隧道渣土垂直提升系统分析研究

姚光辉　黄接喜　宋志杰

摘 要：针对城市地铁隧道盾构掘进过程中出渣问题，介绍当前存在的波状挡边输送机出渣工艺和高倾角压带式输送机出渣工艺机设备，并对两种垂直提升系统在隧道施工中应用进行分析研究。工程实际应用表明，高倾角压带式输送机在城市隧道文明施工中较好地解决了粘性渣土清扫问题，在隧道渣土垂直提升中优势更加明显，更有利于促进我国隧道施工工法改进，对隧道渣土垂直提升有一定的借鉴意义。

关键词：地铁隧道;垂直提升;波状挡边;压带式;

Study on Vertical Lifting System of Tunnel Materials

YAO Guanghui HUANG Jiexi SONG Zhijie*

（JZCreation Heavy Industry Co.， Ltd， Jiaozuo， Henan Province， 454000 China）

Abstract： Aiming at the problem of slag discharge during shield tunneling of urban subway tunnel， this paper introduces the existing slag discharge technology of corrugated edge conveyor and high inclination pressure belt conveyor， and analyzes the application of two kinds of vertical lifting systems in tunnel construction. Through the practical application of the project， it shows that the high inclination pressure belt conveyor in the civilized construction of urban tunnel can better solve the cleaning problem of viscous slag， and has more obvious advantages in the vertical lifting of tunnel slag， which is more conducive to promoting the improvement of tunnel construction method in China， and has certain reference significance for the vertical lifting of tunnel slag.

Key Word： Tunnel; Vertical lifting conveyor; Corrugated edge conveyor; Sandwich conveyor

0 引言

随着我国城市地铁、轻轨、高铁等轨道交通工程的大规模建设，掘进机、盾构机等重大技术装备广泛应用隧道工程越来越多^【10】。隧道工程建设中，施工作业空间狭窄，且施工设备等各方面条件有诸多限制，施工环境恶劣导致效率难以提高，这已经成为隧道建设及城市轨道交通发展的主要制約因素，只有在施工工艺及施工装备方面有所改进和突破，才能符合现代工程施工的节奏。在隧道掘进连续出渣方面，目前多采用有轨电车、龙门吊出渣，出渣过程中多出现不连续和交叉作业问题，尤其针对隧道掘进过程中竖井渣土垂直提升是目前亟待解决的问题。

1 渣土垂直提升方案确定

由于施工空间有限，在隧道施工过程中如何提升带式输送机的倾角的研究一直在不断探索。带式输送机输送机作为通用设备广泛应用与散料输送领域，散料的输送物料取决于物料和输送带之间的摩擦力，如果要实现物料的大倾角输送，就必须增大物料与物料以及物料与胶带之间的摩擦力^【4】。垂直提升输送设备目前由管状带式输送机、斗提机、刮板机、波状挡边带式输送机、压带式输送机等，在某种程度下几乎都可以输送散状物料， 但对于隧道渣土垂直提升，需要满足隧道工程现场狭小的施工环境和地下粘性渣土运输工艺要求。

根据地铁工地渣土土质的调研和盾构机工作特点，对上述几种输送机械设备综合分析，管状带式输送机的输送带由平形转变为圆管状以及由水平转变为垂直需要较长的过渡段， 无法满足隧道狭小的空间要求;刮板链式输送机在垂直段会掉料， 若使其成为全封闭运输， 则所需电机功率将成倍增加;而斗提机运输需要一个料仓来实现装载，且提升高度和清扫难度大，这在隧道中难以实现^【10】。波状挡边带式输送机和压带式输送机在国内外隧道施工中目前已存在广泛应用。

2波状挡边带式输送机

2.1工作原理

波状挡边带式输送机胶带由基带、波纹挡边及横隔板组成^【6】。垂直提升过程中将物料放置在一个个隔板中，从而实现物料大倾角运输。

2.1结构特点

波状带式输送机最大的特点是胶带，与传统带式输送机相比，由于胶带由隔板和裙边组成，需要采用特殊的清扫装置、改向压轮，同时波状挡边输送机胶带一般整体安装发货，在空间狭小的竖井安装更换难度较大。

