连续皮带机配套盾构出渣的设计与施工

杨 志 先， 陈 丽 娟， 夏 莹

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

连续皮带机配套盾构出渣的设计与施工

杨 志 先， 陈 丽 娟， 夏 莹

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

以成都轨道交通18号世～海区间为例，结合长大隧道出渣经验，对出渣效率等方面进行综合对比后选择盾构施工配套出渣方式以及皮带机输送能力等方面进行了阐述，介绍了连续皮带机系统的组成及布置、运行维护、使用过程中需要注意的问题等，实现了连续皮带机系统与盾构设备的有效结合，确保了拥有良好施工环境的同时，充分发挥了盾构高效施工的特点。

连续皮带机；长大隧道；盾构施工；出渣技术

1 概 述

市域快线在新型城镇化发展过程中具有集约高效、造价适中、运营组织灵活等优势，其轨道交通能够提供更便捷、直达性更强的服务。市域快线施工期间，大直径盾构掘进技术在工程项目施工中的应用越来越多，而伴随盾构法而来的盾构有效出土问题广泛地被提出，其配套的出渣设备对施工条件的适应性、技术工艺的研究和提高具有较高的价值。笔者对连续皮带机配套盾构出渣技术进行了探讨，旨在为类似工程施工提供借鉴。

成都轨道交通18号线是连接成都天府国际机场的轨道交通线路，也是天府新区连接主城区并提供快速服务功能的主要通道，是集市域快线与机场专线为一体的复合功能线。线路沿天府大道东侧往南敷设至博览城，折向东南方向沿天府新区规划道路至合江镇，之后穿越龙泉山、经第二绕城高速公路后沿空港城规划道路至成都天府国际机场。一期工程为火车南站～天府新站(含龙泉山隧道)，线路长约41.08 km，设7座车站(均为地下站)，平均站间距为4.84 km。设计时速140 km/h。管片外径8.3 m，管片内径7.5 m。18号线一期工程土建2标工程范围包含三站两区间，区间全长15 084单延米，区间全部采用盾构法施工，盾构刀盘直径为8 630 mm。其中世纪城站～海昌路站区间长度为6 100 m(双延米)。为解决长大隧道出渣等问题，结合现场实际情况并经技术及经济论证，该区间计划采用连续皮带机出渣。

2 出渣方式的选择

盾构施工可采用两种出渣方式：一是轨道电瓶车出渣，二是皮带机连续出渣。两种出渣方式各具特点。结合该工程特点、周边环境及对运输方案的比较，该工程世～海区间长大区间隧道拟采用连续皮带机配套盾构出渣方案。运输方案功效比较情况见表1。

表1 运输方案功效比较表

3 连续皮带机参数的选择

为确保大直径盾构与连续皮带机配套出渣的有效结合，需根据该工程区间隧道断面及地质条件选择合理的连续皮带机参数，以保证出渣能力满足需求(表2)。

3.1 皮带机输送能力的选择

在额定掘进速率时的输送能力：

P额=1.8×1 000×4.8×58.3×1.4=705(t/h)

在最大掘进速率时的输送能力：

P额=1.8×1 000×6×58.3×1.4=881(t/h)

表2 盾构机设计的掘进速度和渣土参数表

3.2 皮带机带速的选择

根据类似工程施工经验，皮带机带速一般不超过3 m/s，若太大，易造成托辊损坏，太小则将影响出渣效率，一般选定皮带机带速为2～3 m/s，初步设计为2.5 m/s。

3.3 皮带机带宽的选择

根据断面面积、渣土松散系数及最大掘进速率确定最大掘进速率时的出渣量为：

Q=58.3×6×1.4=489.72(m3/h)

=0.136 m3/s

单位时间皮带机上渣土的面积为：

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

皮带机运行时，因自身振动影响，渣土在皮带机上呈倒梯形，渣土上表面的线性长度为L1，根据以上条件，按图1计算皮带带宽L。

图1 连续皮带机横断面示意图(单位：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：当托辊角度设置为37.5°时，计算出[L≈950 mm。

皮带机带宽实际加工制作时取整数，因此，皮带机带宽选择为1 000 mm。

3.4 皮带机带厚的选择

由于区间渣土为中长距离运输，对皮带质量要求较高，主要体现在皮带的耐磨性和皮带的弹性要求，因此，大直径盾构多采用高强度和带钢丝绳的皮带。皮带的结构包括上盖胶、下盖胶及钢丝绳。钢丝绳的作用是承受较大的负载，保持皮带的整体性，同时保持皮带的“硬度”，减小皮带受拉后的伸长率。选择钢丝绳主要是根据皮带的总长度及张紧力，根据厂家提供的参数项目部最终确定选择直径3 mm的钢丝绳。皮带中上盖胶较厚，运行时作为工作面可以承受耐磨和较大程度的冲击载荷，因此，其厚度按照皮带机厂家提供的参数选择为5 mm。下盖胶不是工作面，耐磨要求低，根据相关经验确定下盖胶厚度为4 mm。

