中铁十六局集团地铁工程有限公司 北京 100044
摘要：根据国家安全监管总局提出的“机械化换人、自动化减人”的全新发展理念，基于此，文章以北京地铁16号线15标砂卵石地层的机械暗挖施工为例，介绍了暗挖台车的基本概况，对暗挖台车在本工程的使用过程进行优化分析，以此为同类工程提供借鉴。
关键词：暗挖台车；工法改进；优化分析
引言
如今，由北京城市快轨建设管理有限公司联合中铁十六局集团开展的《城市轨道交通隧道机械化暗挖技术研究》的专项课题研究，已在北京市科委立项。文章结合本人在16号线15标段砂卵石地层的机械暗挖施工技术现场的试验进行研究。从而对台车的使用及暗挖工艺提出一些想法和建议。
1项目概况
北京地铁16号线15标段区间工程（国家图书馆站至二里沟站）全长1.3km，该段采用暗挖工法施工，其主要施工工艺（见图1所示）。目前地铁隧道暗挖施工主要依靠大量人力施工，安全性差、效率低、施工作业环境恶劣。因此，我们引进由徐工集团推出的TWZ系列机械暗挖施工，以暗挖机械台车施工为主，人工配合为辅，大大降低了施工人员劳动强度，加快了施工进度，更加有效的保障了暗挖施工安全。
2暗挖台车介绍
暗挖台车可适用于软土、砂卵石、风化岩等地层作业。其主要施工流程（如图2所示）。该设备采用外接动力电源，由输料装置、右臂、左臂、履带行走总成、机架总成及液压操作系统等构成（如图3所示）。该产品高效环保，结构紧凑，机动灵活，能够有效代替人工作业，大幅提高作业效率，下文就台车的组成结构及工作原理做以分析。
2.1左臂的构成及原理
左臂主要起到对隧道内土方开挖、扒土以及辅助支护等作用。具有多关节越障开挖功能，能有效绕过核心土，可实现隧道的全断面土方开挖。左臂主要由回转油缸、大臂、大臂油缸、中臂、中臂油缸、小臂、小臂油缸、铲斗、铲斗油缸等部件组成。从结构上可以看出它与市场上成型的挖机并不大相同，更多的油缸设置令它可以做出更复杂的机械动作，配合区间隧道的曲线轮廓直接开挖成槽的能力是一般的挖机无法比拟的。在实际使用中左臂的应用效果也是最为直接影响开挖效率的关键。
2.2右臂的构成及原理
右臂主要用于打设超前小导管及铣刨顶槽，该臂采用两组倒三角悬浮支撑，可实现精确的液压全方位平行保持功能，运动过程平稳，提高了工作的定位精度，并实现了越障打管。右臂主要由下三角机构、上三角机构、伸缩筒、旋转油缸、快换机构等组成，可以更换不同的机具、如铣刨头、导管机、喷浆头等。右臂的定位从根本上定义了机械化开挖的诸多能力。最大程度上实现了机械化施工。
2.3输料结构
输料机构主要由左推板、右推板、推板油缸、运输槽、主传动部分、刮板链、主动链轮和输送液压马达等部件组成。控制推板油缸可使左右推板打开或合拢，推板打开可增加铲取宽度，推板合拢可方便行走。控制举升油缸伸缩可使运输槽升降，以分别满足工作和行走时的需要。启动液压马达（现已改为双马达）驱动刮板链可把料石运送到运输尾部卸载。台车引入矿山隧道施工的集料理念由机械集中输料，只需要装料车在台车尾部等待接料即可，很大幅度的降低了人工劳动强度和提高了装车效率。
2.4履带行走总成、机架总成及液压操作系统
履带行走总成主要由履带架体、驱动链轮、导向轮、支重轮、托板链轨节、履带板、缓冲弹簧、张紧油缸、行走减速箱和行走液压马达等零部件组成。机架总成主要由上机架、下机架、油箱总成、电机油泵总成等部件组成。液压操作系统主要由行走液压系统、左臂液压系统、右臂液压系统、输料液压系统、先导液压系统、吸油滤油器、回油滤油器、液压油冷却装置和测压装置等组成。
