楊 志 先， 陳 麗 娟， 夏 瑩

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

連續(xù)皮帶機配套盾構(gòu)出渣的設(shè)計與施工

楊 志 先， 陳 麗 娟， 夏 瑩

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

以成都軌道交通18號世～海區(qū)間為例，結(jié)合長大隧道出渣經(jīng)驗，對出渣效率等方面進行綜合對比后選擇盾構(gòu)施工配套出渣方式以及皮帶機輸送能力等方面進行了闡述，介紹了連續(xù)皮帶機系統(tǒng)的組成及布置、運行維護、使用過程中需要注意的問題等，實現(xiàn)了連續(xù)皮帶機系統(tǒng)與盾構(gòu)設(shè)備的有效結(jié)合，確保了擁有良好施工環(huán)境的同時，充分發(fā)揮了盾構(gòu)高效施工的特點。

連續(xù)皮帶機；長大隧道；盾構(gòu)施工；出渣技術(shù)

1 概 述

市域快線在新型城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中具有集約高效、造價適中、運營組織靈活等優(yōu)勢，其軌道交通能夠提供更便捷、直達性更強的服務(wù)。市域快線施工期間，大直徑盾構(gòu)掘進技術(shù)在工程項目施工中的應(yīng)用越來越多，而伴隨盾構(gòu)法而來的盾構(gòu)有效出土問題廣泛地被提出，其配套的出渣設(shè)備對施工條件的適應(yīng)性、技術(shù)工藝的研究和提高具有較高的價值。筆者對連續(xù)皮帶機配套盾構(gòu)出渣技術(shù)進行了探討，旨在為類似工程施工提供借鑒。

成都軌道交通18號線是連接成都天府國際機場的軌道交通線路，也是天府新區(qū)連接主城區(qū)并提供快速服務(wù)功能的主要通道，是集市域快線與機場專線為一體的復(fù)合功能線。線路沿天府大道東側(cè)往南敷設(shè)至博覽城，折向東南方向沿天府新區(qū)規(guī)劃道路至合江鎮(zhèn)，之后穿越龍泉山、經(jīng)第二繞城高速公路后沿空港城規(guī)劃道路至成都天府國際機場。一期工程為火車南站～天府新站(含龍泉山隧道)，線路長約41.08 km，設(shè)7座車站(均為地下站)，平均站間距為4.84 km。設(shè)計時速140 km/h。管片外徑8.3 m，管片內(nèi)徑7.5 m。18號線一期工程土建2標(biāo)工程范圍包含三站兩區(qū)間，區(qū)間全長15 084單延米，區(qū)間全部采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)刀盤直徑為8 630 mm。其中世紀(jì)城站～海昌路站區(qū)間長度為6 100 m(雙延米)。為解決長大隧道出渣等問題，結(jié)合現(xiàn)場實際情況并經(jīng)技術(shù)及經(jīng)濟論證，該區(qū)間計劃采用連續(xù)皮帶機出渣。

2 出渣方式的選擇

盾構(gòu)施工可采用兩種出渣方式：一是軌道電瓶車出渣，二是皮帶機連續(xù)出渣。兩種出渣方式各具特點。結(jié)合該工程特點、周邊環(huán)境及對運輸方案的比較，該工程世～海區(qū)間長大區(qū)間隧道擬采用連續(xù)皮帶機配套盾構(gòu)出渣方案。運輸方案功效比較情況見表1。

表1 運輸方案功效比較表

3 連續(xù)皮帶機參數(shù)的選擇

為確保大直徑盾構(gòu)與連續(xù)皮帶機配套出渣的有效結(jié)合，需根據(jù)該工程區(qū)間隧道斷面及地質(zhì)條件選擇合理的連續(xù)皮帶機參數(shù)，以保證出渣能力滿足需求(表2)。

3.1 皮帶機輸送能力的選擇

在額定掘進速率時的輸送能力：

P額=1.8×1 000×4.8×58.3×1.4=705(t/h)

