盾構法隧道超深豎井渣土帶式組合出渣技術

尚 偉，劉恩澤

（1.中鐵隧道局集團有限公司，廣東 廣州 511458；2.廣東省隧道結構智能監控與維護企業重點實驗室，廣東 廣州 511458；3.西南交通大學，四川 成都 611756）

城市地鐵、城際鐵路、輸水隧道等地下工程多數采用盾構法施工，其主要工序包括盾構掘進、管片拼裝、渣土外運和材料運進等。在洞內通常采用有軌運輸將運出渣土、運進管片等材料；在豎井內通常采用門式起重機吊出渣土、吊進管片等材料。有軌運輸往返運輸渣土、材料時，盾構將停止掘進。對于深埋、長距離運輸的隧道，豎井吊運、有軌運輸耗時長，盾構停機時間愈加明顯，影響施工進度且存在安全隱患。對于深埋、長距離隧道，門式起重機、有軌運輸出渣技術已無法滿足盾構高效掘進、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，中間以深層管道輸水方式穿越粵港澳大灣區核心城市群。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法建造。其中A6 標段內為雙線輸水隧道，長約7.79km，包括3 個工作井，1 個泥水盾構區間，2 個土壓盾構區間，見圖1。輸水隧道基本位于弱風化泥質粉砂巖內，采用直徑6m 的盾構施工。工作井全部為圓形豎井，其中LG12#工作井直徑35.9m，深48.13m。盾構開挖渣土經由隧道、超深豎井外運至地面。輸水隧道埋深大，2 個隧道同時快速出渣、保障盾構掘進效率是本工程的主要難點。

圖1 珠三角水資源配置工程A6標段施工范圍示意圖

2 帶式組合出渣方案

珠三角水資源配置工程A6 標土壓盾構區間為雙線隧道，采用2 臺土壓盾構同向掘進，共用1 個豎井出渣和進料。為滿足2 臺盾構同時出渣需求，左右線隧道內分別設置一套平帶運輸系統，承接盾構皮帶輸出的渣土并向洞口外運，洞口處（豎井底部）設置轉載輸送機，將雙線隧道渣土匯集到垂直提升輸送帶內，隨后使用豎井內的波紋擋邊輸送機，將渣土提升至地面渣坑。洞內設置水平儲帶裝置可滿足洞內水平輸送帶能夠與盾構掘進保持同步延伸。珠三角水資源配置工程A6 標的帶式組合運輸出渣方案見圖2。通過洞內水平輸送機、豎井垂直提升輸送機、井底轉載輸送機的組合應用，形成盾構開挖渣土的連續垂直輸送系統，滿足盾構掘進時渣土大量、及時外運。水平輸送帶和垂直提升輸送帶均布置在隧道或豎井的側壁上，其他空間可用于管片等材料和設備的吊裝和有軌運輸，實現出渣與其他工序的高度協同。

表1 珠三角水資源配置工程A6標帶式組合運輸主要參數表

圖2 雙線盾構隧道帶式組合運輸出渣方案

3 主要施工技術

3.1 盾構多機協同連續垂直出渣技術

帶式組合出渣技術可根據工程項目的施工組織需求，可靈活布置出渣輸送設備（圖3～圖8）。對于雙線隧道可采用本文提出的方案；對于單線隧道可配置1 套洞內水平輸送機、1 套垂直提升輸送機；對于單線且向兩個相反方向同時掘進的，可在2 個隧道內分別配置1 套洞內水平輸送機，在豎井底部設置1 臺轉載輸送機，豎井內設置1 臺垂直提升輸送機。隧道洞口段的水平輸送機和豎井底部的轉載輸送機可采用架空布置，底部空間用于有軌運輸通行。采用上述3 種帶式組合出渣方案，可滿足多數盾構隧道高效出渣、協同出渣的需求。

圖3 盾構皮帶輸送機

圖4 洞內水平輸送機

圖5 儲帶裝置

3.2 盾構分體始發側方連續快速出渣技術

盾構分體始發施工期，在盾構出料口下方設置橫向轉載輸送機（圖9），橫向轉載輸送機的另一端接到洞內水平輸送機上，可實現盾構開挖渣土經橫向轉載輸送機輸送至洞內水平輸送機上，隨后經垂直提升輸送機提升至洞外。采用本項技術可解決盾構分體始發時快速出渣的難題。

圖9 橫向轉載輸送機

3.3 多種技術聯合應用的快速清渣技術

對于粘附性較強的渣土，當輸送帶經過機頭卸料部之后，部分粘附的渣土會隨輸送帶進入下行段，進而灑落并附著在托輥、滾筒等旋轉部件表面，積累過度后將導致輸送帶跑偏、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置主動式拍打清掃器和刮板清掃器，在其正面設置多組高壓水沖洗裝置。通過聯合使用多種清渣技術，實現波紋擋邊輸送帶背面殘渣刮除干凈，正面匣槽內殘渣拍打抖落并沖洗干凈。通過調整主動拍打清掃器的轉速，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 主動式拍打清掃器

圖12 刮板清掃器

3.4 基于盾構出渣量的上下聯動集中控制技術

集成盾構出渣量在線檢測，洞內水平輸送機、豎井底部轉載輸送機、豎井垂直提升輸送機啟停、調速聯動控制，根據盾構皮帶出渣量，可實現帶式組合出渣系統自動調控各部分的運行速度、順序啟動或停止，從而減少空載運行時間，降低能源消耗。

3.5 多機協同動態監測安全自控保障技術

輸送機系統沿機身設置了多套跑偏擋輥，拉繩開關，轉渣、卸料處設置堵料監測裝置，傳動機構配置逆止器，驅動控制系統設置速度、超溫、斷電、漏電保護器，聲光報警等多類型保護措施，實現輸送系統動態監測，運行數據全程記錄，異常狀況可自動停機、報警，充分保障人員和設備安全。

4 工程應用效果

4.1 工效分析

以珠三角水資源配置工程A6 標為例，對比分析有軌運輸+起重機出渣和帶式組合出渣方案。每條隧道配備兩列編組，承擔渣土、管片及其他輔助材料的運輸，在洞口處錯車。兩種出渣方案的單條隧道工序時間對比見圖13。帶式組合出渣時，有軌運輸僅負責管片等材料運輸，盾構掘進單循環耗時90min，每月可施工400 環，施工效率可提升33%；盾構可連續作業，各配套工序可并行作業，且不受起重機、有軌運輸作業時間的限制，施工組織更加靈活高效；實現了渣土轉載、提升、卸料等全程自動化、信息化施工，出渣系統運行平穩，滿足了雙線盾構隧道超深豎井同時高效出渣需求；對于豎井愈深、區間距離愈長的隧道工程，工效更加明顯。

圖13 隧道工序時間對比圖

4.2 成本分析

采用帶式組合出渣技術，可減少起重機、有軌運輸設備、配套后導洞投入成本445 萬元，成套帶式輸送機投入成本1 416.5 萬元，合計需要增加971.5 萬元。帶式輸送機鋼結構為標準件組合構造，輸送帶通過硫化技術可修復，便于項目周轉使用，可降低設備攤銷費。

5 結論

珠三角水資源配置工程A6 標2021 年4 月盾構始發，2022 年8 月隧道貫通，采用帶式組合輸送技術，解決了深部地下空間盾構渣土連續、垂直運輸的難題，提出了轉渣、運渣、卸渣、安全防護等多項應用關鍵技術，確保安全、高效出渣，保障了盾構掘進效率。通過對比有軌運輸+起重機出渣方案，帶式組合輸送技術可促進盾構掘進效率提升33%。