论暗挖台车在地铁施工中的应用与改进

马莉

摘 要：在地铁施工中应用暗挖台车能够提高城市地铁暗挖施工的机械化程度，在降低劳动力需求量的同时提高作业环境质量，增加作业岗位技术含量，适应社会发展趋势，有效降低劳动力短缺对地铁施工行业的影响。在国家大力发展基础设施建设的背景下，暗挖台车能够助力城市轨道交通浅埋暗挖法新发展。改进与完善新型设备的研发应用，需不断增强设备适用性与稳定性，降低使用成本，提高工作效率。

关键词：暗挖；设备；应用；改进

中图分类号：U455                                    文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2023）02-0058-04

1 工程背景

1.1 背景

目前，居民出行交通需求迅速增長，可建设城市轨道交通的城市范围不断扩大。目前全国已有40个城市获批建设地铁项目，全国地铁总里程突破6 000 km。与此同时，地铁施工也面临着老龄化、人工成本不断上涨。安全事故问责力度加重、施工进度和质量要求不断提高。环境保护和以人为本意识不断加强等社会环境变化，迫切要求地铁施工的做出变革。

地铁暗挖施工目前主要依靠人力，随着中国地铁已进入大规模建设阶段，暗挖施工对于设备的需求越来越大。目前暗挖施工设备尚处于摸索阶段，随着暗挖施工机械的成熟，高效能、高可靠性、轻量化、智能化的暗挖施工设备将成为行业发展的趋势和方向。

1.2 工程概况

北京地铁十六号线国家图书馆站至二里沟站区间起始于国家图书馆站，线路向东在中关村大街下穿既有地铁4、9号线区间，而后转向南，下穿首都体育馆、动物园，二次下穿既有地铁4号线区间，沿三里河路向南至二里沟站，如图1所示。区间全长1 352 m。区间大部分采用暗挖机械台车施工，隧道底板覆土埋深为18.7～30.8 m，如图2所示。

1.3 工程特点

工程特点具体有以下2点。第一，环境风险大，区间结构下穿既有地铁4、9号线区间、首体南路、西直门外大三里河路等市政道路，此外还有南长河、首体锅炉房、动物园、鬯春堂、银泰庄园、凯旋大厦地下过街通道等建（构）筑物以及南长河、动物园池塘等河湖。线路上方管线、沟涵众多。施工中对地层沉降控制要求严格[1]。

第二，隧道线路沿途设置施工竖井困难，导致单头掘进里程较长，材料及渣土运输线路长，作业功效低。

1.4 暗挖台车情况

为了提升暗挖施工法的施工效率、降低施工成本、控制施工安全风险，项目部联合建设方及设备制造商联合研制集挖、装、铣、锚、喷等多功能集成的专用暗挖施工机械设备（暗挖台车），并对新型支护体系和机械化暗挖施工工艺进行研究。该暗挖台车于2014年12月完成初步技术方案，2015年4月产品下线，2015年5月20 日进场投入使用，并在使用过程中，不断改造完善。

2 暗挖台车功能

暗挖台车设有左、右两个工作臂，左臂具有挖掘、开边槽、扒渣及辅助支护功能，右臂具有开挖上方土、铣槽、打设导管（通过快换锚杆钻机实现）、辅助湿喷等功能，如图3所示。

2.1 挖方

通过操纵右臂的上下与左右摆动、大臂的伸缩和铣刨头的旋转等操作完成挖掘掌子面土方的功能。该作业在粘土、粉土及致密的砂卵石地层作业效率极高。泥岩及砾岩等地层作业效率较低。如图4所示。

2.2 开槽

将铣刨头调整到与小臂90°，铣刨头能够在已喷好的初支结构前方伸入开挖槽内。之后通过机械臂的上下与左右摆动、大臂的伸缩变化等动作实现开槽功能。大臂移动过程中，通过自动调平机构使机械臂在移动过程中，始终与铣刨头处于90°状态。该操作避免作业工人仰挖槽内土方，且工效显著。如图5所示。

2.3 辅助支护

在左臂铲斗斗背焊接固定铁柱，使其在对格栅进行托举时，能够卡住格栅缝隙，防止格栅滑脱，通过机械臂将格栅托举到格栅安装位置。该作业避免土方台阶在上下运输格栅时滑塌破损，影响掌子面稳定。如图6所示。