在隧道施工应用中对于黏土等粘性物料，由于自身采用振动清扫系统和胶带本身的特点，粘性渣土与波纹黏结造成胶带清扫困难^【9】。无法适应我国地铁渣土提升过程中针对粘性物料的输送要求。

3.压带式输送机

3.1工作原理

压带式输送机又称三明治式带式输送机，其原理在普通带式输送机结构的基础上，在物料上面增设一条覆盖带，将物料完全封闭在两条普通的输送带之间。压带式输送机系统作用压力是通过柔性压带装置使胶带对物料产生法向压紧力提供的，从而增加物料与物料、物料与输送带之间的摩擦力，保证物料和胶带之间不产生相对滑动，从而实现大倾角任意角度输送的目的^【4】。这种提供需要的压力有多种方法，这些方法可以单独使用也可以组合应用。

图3压带式输送机原理

压带式输送机技术在国外已经研究多年应在多个领域成功应用。目前在国外隧道领域，压带式输送机有着广泛的应用，国内隧道项目中科瑞森公司研发的C型压带式输送机和S型压带式输送机分别在济南地铁R2线、上海地铁隧道18-8号线成功应用。

3.2结构特点

压带式输送机的设计与通用带式输送机类似，各主要部件可采用通用带式输送机部件。压带式输送机完全可以采用普通带式输送的所有部件，尤其是胶带采用普通的光面胶带，尤其对于隧道掘进粘性渣土易于清扫，很好地解决了隧道渣土粘性物料问题。

4.垂直提升系统分析研究

通过对当前两种垂直提升技术方案波状挡边带式输送机和高倾角压带式输送机两种产品技术原理和结构特点对比，对二者在隧道渣土垂直提升应用情况分析如下：

（1）设备适应性方面。二者在隧道渣土垂直提升中，较传统吊装出渣工艺相比设备结构轻便，安装形式安全简易，线路布置灵活，场地适应性强，根据项目场地情况任意角度布置，压带式输送机可实现反C型布置且更加灵活。在物料适应性方面，针对隧道施工盾构机掘进渣土多为含水较大的黏土、碎石等，二者均存在撒料问题，对于隧道掘进过程中可能出现的大块物料，二者均有一定的适应能力，但压带式输送机可将大块物料夹在条胶带之间，避免大块物料高空坠落的危险。

（2）运行及维护方面。高倾角压带式输送机运行安全，输送物料被密封在两条同步运行的胶带之间，物料在密闭环境输送不会出现物料外泄，且运行噪音小，更有利于城市地铁施工;而波纹挡边带式输送机为了防止输送过程中可能出现大块在运输过程中掉落，一般整个设备全程需设置防护罩。高倾角压带式输送机胶带采用普通胶带，更换简易粘接简单，可现场粘接固化。波纹挡边带一般无法现场粘接，一旦现场胶带出现开裂，只能通过胶带厂家发环形带，同时波状挡边带更换需要拆卸滚筒、托辊等部件，检修维护难度大。

（3）胶带清扫及文明施工。压带式输送机清扫简单高效，采用常规清扫器就可高效清除粘附渣料。而波状挡边带式输送机需要振动清扫器，遇到水分、粘性较大的物料时，不易清扫、易塞满胶带的隔板、裙边的褶皱，同时因波纹夹杂物料清扫不净而损失运量。

（4）工程造价方面。压带式输送机胶带为普通平胶带，价格相对较低，大约只是波纹挡边带的1/8～1/7。相对波纹带的裙边和横隔板易损，压带机胶带结构简单，无易损部位，使用寿命比波纹挡边长。

适应散料非粘性物料：煤、石灰石等，不适用渣土等粘性物料。

适应于各种物料，对物料粒度大小和流动性有一定要求。

5结语

随着我国城市轨道交通的迅速发展，带式输送机连续出渣系统开始在我国隧道施工中广泛应用。本文针对通用的波状挡边带式输送机和国外先进的压带式输送机结构形式、使用情况进行对比分析，分析设备使用过程中的优点和不足，以便隧道渣土提升施工工法选择。连续出渣工业机设备在隧道渣土垂直提升中优势明显，更有利于促进我国隧道施工工法改进，对我國城市轨道交通的快速发展具有重要意义。

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