云強(qiáng) 程先起 蔣應(yīng)省 吳志通 李大鵬 陳學(xué)冬 邵麟博

長(zhǎng)距離盾構(gòu)施工對(duì)水平和垂直運(yùn)輸要求高，傳統(tǒng)龍門(mén)吊的垂直出渣方式易制約盾構(gòu)施工效率，而波紋擋邊垂直出渣皮帶機(jī)則具有連續(xù)高效提升渣土的優(yōu)點(diǎn)。以廣州地鐵22號(hào)線祈福站-中間風(fēng)井區(qū)間隧道工程為背景，對(duì)波紋擋邊垂直出渣皮帶機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、技術(shù)參數(shù)和操作要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)闡述和分析。應(yīng)用實(shí)踐表明：波紋擋邊垂直出渣皮帶機(jī)能有效解決門(mén)式起重機(jī)垂直出渣時(shí)的渣土粘斗、文明施工差、掉渣嚴(yán)重的問(wèn)題，大幅度提高輸送效率和盾構(gòu)推進(jìn)速度，縮短施工周期，具有重要的推廣價(jià)值和廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。

盾構(gòu)隧道； 隧道施工; 垂直運(yùn)輸; 皮帶機(jī)

TH222 B

［定稿日期］2021-12-29

［作者簡(jiǎn)介］云強(qiáng)（1989—），男，本科，工程師，主要從事城市軌道交通建設(shè)與管理工作。

隨著盾構(gòu)機(jī)及TBM被廣泛地應(yīng)用于城市軌道交通隧道，其配套的皮帶機(jī)連續(xù)出渣系統(tǒng)也成為工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［1-2］，可連續(xù)運(yùn)行的皮帶機(jī)出渣系統(tǒng)逐漸成為盾構(gòu)隧道的首選出渣方式［3-5］。隨著動(dòng)態(tài)分析、變頻啟動(dòng)、變頻張緊、中間驅(qū)動(dòng)、高效輸送等高新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，TBM隧道配套的皮帶機(jī)連續(xù)出渣系統(tǒng)已趨于成熟，地鐵盾構(gòu)隧道配套皮帶機(jī)囿于輸送物料的限制，還有諸多技術(shù)問(wèn)題尚未得到有效解決。

1 工程概況

如圖1所示，廣州市軌道交通22號(hào)線祈福站-中間風(fēng)井區(qū)間位于番禺區(qū)境內(nèi)，線路大致呈東西走向。區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法開(kāi)挖，開(kāi)挖直徑為8.85 m，盾構(gòu)機(jī)由中間風(fēng)井始發(fā)，沿興業(yè)大道向東掘進(jìn)，隨即下穿勝石涌、鐘二村建筑群，再穿越廣明高速祈福隧道、市廣路后到達(dá)在祈福站接收。

祈福站—中間風(fēng)井區(qū)間隧道全長(zhǎng)4 019.5 m（YCK41+991.4～YCK46+010.9），埋深11.3～26.9 m，隧道穿越地層較為復(fù)雜，主要為雜填土、淤泥質(zhì)土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、全—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。管片幅寬1.6 m，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，盾構(gòu)機(jī)出土量為98.37 m3/環(huán)（實(shí)方），按渣土容重2 t/m3計(jì)算，盾構(gòu)實(shí)際最大出渣量可達(dá)590.25 t/環(huán)。

2 長(zhǎng)距離渣土運(yùn)輸挑戰(zhàn)與解決方案

長(zhǎng)距離復(fù)雜地層中實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)高效掘進(jìn)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［6-7］。首先，圍巖性質(zhì)變化范圍大，在不同地層中需優(yōu)化施工參數(shù)，尤其在長(zhǎng)距離上軟下硬復(fù)合地層中，掘削斷面內(nèi)地層性質(zhì)的巨大差異對(duì)施工控制要求高。同時(shí)，長(zhǎng)距離施工對(duì)洞內(nèi)施工運(yùn)輸組織要求高。目前直徑8 m左右盾構(gòu)隧道采用的運(yùn)輸方式主要有2種，一是皮帶加軌道運(yùn)輸，另一種是軌道運(yùn)輸。皮帶加軌道運(yùn)輸，隧道文明施工差，軌道運(yùn)輸安全隱患多，軌道基本被泡在泥水當(dāng)中，輪對(duì)侵害較為嚴(yán)重，一次性投入高等問(wèn)題。單純軌道運(yùn)輸，要考慮大斷面、大方量出渣帶來(lái)的運(yùn)力不足，隧道掘進(jìn)較長(zhǎng)距離后，運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng)（超過(guò)2.5 km，一次運(yùn)輸需要1 h）等問(wèn)題。因此，祈福站—中間風(fēng)井區(qū)間采用波紋擋邊垂直出渣皮帶機(jī)作為渣土的垂直運(yùn)輸方式，洞內(nèi)渣土的水平運(yùn)輸方式為連續(xù)皮帶機(jī)運(yùn)輸，以提升出渣效率，節(jié)省施工工期。

3 垂直出渣皮帶機(jī)的結(jié)構(gòu)及操作要點(diǎn)

3.1 垂直出渣皮帶機(jī)的結(jié)構(gòu)

如圖2和圖3所示，波紋擋邊式垂直出渣皮帶機(jī)可分為牽引皮帶和支撐皮帶2個(gè)部分，2個(gè)部分皮帶機(jī)的運(yùn)行均由電控系統(tǒng)控制。牽引皮帶使用的是一種特殊結(jié)構(gòu)的擋邊輸送帶，而支撐皮帶則采用普通平皮帶，支撐皮帶與牽引皮帶采用嵌套的方式連接，連接后可在重疊區(qū)段形成用于運(yùn)輸渣土的槽斗。