2.4 小导管打设

在粘土地层中，通过在机械臂前段安装的小导管打设模块，采用静压的方式或静压+冲击的方式将小导管挤入地层中。在砂卵地层，小导管打设模块采用静压+旋转+气冲+冲击的方式将导管打入土层中。该作业速度快，节省大量人工，提高了作业效率。如图7所示。

2.5 挖下台阶土方及修坡

通过左臂铲斗直接进行下台阶土方开挖。该土方距离台车更近，铲斗挖方效率较铣刨头挖方效率更高。如图8所示。

2.6 出渣

铲斗配合刮板、输料槽将土方由台车前方太高输送至台车后方装车运出。如图9所示。

2.7 喷射混凝土

机体右后方设有整合湿喷机，通过洞内小型砂浆运输车供料，完成初支混凝土湿喷作业。该作业极大降低了作业扬尘，改善了封闭空间的作业环境。如图10所示。

3 暗挖台车改进与完善

暗挖台车在作业过程中，部分功能存在缺陷及不适用现象。经过现场技术人员及生产厂家沟通和研讨，做出以下5点改进。

第一，单根小导管打入动作快，但台车打设导管的定位系统不够完善，机械操作员距离打设土层距离5～7 m，视线受大臂、小导管模块等设备干扰，导致小导管定位时间较长，总体效率提升不明显。针对右臂存在定位不准确的问题，将右臂由原来的液控系统改为便携电控操作系统（类似混凝土臂架泵车的操作系统），实现遥控操作，机械操作员可携带电控操作系统走进掌子面，就近操作导管定位，提高工作效率。如图11所示。

第二，各机械臂的油缸活塞杆暴露在外，受地层中的卵石、施工中的短节连接筋磕碰概率较高，导致油缸活塞杆划伤，液压管路损伤。针对活塞杆划伤问题，在机械臂骨架上焊接一端固定的3 mm厚钢板半包裹护甲，覆盖活塞杆上方。该钢板护甲通过弯折增加自身刚度，且与活塞杆位置相对固定，防止掉落的卵石砸伤活塞杆。液压管路通过收束带固定在机械臂下方进行保护。

第三，台车的渣土输料槽采用刮板式传输方式，砂卵石底层中使用时，因卵石强度高，粒径大小不一，部分卵石容易卡入刮板与基板之间，引发机械故障。针对卵石卡管板的情况，后期将刮板型输料槽改为皮带型输料槽，输料皮带上每隔500 mm设置50 mm的橡胶隔槽，防止卵石滚落降低输料效率。如图12所示。

第四，台车右臂前段实际为设备安装平台，根据右臂的作业内容，更换相应的铣刨头或小导管打设模块。施工过程中，模块的安装与拆卸较为不变，且耗时较长，作业不连贯。针对模块更换慢的问题，改进模块固定方式，通过一侧半圆形的开口套入固定柱，另一侧为液压自动销深入固定孔进行安装。该固定方式可操作机械自行完成，不用人员辅助，且速度快、效率高。如图13所示。

第五，配套湿喷机在实际施工过程中，应用效果不佳。浅埋暗挖隧道要求短开挖，快封闭，开挖步距一般为500～750 mm之间，架设格栅后应立即喷射混凝土。施工中每班喷射混凝土约4次，每次喷射混凝土仅1.5 m3左右[2]。且砂浆运输线路长，受交通影响，商品砂浆供应时间不易掌控。设备作业完成后需大量清水清洗管路，暗挖作业对明水管理严格，为保证开挖安全，冲洗管路的大量废水的收集及处理花费了大量时间及人力。针对以上情况，将台车取消集成混凝土湿喷系统，改为带废气净化的单独预拌料潮喷工艺，进行混凝土喷射作业。

4 结语

暗挖台车在地铁施工领域的应用，不仅减少了掌子面作业人员，降低了群死群伤的重大、特别重大事故发生概率，还能提高卵石地层的超前小导管施工质量，降低施工风险，提高安全性[3]。采用电力替代燃油动力，消除内燃机产生的洞内污染，降低污染排放。同时，通过对暗挖台车的改进，改善了机械化暗挖作业的适用性，提高城市地铁暗挖施工的机械化程度。

参考文献

[1] 王夢恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽：安徽教育出版社，2004：10-15.

[2] 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010：105-111.

[3] GB50299-1999 地下铁道工程施工及验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.