盾构隧道水平及垂直皮带机安装施工技术

盾构隧道水平及垂直皮带机安装施工技术

贾梦军1 刘浩1

（1.中国电建市政建设集团有限公司，天津，300000）

摘要：在盾构施工中，出渣效率在一定程度上影响着盾构隧道的施工进度，出渣方式大多采用电瓶车组配合龙门吊进行水平和垂直运输，在长距离、大坡度的情况下采用传统出渣方式具有很大安全隐患，同时无法有效提高出渣速度。结合莫斯科地铁工程现场实际，分析介绍盾构连续皮带机出渣系统、出渣方式、出渣技术，结果表明连续皮带机具有明显的施工效率优势。。

关键词：盾构隧道；出渣技术；连续皮带机；竖直提升皮带

0 引言

传统盾构工程掘进过程中渣土由编组电瓶车运输，由于隧洞内狭小空间造成电瓶车编组只能依次进行，考虑运输距离，造成电瓶车出渣效率低下，严重制约盾构掘进速度。目前出渣运输已经成为限制盾构掘进的一大关键因素。皮带机高效的出渣性能，引起国内外学者的广泛关注[1]。

国内一些研究人员对皮带机的研究停留在结构设计和问题处理，对皮带机在盾构工况下的具体出渣效率鲜有介绍，对竖直提升皮带机在不同渣土含水量工况下的运输能力进行分析，对皮带机进行合理选型[2]。

目前，在国内，现有的盾构隧道出渣方式主要有以下两种: 一种是无轨运输，适合在断面较大的隧道中使用，主要是采用自卸汽车对渣土进行水平运输，出口处采用侧卸式装载机和装渣机进行垂直运输出渣; 另一种是有轨运输，适用于小断面隧道，在隧道内铺设铁轨与电车做水平运输，始发井内采用龙门吊做垂直运输出渣[3]。通常在工程盾构隧道施工中，盾构区间正线坡度一般≤30‰，坡度较小，无论是采用有轨运输还是无轨运输方式进行隧道出渣，在良好的设备使用情况下，不容易发生溜车事件等安全事故［4］。

1 工程概况

水平及垂直输送皮带机安装施工位于南头关工作井及其区间。南头关工作井采用明挖法施工，工作井长19.0m，宽31.6m，深约53.4m，围护结构采用1.0m厚地连墙+8道钢筋混凝土支撑，地连墙采用吊脚墙，中风化花岗岩嵌固深度为2.5m。中风化直壁开挖采用型钢钢架+喷锚+混凝土内支撑体系进行支护。基坑的安全等级为一级；设计使用年限为4年。

南头关工作井场地现状平面图及围护结构平面、断面布置如图1所示。

图1工区场地平面布置示意图

南头关工作井~西丽站区间左线长4315.777m，右线长4298.943m，使用2台φ9140mm双模盾构机(EPB&TBM)从南头关工作井出发，沿双界河及湖滨东路敷设，下穿地铁12号线同乐站~新安公园站区间、规划南山2号综合管廊，沿中山园路敷设，随中山园路立交转向东，下穿同乐路立交、南坪南光互通立交后沿茶光路敷设到达西丽站吊出。

区间设置10座联络通道，其中5号联络通道与工作井合建，其余均采用矿山法施工。

区间纵断面最大纵坡为17.6‰，区间埋深24.4~49.4米。洞身范围地层情况主要为中~微风化花岗岩，局部为强风化花岗岩。中风化花岗岩饱和单轴抗压强度平均值为60.24MPa，最大值为108.27MPa（微风化平均值为68.85MPa，最大值为113.31MPa）。

2 施工方案

盾构渣土经盾构机皮带机输送至皮带系统后，经由转载皮带机将盾构渣土转运到垂直皮带机下水平段，垂直皮带机运转，将渣土提升至上水平段，再落至渣坑。通过安装的皮带系统，实现渣土从隧道内开挖点到洞外渣坑的连续、高效、安全、文明运输，降低人工劳动强度。

