论文部分内容阅读
摘要：渣土运输是土压平衡盾构施工中一个重要的环节，现阶段施工中一般是采用轨道渣车运输渣土至出土井然后通过龙门吊垂直吊至地面。文章对广佛线菊树站~西朗站右线土压平衡盾构始发阶段渣土泵送施工情况及注意事项进行了阐述，以期对土压平衡盾构施工渣土运送方式选择上有一定借鉴意义。
关键词：土压平衡；盾构施工；渣土泵送；渣土改良；堵管处理
Abstract: the clinker convey is soil pressure balance shield construction of an important link, the construction of the rail slag is general car transport to waste the doi and then through the gantry crane vertical hanging to the ground. The article to the guangfo line chrysanthemum tree stand to west lang stand right line earth pressure balance shield excavation mollisol ground pumping construction stage and the matters needing attention were introduced, in order to earth pressure balance shield construction waste shipping method on the choice of significance for reference.
Key words: soil pressure balance; Shield construction; Waste pumping; The part improvement; Blocking tube processing
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
0前言
随着国内地铁建设的大规模开展，盾构施工工法（尤其是土压平衡盾构）由于具备安全、快捷、适应性广等特点而在地铁区间施工中被广泛应用。盾构施工在不考虑其它辅助环节的前提下，理论上一环管片的掘进时间取决于盾构机的每环长度推进时间和每环管片拼裝时间。每环管片拼装时间在拼装机的性能、拼装手的操作熟练程度确定后，拼装时间基本处于一个相对固定的范围，而推进时间取决于渣土的运输时间。渣土运输效率除了对运输系统的各环节进行优化配置外,还与运输设备、工艺有关，涉及到出土工艺、轨道及运输设备等问题。如何提高渣土运输效率，减少或基本不占用盾构掘进时间，就成为制约每环推进时间的关键。所以即使注重了优选盾构设备，但因为忽视了配套的运输环节，就容易形成“高效的主机，低效的渣土运输”，使出渣系统的低效拖累整个施工进度。
迄今为止，国内只有泥水平衡盾构才采用管道泵送泥水、然后进行泥水分离，土压盾构施工渣土运输都采用“螺旋输送机—轨道车运输”的模式，还没有采用管道泵送渣土的先例。本文将结合广佛线菊树站~西朗站盾构区间施工情况介绍渣土泵送技术在土压平衡盾构施工中的应用。
1工程概况
菊树站～西朗站盾构区间长约1915m，盾构始发车站为菊树站，车站长120米，设置有4个盾构始发井以及2个出土井，该车站为2个区间即菊西区间和菊龙区间共用始发站，菊西区间从该站东端始发、菊龙区间从该站西端始发。菊西区间左右线盾构机一先一后从车站东端盾构始发井处始发，在西朗站西端盾构吊出井吊出，采用罗宾斯盾构机施工。地面场地以出土井附近为界划分为东西两部分，45吨龙门吊布置在盾构始发井负责拆除负环管片后吊运渣土及管片，16吨龙门吊与其平行布置，出土井位于场地围蔽附近，不设置龙门吊等起重设备。场地布置如图。
