尚 偉，劉恩澤

（1.中鐵隧道局集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511458；2.廣東省隧道結(jié)構(gòu)智能監(jiān)控與維護(hù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 511458；3.西南交通大學(xué)，四川 成都 611756）

城市地鐵、城際鐵路、輸水隧道等地下工程多數(shù)采用盾構(gòu)法施工，其主要工序包括盾構(gòu)掘進(jìn)、管片拼裝、渣土外運(yùn)和材料運(yùn)進(jìn)等。在洞內(nèi)通常采用有軌運(yùn)輸將運(yùn)出渣土、運(yùn)進(jìn)管片等材料；在豎井內(nèi)通常采用門式起重機(jī)吊出渣土、吊進(jìn)管片等材料。有軌運(yùn)輸往返運(yùn)輸渣土、材料時(shí)，盾構(gòu)將停止掘進(jìn)。對(duì)于深埋、長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)乃淼?，豎井吊運(yùn)、有軌運(yùn)輸耗時(shí)長(zhǎng)，盾構(gòu)停機(jī)時(shí)間愈加明顯，影響施工進(jìn)度且存在安全隱患。對(duì)于深埋、長(zhǎng)距離隧道，門式起重機(jī)、有軌運(yùn)輸出渣技術(shù)已無(wú)法滿足盾構(gòu)高效掘進(jìn)、快速出渣的需求。

1 工程概況

珠三角水資源配置工程西起西江干流廣東佛山順德鯉魚洲，東至深圳公明水庫(kù)，中間以深層管道輸水方式穿越粵港澳大灣區(qū)核心城市群。珠三角水資源配置工程全線采用深埋輸水隧道，在縱深40～60m 的地下空間采用盾構(gòu)法建造。其中A6 標(biāo)段內(nèi)為雙線輸水隧道，長(zhǎng)約7.79km，包括3 個(gè)工作井，1 個(gè)泥水盾構(gòu)區(qū)間，2 個(gè)土壓盾構(gòu)區(qū)間，見圖1。輸水隧道基本位于弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖內(nèi)，采用直徑6m 的盾構(gòu)施工。工作井全部為圓形豎井，其中LG12#工作井直徑35.9m，深48.13m。盾構(gòu)開挖渣土經(jīng)由隧道、超深豎井外運(yùn)至地面。輸水隧道埋深大，2 個(gè)隧道同時(shí)快速出渣、保障盾構(gòu)掘進(jìn)效率是本工程的主要難點(diǎn)。

圖1 珠三角水資源配置工程A6標(biāo)段施工范圍示意圖

2 帶式組合出渣方案

珠三角水資源配置工程A6 標(biāo)土壓盾構(gòu)區(qū)間為雙線隧道，采用2 臺(tái)土壓盾構(gòu)同向掘進(jìn)，共用1 個(gè)豎井出渣和進(jìn)料。為滿足2 臺(tái)盾構(gòu)同時(shí)出渣需求，左右線隧道內(nèi)分別設(shè)置一套平帶運(yùn)輸系統(tǒng)，承接盾構(gòu)皮帶輸出的渣土并向洞口外運(yùn)，洞口處（豎井底部）設(shè)置轉(zhuǎn)載輸送機(jī)，將雙線隧道渣土匯集到垂直提升輸送帶內(nèi)，隨后使用豎井內(nèi)的波紋擋邊輸送機(jī)，將渣土提升至地面渣坑。洞內(nèi)設(shè)置水平儲(chǔ)帶裝置可滿足洞內(nèi)水平輸送帶能夠與盾構(gòu)掘進(jìn)保持同步延伸。珠三角水資源配置工程A6 標(biāo)的帶式組合運(yùn)輸出渣方案見圖2。通過洞內(nèi)水平輸送機(jī)、豎井垂直提升輸送機(jī)、井底轉(zhuǎn)載輸送機(jī)的組合應(yīng)用，形成盾構(gòu)開挖渣土的連續(xù)垂直輸送系統(tǒng)，滿足盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)渣土大量、及時(shí)外運(yùn)。水平輸送帶和垂直提升輸送帶均布置在隧道或豎井的側(cè)壁上，其他空間可用于管片等材料和設(shè)備的吊裝和有軌運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)出渣與其他工序的高度協(xié)同。

