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摘要：全断面隧道掘进机（TBM，Tunnel Boring Machine）施工法，作为先进的隧道施工方法，相比传统的隧道施工方法，具有高效、经济、安全、环保等优点。作为一项新技术的引进，仅仅是引进先进设备是远远不够的，还需从理论和施工中不断总结和提高。本文以青岛地铁1号线瓦贵区间TBM施工出渣设备的选取与对比分析，在小尺寸、封闭空间的特殊施工条件下采用翻车机出渣方式的应用研究。
关键词：TBM 翻车机 封闭空间 出渣方式
引言
随着我国经济快速发展及人口的增长，地面交通已不能满足人们生活出行的需求，地下作为一种安全、便利、广阔的可利用空间，地下城市轨道交通的开发利用是当今世界发展的重要趋势。在硬岩隧道施工中，基本上采用钻爆法和TBM法两种。钻爆法有着成本低、施工机动灵活等优点，其缺点是效率较低、施工条件差、安全隐患较大。和钻爆法相比，TBM法是利用全断面隧道掘进机一次成型的快速安全高效的隧道成型方法，对掘进岩层适应性强、生产效率高、施工安全性高。在实际施工过程中，某些项目前期征地拆迁、管线迁改难度大，导致施工现场条件受限，由于TBM法的高生产效率，所以必须根据施工条件等实际情况，将TBM出渣、材料运输等合理分析对比，选取最优方案提高效率，才能保证整个TBM施工保持高效率。
1工程概况
青岛市地铁1 号线瓦屋庄站-贵州路站区间，起自黄岛区瓦屋庄站，线路沿既有胶州湾隧道东侧向北下穿胶州湾湾口海域后，接入青岛主城区贵州路站，总长8.1km。本标段分海域段和陆域段，海域段长6.9km，采用钻爆法施工，陆域段长1.2km，采用TBM法施工，共用3号斜井和施工场地。3号斜井总长450m，联通地面与井下，便于井下大断面开挖与后期施工作业渣土及材料运输。2台DSUC双护盾TBM吊装井为瓦贵区间3号风井，长15m，宽8m，井深约53m。始发井位于隧道正线东侧25m，与正线呈水平12°角；通过横通道相连通，TBM组装平移及后期施工材料运输，横通道长46m，宽14.2m，高14m。斜井与始发洞采用钻爆法开挖，大断面高9.4m,宽12.2m，长70m，始发导洞φ7m，长135m。
2出渣方案比选
TBM出渣方式常规出渣方式有两种：有轨矿车出渣与连续皮带出渣。当将渣土运输至井口时，采用龙门吊出渣或垂直提升机出渣至地面临时渣场。但在这井下有限的封闭空间内施工，要保证TBM施工的高效，所以井下辅助配套施工方案先进、布局合理做一个对比。
2.1有轨矿车+龙门吊出渣
由于该标段只有3号风井可以吊装，并且井口未在正线上方，大断面及横通道的尺寸限制，经过技术讨论研究，井下无法架设大吨位龙门吊倒运渣土至竖井口，所以有轨矿车+龙门吊出渣方式不可行。
2.2连续皮带+竖井垂直提升机（斜井自卸车）出渣
（1）如果采用连续皮带+垂直提升机出渣，由于竖井井深53m，垂直提升机功率和外形尺寸很大，因此占用竖井空间较大，且TBM在较破碎岩层掘进中出的渣土尺寸较大，垂直提升机将不能满足施工要求；
（2）如果采用连续皮带+斜井自卸车出渣，由于大断面尺寸限制，左右线运送材料的电机车轨道铺设、井下临时渣坑、连续皮带的储存不能同时布置开，不满足施工需要。
2.3有轨矿车+翻车机+斜井自卸车出渣
由于该标段施工条件的特殊性，前两种出渣方式不能满足本标段的施工要求。经过多次技术讨论和考察，拟采用有轨矿车+翻车机+斜井自卸车出渣，翻车机的外形尺寸、工作性能、施工效率、成本预算均满足该标段施工要求。施工时左、右线电机车运输轨道在横通道并轨，共用一台翻车机出渣，然后通过翻车机下方集料斗闸门控制，通过下方的1、2、3号皮带转运至自卸车，最后自卸车通过3号斜井运至地面临时渣场。翻车机井下施工布置如图1所示。
图1 翻车机井下出渣布置图
3翻车机简介
3.1翻车机应用
翻车机指一种用来翻卸铁路敞车散料的大型机械设备。可将有轨车辆翻转或倾斜使之卸料的装卸机械，适用于运输量大的港口和冶金、 煤炭、 热电等工业部门。矿井下的矿车也大多用小型翻车机卸车。翻车机可以每次翻卸1-4节车皮。早期的设备只能翻卸1节车皮，现在最大的翻车机可以翻卸4节车皮。
3.2翻车机定制
由于该标段的特殊施工条件及施工效率考虑，根据井下大断面尺寸、土建标高，采用定制的双车翻车机，每次翻转2节车皮。所有配套的矿车斗的外形尺寸都根据翻车机和TBM车架尺寸定制。翻车机性能参数如表1所示。
该翻车机主要由端环、中环、中横梁、底横梁、托辊系统、平台机构、压车靠车机构及电气液压系统等部分组成。安装完成后如图2所示。
图2 双车翻车机示意图
（1）端环和中环