由于菊树站总长只有120米，而一般盾构机始发及掘进最少需80米左右车站站台，因此如果同一条线同时有两台盾构机向相反方向掘进的话，势必会存在相互干扰甚至是有一台盾构机无法正常施工。在菊西区间始发时，另一区间菊龙区间左右线盾构机已一先一后从车站西端盾构始发井处始发，且菊龙区间左线已基本完成掘进、右线还在掘进中。因此菊西区间左线始发阶段没有施工干扰，渣土可以从出土井正常吊出，因此左线始发阶段采用电瓶车土斗出渣；而右线始发阶段，出土井被菊龙区间盾构施工占据，无法正常吊运渣土。此时如要菊西区间如要按时始发就必须妥善解决如何吊运渣土的问题。而借鉴泥水盾构管道泵送泥水的经验，如采用托泵输送渣土将能解决渣土井被占用无法吊运渣土的问题。
2工程地质情况
通过对菊西区间右线地质断面图的研究，发现区间前100米左右的隧道洞身范围内地质主要为<7>号强风化泥岩、<8>号中风化泥岩。此类岩层经刀盘切削，利用足量的水和泡沫等添加剂对其进行改良以后，能形成流塑较好的渣土，基本能达到拖泵泵送效果。
图1-1菊树站场地布置图 图2-1菊西区间右线前100米地质图
3渣土泵送方案
3.1 工艺原理
渣土泵送工法是利用拖泵将皮带机出土直接泵送至渣土池。通过土仓内和土仓外渣土改良，增加渣土的可泵送性，渣土通过皮带机进入料斗后，通过筛网过滤可能导致堵管的大块岩石。掘进过程中盾构机向前推进，而泵管及拖泵固定，掘进一环拆接一次泵管，如此循环前进。
3.2 场地布置，列车编组，泵管布设
场地布置，拆除负环前，因始发井拼装了负环管片，材料只能通过出土井或其他类型井口上下，场地只要满足坐下一台50t汽车吊以及少量管片和耗材的临时堆放需要即可，拆除负环后，则可利用龙门吊通过始发井上下材料。
列车编组：2个管片车+砂浆车+机车+拖泵，较常规土斗出渣取消了土斗，增加拖泵，如下图3-1所示：
图3-1渣土泵送电瓶车编组图
泵管布设：拖泵位于车站内时，泵管布设如下图3-2所示，随着盾构向前推进，掘一环拆一节管。
图3-2 台车在车站时，拖泵与台车相对位置平面及剖面示意图
拖泵进入负环管片内时，泵管布设如下图3-5所示，随着盾构向前推进，掘一环装一节管。
图3-5 台车离开车站时，台车与拖泵相对位置剖面示意图
3.3 施工步骤
3.3.1 砂浆直接输送到台车
始发前30环，砂浆可通过软管直接放入台车上的砂浆罐，随时可已进行砂浆供给，放砂浆不占用循环时间，故在下面流程图中不标出。流程图如下图3-3。
图3-3掘进工艺流程图图3-4掘进工艺流程图
3.3.2 砂浆与管片分开准备
当砂浆不能通过软管直接放入台车上砂浆罐时，待下完管片和耗材后，列车停在始发井口装砂浆，流程如下图3-4所示。
3.3.3 砂浆与管片同时准备
当拆完负环后，可通过始发井下管片和耗材，且可与放砂浆同时进行，工艺流程如下图3-5所示：
图3-5掘进工艺流程图
4施工中的注意事項
4.1 设备问题
拖泵长时间在狭小的空间使用，热量不易散发出去，油温容易升高。特别是当液压油不够时，油温升高的速度会更快。因此在拖泵使用，拖泵开机前，须检查拖泵的润滑油、液压油、冷却水是否充足；同时检查注水环、拖泵管连接，震动电机和电路连接情况。拖泵开机时，按照拖泵使用规程泵泥，按照拖泵使用规程停机，确认水路电路的断开，按顺序关闭泵管球阀。
4.2 掘进速度与泵送速度配合
当皮带机出土过快或渣土通过筛网过慢时，渣土满出料斗，应加强震动，增加渣土和易性，若筛网上不能过筛的石头妨碍渣土过筛时应及时清理。当皮带机出土跟不上泵送速度时，应及时停止泵泥，以免打空泵导致堵管。
4.3渣土改良
分土仓内和土仓外改良，土仓内主要利用泡沫、水、膨润土改良，以使渣土具有较好的和易性，岩石较多的地层可以考虑注入适量膨润土，泵送工艺要求渣土比土斗装土偏稀一些。土仓外改良主要是在螺旋机出口和皮带机出口处加水、膨润土或水泥，若渣土较干，可以在螺旋机出口或皮带机出口加水，当石头较多时，可以在螺旋机出口加适量膨润土或水泥。