表1 珠三角水資源配置工程A6標(biāo)帶式組合運(yùn)輸主要參數(shù)表

圖2 雙線盾構(gòu)隧道帶式組合運(yùn)輸出渣方案

3 主要施工技術(shù)

3.1 盾構(gòu)多機(jī)協(xié)同連續(xù)垂直出渣技術(shù)

帶式組合出渣技術(shù)可根據(jù)工程項(xiàng)目的施工組織需求，可靈活布置出渣輸送設(shè)備（圖3～圖8）。對(duì)于雙線隧道可采用本文提出的方案；對(duì)于單線隧道可配置1 套洞內(nèi)水平輸送機(jī)、1 套垂直提升輸送機(jī)；對(duì)于單線且向兩個(gè)相反方向同時(shí)掘進(jìn)的，可在2 個(gè)隧道內(nèi)分別配置1 套洞內(nèi)水平輸送機(jī)，在豎井底部設(shè)置1 臺(tái)轉(zhuǎn)載輸送機(jī)，豎井內(nèi)設(shè)置1 臺(tái)垂直提升輸送機(jī)。隧道洞口段的水平輸送機(jī)和豎井底部的轉(zhuǎn)載輸送機(jī)可采用架空布置，底部空間用于有軌運(yùn)輸通行。采用上述3 種帶式組合出渣方案，可滿足多數(shù)盾構(gòu)隧道高效出渣、協(xié)同出渣的需求。

圖3 盾構(gòu)皮帶輸送機(jī)

圖4 洞內(nèi)水平輸送機(jī)

圖5 儲(chǔ)帶裝置

3.2 盾構(gòu)分體始發(fā)側(cè)方連續(xù)快速出渣技術(shù)

盾構(gòu)分體始發(fā)施工期，在盾構(gòu)出料口下方設(shè)置橫向轉(zhuǎn)載輸送機(jī)（圖9），橫向轉(zhuǎn)載輸送機(jī)的另一端接到洞內(nèi)水平輸送機(jī)上，可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)開挖渣土經(jīng)橫向轉(zhuǎn)載輸送機(jī)輸送至洞內(nèi)水平輸送機(jī)上，隨后經(jīng)垂直提升輸送機(jī)提升至洞外。采用本項(xiàng)技術(shù)可解決盾構(gòu)分體始發(fā)時(shí)快速出渣的難題。

圖9 橫向轉(zhuǎn)載輸送機(jī)

3.3 多種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的快速清渣技術(shù)

對(duì)于粘附性較強(qiáng)的渣土，當(dāng)輸送帶經(jīng)過機(jī)頭卸料部之后，部分粘附的渣土?xí)S輸送帶進(jìn)入下行段，進(jìn)而灑落并附著在托輥、滾筒等旋轉(zhuǎn)部件表面，積累過度后將導(dǎo)致輸送帶跑偏、托輥異常磨損、滾筒損壞等問題。為解決該問題，在輸送帶下行段的背面分別設(shè)置主動(dòng)式拍打清掃器和刮板清掃器，在其正面設(shè)置多組高壓水沖洗裝置。通過聯(lián)合使用多種清渣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)波紋擋邊輸送帶背面殘?jiān)纬蓛簦嫦徊蹆?nèi)殘?jiān)拇蚨堵洳_洗干凈。通過調(diào)整主動(dòng)拍打清掃器的轉(zhuǎn)速，可使清渣效果得到最佳（圖10～圖12）。

圖10 高壓水沖洗裝置

圖11 主動(dòng)式拍打清掃器

圖12 刮板清掃器

3.4 基于盾構(gòu)出渣量的上下聯(lián)動(dòng)集中控制技術(shù)