在最大掘進速率時的輸送能力：

P額=1.8×1 000×6×58.3×1.4=881(t/h)

表2 盾構(gòu)機設(shè)計的掘進速度和渣土參數(shù)表

3.2 皮帶機帶速的選擇

根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗，皮帶機帶速一般不超過3 m/s，若太大，易造成托輥損壞，太小則將影響出渣效率，一般選定皮帶機帶速為2～3 m/s，初步設(shè)計為2.5 m/s。

3.3 皮帶機帶寬的選擇

根據(jù)斷面面積、渣土松散系數(shù)及最大掘進速率確定最大掘進速率時的出渣量為：

Q=58.3×6×1.4=489.72(m3/h)

=0.136 m3/s

單位時間皮帶機上渣土的面積為：

S=Q/v=0.136/2.5 m2=0.054 4(m2)

皮帶機運行時，因自身振動影響，渣土在皮帶機上呈倒梯形，渣土上表面的線性長度為L1，根據(jù)以上條件，按圖1計算皮帶帶寬L。

圖1 連續(xù)皮帶機橫斷面示意圖(單位：mm)

(L1+360)×(L1-360)×tan30°×0.5×0.5

=54 400(mm2)

L=360+(L1-360)/cos30°+2×116

解得：L≈998.5 mm。

注：當(dāng)托輥角度設(shè)置為37.5°時，計算出[L≈950 mm。

皮帶機帶寬實際加工制作時取整數(shù)，因此，皮帶機帶寬選擇為1 000 mm。

3.4 皮帶機帶厚的選擇

由于區(qū)間渣土為中長距離運輸，對皮帶質(zhì)量要求較高，主要體現(xiàn)在皮帶的耐磨性和皮帶的彈性要求，因此，大直徑盾構(gòu)多采用高強度和帶鋼絲繩的皮帶。皮帶的結(jié)構(gòu)包括上蓋膠、下蓋膠及鋼絲繩。鋼絲繩的作用是承受較大的負載，保持皮帶的整體性，同時保持皮帶的“硬度”，減小皮帶受拉后的伸長率。選擇鋼絲繩主要是根據(jù)皮帶的總長度及張緊力，根據(jù)廠家提供的參數(shù)項目部最終確定選擇直徑3 mm的鋼絲繩。皮帶中上蓋膠較厚，運行時作為工作面可以承受耐磨和較大程度的沖擊載荷，因此，其厚度按照皮帶機廠家提供的參數(shù)選擇為5 mm。下蓋膠不是工作面，耐磨要求低，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗確定下蓋膠厚度為4 mm。

最終確定的皮帶厚度為12 mm。

4 連續(xù)皮帶機的組成及布置

4.1 連續(xù)皮帶機的組成

連續(xù)皮帶機是長距離、大功率的大型可伸縮帶式輸送機，主要用于長大隧道的快速出渣。主要由皮帶驅(qū)動裝置、皮帶硫化裝置、皮帶存儲及張緊裝置、皮帶架延伸裝置組成(圖2、3)。

4.2 連續(xù)皮帶機的布置

(1)連續(xù)皮帶機整體布置情況。結(jié)合18號線海昌路站車站結(jié)構(gòu)、站位及周邊環(huán)境，區(qū)間左右線皮帶機出洞后沿車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻順向布置，出洞2 m后開始布設(shè)皮帶機儲帶倉、張緊裝置、硫化裝置，根據(jù)實際演算，132 m的車站結(jié)構(gòu)段滿足布設(shè)要求。

(2)隧道內(nèi)皮帶機布置情況。由于受到后期聯(lián)絡(luò)通道施工影響，隧道內(nèi)連續(xù)皮帶機考慮布置在兩條隧道的外側(cè)，即左線布置在3點位，右線布置在9點位，皮帶機在隧道內(nèi)的固定方式為鏈條懸掛。

