呂勇方

（中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100）

0 引言

連續(xù)皮帶機具有運距長、運量大、速度快、污染小等特點[1]，國內(nèi)主要應(yīng)用在煤礦、大型露天礦山、散裝港口、TBM長距離隧道施工中。連續(xù)皮帶機是隧道開挖出渣的連續(xù)性物料運輸設(shè)備，可適應(yīng)大坡度、實現(xiàn)不停機掘進，具有出渣速度快、施工效率高、操作維護簡單、無污染等優(yōu)點。在我國，皮帶運輸機最早運用于采礦業(yè)，2002年遼寧大伙房水庫輸水工程首次引進了連續(xù)皮帶機與配套出渣的皮帶機連續(xù)出渣系統(tǒng)[2]。我國對于這種連續(xù)出渣技術(shù)的研究起步較晚，設(shè)備和技術(shù)比較落后。

近年來，隨著連續(xù)皮帶機在采礦業(yè)和隧道施工中的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)從各個方面對連續(xù)皮帶機做了大量研究。王可強[2]分析了連續(xù)皮帶機的皮帶特性，研究皮帶的張力分布形式，并使用仿真軟件RecurDyn進行仿真模擬。曾文宇[3]以神華新街煤礦斜井隧道工程為背景，研究了盾構(gòu)法隧道施工配套連續(xù)皮帶機的關(guān)鍵技術(shù)，分析了驅(qū)動方案和糾偏方案，并計算出連續(xù)皮帶機最后的設(shè)計參數(shù)。

連續(xù)皮帶機的連續(xù)、穩(wěn)定工作是保證施工生產(chǎn)高效的關(guān)鍵因素[4]。本文以莫斯科地鐵第三換乘環(huán)線東段大直徑盾構(gòu)項目為背景，針對該盾構(gòu)隧道埋深大、坡度陡、轉(zhuǎn)彎半徑小的特點，提出盾構(gòu)隧道出渣采用連續(xù)皮帶輸送系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本組成，分析該系統(tǒng)在隧道施工時試運行出現(xiàn)的主要問題，并針對該深埋盾構(gòu)隧道的特點提出解決方法以及盾構(gòu)機出渣渣土改良方案，可為連續(xù)皮帶機在同類深埋盾構(gòu)隧道施工的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 工程概況

莫斯科地鐵第三換乘環(huán)線東段大直徑盾構(gòu)項目總長2.947km，區(qū)間隧道覆土深度11.9～23.4m，主要穿越地層為黏土層、砂質(zhì)黏土層、砂層、富水細砂層。區(qū)間最小轉(zhuǎn)彎半徑400m，最大縱坡40‰。由于盾構(gòu)隧道埋深大、坡度陡、隧道與車站結(jié)構(gòu)同步施工，采用“塔吊+雙頭膠輪機車+連續(xù)皮帶機”的渣土輸送方式。

2 連續(xù)皮帶輸送系統(tǒng)的基本組成

該項目采用的連續(xù)皮帶輸送系統(tǒng)由橫移皮帶機、連續(xù)皮帶機、折返皮帶機、轉(zhuǎn)渣皮帶機四部分構(gòu)成，如圖1所示。主驅(qū)動電機為2個200kW電機，井口段傾斜角度為12°，最大出碴能力為1200t/h。

圖1 連續(xù)皮帶出渣系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

橫移皮帶機將盾構(gòu)機上皮帶機輸送的渣土橫移到連續(xù)皮帶機上，其帶寬為1000mm，主要由機架、皮帶、托輥、驅(qū)動裝置、張緊裝置、改向滾筒和卸料斗等組成。

連續(xù)皮帶機將隧道內(nèi)的渣土連續(xù)輸送到井口，由驅(qū)動裝置、儲帶倉、張緊裝置、張緊移動架、硫化平臺、卸料裝置、托輥、托輥架、隧道支架、洞口抬升架、中間卸料裝置、人行通道、延伸裝置、車站支腿、輸送帶等組成。

