許金林，徐 贊，王艷波

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

從我國(guó)人口眾多、資源有限、客貨運(yùn)輸強(qiáng)度大的具體國(guó)情出發(fā)，更多地發(fā)展鐵路、引導(dǎo)人們選擇鐵路運(yùn)輸方式是減少資源占用的有效方略。隨著隧道施工水平的不斷提高，鐵路隧道的施工能力不斷加強(qiáng)，設(shè)計(jì)時(shí)往往采用特長(zhǎng)、長(zhǎng)大隧道代替過(guò)去的隧道群，且隧道長(zhǎng)度記錄不斷刷新。敞開(kāi)式硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)以其在長(zhǎng)大隧道施工中快速、高效、安全、環(huán)保、集成化程度高等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)應(yīng)用越來(lái)越普遍。連續(xù)皮帶機(jī)出碴方式作為3種TBM可供選擇的配套出碴方式(汽車運(yùn)輸出碴、軌道礦車出碴、連續(xù)皮帶機(jī)出碴)中最經(jīng)濟(jì)、便捷和高效的一種［1－3］，是未來(lái) TBM施工隧道出碴的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的推廣和應(yīng)用前景。

連續(xù)皮帶機(jī)出碴體系的引入，可以實(shí)現(xiàn)同步快速出碴，保證TBM的有效掘進(jìn)時(shí)間，確保掘進(jìn)進(jìn)度。文獻(xiàn)［4－7］介紹了連續(xù)皮帶機(jī)出碴技術(shù)在遼寧大伙房水庫(kù)輸水一期工程和關(guān)角隧道斜井施工中的成功應(yīng)用并進(jìn)行了比較系統(tǒng)的總結(jié);但是，西秦嶺隧道施工采用如此長(zhǎng)距離的連續(xù)皮帶機(jī)出碴且中途TBM步進(jìn)通過(guò)斜井鉆爆段后連續(xù)皮帶機(jī)需要整體轉(zhuǎn)場(chǎng)并實(shí)現(xiàn)由正洞轉(zhuǎn)入斜井出碴在國(guó)內(nèi)尚屬首次。連續(xù)皮帶機(jī)在長(zhǎng)距離斜井內(nèi)如何布置、在出碴過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)與同步襯砌體系互不干擾、將碴體輸送至洞外后如何實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)運(yùn)工程車無(wú)縫銜接以避免二次裝碴作業(yè)、中途轉(zhuǎn)場(chǎng)期間如何實(shí)現(xiàn)皮帶快速無(wú)損傷收放等仍然是嶄新的課題，不斷完善長(zhǎng)距離連續(xù)皮帶機(jī)出碴體系對(duì)于該技術(shù)的改進(jìn)和提高有著重要而長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。

1 工程概況

蘭渝鐵路西秦嶺隧道工程位于新建鐵路蘭渝線中段，地處甘肅省東南部重鎮(zhèn)——隴南市境內(nèi)，全長(zhǎng)28.236 km，是目前國(guó)內(nèi)鐵路建設(shè)史上的第二長(zhǎng)隧道，也是國(guó)內(nèi)TBM施工斷面最大、距離最長(zhǎng)的鐵路隧道。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，西秦嶺隧道采用鉆爆法和TBM掘進(jìn)聯(lián)合施工，其中隧道出口在圍巖較好的地段分2段采用TBM掘進(jìn):第1段長(zhǎng)5 594 m(DIK421+239～DIK415+645)，第2段長(zhǎng) 7 340 m(DIK410+930～DIK403+590)，2掘進(jìn)段之間設(shè)羅家理斜井1座，其正洞段(DIK415+645～DIK410+930)采用鉆爆法施工。TBM施工區(qū)段劃分如圖1所示。

圖1 TBM施工區(qū)段劃分(單位:m)Fig.1 Layout of tunnel sections driven by TBM(m)

