劉 攀

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

新疆某工程2#勘探試驗洞位于輸水隧洞樁號44+678m處，長度2 398 m，支洞縱斷面設計為200 m長12.9%的陡坡+20 m長3%的緩坡，綜合縱坡12%，陡坡段斷面凈尺寸7.0 m×6.59 m(寬×高，城門洞型)，緩坡段設置錯車道，斷面凈尺寸9.0 m×6.8 m(寬×高，城門洞型)，進出口鎖口及圍巖條件較差的洞段采用混凝土襯砌，襯砌厚度0.4 m，其他洞段采用錨噴支護。2#勘探試驗洞樁號0+450.45～0+ 959.43 m為圓弧段，轉彎半徑為500 m。

根據水工建筑物及施工方案布置，2#勘探試驗洞為2#，3#TBM設備施工進入洞，同時承擔2#TBM及3#TBM的出渣、物料及人員運輸通道任務。施工過程中，采用皮帶機出渣[1-2]，皮帶機最大輸送能力按TBM每小時3個步進(5.4 m)考慮時，則單臺TBM皮帶機出渣能力為750 t/h，兩臺TBM皮帶機出渣能力為1 500 t/h。

本文主要針對大運量皮帶機出渣系統(tǒng)[3-4]設計在500 m轉彎半徑下能否滿足2臺TBM開挖出渣進行復核分析，同時為小轉彎半徑下皮帶機出渣系統(tǒng)設計選型提供參考。

2 設計方案復核

2.1 設計方案布置

考慮到2#勘探試驗洞存在圓弧轉彎段，根據理論計算、廠家咨詢以及工程資料的收集，經過分析對比，2#勘探試驗洞皮帶機的布置存在兩個方案，具體如下。

方案一：2#勘探試驗洞布置兩條固定皮帶機，2#勘探試驗洞BCD段為一條獨立皮帶機，AB段為一條獨立皮帶機，兩臺皮帶機結合處搭接處理。此方案實現(xiàn)皮帶機弧線轉彎連續(xù)運輸，能有效降低膠帶強度等級，提高系統(tǒng)可靠性，降低故障率。該方案皮帶機布置示意圖見圖1。

圖1 方案一皮帶機布置示意圖

方案二：2#勘探試驗洞布置1條皮帶機，在樁號1+100 m處皮帶機下部布置中間驅動，增加中間驅動可大大降低圓弧段的膠帶張力，同時再輔以自動改向托輥裝置、加密托輥組、抬高曲線內側機身等措施，確保膠帶不發(fā)生跑偏。

2.2 設計方案計算

2.2.1 方案一

該方案中，分別針對兩條皮帶機進行設計復核。

第一皮帶機設計基本參數(shù)：帶寬B=1 200 mm，帶速V=3.55 m/s，輸送機長度L=1 000 m，承載托輥輥徑133 mm，提升高度H=120 m，膠帶選用PVG2000型。

經過計算得，承載分支轉彎半徑R1=618 m，回程分支轉彎半徑R1=478 m；按最大許用應力驗算轉彎半徑:承載分支轉彎半徑R2=262 m，回程分支轉彎半徑R2=236 m；按輸送帶不離開側托輥驗算：承載分支轉彎半徑R3=200 m，回程分支轉彎半徑R3=177 m。

根據計算結果知，2#勘探試驗洞轉彎半徑為500 m時，小于承載分支轉彎半徑618 m要求，滿足膠帶最大許用應力(262 m)和不脫離托輥時(200 m)的最小半徑要求；不滿足承載分支轉彎半徑618 m，可以采用基本措施、附加措施、應急措施就能滿足支洞500 m的拐彎半徑要求。

第二皮帶機設計基本參數(shù)：帶寬B=1 200 mm，帶速V=3.55 m/s，輸送機長度L=1 400 m，承載托輥輥徑133 mm，提升高度H=168 m，膠帶選用ST2000型。該條皮帶機無轉彎段，為常規(guī)皮帶機。由于PVG2000型膠帶強無法滿足要求，故膠帶選用ST2000型。

2.2.2 方案二

皮帶機設計基本參數(shù)：帶寬為B=1 200 mm，帶速為3.55 m/s，承載托輥輥徑133 mm，輸送機長度L=2 400 m，膠帶選用ST3150型。

經計算得，承載分支轉彎半徑R1=2 580 m，回程分支轉彎半徑R1=829 m；按最大許用應力驗算轉彎半徑：承載分支轉彎半徑R2=3 519 m，回程分支轉彎半徑R2=1 449 m；輸送帶不離開側托輥驗算：承載分支轉彎半徑R3=680 m，回程分支轉彎半徑R3=482 m。

2.3 計算結果

經過以上計算可知，方案一采用兩條皮帶搭接，第一皮帶機采用整編芯PVG2000型膠帶，能夠滿足在現(xiàn)有的500 m轉彎半徑工況下膠帶正常使用要求，第二條皮帶機采用鋼絲繩芯膠帶ST2000型。但在實際工程應用中，需購買PVG2000型、ST2000型兩種膠帶，且兩種膠帶在使用中不存在通用性，會給施工單位帶來一定的備料及保養(yǎng)壓力。

方案二采用單條皮帶機，隧洞轉彎半徑為500 m時，遠遠小于膠帶機拐彎時的最小半徑要求，若采用一整條皮帶機無法直接滿足膠帶機轉彎時最小半徑要求。若采用此方案，需在皮帶機中間添加中間驅動，且需在轉彎段皮帶機進行優(yōu)化設計[5]。具體為托輥進行處理，增加一定槽角，同時增加防護措施，防止膠帶斷裂及渣料脫離膠帶，并改進轉彎段支腿設計，方可滿足實際應用需要。

綜上所述，2#勘探試驗洞采用上述方案一、方案二均可行。

2.4 皮帶機廠家理論計算匯總表

見表1。

表1 皮帶機廠家理論計算匯總表

3 工程實例

1) 上海某隧洞工程施工過程中，采用的轉彎半徑為400 m的連續(xù)皮帶機出渣。

2) 已建的引黃工程中，某標段主洞施工采用皮帶機出渣，長度15 km。出渣支洞轉彎半徑為400 m，綜合縱坡6.77%。

3) 某工程氧化鋁雙向帶料帶式輸送機。上分支輸送物料：石灰石，輸送量1 500 t/h；下分支輸送物料：硅鈣渣，輸送量1 200 t/h；帶寬:B1 200 mm，帶速4 m/s，輸送機長度1.8 km，提升高度15 m(-15 m)，水平轉彎半徑400 m。

4 結論與建議

1) 經過分析，2#勘探試驗洞轉彎半徑500 m的方案是合理可行的，材料運輸、人員和車輛通行安全有保障。

2) 在實際工程應用中，方案一、方案二皮帶機布置均可滿足隧洞出渣需求，但各有利弊，施工單位可該根據實際情況進行選擇。