淺談錦屏二級水電站長距離空間曲線皮帶機的功能及施工調試

吳 健， 韓 銳

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 611130)

1 概述

錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河灣上，工程樞紐主要由首部低閘、引水系統、尾部地下廠房三大部分組成，為一低閘、長隧洞、大容量引水式電站。每條引水隧洞長約為16．7 km，電站布置形式為4洞8機，單機容量600 MW，電站總裝機容量為4800MW。為減輕公路運輸壓力、減少洞內渣料及成品骨料運輸成本，該工程采用帶式輸送系統進行運輸，其中有兩條為上下疊加的立體長距離空間曲線膠帶機，長度為5．9km，在下層皮帶機上實現返程運輸成品骨料功能。

帶式輸送系統洞渣總輸送能力大于4600t/h，每線皮帶額定運輸能力不低于2300t/h;成品骨料返送運輸強度大于400t/h，共需運輸成品骨料約500～600萬t，其中洞渣輸送系統有15套皮帶機，線路總長7300m，總驅動功率6886kW，最大輸送能力5600t/h，帶速為0～3．5m/s;骨料輸送系統有8套皮帶機，線路總長6395m，總驅動功率360kW(不含空間立體長距離膠帶機)，最大輸送能力為600t/h，最大帶速為3m/s。空間立體長距離膠帶機最大爬坡度為14°，垂直向最小曲線度為600m，最小轉彎半徑為1000m。

錦屏二級水電站空間立體長距離膠帶機系統承擔1#、3#、施工排水洞3臺TBM 掘進機開挖洞渣及成品骨料的運輸任務。該系統洞渣皮帶機運輸起于東引2#施工支洞與1#引水隧洞的交叉口，水平布置兩條長約1．1km的曲線皮帶，在2#施工支洞洞口與高線公路外側設置轉折塔，以轉折塔為起點，在同一結構架上分別布置上、下兩層、長度約5．9km的長距離膠帶機。在轉折塔經大水溝懸吊橋升至大水溝山頂，順大水溝山依勢而下轉至輔助洞的上方，從輔助洞洞口的臨時營地與周家坪變電所之間穿過，爬坡至鍋膛巖山頂，俯跨1#橋至高線公路外側后又經2#橋到達4#營地，膠帶機穿過4#營地后總體順公路走向布置(期間跨越3#橋)，通過1．8km長的模薩溝皮帶洞而終于其出口的轉折塔。TBM渣料在皮帶機出口轉折塔經45m長的皮帶運至另一轉折塔，后經坡度為14°的雙線皮帶運至高程1600m平臺卸料點。

模薩溝砂石系統位于模薩溝皮帶機隧洞南方的開闊地，加工好的砂石料從膠帶機隧洞出口處進入膠帶機下層，然后經返程皮帶運輸至2#施工支洞口轉折塔。砂石料在2#施工支洞口轉折塔卸至4m長的短皮帶，后經143m、36m、243m長的皮帶到達位于高程1620m的可逆行走卸料皮帶進入料倉。在2#施工支洞口轉折塔處設置一臨時卸料倉，在長距離膠帶機故障或檢修時，汽車可通過臨時卸料倉卸料到高線骨料運輸皮帶上，運輸至可逆卸料皮帶上成品料倉。

2 設計功能

為保證渣料運輸及返程帶料正常工作，錦屏二級水電站皮帶機系統設計時考慮到各種復雜工況，其設計功能先進。主要包含以下功能。

2．1 渣料運輸保障系統

2．1．1 來料稱量及渣料自動切換系統

在每臺TBM后續皮帶機尾端設有稱量系統，在返程皮帶上設有帶速測速系統，中控臺自動根據重量的疊加調整洞內主皮帶機的運量，主要控制程序如下:

當3臺TBM來料重量超過一條洞內主皮帶額定運量時，自動將一臺TBM的來料通過各節點料斗下部設置的可逆板式皮帶機切換至另一條主皮帶機，以免皮帶機過載。當洞內皮帶機只有一條運行時，稱量系統測定已不能滿足要求，另一條皮帶機自動啟動;如另一條皮帶機發生故障無法啟動，則按設定的進度重要程度順序自動停止其中一臺TBM的掘進;當其同等重要時，信號自動反饋至TBM操作系統，給出控制進度信號，以免停機。