羅家理斜井位于隴南市武都區(qū)洛塘鎮(zhèn)椒園村鬧院子，采用直墻型斷面，洞口里程樁號(hào)為斜24+55，長(zhǎng)2473m，與左線正洞相交里程為DIK413+388，與重慶方向相交角度為85°58'52″，綜合坡度為－11.09%，洞口外為3%的反坡，進(jìn)洞后，每280 m為11.9%的坡度，相接20 m為2%的緩坡段。

通過(guò)出碴方案比選，西秦嶺隧道出碴方式選用鋼絲繩芯阻燃輸送帶連續(xù)出碴。連續(xù)皮帶按照600 m/卷捆扎進(jìn)場(chǎng)，在使用時(shí)進(jìn)行硫化連接。

2 特長(zhǎng)連續(xù)皮帶機(jī)出碴體系

2.1 連續(xù)皮帶機(jī)出碴技術(shù)

TBM掘進(jìn)時(shí)，刀盤(pán)在主軸承的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾刀在掌子面上旋轉(zhuǎn)刻劃出一道道同心圓，隨著滾刀力量的不斷加大，巖石被滾刀擠碎并脫落。脫落的巖石被旋轉(zhuǎn)到隧道底部的刀盤(pán)側(cè)邊鏟斗輸送到位于主梁內(nèi)部的1#皮帶機(jī)上(見(jiàn)圖2)，通過(guò)2#橋架皮帶機(jī)、3#轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)，碴體被輸送到4#出碴連續(xù)皮帶機(jī)上運(yùn)出洞外。

隨著TBM的向前推進(jìn)，連續(xù)皮帶機(jī)支架被安裝在側(cè)墻上不斷向前延伸。連續(xù)皮帶倉(cāng)及主驅(qū)動(dòng)安設(shè)在隧道洞口附近，皮帶倉(cāng)單次可儲(chǔ)存600 m的連續(xù)皮帶，隨著TBM的掘進(jìn)，皮帶在恒扭矩電機(jī)的控制下不斷向外釋放，當(dāng)釋放完畢后，通過(guò)硫化橡膠高溫?zé)岷讣夹g(shù)將新一段600m的皮帶接入存儲(chǔ)倉(cāng)中，硫化一次一般需10 h左右。

連續(xù)皮帶機(jī)橋架在TBM步進(jìn)段和掘進(jìn)段采用2種不同的支撐方式［8］，在TBM步進(jìn)段(鉆爆施工段)采用豎向固定支撐法將豎向支撐桿直接支撐在邊墻基礎(chǔ)上，橫向支撐桿固定在與橋架橫梁水平位置對(duì)應(yīng)邊墻上;在TBM掘進(jìn)段則采用三角斜向支撐法將支架分別固定在與橫梁水平位置對(duì)應(yīng)和同一法線位置高出邊基頂面30 cm處的邊墻上，如圖3所示。2種方式皮帶機(jī)支架均通過(guò)膨脹螺栓連接固定，間距4.5 m。

圖2 TBM出碴示意圖Fig.2 Sketch of muck flow direction in TBM tunneling

2.2 連續(xù)皮帶機(jī)中途轉(zhuǎn)場(chǎng)技術(shù)

2.2.1 連續(xù)皮帶機(jī)總體轉(zhuǎn)場(chǎng)方案

第1掘進(jìn)階段時(shí)，連續(xù)皮帶機(jī)承載碴體后穿越1#，2#同步襯砌臺(tái)車直接輸送至隧道出口，通過(guò)轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)橫跨整個(gè)洞外作業(yè)場(chǎng)地轉(zhuǎn)運(yùn)至分碴器位置，通過(guò)連續(xù)分碴器自動(dòng)分流裝車后由轉(zhuǎn)運(yùn)工程車運(yùn)輸至棄碴場(chǎng)。