3.1.1? 牽引皮帶的組成

牽引皮帶由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、擋邊帶、機(jī)架（水平機(jī)身段、凸弧段、井下落渣段等）、張緊裝置、清掃裝置、防跑偏擋輥等組成。

3.1.2 支撐皮帶的組成

支撐皮帶由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、平皮帶、機(jī)架、張緊裝置、清洗裝置、防跑偏擋輥等組成。部分機(jī)架與牽引皮帶共用。

波紋擋邊垂直出渣皮帶機(jī)工作時(shí)，擋邊皮帶在牽引皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)下做閉環(huán)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，于此同時(shí)，平皮帶在支撐皮帶機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)下與擋邊皮帶同步轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)轉(zhuǎn)期間，擋邊皮帶與支撐皮帶的重疊區(qū)間形成的槽斗將渣土由地下隧道提升至地面。當(dāng)渣土經(jīng)過(guò)支撐皮帶的驅(qū)動(dòng)滾筒后，擋邊皮帶仍繼續(xù)向前運(yùn)行而支撐皮帶則逆向向后運(yùn)行，重合區(qū)段形成的槽斗底部將失去支撐皮帶的支撐作用，渣土在自重的作用下落至渣池（或其他運(yùn)輸設(shè)備內(nèi)）。波紋擋邊垂直出渣皮帶機(jī)具體參數(shù)如表1所示。

3.2 垂直出渣皮帶機(jī)的安裝步驟

安裝前準(zhǔn)備工作：

（1）垂直出渣皮帶機(jī)經(jīng)設(shè)備驗(yàn)收后才能進(jìn)行安裝，安裝的技術(shù)要求應(yīng)參照GB 50231-2009《機(jī)械設(shè)備安裝工程施工和驗(yàn)收通用規(guī)范》執(zhí)行。

（2）安裝前應(yīng)熟悉技術(shù)要求和圖紙要求，依據(jù)圖紙對(duì)垂直皮帶機(jī)的基礎(chǔ)尺寸、平面精度等方面進(jìn)行檢查。

（3）以裝配圖及裝箱清單為依據(jù)，核對(duì)垂直出渣皮帶機(jī)的零部件數(shù)量。

（4）依照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，了解熟悉整機(jī)、配件及外購(gòu)件的技術(shù)要求、安裝注意事項(xiàng)及調(diào)試方法。

安裝垂直出渣皮帶機(jī)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)核驗(yàn)提升皮帶機(jī)的安裝中心以及機(jī)頭的安裝位置，并進(jìn)行醒目的標(biāo)識(shí)；隨即將安裝施工區(qū)域的雜物的清理干凈，預(yù)留足夠的安裝空間；然后根據(jù)安裝順序?qū)⒋怪背鲈C(jī)的各部件運(yùn)送至安裝點(diǎn)；最后根據(jù)設(shè)計(jì)安裝總圖的要求，按順序安裝各部件即可。

以廣州市軌道交通22號(hào)線祈福站—中間風(fēng)井區(qū)間垂直出渣皮帶機(jī)的安裝為例，垂直出渣皮帶機(jī)的安裝步驟：施工準(zhǔn)備—設(shè)備基礎(chǔ)檢查驗(yàn)收—標(biāo)注中心線各標(biāo)點(diǎn)和標(biāo)高點(diǎn)—安裝地面平臺(tái)部分（包括各滾筒架）—安裝地下機(jī)架及平臺(tái)（包括各滾筒架）—安裝洞壁主梁—安裝膠帶（閉環(huán)）—安裝驅(qū)動(dòng)滾筒、機(jī)尾滾筒—安裝凸弧段—安裝上分支托輥、滑條、改向滾筒—安裝下托輥—調(diào)整膠帶—安裝隔板—安裝吸附裝置、擋輥及輔助部件等—最終調(diào)整—試車(chē)。

3.3 垂直出渣皮帶機(jī)的技術(shù)要點(diǎn)

（1）清渣方面：采取復(fù)合膠帶提升方式，屬首次應(yīng)用，需解決膠帶存渣及清洗問(wèn)題，以避免渣料的回帶。

（2）安全方面：應(yīng)選擇可靠的膠帶，計(jì)算合理安全系數(shù)防止斷帶，采取措施防止墜物，增設(shè)防護(hù)板或防護(hù)欄桿，防止物料灑落。

（3）控制方面：盾構(gòu)、垂直出渣皮帶機(jī)等實(shí)現(xiàn)集中聯(lián)動(dòng)控制。

（4）輸送能力方面：考慮充足的輸送能力，防止井底堆料。

（5）受料段設(shè)計(jì)方面：采用兩通方式，便于檢修和維護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

垂直出渣皮帶機(jī)的垂直提升轉(zhuǎn)載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)載次數(shù)較少。波紋擋邊垂直出渣皮帶機(jī)突破了傳統(tǒng)門(mén)式起重機(jī)的垂直出渣模式，解決了門(mén)式起重機(jī)垂直出渣時(shí)的渣土粘斗、文明施工差、掉渣嚴(yán)重的難題，大幅度提高輸送效率和盾構(gòu)推進(jìn)速度，縮短施工周期，具有重要的推廣價(jià)值和廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。

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