立体出渣系统在盾构施工中的运用技术探讨

王华

（中铁隧道局集团有限公司国际事业部，广州 南沙 511400）

运用项目位于以色列特拉维夫市，线路西起Herzl始发井，东至Ben Guriong站，施工范围包含“六站两区间”的土建工程，即：Allenby站、Yehudit站、ShaulHamelech站、Arlosorov站、Abba Hillel站、Bialik站、Ben Gurion站，Herzl～Carlebach（本项目不含）区间和Carlebach～Ben Gurion区间。

Axis1 R线 路 全 长1246.19m，Axis2 L线 路 全 长1238.9m，自Herzl～Carlebach区间采用皮带机出渣。

1 工程概况

1.1 工程总体概况

本工程采用2台TBM Herzl井始发，从小里程向大里程方向掘进。区间设置3个联络通道和1个车站。隧道内径6500mm，始发段平面线路为直线，线路坡度为5.3‰（上坡）；区间线路最小曲线半径215m，线间距约0.81～5m，均不足一倍洞泾，为小间距隧道；隧道最大纵坡5.3‰，最小纵坡4‰，隧道埋深约11.0～23m。Herzl始发井位于以色列特拉维夫老城区，场地两侧紧邻民宅，周边街道狭小且交通拥堵，TBM施工区域由HERZL街东侧（3737m2）和HERZL街西侧(4986m2)两块场地。始发井位于场地西侧，始发井尺寸（长36m,宽15.8m,深17m），计划投入两台TBM掘进。TBM施工掘进速度为40mm/min，每环渣土重量为140T左右，每环出渣量为80m3左右，渣土比重为1.5～1.6T/m3。

1.2 渣土运输体系调查

以色列东段采用连续皮带机运输系统，Galei Gil采用超级电容机车牵引矿车出渣，超级电容机车克服了电瓶牵引机车牵引力不足、充电频繁、充电时间长（单次充电需要19h）等不足，超级电容机车牵引力更大，每次充电只需要15min。初期因为Galei Gil已经采用了超级电容牵引渣车出渣，配合龙门吊垂直提升出渣的立体出渣系统，考虑统一采购集中运输，计划Herzl也采用超级电容牵引渣车出渣，然后用龙门吊将洞口渣车起吊到地面，在始发井旁边设一中转渣坑。后面考虑到Herzl场地狭小，始发井西侧为Turkish Line明挖段施工，始发井东侧靠近Herzl街道行人、车辆流量较大，所以将Herzl出渣方式更改为立体皮带机运输系统出渣。

2 现场条件和施工组织难点分析

2.1 渣土垂直运输

始发井长36m，宽15.8m，深17m，要在如此狭小的空间内始发两台TBM，充分考虑现场现有空间条件，选用垂直皮带将渣土从井下运输到地面。

图1 渣土立体垂直运输布置场地

2.2 连续小曲线

Herzl施工段单线有5个不同半径的曲线，其中最小的曲线半径为220m，连续小曲线大大增加了洞内连续皮带机的运行、调偏及维修保养的难度。皮带运行在转弯段容易向曲线轴心方向跑偏或侧翻，且转弯段皮带及皮带支架所受的拉力也会相应增大。

2.3 渣土运输系统在TBM各阶段中的空间转换

Herzl始发井全长36m，TBM全长约115m，受限于始发井长度，TBM在Herzl需要分体始发，分体始发阶段连续皮带机安装空间不足，所以在分体始发阶段需要加工临时溜渣槽，将设备桥皮带的渣土转运到垂直运输皮带上去。等到TBM可以整机进洞之后，溜渣口设在9#拖车，渣土经由设备桥皮带转运到连续皮带上，再由连续皮带经转渣皮带运输到垂直皮带。

3 立体出渣系统工作原理

立式提升输送机工作原理同普通胶带输送机原理类似，其主要部件是波纹挡边输送带代替普通输送带。输送带兼作牵引机构和承载机构。

工作原理： 输送带绕经传动滚筒和机尾换向滚筒形成一个无极的环形带。输送带的上、下两部分都支承在托辊上。拉紧装置给输送带以正常运转所需要的拉紧力。工作时，传动滚筒通过它和输送带之间的摩擦力带动输送带运行。物料从装载点装到输送带上，形成连续运动的物流，在卸载点卸载。一般物料是装载到上带(承载段)的上面，在机头滚筒(在此，即是传动滚筒)卸载。

图2 渣土立体提升原理图

4 运用现场安装调试

Herzl现场共有两台TBM，采用皮带运输系统后需要安装垂直提升皮带、连续皮带、转渣皮带三种共7条皮带。其中3#地面转渣皮带、2#地面转渣皮带、 垂直提升皮带为两台TBM共用，T7连续皮带、4#转渣皮带为TBM7单独使用，T8连续皮带和1#转渣皮带为TBM 8单独使用。

垂直皮带机安装主要分六个步骤：第一是测量定位，按照设计位置和尺寸将垂直皮带机的安装基础点和中线放样；第二是安装垂直皮带井下部分，井下部分主要有缓冲托辊架纵梁、托辊组、下压带轮、下改向架、改向滚筒、机尾架、螺旋拉紧装置、导料槽等，其中上托辊、下压带轮先不安装，改向滚筒一边不固定；第三是安装垂直部分，垂直部分主要有竖框架、支撑架、平托辊，该部分的安装要特别注意三个竖框架的安装顺序；第四是垂直皮带井上部分的安装，主要包括机头架、机头护罩、机头漏斗、驱动装置、上改向架、上过度架、拍打器，其中机头护罩、拍打器先不安装；第五是垂直皮带胶带的安装，安装胶带时需要随车吊协助，将整卷胶带一端套在驱动滚筒上，另一端从上向下放，下面用倒链将胶带拉至机尾滚筒处固定，然后通过螺旋拉紧装置调节胶带的张紧度；第六是其他剩余部分安装，如下压带轮、拍打器、机头护罩、托辊、刮渣板、清扫器等。

图3 渣土立体提升现场安装完成效果

图4 拍打器优化后效果

图5 增加防偏轮

5 运用过程中的优化改进

5.1 垂直皮带的卸料及清洗

运用过程中存在卸料不干净，导致大量的渣土回落到井下。优化措施：替换原来的一台小型拍打器，加工更换拍打方式、拍打强度、拍打频率更优的两台拍打器，以达到最大限度地将挖渣槽没有卸干净的渣料拍落在顶部平台上；拆除上改向架和驱动滚筒之间下胶带的部分缓冲托辊增大下胶带受到拍打后的震动效果；顶部平台上改向架到驱动滚筒段原有的顶板割除，增加现有空间下最大坡度的斜溜槽，将经拍打器震落的渣土输送到2#转渣皮带上；在斜溜槽的底面增加悬壁式振动器以增加溜渣效果；在斜溜槽和2#转渣皮带搭接处增加旋转拨渣叶片辅助溜渣避免渣土在搭接处堆积。

5.2 连续皮带转弯

Herzl区间段单长1.2km，其中隧道沿线有5个不同半径的曲线转弯，最小转弯半径为220m。在转弯曲线段采用可调节槽型托辊架，同时将安装距离由正常段的3m一个更改为1.5m一个，便于皮带调偏；增加皮带防偏轮。

6 结语

本文主要针对配合盾构/TBM立体出渣系统在施工中的实际运用技术进行总结，成功解决了施工中深竖井和地面空间狭小的出渣难题。同时在运用过程中存在的问题进行系统分析优化，为后期类似工程施工提供新经验。