圖3 支架固定方法示意圖Fig.3 Fixing of conveyor belt by brackets

第1掘進(jìn)階段與羅家理斜井鉆爆段重慶端貫通后，空推TBM前行20 m左右使撐靴進(jìn)入羅家理斜井鉆爆段，安裝步進(jìn)機(jī)構(gòu)，步進(jìn)同時(shí)施作邊基填充、邊墻基礎(chǔ)并拆除第1階段出碴皮帶系統(tǒng)。連續(xù)皮帶機(jī)采用皮帶收放裝置在洞口按照600m/卷收卷成進(jìn)場(chǎng)時(shí)形狀，皮帶收卷完并在皮帶控制室、變電室拆除后，將主驅(qū)動(dòng)放在洞口300t龍門吊范圍內(nèi)，待3#襯砌臺(tái)車通過(guò)羅家理斜井三岔口后，主驅(qū)動(dòng)、皮帶倉(cāng)等通過(guò)軌道運(yùn)輸至第2掘進(jìn)階段安裝位置重新安裝。TBM步進(jìn)通過(guò)羅家理斜井三岔口150m后，開(kāi)始在TBM尾部安裝出碴皮帶機(jī)支架，并逐級(jí)完善第2掘進(jìn)階段的連續(xù)皮帶機(jī)出碴系統(tǒng)。連續(xù)皮帶機(jī)中途轉(zhuǎn)場(chǎng)工序轉(zhuǎn)換流程如圖4所示。

圖4 工序轉(zhuǎn)換流程圖Fig.4 Flowchart of construction process conversion

2.2.2 主驅(qū)動(dòng)等大件器械的洞內(nèi)運(yùn)輸

洞內(nèi)連續(xù)皮帶機(jī)主驅(qū)動(dòng)寬3 122 mm，高2 940 mm，質(zhì)量為30余t，TBM步進(jìn)通過(guò)羅家理斜井段后需要從正洞出口運(yùn)輸至斜井與正洞“三岔口”處。鑒于采用汽車通過(guò)斜井運(yùn)輸存在一定的危險(xiǎn)性且運(yùn)至目的地后卸車及汽車退出困難等實(shí)際情況，決定從正洞采用無(wú)軌運(yùn)輸。運(yùn)輸時(shí)在主驅(qū)動(dòng)底部安設(shè)臨時(shí)走行輪，將四軌雙線運(yùn)輸軌道的外側(cè)2條軌道作為走行軌道，并在主驅(qū)動(dòng)安放位置處鋪設(shè)臨時(shí)軌道，通過(guò)機(jī)車牽引把主驅(qū)動(dòng)一次運(yùn)輸?shù)轿?。主?qū)動(dòng)就位后，用千斤頂將主驅(qū)動(dòng)頂起后拆除臨時(shí)軌道并完成主驅(qū)動(dòng)的就位。

皮帶倉(cāng)、轉(zhuǎn)碴器等可在洞外拆卸并編號(hào)后采用平板運(yùn)輸車逐件運(yùn)輸。為滿足主驅(qū)動(dòng)等大件器械對(duì)運(yùn)輸凈空及主驅(qū)動(dòng)等安裝的需要，主驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸前應(yīng)先將1#，2#，3#同步襯砌臺(tái)車及臺(tái)架走行通過(guò)“三岔口”皮帶倉(cāng)安裝位置。

2.3 第2掘進(jìn)階段連續(xù)皮帶機(jī)布置方案

2.3.1 整體出碴方案

第2掘進(jìn)階段時(shí)，4#連續(xù)皮帶機(jī)承載碴體后穿越1#，2#，3#同步襯砌臺(tái)車將碴體輸送至斜井“三岔口”位置，通過(guò)5#斜井轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)穿越羅家理斜井輸送至洞外，經(jīng)6#洞外轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)直接翻越山體，并經(jīng)7#延伸皮帶機(jī)被輸送至棄碴場(chǎng)，用裝載機(jī)進(jìn)行整平。

2.3.2 長(zhǎng)距離斜井皮帶布置

斜井皮帶主驅(qū)動(dòng)安設(shè)在斜井洞口位置，由于皮帶整體較長(zhǎng)且為上坡運(yùn)輸，在斜井12+14.70位置擴(kuò)挖洞室段安設(shè)附屬驅(qū)動(dòng)。連續(xù)皮帶機(jī)由正洞轉(zhuǎn)入斜井及在斜井內(nèi)布置情況如圖5所示。

圖5 連續(xù)皮帶機(jī)在斜井內(nèi)的布置(單位:m)Fig.5 Arrangement of continuous conveyor belt in inclined shaft(m)