2．1．2 運輸保證系統

由于皮帶機運輸距離長，為保證洞內TBM掘進機的正常出料及成品骨料的運輸，設計有以下保證系統。

(1)渣料運輸保證系統。

洞內節點處設有板式可逆皮帶機自動轉換系統，當一條皮帶機線路出現故障時，自動將渣料轉換到另一條皮帶機線路上進行運輸。在洞口設有應急卸料系統，當前方長距離兩條皮帶機都出現故障時，在洞口通過犁式卸料器將渣料卸至應急卸料系統進行卸料。在長距離皮帶機末端設有可逆轉料皮帶機，當前方一條皮帶機出現故障時，自動將渣料轉換至另一條皮帶機運輸。在系統末端設有汽車裝料系統，當汽車來不及裝料時，還設有應急卸料系統，以保證末端卸料的正常進行。在角度較大部位設有渣料防下滑裝置。

(2)成品骨料運輸保證系統。

在洞口轉折塔下設有應急卸料系統，當長距離膠帶機出現故障時，通過汽車運輸至轉折塔進入高線皮帶機系統進行成品骨料運輸。在帶式輸送系統出現故障時，可用汽車運輸至應急卸料系統。

2．2 安全保障系統的設計

為保證人身、設備安全，系統設計有以下保障系統。

(1)沿線設計有拉線開關，如出現緊急情況，在任何地方都可以拉開關，整個系統停止運轉。

(2)在系統沿線皮帶機容易跑偏部位設有跑偏報警裝置。當皮帶跑偏15°時，在中控室報警;當跑偏超過30°時，系統自動停機;整個系統跑偏位置在中控室顯示，以幫助維護人員進行處理。

(3)在每條皮帶機驅動部位布置有檢修開關及事故開關。當人員在檢修時，關閉開關，取出鑰匙，皮帶機將無法啟動，以保證人員安全。

(4)在較高的2#橋設有避雷裝置，以保證系統安全。

(5)皮帶機過4#營地時由于距樓房近而設置有隔音裝置，并保證噪音在規范規定之內。

(6)為保證風季橋梁的安全，在懸索橋部位設計有風纜。

3 工程施工

錦屏二級水電站帶式輸送系統的施工主要包括:土建、金結、設備安裝、電氣等，筆者主要介紹洞內懸掛式皮帶機基礎施工及1#橋安裝情況。

3．1 洞內懸掛式皮帶機基礎施工

由于錦屏二級水電站洞內交通繁忙，道路布置有無軌運輸及有軌運輸，兩條平行皮帶機無法在地面布置，故工程皮帶機及節點卸料系統采用懸掛式皮帶機。考慮渣料、設備、人員等全部負荷的情況，通過靜力學計算，錨桿用φ25二級鋼筋，抗拉強度不低于1080MPa，錨桿抗拉強度為75 kN，實際張拉強度試驗值大于100kN。鉆孔孔徑為100mm，采用水泥固結灌漿。施工時，垂直錨桿對懸掛鋼結構桁架進行垂直調節，水平錨桿對水平方向進行調節，錨桿按6m長進行布置，并保證每榀桁架不少于2個垂直錨桿。

3．2 1#橋的安裝施工

1#橋為高塔架支撐橋，共有6座高塔架，鋼結構橋跨度為236m，塔架間距為48m，塔架最高58m、最低約15m，塔架之間架設皮帶機桁架。該橋為曲線布置，轉彎半徑為1300m，俯角約8°且同時存在空間曲線，因地形位置特殊而無法用吊車或其他常規起吊設備進行安裝，為此，1#皮帶機鋼結構橋的安裝施工是工程施工的難點，該工程采用了大跨度曲線鋼結構桁架頂推法進行安裝施工(圖1)。

圖1 頂推安裝法示意圖

頂推安裝的主要設備有1臺5t卷揚機、1個8倍率的滑輪組、兩個導向滑輪;主要工裝有支撐滾輪、導向滾輪、牽引鼻子。在每個立柱上安裝有兩對“支撐滾輪”、一對“導向滾輪”，支撐滾輪既作為皮帶機鋼結構桁架安裝完成后的支撐點，又作為安裝時的工裝，導向滾輪僅作為工裝使用。其主要施工方法如下:

(1)在110．016+16 ～110．012 之間架設 5t走線作為橋梁立柱的安裝運輸工具;

(2)先將立柱部件組裝完成，利用走線將立柱部件運輸至安裝位置進行安裝;

(3)在110．016～16～110．016之間設置8倍率滑輪組，卷揚機牽引力5t，滑輪組牽引力40t作為橋梁平移法施工動力;

