香炉山隧道 25 km 长距离连续带式输送机设计

曹彦斌，赵飞云，于春丽

香 炉山隧道地处滇西高原，位于云南省大理州鹤庆县松桂镇，距离中缅边界约 140 km，海拔为 2 100 m。从洞口经 1.6 km 支洞到达主隧洞，与主隧洞连成一体，总长为 25 km。用带式输送机平面转弯技术在主隧洞和支洞线路上设 1 台 25 km 超长距离连续输送机，用于输送渣土，避免了转载点的漏渣、掉渣。隧道断面为φ9 800 mm，全断面 TBM 最小掘进速度不低于 30 mm/min，最大掘进速度可达 120 mm/min，年掘进量 5～8 km，4～5 a 可贯穿该隧道。

1 带式输送机总体布置

带式输送机主要技术参数如表 1 所列。为降低输送带张力，该带式输送机采用多点驱动方式，头部 2套，中部 7 套，尾部 1 套，共 10 套 315 kW 变频软启动驱动装置，带式输送机的布置简图如图 1 所示。

表1 带式输送机主要技术参数

图1 带式输送机布置简图

2 主体构造设计

2.1 软启制动设计

为减少长距离带式输送机启动、停机产生的动态效应，降低其动态张力，采用变频调速软启制动装置，加减速度控制在a≤0.05 m/s2。

2.2 设备各段结构

2.2.1 头部段

头部段包括卸载改向滚筒、卸载溜槽、高分子刮板清扫器、高压水冲洗装置。由于物料水分大且含泥多，用高分子刮板清扫器无法清扫干净，故头部设高压水冲洗装置，将冲洗的泥水及渣土通过溜槽收集装运到下游设备处理，如图 2 所示。

图2 头部段

2.2.2 储带装置

硫化平台后方设有储带装置，可储存长 800 m 的输送带，在储带仓的固定端和移动端各设 5 组改向滚筒，将输送带来回折返 10 层，中间设若干组托带装置，保证储带仓内输送带的垂度，如图 3 所示。储带装置长度为 120 m，高度为 3.5 m，宽度为 2.4 m。采用变频绞车张紧装置，移动端在张紧力的作用下可沿轨道来回移动，实现输送带的存储和延伸。

图3 储带装置

2.2.3 支洞段

支洞采用爆破法施工，隧洞断面如图 4 所示。支洞断面尺寸较大，适合在支洞洞口设置储带装置，既便于维护设备，又充分利用有效空间。支洞与主隧道成一定角度，该段为平面转弯结构。

图4 支洞断面图

2.2.4 主隧道段

主隧道段中部机架采用方管，每组长为 4 000 mm，两端用钢板套接，用螺栓固定；纵梁安装在侧墙上，由三角架支撑，三角架支撑间距为 4 000 mm；上托辊采用槽形前倾托辊，间距为 2 000 mm，下托辊采用 V 形前倾托辊，间距为 4 000 mm，托辊直径为108 mm，形成 4 000 mm 的中部安装单元，如图 5 所示。

图5 主隧道断面图

2.2.5 中部驱动段

由于带式输送机长度为 25 km，运行阻力大，为减少输送带张力，带式输送机应采用多点驱动，如图6 所示。带式输送机共设 3 处中部驱动装置[1]，可有效降低输送带张力，降低设备投资成本。

图6 中部驱动结构图

2.2.6 机架和托辊安装延伸段

该带式输送机的延伸段设在 TBM 后部，延伸段的上托辊组及其支撑架将上输送带带面适当抬高，下输送带带面由 4 组改向滚筒导入转向下穿延伸操作平台，如图 7 所示。在该平台上安装延伸纵梁和上托辊，延伸纵梁下托辊和支腿安装在左侧的小平台上。

图7 机架和托辊安装延伸段结构

2.2.7 尾部段

尾部段固定在 TBM 台车上，与台车同步掘进移动，承接 TBM 配套的带式输送机的来料。尾部段由尾部滚筒、尾部支架、尾部驱动装置、缓冲床和导料装置等组成，如图 8 所示。尾部段结构紧凑，防止与隧道内行驶的电瓶机车干涉，接料导料槽的密封性能良好，可防止泥浆形物料溢出。