斜井內(nèi)連續(xù)皮帶機(jī)橋架通過(guò)鐵鏈懸掛在斜井洞頂上(見(jiàn)圖6)，固定點(diǎn)采用長(zhǎng)20 cm、尾部帶有連接鉤的膨脹螺栓。為防止軟連接方式的連續(xù)皮帶機(jī)橋架在出碴時(shí)抖動(dòng)造成構(gòu)件損傷甚至連接松脫，橋架下方每間隔20 m設(shè)置一道豎向支撐桿，底部通過(guò)膨脹螺栓固定。

圖6 斜井內(nèi)皮帶固定方式(單位:mm)Fig.6 Fixing of continuous conveyor belt in inclined shaft(mm)

2.3.3 皮帶洞外布置技術(shù)

碴體被斜井皮帶機(jī)輸送出洞外后，經(jīng)轉(zhuǎn)碴器落到洞外6#轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)上，6#轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)主驅(qū)動(dòng)安設(shè)在山頂棄碴場(chǎng)外邊緣的混凝土基礎(chǔ)平臺(tái)上，皮帶機(jī)最大爬升坡度20°，翻越山頂后以7%下坡，橫跨河流、便道，總長(zhǎng)度約284 m。跨河段采用三跨鋼桁架梁形式，全長(zhǎng)60.2 m，在皮帶整體約1/2位置處利用便道邊的一處自然平臺(tái)整平后安裝張緊裝置，此處無(wú)寬橋架支腿，張緊裝置重錘箱等總質(zhì)量為5.8t。6#皮帶機(jī)布置如圖7所示。

為保證6#轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)維護(hù)和檢修期間TBM仍然能夠正常掘進(jìn)出碴，在5#，6#連續(xù)皮帶機(jī)轉(zhuǎn)碴器位置安裝1個(gè)小型分碴器，分碴器的1個(gè)分碴口指向6#轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)，另一個(gè)分碴口指向臨時(shí)棄碴場(chǎng)。在6#轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)維護(hù)和檢修期間，只需要切換分碴器的切換擋板，使碴體落到臨時(shí)棄碴場(chǎng)地上用轉(zhuǎn)運(yùn)工程車轉(zhuǎn)運(yùn)即可。

7#延伸皮帶機(jī)主要擔(dān)負(fù)將運(yùn)輸?shù)缴巾數(shù)牟牦w向棄碴場(chǎng)內(nèi)部輸送，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)同樣安設(shè)在山頂位置。隨著TBM的不斷向前推進(jìn)，為滿足棄碴的需要，7#延伸皮帶機(jī)除主驅(qū)動(dòng)電機(jī)位置不變外，皮帶機(jī)支架等也將隨著碴場(chǎng)的不斷填筑逐漸向碴場(chǎng)內(nèi)部延伸。

3 連續(xù)皮帶機(jī)穿越同步襯砌臺(tái)車技術(shù)

3.1 采用同步襯砌施工技術(shù)是確保工期的必然選擇

以往的鐵路隧道TBM施工中，通常采用掘進(jìn)完成后再進(jìn)行襯砌的施工方法，如秦嶺隧道等。而西秦嶺隧道工程作為蘭渝鐵路全線重點(diǎn)控制性工程，總工期61.5個(gè)月，能否按時(shí)完工將直接關(guān)系到蘭渝鐵路全線能否按照計(jì)劃實(shí)現(xiàn)通車。根據(jù)實(shí)施性施工組織的安排［9］，在TBM掘進(jìn)結(jié)束2個(gè)月后，全洞的襯砌工作也要結(jié)束，這就要求襯砌作業(yè)必須與TBM掘進(jìn)同步進(jìn)行，且襯砌速度要與掘進(jìn)速度相匹配。