3暗挖台车使用过程中的优化分析
3.1区间隧道的断面的优化
在实际使用中发现标准的区间马蹄形断面隧道结构，并不利于台车的使用，当台车处于洞内之时，狭小的空间对施工作业，人员通行，工器具摆放都有一定的影响。（见图4）为解决上述问题可在保证结构尺寸的情况下将区间隧道施工优化为平仰拱断面。从图5中可以看出相较于一般马蹄形断面，平仰拱断面为更有利于暗挖台车机械开挖作业的空间要求。
3.2开挖台阶长度的优化
以北京地铁16号线15标为例，区间隧道台阶长度设计为5m，而暗挖台车的车身尺寸是9.9m×2.1m×2.6m。因此，不能保证台阶5m长情况下进行上台阶的机械作业，包括上断面铣刨头清槽、上台阶土方翻运及超前导
管打射。为保证台车能够正常使用，可以适当优化缩短台阶长及核心土长度，同时在确保掌子面的稳定前提下确定台阶以3.5m～4m为最佳。
3.3超前小导管打射的优化
在砂卵石地层中，暗挖台车颠覆了原始超前注浆主要采用人工配合风镐冲击成孔效率低且质量差的弱点。引进暗挖台车后对现场实际底层进行了打射试验，发现普通的小导管刚度不足，在遇到卵石的情况下易弯折。最终采用刚度较大的中空锚杆，而打入方法在试验了静压、振动、旋转、吹风等方式后，最终确定振动加旋转的方式最为理想，并将中空锚杆前段切成45°斜角，在旋转过程中起到切削土体的作用。
以北京地铁16号线15标段为例，较为松散的砂卵石地层采用振动加旋转的顶入方式对地层的扰动较大，容易出现塌孔等不良现象。这种情况有悖于机械开挖的宗旨。故可以采取钢格栅外侧加铺网片，其中可以考虑使用小网格网片效果更佳。依次按初喷打管复喷的方式对超前支护工艺进行优化，既解决了打管时掌子面的稳定又能保证孔口的有效封闭。
4结束语
轨道交通是典型的劳动密集型产业，随着经济和社会发展，人们对轨道交通的建设水平和服务品质要求也不断提高。与此同时，劳动用工成本不断上升，传统的生产模式已难以为继。为提高地铁暗挖法施工效率、提高安全性、降低意外事故造成的损失，解决工人老龄化、劳动力资源紧缺等问题，加快地铁暗挖法施工的机械化研究是当前亟需解决的重大课题。因此，文章介绍了由徐工集团开发的 TWZ 系列机械台车，该设备可以代替传统人工，实现挖、装、铣、锚、湿喷以及辅助支护等多种功能，可应用于地铁车站、导洞和区间施工，适用于软土、砂卵石和风化岩等地层作业。暗挖台车的使用是实现隧道机械开挖的里程碑式创新。被誉为地铁暗挖施工的“神器”，以其“环保、高效、安全、可靠”得到政府部门、及各施工单位的高度认可和赞誉。而在本次地铁16号线15标的施工中，该标段1.3KM的区间隧道降低了每日近10名的人工成本支出，为整个工程节约了近百万的成本，为社会及施工企业带来可观的经济效益。
参考文献
[1]姜智平，项彦勇.地层环境变化对地铁结构设计的影响分析[J].都市快轨交通，2004增刊：46-52
[2]项彦勇，冯山群.桩基对隧道开挖塑性区影响的一种理论预测方法[J].土木工程学报，2012，12（45）：162-169.
论文作者:李海宁
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/19
标签：台车论文; 隧道论文; 作业论文; 总成论文; 卵石论文; 断面论文; 地层论文; 《基层建设》2017年2期论文;