盾构法隧道超深竖井渣土带式组合出渣技术

尚 伟，刘恩泽

（1.中铁隧道局集团有限公司，广东 广州 511458；2.广东省隧道结构智能监控与维护企业重点实验室，广东 广州 511458；3.西南交通大学，四川 成都 611756）

城市地铁、城际铁路、输水隧道等地下工程多数采用盾构法施工，其主要工序包括盾构掘进、管片拼装、渣土外运和材料运进等。在洞内通常采用有轨运输将运出渣土、运进管片等材料；在竖井内通常采用门式起重机吊出渣土、吊进管片等材料。有轨运输往返运输渣土、材料时，盾构将停止掘进。对于深埋、长距离运输的隧道，竖井吊运、有轨运输耗时长，盾构停机时间愈加明显，影响施工进度且存在安全隐患。对于深埋、长距离隧道，门式起重机、有轨运输出渣技术已无法满足盾构高效掘进、快速出渣的需求。

1 工程概况

珠三角水资源配置工程西起西江干流广东佛山顺德鲤鱼洲，东至深圳公明水库，中间以深层管道输水方式穿越粤港澳大湾区核心城市群。珠三角水资源配置工程全线采用深埋输水隧道，在纵深40～60m 的地下空间采用盾构法建造。其中A6 标段内为双线输水隧道，长约7.79km，包括3 个工作井，1 个泥水盾构区间，2 个土压盾构区间，见图1。输水隧道基本位于弱风化泥质粉砂岩内，采用直径6m 的盾构施工。工作井全部为圆形竖井，其中LG12#工作井直径35.9m，深48.13m。盾构开挖渣土经由隧道、超深竖井外运至地面。输水隧道埋深大，2 个隧道同时快速出渣、保障盾构掘进效率是本工程的主要难点。

图1 珠三角水资源配置工程A6标段施工范围示意图

2 带式组合出渣方案

珠三角水资源配置工程A6 标土压盾构区间为双线隧道，采用2 台土压盾构同向掘进，共用1 个竖井出渣和进料。为满足2 台盾构同时出渣需求，左右线隧道内分别设置一套平带运输系统，承接盾构皮带输出的渣土并向洞口外运，洞口处（竖井底部）设置转载输送机，将双线隧道渣土汇集到垂直提升输送带内，随后使用竖井内的波纹挡边输送机，将渣土提升至地面渣坑。洞内设置水平储带装置可满足洞内水平输送带能够与盾构掘进保持同步延伸。珠三角水资源配置工程A6 标的带式组合运输出渣方案见图2。通过洞内水平输送机、竖井垂直提升输送机、井底转载输送机的组合应用，形成盾构开挖渣土的连续垂直输送系统，满足盾构掘进时渣土大量、及时外运。水平输送带和垂直提升输送带均布置在隧道或竖井的侧壁上，其他空间可用于管片等材料和设备的吊装和有轨运输，实现出渣与其他工序的高度协同。

表1 珠三角水资源配置工程A6标带式组合运输主要参数表

图2 双线盾构隧道带式组合运输出渣方案

3 主要施工技术

3.1 盾构多机协同连续垂直出渣技术

带式组合出渣技术可根据工程项目的施工组织需求，可灵活布置出渣输送设备（图3～图8）。对于双线隧道可采用本文提出的方案；对于单线隧道可配置1 套洞内水平输送机、1 套垂直提升输送机；对于单线且向两个相反方向同时掘进的，可在2 个隧道内分别配置1 套洞内水平输送机，在竖井底部设置1 台转载输送机，竖井内设置1 台垂直提升输送机。隧道洞口段的水平输送机和竖井底部的转载输送机可采用架空布置，底部空间用于有轨运输通行。采用上述3 种带式组合出渣方案，可满足多数盾构隧道高效出渣、协同出渣的需求。

图3 盾构皮带输送机

图4 洞内水平输送机

图5 储带装置

3.2 盾构分体始发侧方连续快速出渣技术

盾构分体始发施工期，在盾构出料口下方设置横向转载输送机（图9），横向转载输送机的另一端接到洞内水平输送机上，可实现盾构开挖渣土经横向转载输送机输送至洞内水平输送机上，随后经垂直提升输送机提升至洞外。采用本项技术可解决盾构分体始发时快速出渣的难题。

图9 横向转载输送机

3.3 多种技术联合应用的快速清渣技术

对于粘附性较强的渣土，当输送带经过机头卸料部之后，部分粘附的渣土会随输送带进入下行段，进而洒落并附着在托辊、滚筒等旋转部件表面，积累过度后将导致输送带跑偏、托辊异常磨损、滚筒损坏等问题。为解决该问题，在输送带下行段的背面分别设置主动式拍打清扫器和刮板清扫器，在其正面设置多组高压水冲洗装置。通过联合使用多种清渣技术，实现波纹挡边输送带背面残渣刮除干净，正面匣槽内残渣拍打抖落并冲洗干净。通过调整主动拍打清扫器的转速，可使清渣效果得到最佳（图10～图12）。

图10 高压水冲洗装置

图11 主动式拍打清扫器

图12 刮板清扫器

3.4 基于盾构出渣量的上下联动集中控制技术

集成盾构出渣量在线检测，洞内水平输送机、竖井底部转载输送机、竖井垂直提升输送机启停、调速联动控制，根据盾构皮带出渣量，可实现带式组合出渣系统自动调控各部分的运行速度、顺序启动或停止，从而减少空载运行时间，降低能源消耗。

3.5 多机协同动态监测安全自控保障技术

输送机系统沿机身设置了多套跑偏挡辊，拉绳开关，转渣、卸料处设置堵料监测装置，传动机构配置逆止器，驱动控制系统设置速度、超温、断电、漏电保护器，声光报警等多类型保护措施，实现输送系统动态监测，运行数据全程记录，异常状况可自动停机、报警，充分保障人员和设备安全。

4 工程应用效果

4.1 工效分析

以珠三角水资源配置工程A6 标为例，对比分析有轨运输+起重机出渣和带式组合出渣方案。每条隧道配备两列编组，承担渣土、管片及其他辅助材料的运输，在洞口处错车。两种出渣方案的单条隧道工序时间对比见图13。带式组合出渣时，有轨运输仅负责管片等材料运输，盾构掘进单循环耗时90min，每月可施工400 环，施工效率可提升33%；盾构可连续作业，各配套工序可并行作业，且不受起重机、有轨运输作业时间的限制，施工组织更加灵活高效；实现了渣土转载、提升、卸料等全程自动化、信息化施工，出渣系统运行平稳，满足了双线盾构隧道超深竖井同时高效出渣需求；对于竖井愈深、区间距离愈长的隧道工程，工效更加明显。

图13 隧道工序时间对比图

4.2 成本分析

采用带式组合出渣技术，可减少起重机、有轨运输设备、配套后导洞投入成本445 万元，成套带式输送机投入成本1 416.5 万元，合计需要增加971.5 万元。带式输送机钢结构为标准件组合构造，输送带通过硫化技术可修复，便于项目周转使用，可降低设备摊销费。

5 结论

珠三角水资源配置工程A6 标2021 年4 月盾构始发，2022 年8 月隧道贯通，采用带式组合输送技术，解决了深部地下空间盾构渣土连续、垂直运输的难题，提出了转渣、运渣、卸渣、安全防护等多项应用关键技术，确保安全、高效出渣，保障了盾构掘进效率。通过对比有轨运输+起重机出渣方案，带式组合输送技术可促进盾构掘进效率提升33%。