集成盾構(gòu)出渣量在線檢測(cè)，洞內(nèi)水平輸送機(jī)、豎井底部轉(zhuǎn)載輸送機(jī)、豎井垂直提升輸送機(jī)啟停、調(diào)速聯(lián)動(dòng)控制，根據(jù)盾構(gòu)皮帶出渣量，可實(shí)現(xiàn)帶式組合出渣系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)控各部分的運(yùn)行速度、順序啟動(dòng)或停止，從而減少空載運(yùn)行時(shí)間，降低能源消耗。

3.5 多機(jī)協(xié)同動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)安全自控保障技術(shù)

輸送機(jī)系統(tǒng)沿機(jī)身設(shè)置了多套跑偏擋輥，拉繩開關(guān)，轉(zhuǎn)渣、卸料處設(shè)置堵料監(jiān)測(cè)裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)配置逆止器，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置速度、超溫、斷電、漏電保護(hù)器，聲光報(bào)警等多類型保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)輸送系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，運(yùn)行數(shù)據(jù)全程記錄，異常狀況可自動(dòng)停機(jī)、報(bào)警，充分保障人員和設(shè)備安全。

4 工程應(yīng)用效果

4.1 工效分析

以珠三角水資源配置工程A6 標(biāo)為例，對(duì)比分析有軌運(yùn)輸+起重機(jī)出渣和帶式組合出渣方案。每條隧道配備兩列編組，承擔(dān)渣土、管片及其他輔助材料的運(yùn)輸，在洞口處錯(cuò)車。兩種出渣方案的單條隧道工序時(shí)間對(duì)比見圖13。帶式組合出渣時(shí)，有軌運(yùn)輸僅負(fù)責(zé)管片等材料運(yùn)輸，盾構(gòu)掘進(jìn)單循環(huán)耗時(shí)90min，每月可施工400 環(huán)，施工效率可提升33%；盾構(gòu)可連續(xù)作業(yè)，各配套工序可并行作業(yè)，且不受起重機(jī)、有軌運(yùn)輸作業(yè)時(shí)間的限制，施工組織更加靈活高效；實(shí)現(xiàn)了渣土轉(zhuǎn)載、提升、卸料等全程自動(dòng)化、信息化施工，出渣系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，滿足了雙線盾構(gòu)隧道超深豎井同時(shí)高效出渣需求；對(duì)于豎井愈深、區(qū)間距離愈長(zhǎng)的隧道工程，工效更加明顯。

圖13 隧道工序時(shí)間對(duì)比圖

4.2 成本分析

采用帶式組合出渣技術(shù)，可減少起重機(jī)、有軌運(yùn)輸設(shè)備、配套后導(dǎo)洞投入成本445 萬(wàn)元，成套帶式輸送機(jī)投入成本1 416.5 萬(wàn)元，合計(jì)需要增加971.5 萬(wàn)元。帶式輸送機(jī)鋼結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)件組合構(gòu)造，輸送帶通過硫化技術(shù)可修復(fù)，便于項(xiàng)目周轉(zhuǎn)使用，可降低設(shè)備攤銷費(fèi)。

5 結(jié)論

珠三角水資源配置工程A6 標(biāo)2021 年4 月盾構(gòu)始發(fā)，2022 年8 月隧道貫通，采用帶式組合輸送技術(shù)，解決了深部地下空間盾構(gòu)渣土連續(xù)、垂直運(yùn)輸?shù)碾y題，提出了轉(zhuǎn)渣、運(yùn)渣、卸渣、安全防護(hù)等多項(xiàng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，確保安全、高效出渣，保障了盾構(gòu)掘進(jìn)效率。通過對(duì)比有軌運(yùn)輸+起重機(jī)出渣方案，帶式組合輸送技術(shù)可促進(jìn)盾構(gòu)掘進(jìn)效率提升33%。