4.4堵管处理
渣土泵送时有时也会碰到堵管情况，如打空泵，泵管中混入空气，降低了渣土的可泵送性；或者渣土中石头较多，泥较少；或加水过多，类似于混凝土离析，堵管宜及早发现，便于处理，所以掘进过程中，地面看土工要及时反映渣土状况，同时堵管可以通过看泵管状况，听泵送渣土声音判断，若发现堵管，可打反泵，若亦无法疏通，则需要拆管。拆管之前确认堵管位置，先考虑泵管转弯位置，由远到近顺序查找堵管位置。
5结束语
5.1 渣土泵送工艺不受场地限制，进度快，施工环节少 ，管理线条清晰，更安全。
5.2 渣土泵送工法可用于土压平衡盾构。因不用土斗装土，省去渣土的水平和垂直运输，尤其在场地受限制时盾构掘进始发阶段更显其优越性。
5.3渣土泵送对渣土的性状有要求，渣土必须满足可泵性要求，像砂层、土层、泥岩地层以及复合地层中应均能适用。
5.4渣土泵送在短距离掘进施工具备明显优势，但在长距离掘进中由于存在管路长、需对泵进行进一步改造及加设中间泵等，其效果有待进一步研究。
5.5菊树站～西朗站区间右线始发掘进70环，耗时18天（其中倒班1天），平均每天4.1环；而菊树站～西朗站区间左线采用常规电瓶车土斗出渣始发掘进70环，耗时24天，平均每天2.9环。可见采用渣土泵送工法加快了工程进度，节约了工期。
5.6渣土泵送由于减少了渣土的水平及垂直运输，可减少设备及工作人员投入，从而节省工程投资。
参考文献
[1]竺维彬、鞠世健等.复合地层中的盾构施工技术[M].中国科学技术出版社，2005.
[2]张凤祥，傅德明.盾构隧道施工手册[M].人民交通出版社，2005.
[3]刘逢.盾构辅助设备选型技术[J}.山西建筑，2010(30).
[4]赵振威.针对黄土和黏土地层的盾构渣土改良[J].河南科技，2011(02).
[5]白云.土压平衡盾构隧道施工运输中的最优化方法[J].市政技术，2002,(02).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：土压平衡；盾构施工；渣土泵送；渣土改良；堵管处理
Abstract: the clinker convey is soil pressure balance shield construction of an important link, the construction of the rail slag is general car transport to waste the doi and then through the gantry crane vertical hanging to the ground. The article to the guangfo line chrysanthemum tree stand to west lang stand right line earth pressure balance shield excavation mollisol ground pumping construction stage and the matters needing attention were introduced, in order to earth pressure balance shield construction waste shipping method on the choice of significance for reference.
Key words: soil pressure balance; Shield construction; Waste pumping; The part improvement; Blocking tube processing