(4)在110．012處設置8倍率滑輪組，卷揚機牽引力5t，滑輪組牽引力40t作為牽引導向及牽引過程中的防滑繩;

(5)地面上組裝橋梁牽引鼻子，將牽引鼻子吊運至110．016+16～110．016之間，連接牽引繩和防滑繩，將牽引鼻子向上牽引至合適位置;

(6)牽引過程中由專人指揮，協調牽引卷揚機與防滑卷揚機的配合，牽引過程中將防滑滑輪組牽引力控制在10t左右，通過觀察牽引滑輪組及防滑鋼絲繩的松弛狀態確定兩滑輪組牽引力是否恰當;

(7)牽引至合適位置后收緊防滑滑輪組并將位置在110．016處的防滑卡板提起，防止橋梁桁架下滑，然后將牽引卷揚機松開，準備下一個牽引過程;

(8)吊運一個橋梁桁架安裝單元與牽引鼻子連接，將牽引卷揚機與橋梁桁架連接，松開防滑卡板，開始下一個牽引過程;

(9)重復(7)～(8)過程，完成整個橋梁桁架的牽引，最后將防滑卡板拆除并永久固定，完成橋梁安裝。

4 系統調試

皮帶機的設備調試包括機械設備調試及電氣設備調試。帶式輸送系統調試的主要內容為:單條皮帶機調試、單線皮帶機空載調試、雙線皮帶機雙線聯合調試、返程帶料系統空載調試、單線皮帶機荷載調試、雙線皮帶機荷載聯合調試及返程帶料系統荷載調試與試運行。

4．1 單條皮帶機的調試

單條皮帶機的調試在對應的中控室中進行，主要調試帶速、張緊裝置，測試電機的扭矩，調整皮帶跑偏、安全功能、故障顯示功能等。

(1)短暫啟動后停止，檢查啟動時電機是否正常，皮帶沿線是否正常，然后停止。

重新啟動后監測不同帶速下的電機扭矩;在不同帶速下，調整張緊裝置的行程;沿線檢查皮帶的跑偏情況，對跑偏位置的托輥及托輥支架進行調整。

(2)安全功能的調試。通過調試，使設計設置的安全功能得以實現。

防跑偏功能調試:測試并調節皮帶防跑偏裝置輪桿偏移10°時皮帶機預警裝置啟動報警，偏移25°時皮帶機停機并報警;檢查側導輥并對不起作用的側導輥進行調整或更換，對跑偏較大的部位適當增加側導輥的數量。

緊急停機調試:檢查拉線開關動作時皮帶機是否停止，調整或更換不滿足要求的拉線開關，調整好拉線的松緊度;按下緊急停機按鈕皮帶機應停止，調整或更換不滿足要求的急停按鈕。

檢修功能測試:用鑰匙將檢修開關鎖定，檢查鎖定可靠性并調整或更換不滿足要求的檢修開關。

(3)故障顯示功能的調試:逐項檢查跑偏開關、拉線開關、檢修開關、急停按鈕等動作時顯示的IP地址是否正確，并對顯示不正確的IP地址重新設定。

(4)對長距離空間曲線皮帶機運行時調整重錘張緊裝置各限位傳感器的位置。

長距離空間皮帶機采取多電機機頭機尾同時驅動，對機頭及機尾電機需從電機的啟動時間同步，電機的轉速同步，電機的輸出扭矩基本相同進行測試、檢查、調整，達到電機同步的目的。

(5)各設備運行的檢查:在調試中檢查各設備的運行情況，主要包括電機、減速器、滾筒、托輥、張緊裝置、清掃器等的運行是否正常。

4．2 單線皮帶機的空載調試

各單條皮帶機調試完成后，在主控中控室進行單線皮帶機空載調試，各單條皮帶機已調試的項目不再作為單線皮帶機空載調試的主要內容。

(1)首先檢查各單條皮帶機中控室與主控中控室的通訊是否正常。

(2)正常啟停機調試:正常啟動時，模薩溝尾端皮帶首先啟動，各皮帶逐級啟動至2#施工支洞內各節點可逆皮帶，并向TBM發出皮帶正常運行信號;正常停機時，按正常啟動時的逆順序逐級停止皮帶機的運行，檢查并調試皮帶機的啟停順序與程序設計一致，同時檢查皮帶機逐級停止時的時間間隔可調。