折返皮帶機將連續(xù)皮帶機輸送的渣土折返到車站端頭，由驅(qū)動裝置、拉緊裝置、卸載裝置、托輥、托輥架、接料段、輸送帶等組成。

轉(zhuǎn)渣皮帶機將折返皮帶機輸送的渣土轉(zhuǎn)到車站側(cè)面的渣土坑，由驅(qū)動裝置、拉緊裝置、卸載裝置、托輥、托輥架、接料段、輸送帶等組成。

3 主要問題及防治措施

在連續(xù)皮帶輸送系統(tǒng)試運行期間，主要出現(xiàn)了以下問題：

1)皮帶跑偏。造成輸送帶跑偏現(xiàn)象的主要原因可以從初始安裝和運輸過程兩個角度考慮[5]。皮帶跑偏是最常出現(xiàn)的故障，主要有驅(qū)動滾筒或卸載滾筒處跑偏、改向滾筒處跑偏、中間皮帶架處跑偏等。調(diào)整方法依次是調(diào)節(jié)固定滾筒軸的絲桿螺栓、調(diào)節(jié)固定滾筒軸承座的螺栓、調(diào)節(jié)托輥角度，如圖2所示。

圖2 不同部位皮帶跑偏情況

以調(diào)節(jié)皮帶架上的皮帶跑偏為例。正常情況下托輥按水平擺放，與皮帶運動方向成垂直角度。若皮帶向左跑偏，想讓皮帶向右調(diào)整，需調(diào)節(jié)托輥與皮帶運動方向右側(cè)形成小夾角；反之，向相反的方向調(diào)整托輥。

在調(diào)偏時，先調(diào)整托輥角度，且需在跑偏的皮帶架之前的托輥處開始調(diào)整，根據(jù)皮帶跑偏距離選擇調(diào)整托輥的數(shù)量，這樣效果較好，節(jié)約工作時間。若調(diào)整托輥沒有達到調(diào)偏效果，可調(diào)節(jié)托輥支架，增大調(diào)整角度。若仍不見效，可調(diào)整皮帶支架水平度，讓皮帶支架朝需調(diào)整的方向傾斜。

此外，采用擋邊棍代替托輥，加裝在皮帶進入驅(qū)動滾筒、改向滾筒的前方，更可有效防止皮帶跑偏，如圖3所示。在現(xiàn)場改裝了多組擋邊棍，效果顯著，保障了皮帶在儲帶倉中的平穩(wěn)運行。

圖3 現(xiàn)場加裝的擋邊棍

2)濺泥、掉渣。渣土由螺旋機出土口排出后，經(jīng)過橫移皮帶機、隧道中間卸料裝置、折返皮帶、轉(zhuǎn)渣皮帶多次傳遞，在卸料斗處，因為高差，泥巴極易四濺。為保持隧道與設(shè)備的清潔，減少清理工作量，在每個卸料斗處針對性加裝了擋泥板、防塵簾，防止濺泥。皮帶跑偏時，會造成皮帶架上皮帶一邊高、一邊低，渣土容易從低的一側(cè)掉落，需及時調(diào)偏。在中間卸料裝置與主驅(qū)動滾筒處，因為渣土易堆積，針對性加大了接料斗。

3)卸料斗堵塞。盾構(gòu)機在黏土地層中掘進時，經(jīng)常出現(xiàn)大土塊堵塞卸料口的情況，需停機人工清理疏通，快則15分鐘，慢則1-2小時，影響進度，見圖4。通過觀察與分析，卸料斗堵塞的主要原因如下：渣土太干，在卸料裝置處不易被皮帶帶走，造成堆積堵塞；卸料斗出口太小，出現(xiàn)大土塊時，卡在出土口，后續(xù)渣土無法通過，造成堵塞。

圖4 不同部位堵塞情況

針對以上問題采取如下措施：在卸料裝置處增加水管噴水，濕潤渣土、潤滑皮帶，提升渣土流動性；在斗壁上貼膠皮，減小渣土與斗壁的摩擦系數(shù)。有針對性地對折返皮帶驅(qū)動端、中間卸料裝置與橫移皮帶機的卸料斗進行改造、加大，改造前后的構(gòu)造如圖5所示。