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
0前言
随着国内地铁建设的大规模开展，盾构施工工法（尤其是土压平衡盾构）由于具备安全、快捷、适应性广等特点而在地铁区间施工中被广泛应用。盾构施工在不考虑其它辅助环节的前提下，理论上一环管片的掘进时间取决于盾构机的每环长度推进时间和每环管片拼裝时间。每环管片拼装时间在拼装机的性能、拼装手的操作熟练程度确定后，拼装时间基本处于一个相对固定的范围，而推进时间取决于渣土的运输时间。渣土运输效率除了对运输系统的各环节进行优化配置外,还与运输设备、工艺有关，涉及到出土工艺、轨道及运输设备等问题。如何提高渣土运输效率，减少或基本不占用盾构掘进时间，就成为制约每环推进时间的关键。所以即使注重了优选盾构设备，但因为忽视了配套的运输环节，就容易形成“高效的主机，低效的渣土运输”，使出渣系统的低效拖累整个施工进度。
迄今为止，国内只有泥水平衡盾构才采用管道泵送泥水、然后进行泥水分离，土压盾构施工渣土运输都采用“螺旋输送机—轨道车运输”的模式，还没有采用管道泵送渣土的先例。本文将结合广佛线菊树站~西朗站盾构区间施工情况介绍渣土泵送技术在土压平衡盾构施工中的应用。
1工程概况
菊树站～西朗站盾构区间长约1915m，盾构始发车站为菊树站，车站长120米，设置有4个盾构始发井以及2个出土井，该车站为2个区间即菊西区间和菊龙区间共用始发站，菊西区间从该站东端始发、菊龙区间从该站西端始发。菊西区间左右线盾构机一先一后从车站东端盾构始发井处始发，在西朗站西端盾构吊出井吊出，采用罗宾斯盾构机施工。地面场地以出土井附近为界划分为东西两部分，45吨龙门吊布置在盾构始发井负责拆除负环管片后吊运渣土及管片，16吨龙门吊与其平行布置，出土井位于场地围蔽附近，不设置龙门吊等起重设备。场地布置如图。
由于菊树站总长只有120米，而一般盾构机始发及掘进最少需80米左右车站站台，因此如果同一条线同时有两台盾构机向相反方向掘进的话，势必会存在相互干扰甚至是有一台盾构机无法正常施工。在菊西区间始发时，另一区间菊龙区间左右线盾构机已一先一后从车站西端盾构始发井处始发，且菊龙区间左线已基本完成掘进、右线还在掘进中。因此菊西区间左线始发阶段没有施工干扰，渣土可以从出土井正常吊出，因此左线始发阶段采用电瓶车土斗出渣；而右线始发阶段，出土井被菊龙区间盾构施工占据，无法正常吊运渣土。此时如要菊西区间如要按时始发就必须妥善解决如何吊运渣土的问题。而借鉴泥水盾构管道泵送泥水的经验，如采用托泵输送渣土将能解决渣土井被占用无法吊运渣土的问题。
2工程地质情况
通过对菊西区间右线地质断面图的研究，发现区间前100米左右的隧道洞身范围内地质主要为<7>号强风化泥岩、<8>号中风化泥岩。此类岩层经刀盘切削，利用足量的水和泡沫等添加剂对其进行改良以后，能形成流塑较好的渣土，基本能达到拖泵泵送效果。
图1-1菊树站场地布置图 图2-1菊西区间右线前100米地质图
3渣土泵送方案
3.1 工艺原理
渣土泵送工法是利用拖泵将皮带机出土直接泵送至渣土池。通过土仓内和土仓外渣土改良，增加渣土的可泵送性，渣土通过皮带机进入料斗后，通过筛网过滤可能导致堵管的大块岩石。掘进过程中盾构机向前推进，而泵管及拖泵固定，掘进一环拆接一次泵管，如此循环前进。
3.2 场地布置，列车编组，泵管布设
场地布置，拆除负环前，因始发井拼装了负环管片，材料只能通过出土井或其他类型井口上下，场地只要满足坐下一台50t汽车吊以及少量管片和耗材的临时堆放需要即可，拆除负环后，则可利用龙门吊通过始发井上下材料。
列车编组：2个管片车+砂浆车+机车+拖泵，较常规土斗出渣取消了土斗，增加拖泵，如下图3-1所示：
图3-1渣土泵送电瓶车编组图
泵管布设：拖泵位于车站内时，泵管布设如下图3-2所示，随着盾构向前推进，掘一环拆一节管。
图3-2 台车在车站时，拖泵与台车相对位置平面及剖面示意图
