通道垂直于始发轴线出渣的难题，施工风险可控，满足了工程工期要求。皮带机辅助出渣的关键是根据盾构掘进里程调整电瓶车位置及皮带机转向，并将渣土转运90°调运吊运出井。出渣完成后且满足盾构施工所需物资进出，安全顺利完成各个施工环节，产生了良好的经济和社会效益。