三个圆环为翻车机主要承力构件，支撑翻车机绝大部分重量和全部渣土车重量。
（2）横梁
横梁连接固定三个圆环，同时支撑渣土车重量。
底横梁上布置有轨道，渣土车在轨道上行走；中横梁上有靠车油缸，和圆环上的压车油缸一起固定渣土车。
（3）托辊系统
托辊系统分为端环托辊和中环托辊，分别位于端环轮带和中环轮带下方，具有支撑和滚动作用，主要包括托轮和底座，是翻车机翻转卸渣的关键机构。
（4）平台机构
平台机构包括走行网格板和靠板支撑架，前者为检修安装等使用平台，后者支撑靠车机构。平台系统固定在底横梁上，由底横梁支撑。
（5）压车靠车机构
压车机构位于圆环上方，由压车油缸和压板组成，作用是从上方固定渣土车；靠车机构固定在侧面中横梁和底横梁上，作用是从侧面固定渣土车。压车靠车机构在翻车机翻转前固定渣土车，防止渣土车在翻转过程中掉落。
（6）电气液压系统
本翻车机的电气系统主要控制整机的前翻、后翻，翻转角度的定位和复位，压车靠车油缸的伸缩、阻车器的伸缩，液压制动器的联动工作等。另外，限位开关从电气控制上保证了翻车机工作的安全可靠。
液压系统主要是为翻车机的翻转，压车和靠车提供动力，也包括对阻车器和浅盘制动器的工作提供动力。
3.3安装调试验收
3.3.1安装流程
安装流程：基础施工→托辊底座安装→圆环地面拼装→圆环吊装固定→吊装横梁→液压马达底座安装→动力系统安装→靠车板安装→电气液压设备安装→调试验收；
翻车机安装完成后，需检查各部件法兰连接处螺栓是否拧到额定扭矩，需焊接加固处是否焊接完成并达到相应工艺要求。检查各电气线路、液压系统管路是否正确连接完成，准备通电调试。
3.3.2调试验收
翻车机调试分为空载调试和负载调试。
（1）在通电后，检查各指示灯、警报等、蜂鸣器是否正常，翻车机旋转、靠板、压车油缸、闸门、皮带系统、限位器等是否能正常运行，刹车阻车器是否能正常制动。当空载各动作无异常后，方可进行负载调试。
（2）负载调试是指在空载调试无异常后，进行带负载运行调试。主要检查限位器、刹车阻车器等是否正常工作，各油路接头在高压负荷下是否有渗漏油现象，各刚性连接处是否有松动现象，各焊接点是否有裂纹及脱焊现象。在负载调试正常并通过验收后方可投入生产使用。
3.4施工效率
TBM区间左、右线出渣各采用采用一列55吨超级电容车头作为牵引，后面配4节矿车斗、1节浆车、1节豆砾石平板车、2节管片平板车作为列车编组掘进施工，在横通道处并轨共用翻车机出渣，每掘进一环出渣4斗，每斗约20m³。当翻车机翻第1节、第2节渣土时，横通道桁吊为列车编同时装管片、浆液、豆砾石。当翻车机翻第3节、第4节渣土时，横通道桁吊为列车编同时装管片、浆液、轨道等辅助材料。因为卸渣时候可以同时装辅助材料，大大节约了卸渣装料时间，与传统门吊出渣装料相比，每环至少节约20min以上。详细施工效率对比分析如表2所示。
4施工重难点
4.1翻车机安装辅助起重设备选择
翻车机在性能上理论能满足施工效率的要求，但在井下有限尺寸的封闭空间内，翻车机的安拆及后期维保成了难点。
翻车机均为散件现场组装，其中最重单件重量为8.5t，结构件总重约70t。各部件重量参数如表3所示。
由于大断面拱顶高度为9.4m，吊车不能正常辅助安装，经过技术研究和方案讨论，采用架设一台10吨门式葫芦配合安装及后期维保。
4.2端环、中环安装后临时加固措施
根据安拆方案的安装流程，需要将端环、中环先安装固定好后，才能安装中间连接横梁，由于是在提前做好的约3m高的基础上安装且需要安装过程中需保证安装精度、施工安全等因素，是施工难点之一。根据现场既有条件，所以在端环和中环安装好后采取临时固定措施：
（1）使用10吨门式葫芦分别将端环和中环吊到对应的托辊支撑上并进行固定；
（2）固定支撑不小于14号槽钢，每侧固定槽钢数量不少于4根，对槽钢受力按压杆计算，整体受力情况满足，如图3所示；
（3）调整圆环机加面垂直度，中心线直线度；
5结论
本项目结合现场特殊施工条件，通过创新将定制翻车机应用于TBM出渣，在使用过程中翻渣性能稳定、维保简单，施工效率高于传统标准车站常规龙门吊垂直提升出渣的效率。目前，翻车机是第一次运用到地铁施工行业中，将不断总结和改进，克服施工过程中的重难点，为井下封闭空间TBM施工出渣研究有深远意义。
图3 端环、中环加固示意图
参考文献
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论文作者:费晓燊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/4
标签：翻车论文; 渣土论文; 横梁论文; 斜井论文; 矿车论文; 井下论文; 断面论文; 《基层建设》2018年第9期论文;