最终确定的皮带厚度为12 mm。

4 连续皮带机的组成及布置

4.1 连续皮带机的组成

连续皮带机是长距离、大功率的大型可伸缩带式输送机，主要用于长大隧道的快速出渣。主要由皮带驱动装置、皮带硫化装置、皮带存储及张紧装置、皮带架延伸装置组成(图2、3)。

4.2 连续皮带机的布置

(1)连续皮带机整体布置情况。结合18号线海昌路站车站结构、站位及周边环境，区间左右线皮带机出洞后沿车站结构侧墙顺向布置，出洞2 m后开始布设皮带机储带仓、张紧装置、硫化装置，根据实际演算，132 m的车站结构段满足布设要求。

(2)隧道内皮带机布置情况。由于受到后期联络通道施工影响，隧道内连续皮带机考虑布置在两条隧道的外侧，即左线布置在3点位，右线布置在9点位，皮带机在隧道内的固定方式为链条悬挂。

(3)顶板皮带机布置情况。由于受皮带机自身结构尺寸、转弯半径和车站顶板临建设施和施工设备的限制，转载皮带机以7°的偏角和7°的爬升角上升到顶板，顺向延伸到渣土堆放场地，需要在顶板开设两个预留孔，其尺寸为：长×宽=15 m×4.5 m。

5 连续皮带机系统的运行、维护及管理

5.1 连续皮带机系统的运行

图2 皮带机结构图

图3 皮带架延伸装置图

(1)连续皮带机系统的启动顺序。连续皮带机系统的启动顺序为布料机、转渣皮带机、连续皮带机、主机皮带机, 停机顺序与其相反。启动时首先布料机运转, 紧接着转渣皮带机依次运转, 这样实施可以保证前一级皮带输出的石渣能够连续输出, 防止发生石渣堆积情况，连续皮带机启动顺序见图4。

图4 连续皮带机启动顺序流程图

(2)连续皮带机系统的施工流程。连续皮带机系统的施工流程见图5。

(3)连续皮带机托架的延伸。随着盾构机的不断向前掘进, 皮带机托架及皮带均需不断地向前延伸以满足出渣要求。连续皮带机的前端从动滚筒固定于盾构机后配套的尾部拖车上, 其末端用一卷扬机张紧。掘进时，当拖车的牵引力达到设定值时卷扬机就会转动皮带, 随着掘进机的前进, 皮带不断延伸, 这时需在主机皮带机与连续皮带机接头处的洞壁上搭接皮带机托架。

图5 连续皮带机系统施工流程图

(4)皮带的储存。连续皮带机系统设有皮带储存装置, 每次可存600 m, 皮带可随盾构机的掘进自动释放。

(5)连续皮带的硫化续接。皮带储存区的储存能力有限, 平时用的是每次可存600 m 的储存区。当掘进长度达到300 m 时, 皮带储存区的皮带几乎用尽, 需要对皮带进行续接, 即皮带的硫化。硫化皮带时将连续皮带的张紧装置放松, 在硫化区的某一处将原皮带割断, 将新续的皮带与其对接, 然后加热硫化使接头牢固地结合在一起。将新续的皮带存储到储存区内, 从而完成皮带续接,皮带硫化最快6 h可以完成。

(6)连续皮带机的张紧装置。为了保证连续皮带动力传送顺畅, 实现连续出渣,必须保证各级皮带处于张紧状态。因各级皮带特点不同, 其张紧方式亦有所不同, 主机皮带机用液压油缸进行张紧或放松；连续皮带机由置于皮带储存区后面的卷扬机张紧。

5.2 连续皮带机系统的维护

连续皮带机作为一种先进的机械设备, 因安装及使用过程中的磨损会出现各种问题, 若不及时处理，将导致皮带割裂而造成重大损失。

(1)滚筒错位：在安装皮带机支架时需用水准尺等确保支架水平且位于同一高度，支架左右两边衔接对齐，避免皮带跑偏，防止皮带刮烂事故的发生。

(2)托辊损坏：维保人员坚持做好日常保养工作，做好清泥、清渣、润滑工作，防止托辊损坏造成皮带刮烂事故的发生。

(3)皮带支架的固定：安装精准、每隔100 m 安装1个剪刀叉, 经常检查矫正，防止皮带支架受力不均垮塌。

5.3 连续皮带机施工人员的组成

每次皮带机储带仓的皮带用完后，由主操作手组织人员负责对皮带进行硫化续接，其他人负责配合，当皮带续接完成后由主操作手组织本班组人员对皮带机进行巡查、维修，以保证皮带机的正常运转(表3)。