(3)頂板皮帶機布置情況。由于受皮帶機自身結(jié)構(gòu)尺寸、轉(zhuǎn)彎半徑和車站頂板臨建設(shè)施和施工設(shè)備的限制，轉(zhuǎn)載皮帶機以7°的偏角和7°的爬升角上升到頂板，順向延伸到渣土堆放場地，需要在頂板開設(shè)兩個預(yù)留孔，其尺寸為：長×寬=15 m×4.5 m。

5 連續(xù)皮帶機系統(tǒng)的運行、維護及管理

5.1 連續(xù)皮帶機系統(tǒng)的運行

圖2 皮帶機結(jié)構(gòu)圖

圖3 皮帶架延伸裝置圖

(1)連續(xù)皮帶機系統(tǒng)的啟動順序。連續(xù)皮帶機系統(tǒng)的啟動順序為布料機、轉(zhuǎn)渣皮帶機、連續(xù)皮帶機、主機皮帶機, 停機順序與其相反。啟動時首先布料機運轉(zhuǎn), 緊接著轉(zhuǎn)渣皮帶機依次運轉(zhuǎn), 這樣實施可以保證前一級皮帶輸出的石渣能夠連續(xù)輸出, 防止發(fā)生石渣堆積情況，連續(xù)皮帶機啟動順序見圖4。

圖4 連續(xù)皮帶機啟動順序流程圖

(2)連續(xù)皮帶機系統(tǒng)的施工流程。連續(xù)皮帶機系統(tǒng)的施工流程見圖5。

(3)連續(xù)皮帶機托架的延伸。隨著盾構(gòu)機的不斷向前掘進, 皮帶機托架及皮帶均需不斷地向前延伸以滿足出渣要求。連續(xù)皮帶機的前端從動滾筒固定于盾構(gòu)機后配套的尾部拖車上, 其末端用一卷揚機張緊。掘進時，當(dāng)拖車的牽引力達到設(shè)定值時卷揚機就會轉(zhuǎn)動皮帶, 隨著掘進機的前進, 皮帶不斷延伸, 這時需在主機皮帶機與連續(xù)皮帶機接頭處的洞壁上搭接皮帶機托架。

圖5 連續(xù)皮帶機系統(tǒng)施工流程圖

(4)皮帶的儲存。連續(xù)皮帶機系統(tǒng)設(shè)有皮帶儲存裝置, 每次可存600 m, 皮帶可隨盾構(gòu)機的掘進自動釋放。

(5)連續(xù)皮帶的硫化續(xù)接。皮帶儲存區(qū)的儲存能力有限, 平時用的是每次可存600 m 的儲存區(qū)。當(dāng)掘進長度達到300 m 時, 皮帶儲存區(qū)的皮帶幾乎用盡, 需要對皮帶進行續(xù)接, 即皮帶的硫化。硫化皮帶時將連續(xù)皮帶的張緊裝置放松, 在硫化區(qū)的某一處將原皮帶割斷, 將新續(xù)的皮帶與其對接, 然后加熱硫化使接頭牢固地結(jié)合在一起。將新續(xù)的皮帶存儲到儲存區(qū)內(nèi), 從而完成皮帶續(xù)接,皮帶硫化最快6 h可以完成。

(6)連續(xù)皮帶機的張緊裝置。為了保證連續(xù)皮帶動力傳送順暢, 實現(xiàn)連續(xù)出渣,必須保證各級皮帶處于張緊狀態(tài)。因各級皮帶特點不同, 其張緊方式亦有所不同, 主機皮帶機用液壓油缸進行張緊或放松；連續(xù)皮帶機由置于皮帶儲存區(qū)后面的卷揚機張緊。

5.2 連續(xù)皮帶機系統(tǒng)的維護

連續(xù)皮帶機作為一種先進的機械設(shè)備, 因安裝及使用過程中的磨損會出現(xiàn)各種問題, 若不及時處理，將導(dǎo)致皮帶割裂而造成重大損失。