3.2 襯砌體系

根據(jù)襯砌凈空設(shè)計(jì)，同步襯砌臺(tái)車及作業(yè)臺(tái)架通過(guò)尺寸優(yōu)化采用不占用仰拱預(yù)制塊上運(yùn)輸軌道、在邊墻基礎(chǔ)電纜溝底上另設(shè)行走軌道的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，與運(yùn)輸線路互不干擾，減少在運(yùn)輸中采用浮放道岔雙線變單線的難題。襯砌臺(tái)車及作業(yè)臺(tái)架下部?jī)艨諠M足雙線機(jī)車通行要求;風(fēng)管設(shè)在襯砌臺(tái)車及作業(yè)臺(tái)架中上部的φ2.2 m風(fēng)管滑行托盤(pán)中，滿足隨時(shí)通風(fēng)的需要［10］。

由于需要滿足TBM通過(guò)時(shí)對(duì)隧道凈空的要求，出口鉆爆段及羅家理斜井鉆爆段在隧道開(kāi)挖結(jié)束后只施作初期支護(hù)，待TBM步進(jìn)通過(guò)后才可以進(jìn)行二次襯砌作業(yè)。因此，在第2階段TBM正常掘進(jìn)期間不僅要緊跟TBM進(jìn)行軟弱圍巖襯砌支護(hù)，還要進(jìn)行TBM預(yù)備洞的襯砌施工。根據(jù)生產(chǎn)及工期需要，共投入襯砌臺(tái)車6部，其具體配置情況見(jiàn)表1。

圖7 6#轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)布置Fig.7 Arrangement of No. 6 continuous belt conveyor

表1 第2掘進(jìn)階段襯砌臺(tái)車配置情況Table 1 Arrangement of lining formwork jumbos in the 2nd boring phase

3.3 出碴體系與同步襯砌體系的矛盾

襯砌作業(yè)作為隧道施工中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，襯砌的質(zhì)量將直接影響到整個(gè)隧道的施工質(zhì)量，其各個(gè)環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格要求。由于TBM連續(xù)出碴皮帶機(jī)最多時(shí)必須穿過(guò)1#，2#，3#同步襯砌臺(tái)車及配套作業(yè)臺(tái)架，因此，同步襯砌臺(tái)車及臺(tái)架結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)才能保證防水材料鋪設(shè)、襯砌混凝土澆筑及修補(bǔ)與出碴互不干擾且在連續(xù)皮帶機(jī)出碴工況下襯砌混凝土凝固質(zhì)量不受動(dòng)載振動(dòng)影響，成為出碴體系與同步襯砌體系的主要矛盾。

3.4 解決方案

考慮到同步襯砌臺(tái)車、臺(tái)架行走時(shí)需拆除位于其前方的皮帶機(jī)支架，臺(tái)車、臺(tái)架設(shè)計(jì)時(shí)，在二者之間設(shè)置具有縱向自由度的拉門式伸縮臺(tái)架，并在三者第1平層的一側(cè)設(shè)置托架軸承滑道(見(jiàn)圖8)，作為臺(tái)車行走時(shí)皮帶機(jī)支架拆除后連續(xù)皮帶機(jī)的支撐，臺(tái)車前行時(shí)拉伸拉門式臺(tái)架，行至下一襯砌段并在作業(yè)臺(tái)架完成施工任務(wù)后，收縮拉門式臺(tái)架，當(dāng)最后1組臺(tái)架前行至與其尾部的第1組皮帶機(jī)支架距離達(dá)到4.5 m時(shí)，安裝1組皮帶機(jī)支架。這樣，無(wú)論襯砌臺(tái)車和作業(yè)臺(tái)架是在行走狀態(tài)還是作業(yè)期間，均不會(huì)影響正常的皮帶機(jī)出碴，達(dá)到真正的同步。

圖8 連續(xù)皮帶機(jī)穿越同步襯砌臺(tái)車示意圖Fig.8 Continuous conveyor belt passing through synchronous lining formwork jumbo