拖泵进入负环管片内时，泵管布设如下图3-5所示，随着盾构向前推进，掘一环装一节管。
图3-5 台车离开车站时，台车与拖泵相对位置剖面示意图
3.3 施工步骤
3.3.1 砂浆直接输送到台车
始发前30环，砂浆可通过软管直接放入台车上的砂浆罐，随时可已进行砂浆供给，放砂浆不占用循环时间，故在下面流程图中不标出。流程图如下图3-3。
图3-3掘进工艺流程图图3-4掘进工艺流程图
3.3.2 砂浆与管片分开准备
当砂浆不能通过软管直接放入台车上砂浆罐时，待下完管片和耗材后，列车停在始发井口装砂浆，流程如下图3-4所示。
3.3.3 砂浆与管片同时准备
当拆完负环后，可通过始发井下管片和耗材，且可与放砂浆同时进行，工艺流程如下图3-5所示：
图3-5掘进工艺流程图
4施工中的注意事項
4.1 设备问题
拖泵长时间在狭小的空间使用，热量不易散发出去，油温容易升高。特别是当液压油不够时，油温升高的速度会更快。因此在拖泵使用，拖泵开机前，须检查拖泵的润滑油、液压油、冷却水是否充足；同时检查注水环、拖泵管连接，震动电机和电路连接情况。拖泵开机时，按照拖泵使用规程泵泥，按照拖泵使用规程停机，确认水路电路的断开，按顺序关闭泵管球阀。
4.2 掘进速度与泵送速度配合
当皮带机出土过快或渣土通过筛网过慢时，渣土满出料斗，应加强震动，增加渣土和易性，若筛网上不能过筛的石头妨碍渣土过筛时应及时清理。当皮带机出土跟不上泵送速度时，应及时停止泵泥，以免打空泵导致堵管。
4.3渣土改良
分土仓内和土仓外改良，土仓内主要利用泡沫、水、膨润土改良，以使渣土具有较好的和易性，岩石较多的地层可以考虑注入适量膨润土，泵送工艺要求渣土比土斗装土偏稀一些。土仓外改良主要是在螺旋机出口和皮带机出口处加水、膨润土或水泥，若渣土较干，可以在螺旋机出口或皮带机出口加水，当石头较多时，可以在螺旋机出口加适量膨润土或水泥。
4.4堵管处理
渣土泵送时有时也会碰到堵管情况，如打空泵，泵管中混入空气，降低了渣土的可泵送性；或者渣土中石头较多，泥较少；或加水过多，类似于混凝土离析，堵管宜及早发现，便于处理，所以掘进过程中，地面看土工要及时反映渣土状况，同时堵管可以通过看泵管状况，听泵送渣土声音判断，若发现堵管，可打反泵，若亦无法疏通，则需要拆管。拆管之前确认堵管位置，先考虑泵管转弯位置，由远到近顺序查找堵管位置。
5结束语
5.1 渣土泵送工艺不受场地限制，进度快，施工环节少 ，管理线条清晰，更安全。
5.2 渣土泵送工法可用于土压平衡盾构。因不用土斗装土，省去渣土的水平和垂直运输，尤其在场地受限制时盾构掘进始发阶段更显其优越性。
5.3渣土泵送对渣土的性状有要求，渣土必须满足可泵性要求，像砂层、土层、泥岩地层以及复合地层中应均能适用。
5.4渣土泵送在短距离掘进施工具备明显优势，但在长距离掘进中由于存在管路长、需对泵进行进一步改造及加设中间泵等，其效果有待进一步研究。
5.5菊树站～西朗站区间右线始发掘进70环，耗时18天（其中倒班1天），平均每天4.1环；而菊树站～西朗站区间左线采用常规电瓶车土斗出渣始发掘进70环，耗时24天，平均每天2.9环。可见采用渣土泵送工法加快了工程进度，节约了工期。
5.6渣土泵送由于减少了渣土的水平及垂直运输，可减少设备及工作人员投入，从而节省工程投资。
参考文献
[1]竺维彬、鞠世健等.复合地层中的盾构施工技术[M].中国科学技术出版社，2005.
[2]张凤祥，傅德明.盾构隧道施工手册[M].人民交通出版社，2005.
[3]刘逢.盾构辅助设备选型技术[J}.山西建筑，2010(30).
[4]赵振威.针对黄土和黏土地层的盾构渣土改良[J].河南科技，2011(02).
[5]白云.土压平衡盾构隧道施工运输中的最优化方法[J].市政技术，2002,(02).
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。