(1)滾筒錯位：在安裝皮帶機支架時需用水準(zhǔn)尺等確保支架水平且位于同一高度，支架左右兩邊銜接對齊，避免皮帶跑偏，防止皮帶刮爛事故的發(fā)生。

(2)托輥損壞：維保人員堅持做好日常保養(yǎng)工作，做好清泥、清渣、潤滑工作，防止托輥損壞造成皮帶刮爛事故的發(fā)生。

(3)皮帶支架的固定：安裝精準(zhǔn)、每隔100 m 安裝1個剪刀叉, 經(jīng)常檢查矯正，防止皮帶支架受力不均垮塌。

5.3 連續(xù)皮帶機施工人員的組成

每次皮帶機儲帶倉的皮帶用完后，由主操作手組織人員負責(zé)對皮帶進行硫化續(xù)接，其他人負責(zé)配合，當(dāng)皮帶續(xù)接完成后由主操作手組織本班組人員對皮帶機進行巡查、維修，以保證皮帶機的正常運轉(zhuǎn)(表3)。

6 所采取的有針對性的設(shè)計及解決方法

(1)皮帶跑偏。連續(xù)皮帶機與拖車連接的移動尾端具有調(diào)整皮帶機尾部滾筒上下、左右及傾斜功能，能夠快速調(diào)整皮帶跑偏。

(2)托架快速安裝。在臺車上設(shè)置的皮帶托架安裝裝置可以安全、快速的安裝皮帶托架，該裝置采用機械式移動伸縮結(jié)構(gòu)，可以精準(zhǔn)的定位皮帶托架。

表3 連續(xù)皮帶機施工人員配置表

(3)曲線皮帶調(diào)偏。針對該標(biāo)段存在的曲線轉(zhuǎn)彎段，采用自動調(diào)偏托輥組，能夠根據(jù)皮帶跑偏情況自行調(diào)整皮帶跑偏。

(4)防水防渣托輥。托輥的好壞影響皮帶輸送機的功率，磨損嚴(yán)重時會造成皮帶大面積劃傷。該項目皮帶機采用國際知名品牌托輥廠家生產(chǎn)的托輥，性能高、密封效果好，能夠有效防止泥漿進入托輥，進而保證皮帶機的正常運轉(zhuǎn)。經(jīng)盾構(gòu)工況驗證，其使用情況非常好，正常使用情況下，托輥壽命達10 000 h。

(5)刮渣清洗。由于盾構(gòu)所出的渣粘性強，容易粘結(jié)在皮帶上，因此而增加了刮泥清洗裝置，以使皮帶順暢運轉(zhuǎn)，減少了殘渣對皮帶及托輥的磨損，保證了盾構(gòu)施工的順利出渣。

(6)渣土改良。該盾構(gòu)區(qū)間主要為泥巖地層，局部存在砂卵石地層，掘進渣土較稀，不利于渣土外運，施工時考慮布置渣土改良裝置，采用聚合物等材料，使渣土呈現(xiàn)良好的流塑性。

(7)托輥角度、托輥間距的設(shè)置。根據(jù)以往隧道連續(xù)皮帶機的運用情況，托輥角度一般設(shè)置為30°，托輥間距一般設(shè)置為1.5～3.5 m。我們針對該項目施工區(qū)間較長等特點，考慮到皮帶張力及漏渣的影響，將托輥間距設(shè)置為2.5 m，托輥角度設(shè)置為37.5°，在同等寬度的皮帶下，此間距及角度的托輥設(shè)置可以增大皮帶的輸送能力，減小皮帶的漏渣情況。

(8)皮帶機連鎖監(jiān)控。皮帶機的急停系統(tǒng)與盾構(gòu)機的螺旋輸送機控制系統(tǒng)連鎖，在拉繩開關(guān)動作時可以迅速的停止螺旋輸送機及皮帶機系統(tǒng)的運行。驅(qū)動控制柜上設(shè)置有可操作指示的觸摸屏，可以用來監(jiān)視皮帶速度、打滑檢測、跑偏檢測以及各個運行狀態(tài)的顯示。