因連續(xù)皮帶機(jī)與同步襯砌臺(tái)車穿插作業(yè)，為確保同步襯砌作業(yè)人員的人身安全，避免安全事故的發(fā)生，在連續(xù)皮帶機(jī)支架上安裝警報(bào)器和警示燈。連續(xù)皮帶機(jī)開(kāi)機(jī)前10 min必須提前電話告知各部同步襯砌臺(tái)車作業(yè)人員，前5 min開(kāi)啟警報(bào)裝置預(yù)警(警報(bào)器鳴笛、警示燈閃爍)，提示現(xiàn)場(chǎng)施工人員注意安全并遠(yuǎn)離皮帶運(yùn)行區(qū)域，5min后再次通過(guò)警報(bào)裝置示警后開(kāi)機(jī)。

3.5 應(yīng)用效果

在第1掘進(jìn)段(2010年6月25日至2011年5月28日)施工過(guò)程中，TBM累計(jì)掘進(jìn)5 594 m，在穿越2 000余m軟弱、破碎圍巖的情況下實(shí)現(xiàn)平均月掘進(jìn)進(jìn)度508 m，并創(chuàng)造直徑10 m以上同類TBM施工月掘進(jìn)進(jìn)度841.8 m、周掘進(jìn)進(jìn)度235 m的2項(xiàng)世界紀(jì)錄。通過(guò)科學(xué)有效的施工組織、積極合理的現(xiàn)場(chǎng)管理，同步襯砌技術(shù)在施工工程中成功克服與風(fēng)、水、電、通訊管線及連續(xù)皮帶機(jī)出碴相干擾等難題，2部同步襯砌臺(tái)車(2010年9月6日開(kāi)始)累計(jì)完成同步襯砌3 755.3 m，平均426.7m/月，基本實(shí)現(xiàn)與TBM掘進(jìn)速度相匹配，同時(shí)也印證了同步襯砌施工技術(shù)選擇和實(shí)施的科學(xué)性。

4 連續(xù)分碴器自動(dòng)切換裝車技術(shù)

4.1 連續(xù)分碴器構(gòu)造及作業(yè)原理

為適應(yīng)TBM大斷面快速掘進(jìn)出碴量大、對(duì)碴料及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)的需求，保證連續(xù)皮帶機(jī)出碴與轉(zhuǎn)運(yùn)工程車之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，研究采用在連續(xù)出碴皮帶機(jī)與轉(zhuǎn)運(yùn)工程車之間設(shè)計(jì)連續(xù)分碴器，使之將碴料連續(xù)自動(dòng)分流到轉(zhuǎn)運(yùn)工程車上。

連續(xù)分碴器主要由操作控制系統(tǒng)、主分碴機(jī)構(gòu)、子分碴機(jī)構(gòu)及框架組成，見(jiàn)圖9。根據(jù)連續(xù)皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度及出碴量，設(shè)計(jì)采用主分碴機(jī)構(gòu)和子分碴機(jī)構(gòu)2級(jí)相連，在主分碴機(jī)構(gòu)和子分碴機(jī)構(gòu)上均設(shè)置液壓切換板。為防止碴料沖擊對(duì)擋板的機(jī)械磨損，在主分碴機(jī)構(gòu)、子分碴機(jī)構(gòu)內(nèi)部及液壓切換擋板上加設(shè)耐磨鋼板。連續(xù)分碴器下設(shè)3條正常轉(zhuǎn)運(yùn)車道和1條應(yīng)急轉(zhuǎn)運(yùn)車道，當(dāng)1臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)工程車接滿碴料后，操作主分碴機(jī)構(gòu)或子分碴機(jī)構(gòu)切換板液壓油缸動(dòng)作，將切換板由原停放終端位置換位到另一個(gè)終端位置，碴料通過(guò)切換板切換到停放在另一條轉(zhuǎn)運(yùn)車道的空車內(nèi)，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷分碴。

為避免露天安放的連續(xù)分碴器在使用時(shí)碴料中有水或在嚴(yán)寒地區(qū)冬季施工時(shí)機(jī)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)凍結(jié)情況，在主分碴器、子分碴器易凍結(jié)部位的外殼上設(shè)置外覆電加熱板(如圖9中13所示)。