根据施工区间和工作井的布置图以及施工工艺要求，布置方案如图2所示

图2施工方案示意图

2.1 垂直皮带机的安装

垂直输送机是众多输送机种类里的一种，常用于以垂直的方式输送产品物料，垂直皮带机是当代最为普通的运输设备之一，与其他运输设备相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制。带式输送机正向大运距、大运量、大倾角的方向发展。为了节约设备的占地面积，节省设备的投资和土建费用，提高运输能力，垂直提升带式输送机是一种较理想的运输设备。波纹挡边带式输送机是实现垂直输送物料的重要形式。

下水平段钢结构的安装：

第一步：凹弧段机架的安装

（1）首先由测量员对基础进行测量放线，在预埋板上打点标注，绘制设备底座摆放位置。

（2）预组装设备底部钢结构，整体吊装至标注位置，并进行预固定。

第二步：受料段钢结构的安装

此段由于受盾构渣土的冲击，需要增加缓冲托辊来减少渣土对于皮带的冲击力；

前端连接至凹弧段机架，后端连接至尾架；

第三步：安装尾部拉紧装置机架，长2250mm，宽2420mm，高4668mm，重1778kg；

第四步：安装复式托带轮

垂直提升段钢结构的安装：

（1）先在地面将操作平台、护栏和桁架组装完毕，之后整体吊装安装；

（2）待桁架吊装到位后，用另一台50t吊车将H型钢焊接在井壁预埋板上，工人在地面使用曲臂登高车或脚手架等辅助设备焊接支撑型钢；

（3）同理在安装垂直皮带机第二节12米桁架A时，也可先在地面将走道板、护栏和桁架以及焊接临时安装平台，之后整体吊装到位进行安装；

（4）待12米桁架A吊装到位后，用另一台50t吊车将支撑型钢吊装到井壁预埋板位置，先将型钢与桁架焊接固定，再在型钢上搭建走道板，将型钢与预埋板焊接到位；

（5）同理安装垂直皮带机第三节12米桁架B时，也可先在地面将走道板、护栏和桁架以及临时安装平台组装完毕，之后整体吊装安装；

（6）待12米桁架B吊装到位后，用另一台50t吊车将支撑型钢吊装到井壁预埋板位置，先将型钢与桁架焊接固定，再在型钢上搭建走道板，将型钢与预埋板焊接到位；

（7）安装托辊支座及其余小型部件；

2.2上水平段钢结构的安装

（1）测量员对地面基础进行测量放线，在预埋板以及预埋钢筋上打点标注。

（2）根据设计图纸以及标记位置依次吊装地面段水平支撑架、地面段水平平台、传动装置、斜梯平台组合、凸弧段机架、上水平段组件、尾部集料斗及支撑等结构。

第一步:支撑架及底座的安装

1）将支柱吊装至预埋板进行焊接，保证水平；

2）用槽钢及横撑对支柱加固稳定；

3）使用吊带吊装，避免将漆面刮伤，影响美观；

第二步:走道平台及斜爬梯的安装

1）先将靠近卸爬梯的走道平台吊至指定位置，完成焊接工作使其平稳；

2）将斜爬梯吊装至位置，焊接固定。

3）完成后续走道平台的安装；

第三步：安装传动装置架及凸弧段机架

可在地面组装吊装至指定位置；

第五步：上水平段组件的安装

上水平段组件为螺栓连接，可在地面组装完毕后，整体吊装至位置焊接固定；

第六步：安装布料皮带机机尾架座及改向滚筒

第七步：安装复式托带轮及复式改向轮

2.3垂直皮带的安装

因胶带较长，吊装时需使用200t吊车1台，龙门吊辅助方能使胶带吊装到位。安装时用吊车将垂直胶带吊起，缓慢将其从钢结构桁架中间穿送到位，待胶带穿送到位后，用葫芦或吊带将环形胶带下部固定，用其中一台200t吊车将环形胶带上部吊起，腾出安装空间，并然后用另一台吊车吊装上水平段的驱动滚筒、托辊支架、托辊等部件。

