TBM后配套连续输送系统中地面布料输送系统的研制*

齐传刚

(中国煤炭科工集团 上海有限公司, 上海 200030)

0 引言

由于连续带式输送机出渣系统具有运输距离长、运量大、速度快、无污染、TBM利用率高等特点，因此TBM后配套连续带式输送机出渣系统得到广泛应用，同时也是目前TBM后配套出渣系统的重要发展方向[1-2]。

TBM后配套连续带式输送机出渣系统主要有两种方式：一是在始发井空间允许的情况下利用连续带式输送机经过几次折返后将渣土输送到地面渣场；二是空间狭小时，利用连续带式输送机和垂直提升带式输送机组合的方式将渣土输送到地面渣场。为了充分利用地面渣场的空间，尽量多存储渣土，减少停机清理渣土次数，上述两种方式都需要配置地面布料输送装置，将渣土布置到渣场指定位置，充分利用渣场空间。

本文所研制的地面布料输送系统可以实现水平XY方向往复运动，解决地面渣场空间小，需要多点布料的实际需要。该地面布料输送系统在中铁18局青岛地铁一号线项目中得到了实际应用且运行效果良好。

1 方案设计

1.1 设计要求

设计一套用于承接上一级垂直提升带式输送机所输送的渣土，然后再将渣土输送到地面指定地点的输送系统。本文所述渣场形式为矩形，要求渣土尽量布满渣场，提高渣场利用率，减少由于处理渣土而导致的停机次数。当渣场渣土布满后，需要及时清理，因此渣场内要满足清渣车辆经过。本文所述隧道左线和右线渣土最终是通过垂直带式输送机输送到地面，垂直带式输送机运量为800 t/h，带速为2.5 m/s。

1.2 总体设计

根据地面渣场的形式和布料要求，采用X和Y方向布料的形式能够有效解决[3-4]。为了满足渣场内清渣车辆经过，渣场内需设置一定高度的支撑框架，X和Y方向的布料带式输送机安装在支撑框架上，可使清渣车辆通过，又可增加存渣量。地面布料输送系统总体方案布置俯视图如图1所示。

图1 地面布料输送系统总体方案示意图

2 地面布料输送系统的组成部分及工作原理

根据地面布料输送系统总体方案，设计完成的总体布置图如图2所示。

2.1 地面布料输送系统的组成部分[3]

2.1.1 水平Y方向往复运动带式输送机

水平Y方向往复运动带式输送机布置在垂直带式输送机下方，用于承接垂直带式输送机输送的物料,其主要由电动滚筒、机身前架、机身后架和尾部螺旋张紧装置组成。机身前架和后架之间通过铰接方式连接。机身段全程设置导料槽，上托辊组全部采用缓冲托辊组。该带式输送机通过连接架与桁车连接，与桁车一起水平Y方向往复运动。由于垂直带式输送机运量为800 t/h，带速为2.5 m/s，根据渣场尺寸和带式输送机设计选型手册计算水平Y方向往复运动带式输送机主要参数如表1所示，结构示意图如图3所示。

1-垂直带式输送机;2-水平Y方向往复运动带式输送机;3-水平X方向往复运动带式输送机;4-桁车;5-地面支撑框架。

表1 水平Y方向往复运动带式输送机主要参数

1-电动滚筒;2-机身前架;3-机身后架;4-机尾螺旋张紧装置。

2.1.2 水平X方向往复运动带式输送机

水平X方向往复运带式输送机主要由电动滚筒、机身前架、机身后架和尾部螺旋张紧组成。机身前架和后架之间通过螺栓连接，现场安装调整好以后将前后架焊接成整体。上托辊组全部采用缓冲托辊组。机尾设置一定长度的导料槽，并配置挡架防止撒料。电动滚筒可双向旋转，实现头尾均可卸料，满足X方向多点布料的要求。机架上配置一套带制动功能的减速电机，驱动该带式输送机在桁车轨道上面X方向往复移动。根据渣场尺寸和带式输送机设计选型手册计算水平X方向往复运动带式输送机主要参数如表2所示，结构示意图如图4所示。

