云強(qiáng) 程先起 蔣應(yīng)省 吳志通 李大鵬 陳學(xué)冬 邵麟博
長距離盾構(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。
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)法開挖,開挖直徑為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 長距離渣土運(yùn)輸挑戰(zhàn)與解決方案
長距離復(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,一次性投入高等問題。單純軌道運(yùn)輸,要考慮大斷面、大方量出渣帶來的運(yùn)力不足,隧道掘進(jìn)較長距離后,運(yùn)輸時(shí)間長(超過2.5 km,一次運(yùn)輸需要1 h)等問題。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)品說明書,了解熟悉整機(jī)、配件及外購件的技術(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。
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
垂直出渣皮帶機(jī)的垂直提升轉(zhuǎn)載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,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)門式起重機(jī)的垂直出渣模式,解決了門式起重機(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。
參考文獻(xiàn)
[1] 梁雪松. 復(fù)合提升皮帶機(jī)在軌道交通施工應(yīng)用探討[J]. 低碳世界, 2019, 9(3): 236-237.
[2] 張萬照, 曹保利, 何占江,等. 立式皮帶機(jī)垂直提升出渣技術(shù)在大型暗挖地鐵車站中的應(yīng)用[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì), 2019(8): 98-100.
[3] 齊夢學(xué), 車新寧, 李秀云. 復(fù)合式大傾角皮帶機(jī)在地鐵施工中的應(yīng)用[J]. 隧道建設(shè)(中英文), 2019, 39(9): 1530-1536.
[4] 沙立中. EPB施工用新型垂直皮帶機(jī)的研究及實(shí)踐[J]. 國防交通工程與技術(shù), 2019, 17(6): 57-60+64.
[5] 楊永剛. 復(fù)合式波紋擋邊皮帶機(jī)在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用[J]. 鐵道建筑技術(shù), 2020(2): 93-95+119.
[6] 鄭鵬飛, 郭治岳, 陳文宇, 等. 泥巖和砂卵石交互地層盾構(gòu)施工參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 四川建筑, 2021, 41(1): 119-122.
[7] 李學(xué)軍. 土壓盾構(gòu)穿越復(fù)合地層技術(shù)[J]. 四川建筑, 2019, 39(5): 100-101+103.