（1）在铺设波形挡边皮带时一定要应用滚筒或无缝钢管做为伸展（或吊装）专用工具，在伸展（或吊装）的全过程中一定要留意对输送皮带的维护防止输送皮带损伤。

（2）将波形挡边皮带沿着地面段-提升段-井下段依次穿到指定位置。

2.4驱动滚筒的安装

（1）滚筒安装前应检查轴承座内润滑脂情况，保证轴承内充满锂基润滑脂，轴承座充脂量达到容积的2/3。

（2）在吊装过程中要采取必要的保护措施，不得损伤滚筒胶面。安装完毕后，应检查各部件之间安装、固定是否牢靠，各转动部件，是否转动灵活。

3 其他装置的安装

3.1 安装罩类部件

平台主体焊接在桁架结构上，栏杆固定于平台上。传动滚筒和部分改向滚筒安装了护罩。以上部件如果安装位置和其他部件产生冲突，可根据现场情况进行切割或调整位置。

图3头部漏斗

3.2 清扫器的安装

1）所有清扫器安装后，其刮板与输送带的接触长度不得小于85%。

2）安装H型清扫器时，应使其刮片延长线位于滚筒中心线或中心线稍上位置，以免输送带运转时引起清扫器支架振动。

3）H型清扫器每组刮片与输送带的接触压力控制在100～120N，P型控制在80～100N。

4）标准金属目标物固定在地面上，接近开关支架固定在车体上。支架与标准金属目标物的固定位置需在现场调试时确定，但一定注意设置临时保护，以防调试时驱动电机无限位而造成设备损坏。

5）安装过程中允许采用加垫片等方式调整设备满足安装尺寸。

6）调整各密封部分密封胶皮位置，满足运行过程中的密封要求。

3.3转载皮带机的安装

转载皮带机主要由钢结构机架，走道板，主驱动电机，减速电机，滚筒及托辊，爬梯等组成；

安装时：

1）按图纸要求安装皮带机支撑桁架部分。

2）在地面预组装钢结构，整体吊装至位置。

（1）安装下支架22、26，上支架13，此步可以在地面栓接到到位后，整体吊装至位置；

（2）安装爬梯、走台和护栏；

（3）安装接料槽、转载皮带机支架、三合一驱动滚筒、改向滚筒、托辊支架、导料槽等；

（4）安装皮带并硫化，安装漏斗护罩。

4 结语

1）波挡边皮带机的运渣效率与皮带机的布置倾角、横隔板长度、宽度等密切相关，在使用过程中考虑皮带机的倾斜状态对渣土输送量的影响。

2）在长距离盾构隧道掘进过程中，利用连续皮带机结合垂直提升的出渣方式，大大缩短了每环掘进所需要的时间，提高了掘进速度。

3）在皮带机运输过程中应设置渣土回收装置及皮带渣土拍打装置，减少掉渣与黏结，提高运输皮带的输送效率。

参考文献

［1］樊红卫．西安地铁 2 号线穿越地裂缝的技术措施[J].都市快轨交通，2008，21(4)：19-22

［2］杨育僧．西安城市轨道交通二号线区间隧道通过地裂缝带方案探讨[J]．都市快轨交通，2006，19(3)：67-69

［3］熊田芳，邵生俊，王天明，等．西安城市轨道交通正交地裂缝隧道的模型试验研究 [J]．岩土力学，2010，31(1)：179-186.

［4］黄强兵，彭建兵，邓亚虹等．西安地铁 2 号线隧道穿越地裂缝带的设防参数 [J]．岩土力学，2010，31(9)：2882-2888