4.2 應(yīng)用效果

連續(xù)分碴器自動(dòng)切換裝車技術(shù)的成功應(yīng)用解決了以往連續(xù)皮帶機(jī)將碴料直接卸到堆料場(chǎng)，再用挖掘機(jī)和裝載機(jī)將碴料裝到轉(zhuǎn)運(yùn)工程車上無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接轉(zhuǎn)運(yùn)的難題。3條正常轉(zhuǎn)運(yùn)車道和1條應(yīng)急轉(zhuǎn)運(yùn)車道的設(shè)置可以有效解決轉(zhuǎn)運(yùn)工程車在進(jìn)出分碴器時(shí)需暫停分碴的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)工程車彼此互不干擾，即便分碴器出現(xiàn)故障需要維修時(shí)仍可以提供接料口;減少了機(jī)械的投入和對(duì)施工場(chǎng)地的占用，費(fèi)用也更經(jīng)濟(jì)。連續(xù)分碴器自動(dòng)切換裝車技術(shù)和傳統(tǒng)裝車技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表2及圖10。

圖9 連續(xù)分碴器構(gòu)造圖Fig.9 Structure of muck branching device

表2 技術(shù)對(duì)比Table 2 Comparison and contrast between conventional muck loading and muck loading by means of muck branching device

5 特長(zhǎng)連續(xù)皮帶快速無(wú)損收放技術(shù)

5.1 皮帶收放裝置構(gòu)造及作業(yè)原理

皮帶收放裝置按照西秦嶺隧道所采用連續(xù)皮帶特點(diǎn)設(shè)計(jì)，由2部相同的皮帶收放機(jī)組成，其主要構(gòu)造如圖11所示。

圖10 連續(xù)分碴器自動(dòng)切換裝車技術(shù)與傳統(tǒng)裝車技術(shù)對(duì)比Fig.10 Pictures of conventional muck loading and muck loading by means of muck branching device

每部皮帶收放機(jī)采用1臺(tái)轉(zhuǎn)速1 440r/min、功率7.5 kW的三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)1臺(tái)轉(zhuǎn)速范圍為125～1 250r/min、額定轉(zhuǎn)矩14.7N·m的電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪傳遞動(dòng)力帶動(dòng)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，減速機(jī)通過(guò)波動(dòng)式簡(jiǎn)易聯(lián)軸器帶動(dòng)鏈輪通過(guò)鏈條驅(qū)動(dòng)3個(gè)驅(qū)動(dòng)滾輪同時(shí)旋轉(zhuǎn)，從而使?jié)L輪帶動(dòng)皮帶繞軸旋轉(zhuǎn)。

試驗(yàn)階段發(fā)現(xiàn)單純依靠皮帶收放裝置卷收皮帶而無(wú)外力輔助拉緊皮帶時(shí)，皮帶收放裝置自身的動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)法拖動(dòng)洞內(nèi)10余km的連續(xù)皮帶。因此，需要調(diào)整電機(jī)相序使連續(xù)皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，并調(diào)整主減速驅(qū)動(dòng)變頻器頻率限制其最高轉(zhuǎn)速，使主驅(qū)動(dòng)喂帶的轉(zhuǎn)速盡量與皮帶收放機(jī)轉(zhuǎn)速相匹配。

皮帶在卷收過(guò)程中由于多種原因會(huì)出現(xiàn)跑偏情況，使卷出的皮帶參差不齊。為避免這一情況，在卷帶機(jī)內(nèi)側(cè)增設(shè)限位滾筒，皮帶限位滾筒采用螺栓固定并可適當(dāng)調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同皮帶寬度的需求。西秦嶺隧道連續(xù)皮帶寬度914 mm，因此，調(diào)節(jié)限位滾筒外緣間距為1 000 mm。

5.2 應(yīng)用效果

第1階段掘進(jìn)結(jié)束后，連續(xù)皮帶長(zhǎng)度達(dá)到(2 113 m+5 594 m+600 m) ×2，即16 614 m(約28卷)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備與調(diào)試，僅用6 d時(shí)間完成全部連續(xù)皮帶回收、打包、入庫(kù)任務(wù)，用7d時(shí)間完成第2掘進(jìn)階段正洞2 458 m、斜井2 473 m的皮帶鋪裝工作，大大提高了工作效率，減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。具體人員配置情況如表3所示。