表2 水平X方向往复运动带式输送机主要参数

1-电动滚筒;2-带制动器减速电机;3-机身前架;4-机身后架;5-机尾螺旋张紧装置。

2.1.3 桁车

桁车主要由前后桁架、主动车轮组和从动车轮组组成。在桁车两端各配置一套带制动功能的减速电机，减速电机驱动桁车在地面行走框架轨道上水平方向往复移动。桁车与水平Y方向往复运动带式输送机刚性相连，带动水平Y方向往复运动带式输送机一同移动。桁车主要参数如表3所示，结构示意图如图5所示。

表3 桁车主要参数

2.1.4 地面支撑框架

地面支撑框架是由型钢通过螺栓连接以及焊接组成。地面行走框架上面铺设三条用于桁车行走的轨道。地面支撑框架结构示意图如图6所示。

1-带制动器减速电机Ⅰ;2-主动车轮组(两套);3-桁架;4-从动车轮组;5-带制动器减速电机Ⅱ。

图6 地面支撑框架结构示意图

2.2 各组成部分之间的关系

地面布料系统各组成部分之间的关系为：桁车可以在地面支撑框架轨道上水平方向往复移动；桁车上面是水平X方向往复运动带式输送机，其与桁车一起水平Y方向往复移动，其自身可以在桁车的轨道上X方向往复移动；水平Y方向往复运动带式输送机安装在垂直提升带式输送机地面支撑框架的轨道上，通过连接框架与桁车连接，随同桁车一起水平Y方向往复移动。

2.3 工作原理

桁车在其两端各配置一套带制动功能的减速电机，减速电机驱动桁车在地面行走支撑框架轨道上水平Y方向往复移动，Y方向移往复运动带式输送机与桁车刚性相连，在桁车的带动下跟随桁车一同运动。桁车上面布置一条X方向往复运动带式输送机，该带式输送机配置一套带制动功能的减速电机，驱动该带式输送机在桁车轨道上面X方向往复移动。具体工作过程为：垂直提升带式输送机所输出的渣土先卸载到Y方向往复运动带式输送机上，然后Y方向往复运动带式输送机再将渣土卸载到X方向往复运动带式输送机上，X方向往复运动带式输送机在桁车的带动下可以水平Y方向以及水平X方向往复运动，最终将渣土卸载到地面指定位置。如果不需要水平X方向卸料，可以将水平X方向布置的带式输送机移动到桁车轨道的最右端，这样就可以实现单方向(Y方向)卸料。具体地面布料输送系统总装三维图如图7所示,现场部分安装图如图8所示。

1-水平Y方向往复运动带式输送机;2-水平X方向复运动带式输送机;3-桁车;4-地面支撑框架。

图8 现场部分安装图

通过上述地面布料输送系统就可以将垂直提升带式输送机所输送出来的渣土卸载到地面上指定范围内，充分利用渣场空间，且便于地面运渣车辆将渣土及时运出。

3 控制方式

实际工作中，水平X、Y方向移动的带式输送机与TBM后配套连续带式输送机出渣系统进行联控，起动顺序为水平X方向移动的带式输送机→水平Y方向移动的带式输送机→垂直提升带式输送机(或连续带式输送机)→左(右)线连续带式输送机→TBM，停机顺序相反。水平X、Y方向移动的带式输送机的往复运动是通过手动控制来实现的，根据卸料点位置的不同，手动控制减速电机的起停，实现带式输送机水平X、Y方向的移动。各行走轨道上均设置限位开关，避免带式输送机及桁车脱轨。

4 结论

目前，国内多个城市都在进行城市地铁项目的施工及规划，TBM后配套连续带式输送机出渣系统是地铁隧道施工中最有效的出渣方式，具有深远的发展前景和重要的研究意义。由于城市地铁项目地面的施工空间有限，在有限的空间里如何有效地利用渣场空间来最大限度地存储渣土是每个地铁项目施工中都需要解决的问题。本文所研制的地面布料输送系统有效地解决了此类问题，并在实际应用中得到了验证。该地面布料输送系统的成功研制，为今后类似项目的设计研发奠定了坚实的基础。