6 所采取的有针对性的设计及解决方法

(1)皮带跑偏。连续皮带机与拖车连接的移动尾端具有调整皮带机尾部滚筒上下、左右及倾斜功能，能够快速调整皮带跑偏。

(2)托架快速安装。在台车上设置的皮带托架安装装置可以安全、快速的安装皮带托架，该装置采用机械式移动伸缩结构，可以精准的定位皮带托架。

表3 连续皮带机施工人员配置表

(3)曲线皮带调偏。针对该标段存在的曲线转弯段，采用自动调偏托辊组，能够根据皮带跑偏情况自行调整皮带跑偏。

(4)防水防渣托辊。托辊的好坏影响皮带输送机的功率，磨损严重时会造成皮带大面积划伤。该项目皮带机采用国际知名品牌托辊厂家生产的托辊，性能高、密封效果好，能够有效防止泥浆进入托辊，进而保证皮带机的正常运转。经盾构工况验证，其使用情况非常好，正常使用情况下，托辊寿命达10 000 h。

(5)刮渣清洗。由于盾构所出的渣粘性强，容易粘结在皮带上，因此而增加了刮泥清洗装置，以使皮带顺畅运转，减少了残渣对皮带及托辊的磨损，保证了盾构施工的顺利出渣。

(6)渣土改良。该盾构区间主要为泥岩地层，局部存在砂卵石地层，掘进渣土较稀，不利于渣土外运，施工时考虑布置渣土改良装置，采用聚合物等材料，使渣土呈现良好的流塑性。

(7)托辊角度、托辊间距的设置。根据以往隧道连续皮带机的运用情况，托辊角度一般设置为30°，托辊间距一般设置为1.5～3.5 m。我们针对该项目施工区间较长等特点，考虑到皮带张力及漏渣的影响，将托辊间距设置为2.5 m，托辊角度设置为37.5°，在同等宽度的皮带下，此间距及角度的托辊设置可以增大皮带的输送能力，减小皮带的漏渣情况。

(8)皮带机连锁监控。皮带机的急停系统与盾构机的螺旋输送机控制系统连锁，在拉绳开关动作时可以迅速的停止螺旋输送机及皮带机系统的运行。驱动控制柜上设置有可操作指示的触摸屏，可以用来监视皮带速度、打滑检测、跑偏检测以及各个运行状态的显示。

连续皮带机控制系统采用PLC实现，与盾构机的控制系统进行总线连接并将连续皮带机的信息等状态显示在盾构机控制室内。

7 结 语

笔者通过18号线世～海区间盾构区间的施工，结合车站结构、地质条件、周边环境等施工条件进行了有针对性的设计，系统讨论了连续皮带机配套盾构出渣技术，大大促进了盾构施工技术的发展。连续皮带机出渣作为盾构配套出渣系统新技术将不断地在城市轨道交通长大隧道盾构施工中得到应用，其高效的出渣效率、低廉的维护成本将不断促进其发展。

TV7;TV53;TV52

B

1001-2184(2017)06-0059-04

2017-10-24

杨志先(1978-)，男，山东菏泽人，高级工程师，从事地铁施工技术与管理工作；

陈丽娟(1983-)，女，四川犍为人，助理工程师，从事地铁施工技术与管理工作；

夏 莹(1990-)，男，湖北襄阳人，助理工程师，从事地铁施工技术与管理工作.

李燕辉)

《抽水蓄能电站设计规范》送审稿通过审查

2017年8月23～25日，水电水利规划设计总院在北京组织召开了《抽水蓄能电站设计规范》(以下简称《规范》)送审稿审查会。会议由科技标准部副主任工程师杜刚主持，能源行业水电勘测设计标准化技术委员会委员、水电规划设计总院副总工程师党林才担任审查专家组组长。中国长江三峡集团公司、广东省水利水电规划勘测设计研究院、中国电建集团华东、西北、中南、成都、昆明、贵阳、北京勘测设计研究院有限公司、国网新源控股有限公司、南网调峰调频发电公司等单位的委员、专家和代表参加了会议。

审查会上，专家和代表们听取了编制组关于本规范编制情况和主要内容的汇报，与会专家对本规范逐章逐条认真审查。审查认为，编制组提交审查的技术文件齐全，编制依据充分。格式规范，逻辑严谨，结构清晰，用词简明，规定明确，与国内相关标准相协调，具有可操作性，符合《工程建设标准编写规定》(建标〔2008〕182号)规定。会议一致同意《规范》送审稿通过审查。会议要求编制组根据本次审查会议意见，对《规范》送审稿进一步修改完善，形成报批稿，尽早报国家能源局批准发布实施。

根据国家能源局《关于下达2012年第一批能源领域行业标准(修)订计划的通知》(国能科技〔2012〕83号文的要求，以中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司为主编单位，国网新源控股有限公司、南网调峰调频发电公司为参编单位，共同承担了《规范》的修编工作。

2012年12月，水电水利规划设计总院在北京组织召开了《规范》修编工作大纲的评审会，根据评审意见，编制组于2015年12月完成了《规范》的征求意见稿，广泛征求各方意见，收到意见250条，采纳134条。2016年11月28～30日，北京院组织召开了《规范》送审稿讨论会，与会专家对《导则》逐章逐条进行了讨论。编制组根据会议讨论意见和反馈意见，对《规范》进行了修改、补充和完善。