圖11 皮帶收放裝置構(gòu)造圖(單位:mm)Fig.11 Structure of belt releasing and withdrawing device(mm)

表3 單班作業(yè)人員配置Table 3 Labors for one working shift

此外，由于皮帶收放裝置由2部相同的皮帶收放機(jī)組成(2部皮帶收放機(jī)配合使用工作效率更佳，并可有效增加單卷連續(xù)皮帶的回收長(zhǎng)度)，每部皮帶收放機(jī)配置有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如果運(yùn)輸空間沒(méi)有限位要求(如穿越臺(tái)車等)也可單獨(dú)完成卷帶作業(yè)，實(shí)現(xiàn)不同方式的皮帶卷打包。皮帶收放機(jī)底部設(shè)置走行輪對(duì)，可通過(guò)機(jī)車牽引移動(dòng)，從而使皮帶收放機(jī)不僅具備收放皮帶的功能，同時(shí)也可完成皮帶運(yùn)輸工作。

6 結(jié)論與討論

特長(zhǎng)連續(xù)皮帶機(jī)出碴技術(shù)在蘭渝鐵路西秦嶺隧道成功應(yīng)用并在技術(shù)和設(shè)備革新方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，主要可歸納為以下幾點(diǎn):

1)TBM掘進(jìn)與鉆爆法聯(lián)合施工鐵路隧道，連續(xù)皮帶機(jī)出碴穿越斜井鉆爆段皮帶機(jī)系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)場(chǎng)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)在長(zhǎng)距離、大坡度斜井中的科學(xué)布置情況及大件設(shè)備進(jìn)洞。

2)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)皮帶機(jī)出碴與同步襯砌施工互不干擾、并行開(kāi)展，提高了隧道施工進(jìn)度，減少了圍巖暴露時(shí)間、實(shí)現(xiàn)及時(shí)封閉從而提高施工期間隧道安全系數(shù);此外，對(duì)于縮短長(zhǎng)大隧道建設(shè)總工期成效顯著。

3)連續(xù)分碴器自動(dòng)切換裝車技術(shù)作為“中轉(zhuǎn)站”在皮帶機(jī)出碴與工程車轉(zhuǎn)運(yùn)2作業(yè)工序無(wú)縫銜接方面起到了至關(guān)重要的作用，在經(jīng)濟(jì)性、場(chǎng)地占用、裝車效率等方面都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的裝車技術(shù)。

4)由2部皮帶收放機(jī)組成的皮帶收放裝置既可以實(shí)現(xiàn)皮帶快速無(wú)損回收并完成打包作業(yè)，又可以實(shí)現(xiàn)皮帶洞內(nèi)運(yùn)輸和快速釋放，效率高、效果好且作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度低，其獨(dú)有的預(yù)防皮帶卷收過(guò)程跑偏功能、平穩(wěn)調(diào)速功能以及多滾輪驅(qū)動(dòng)并根據(jù)皮帶卷直徑自動(dòng)切換驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功能也是其他皮帶收放工藝所無(wú)法比擬的。

連續(xù)皮帶機(jī)出碴技術(shù)以出碴效率高、設(shè)備投入少、施工干擾小、環(huán)保性能好、維護(hù)成本低等顯著特點(diǎn)不斷推動(dòng)其在長(zhǎng)大隧道TBM配套施工中的發(fā)展，但連續(xù)皮帶機(jī)出碴技術(shù)在我國(guó)尚處于起步階段，隧道施工距離長(zhǎng)、建設(shè)工期短等實(shí)際情況對(duì)未來(lái)TBM長(zhǎng)大隧道施工提出了更高的要求，這就需要鐵路建設(shè)者們根據(jù)實(shí)際建設(shè)需求，通過(guò)摸索和實(shí)踐在施工中不斷開(kāi)發(fā)、總結(jié)、完善和細(xì)化連續(xù)皮帶機(jī)出碴技術(shù)環(huán)節(jié)，形成更加科學(xué)、成熟、實(shí)用的出碴體系。

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