連續(xù)皮帶機控制系統(tǒng)采用PLC實現(xiàn)，與盾構(gòu)機的控制系統(tǒng)進行總線連接并將連續(xù)皮帶機的信息等狀態(tài)顯示在盾構(gòu)機控制室內(nèi)。

7 結(jié) 語

筆者通過18號線世～海區(qū)間盾構(gòu)區(qū)間的施工，結(jié)合車站結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等施工條件進行了有針對性的設(shè)計，系統(tǒng)討論了連續(xù)皮帶機配套盾構(gòu)出渣技術(shù)，大大促進了盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展。連續(xù)皮帶機出渣作為盾構(gòu)配套出渣系統(tǒng)新技術(shù)將不斷地在城市軌道交通長大隧道盾構(gòu)施工中得到應(yīng)用，其高效的出渣效率、低廉的維護成本將不斷促進其發(fā)展。

TV7;TV53;TV52

B

1001-2184(2017)06-0059-04

2017-10-24

楊志先(1978-)，男，山東菏澤人，高級工程師，從事地鐵施工技術(shù)與管理工作；

陳麗娟(1983-)，女，四川犍為人，助理工程師，從事地鐵施工技術(shù)與管理工作；

夏 瑩(1990-)，男，湖北襄陽人，助理工程師，從事地鐵施工技術(shù)與管理工作.

李燕輝)

《抽水蓄能電站設(shè)計規(guī)范》送審稿通過審查

2017年8月23～25日，水電水利規(guī)劃設(shè)計總院在北京組織召開了《抽水蓄能電站設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)送審稿審查會。會議由科技標(biāo)準(zhǔn)部副主任工程師杜剛主持，能源行業(yè)水電勘測設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員、水電規(guī)劃設(shè)計總院副總工程師黨林才擔(dān)任審查專家組組長。中國長江三峽集團公司、廣東省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計研究院、中國電建集團華東、西北、中南、成都、昆明、貴陽、北京勘測設(shè)計研究院有限公司、國網(wǎng)新源控股有限公司、南網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司等單位的委員、專家和代表參加了會議。

審查會上，專家和代表們聽取了編制組關(guān)于本規(guī)范編制情況和主要內(nèi)容的匯報，與會專家對本規(guī)范逐章逐條認(rèn)真審查。審查認(rèn)為，編制組提交審查的技術(shù)文件齊全，編制依據(jù)充分。格式規(guī)范，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)構(gòu)清晰，用詞簡明，規(guī)定明確，與國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)，具有可操作性，符合《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)定》(建標(biāo)〔2008〕182號)規(guī)定。會議一致同意《規(guī)范》送審稿通過審查。會議要求編制組根據(jù)本次審查會議意見，對《規(guī)范》送審稿進一步修改完善，形成報批稿，盡早報國家能源局批準(zhǔn)發(fā)布實施。

根據(jù)國家能源局《關(guān)于下達2012年第一批能源領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(修)訂計劃的通知》(國能科技〔2012〕83號文的要求，以中國電建集團北京勘測設(shè)計研究院有限公司為主編單位，國網(wǎng)新源控股有限公司、南網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司為參編單位，共同承擔(dān)了《規(guī)范》的修編工作。

2012年12月，水電水利規(guī)劃設(shè)計總院在北京組織召開了《規(guī)范》修編工作大綱的評審會，根據(jù)評審意見，編制組于2015年12月完成了《規(guī)范》的征求意見稿，廣泛征求各方意見，收到意見250條，采納134條。2016年11月28～30日，北京院組織召開了《規(guī)范》送審稿討論會，與會專家對《導(dǎo)則》逐章逐條進行了討論。編制組根據(jù)會議討論意見和反饋意見，對《規(guī)范》進行了修改、補充和完善。