图8 尾部段结构

2.2.8 平面转弯结构

隧道线路有多处曲线段，故曲线段的输送机应设计为平面转弯结构。鉴于该带式输送机的隧道壁支架结构不便于人工调整，采用一种可自动调整内曲线的转弯托辊，如图 9 所示。当输送带向曲线内侧跑偏时，内侧输送带接触并推动挡辊带动内侧托辊自动抬高，形成内曲线抬高，从而使输送带复位[2]。

图9 平面转弯结构

2.2.9 输送带延伸平台

输送带延伸平台由硫化平台 (2 组)、夹带装置 (2组)、硫化机 (2 组)、叠带车或卷带车等组成，如图 10所示。待储带仓内输送带延伸使用完毕，夹带装置将输送带固定，在硫化平台处截断输送带，将叠放或卷放好的输送带 (接头外露) 推至 2 组硫化平台间，在平台上同时硫化好 2 个输送带接头，启动储带张紧装置，将叠放或卷放好的输送带慢慢储入储带仓。

图10 输送带延伸段布置

3 电气控制系统

控制系统具有远程控制和就地控制 2 种模式。

3.1 远程控制模式

转换按钮选择远程位置时，输送机控制权限处于 TBM 控制室触摸屏按钮控制状态，所有保护均投入。控制系统连锁按钮选择连锁状态时，按下“启动系统”按钮，输送系统按照逆料流方向依次启动每台输送机。按下“停止系统”按钮，控制系统根据当前输送机的带速，自动清空输送机上的物料，顺料流方向依次停止每台输送机。

3.2 就地控制模式

转换按钮选择就地位置时，输送机控制权限处于控制柜面板按钮控制状态，所有保护均投入。该模式适用于带式输送机调试和低速验带。

3.3 故障复位

控制柜面板故障复位按钮与触摸屏上故障复位按钮具有相同的功能，现场设备故障排除后，按下故障复位按钮方可解除故障锁定。

连续输送机采用多点驱动方式，若某台电动机出现故障但不影响输送系统正常运行，将该故障电动机视为未投入即可。

3.4 输送机辅助设备启动流程

首先启动带式输送机沿线声光报警器、音响报警器 (持续 15 s)，10 s 后启动变频电动机风扇 (防止电动机受潮)，控制分站收到变频电动机风扇运行信号后，启动变频器，利用变频器零赫兹制动功能将输送机“抱死”(电动机与变频器组成速度闭环，提高电动机机械特性)，以防制动器松闸时带式输送机自行下滑。控制分站接收到变频器运行信号后，启动制动器，制动器打开后，变频器按照控制分站给定的优化S 型速度曲线输出频率，带式输送机平稳启动。带式输送机运行速度达到给定速度时，控制分站控制柜上系统运行指示灯亮起，系统启动完成。

在输送机启动过程中，各个附属设备运行指示灯按照启动顺序依次亮起，以便操作员观察输送机的启动进程。

4 结语

该设备已安全运行 6 个月，运行状况良好，配套 TBM 掘进机单班可掘进 15.8 m，平均单日掘进28.5 m，单日最大掘进距离达 38.5 m，连续输送渣土效率得以充分体现。随着隧道长度的延伸，相对于传统的隧道输渣设备 (如电瓶车牵引有轨运输系统、架线式电力机车有轨运输系统、大型自卸汽车运输系统、内燃机有轨运输系统等)，该设备隧道输送渣土效率更具优势[3]。若不采用长距离连续带式输送机运输渣土，则该项目的施工周期得延长至 8 a 以上，至少还得增加 2～ 3 个支洞工程，施工周期和施工成本会显著增加。近几年，国内几个重大水利工程，如山西引黄、引汉济渭、引绰济辽、榕江引水、珠江引水等隧道工程均采用长距离连续带式输送机运输隧道渣土，且均取得了较好的效果。