(3)緊急停機和故障停機調試:在任一位置拉動拉線開關，緊急停機啟動，沿線皮帶機同時停止;在任一位置按下急停按鈕，緊急停機啟動，沿線皮帶機同時停止;人為給定一個故障信號，故障皮帶機及其后方皮帶機相應停止，前方皮帶機保持運行。

4．3 雙線皮帶機的空載聯合調試

完成單線皮帶機的調試后，進行雙線皮帶機的聯合調試，各單線皮帶機已調試完成的項目不再作為雙線皮帶機空載聯合調試時的主要內容。

(1)檢查3臺TBM延伸皮帶尾端的稱量系統是否可調并在主控中控室上顯示。

(2)啟動雙線皮帶機運行，人為設定稱量系統的數據，檢查中控室是否判斷每條皮帶機的輸送渣量并啟動可逆皮帶的反向旋轉，實現TBM渣料合理分配的功能。

(3)啟動雙線皮帶機運行，人為操作任一條單線皮帶機的緊急停機或故障停機，中控室應自動切換向故障皮帶卸料的節點可逆皮帶反向旋轉，將3臺TBM渣料集中到一條皮帶上。同時，TBM應能接收到故障皮帶機停止運行的信號。

(4)啟動雙線皮帶機運行，人為操作末端其中的一條皮帶機停止運行，中控室應自動控制末端可逆皮帶機移動并反向運轉，將渣料集中到運行的皮帶機上。3臺TBM應能接收到停止運行皮帶機的停機信號。

(5)將稱量系統數據歸零后，用人工干預的方式校正各節點的稱量系統。

4．4 返程帶料皮帶機的空載調試

(1)設定長距離皮帶機正在運行輸送TBM渣料，啟動返程帶料系統運行，從成品砂石料倉的皮帶至沿線皮帶逐級啟動;正常停止返程帶料時，除長距離皮帶機繼續運行外，其它與輸送成品砂石料有關的皮帶機逐級停止。

長距離皮帶機不輸送TBM渣料時，啟動返程帶料系統運行，從成品砂石料倉皮帶至沿線皮帶逐級啟動;正常停止返程帶料時，與輸送成品砂石料的皮帶逐級停止(包括長距離皮帶機也停止運行)。

(2)設定長距離皮帶機正在運行輸送TBM渣料，啟動返程帶料系統運行。人為設定高線帶料系統中的任何一條皮帶機故障，除長距離皮帶機正常運行外，故障皮帶機及其后方皮帶機相應停止，前方皮帶機保持運行。

(3)人為設定長距離皮帶故障或檢修，調試汽車卸料倉皮帶機至成品砂石料倉皮帶機的啟動和停止，與長距離皮帶機不關聯。

4．5 單線皮帶機的荷載調試

(1)檢查各種荷載下各部位電機、滾筒、清掃器、溢出裝置工作是否正常。

(2)在各種荷載下，特別是在滿負荷的情況下調整張緊裝置的配重和限位，使其既能滿足空載，也能滿足滿負荷運行下的工作工況。

(3)在各種荷載下調整皮帶機的跑偏，選擇能基本滿足各種荷載防跑偏的托輥和托輥支架的最佳位置。

(4)檢查皮帶機輸送大粒徑泥水渣料時的效果并做適當調整。

(5)檢查轉彎處是否掉渣以及是否污染返程帶料皮帶，發現有掉料的地方對成品砂石料皮帶上部進行封閉。

(6)在對長距離皮帶機實施荷載調試時，進行返程帶料的調試。

4．6 雙線皮帶機荷載聯合調試

(1)系統尾端皮帶可逆運行時，檢查可逆皮帶移動位置是否準確并加以調整。

(2)洞內節點可逆皮帶及系統尾端移動式可逆皮帶在各種預設工況下是否能正確自動切換。

4．7 帶式輸送系統的試運行

為驗證帶式輸送系統的連續工作性能，在額定輸送能力工況進行連續72h運行，在72h內因故停機，重新計算72h試運行時間。當TBM的出渣量和返程帶料的砂石料量不滿足額定輸送能力時，按當時的實際情況進行連續72h試運行并切換兩條單線皮帶機的渣量，使得每一條單線皮帶機能夠按額定輸送能力連續運行或可達到的輸送能力連續運行。

5 結語

錦屏二級水電站長距離空間曲線皮帶機通過參建各方的努力，采取了有力的管理辦法，順利實現了其所有設計功能。帶式輸送系統共完成運送渣料482萬t，成品骨料運輸475萬t，滿足了工程施工的需要，為確保錦屏二級水電站按期發電起到了重要的保障作用。