圖5 卸料斗堵塞問題處理

4)皮帶打滑。其間出現(xiàn)了折返皮帶打滑停機與主驅(qū)動滾筒驅(qū)動轉(zhuǎn)矩相差過大停機。折返皮帶運行一段時間后，下托輥沾上泥巴，皮帶運行速度減小，當(dāng)運行速度與電機輸出速度相差大于0.5m/s并超過10s時，便會造成皮帶機停機。此外，為增加驅(qū)動滾筒與皮帶的摩擦力，滾筒上鑲嵌了一道道陶瓷片，下皮帶上的泥巴會殘留在陶瓷片間；當(dāng)上驅(qū)動滾筒陶瓷片間積攢了泥，與皮帶間摩擦力會減?。ù蚧?，為保持皮帶轉(zhuǎn)速，驅(qū)動滾筒輸出轉(zhuǎn)矩會增大；當(dāng)上下兩個驅(qū)動滾筒輸出轉(zhuǎn)矩相差超過30%時，系統(tǒng)會報錯，從而導(dǎo)致停機。

針對以上問題采取如下措施：拉緊皮帶，沖洗下托輥、滾筒。在上驅(qū)動滾筒與皮帶間增加一根固定沖洗水管，皮帶運行時自動沖洗滾筒；在隧道內(nèi)中間卸料裝置底部皮帶處增加一條刮泥板，清除下皮帶的泥巴；當(dāng)上驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)矩較正常情況下增加約20%時，人工沖洗一遍上下驅(qū)動滾筒。

4 盾構(gòu)機出渣渣土的改良

卸料斗堵塞是黏土地層中影響連續(xù)皮帶機運行、造成施工生產(chǎn)停滯的最大因素。在增大皮帶機各卸料斗出口、增加大土塊通過率、完善連續(xù)皮帶機性能的同時，需積極改良渣土。通過限制掘進速度，調(diào)整掘進參數(shù)，保證渣土均勻、連續(xù)排出，避免堵塞掉渣，從而發(fā)揮連續(xù)皮帶機的最大性能。在皮帶機試運行期間，針對黏土地層與連續(xù)皮帶機結(jié)構(gòu)特性，總結(jié)如下盾構(gòu)機掘進參數(shù)和方法：

1)總推力控制在34000kN左右；速度控制在35mm/min以內(nèi)；推進時刀盤轉(zhuǎn)速2.2r/min。

2)泡沫原液比例由2%調(diào)整為3%；泡沫注入量加到最大，同時打開土倉兩路注水閥。

3)停機前以3.0r/min轉(zhuǎn)速高速轉(zhuǎn)刀盤增加對土倉渣土的攪拌；停機拼管片時，多往土倉注水。

4)將刀盤中心兩路泡沫管改用兩個膨潤土泵分別注水。

5)合理使用分散型泡沫劑，增加渣土改良效果。

通過對卸料斗的改造、渣土的改良，有效根治了卸料斗堵塞現(xiàn)象，大大減少了盾構(gòu)機停機時間，每個工班掘進環(huán)數(shù)由開始的2-3環(huán)增加至4-5環(huán)，提升了施工生產(chǎn)效率。

5 結(jié)論

連續(xù)皮帶輸送系統(tǒng)是國產(chǎn)連續(xù)皮帶機在莫斯科地鐵大直徑盾構(gòu)隧道施工中的首次運用。結(jié)合施工現(xiàn)場工況，針對皮帶機皮帶跑偏、濺泥、掉渣、卸料斗堵塞以及皮帶打滑等問題進行分析，有效提高了連續(xù)皮帶機運行的穩(wěn)定性；通過調(diào)整盾構(gòu)機掘進參數(shù)、渣土改良劑的參數(shù)及卸料裝置、泡沫管、膨潤土泵等輔助設(shè)備的施工工藝，整體提升了施工生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。