皮帶輸送機土方施工新工藝在淮河入江水道整治工程中的研制與應用

張海學，周 淮，蔣 鵬，郭 瑞，郭 淮

（淮安市水利勘測設計院有限公司，江蘇淮安223005）

皮帶輸送機土方施工新工藝在淮河入江水道整治工程中的研制與應用

張海學，周 淮，蔣 鵬，郭 瑞，郭 淮

（淮安市水利勘測設計院有限公司，江蘇淮安223005）

淮河入江水道整治工程改道段是在東西偏泓及中泓基礎上拓浚的，土方開挖量約1000萬m3，因地制宜研制的皮帶輸送機土方施工技術，不但成本節約、效率高，而且安全、可靠、環保。本文詳細介紹了皮帶輸送機土方施工新工藝在淮河入江水道整治工程中的研制與應用。

皮帶輸送機；土方施工技術；研制及應用

1 工程概況

1.1 工程名稱和地點

淮河入江水道位于淮安市金湖縣境內，現有東、西偏泓及中泓，平時為灌排河道，汛期與灘地一起向下泄洪水。淮河入江水道改道段東西偏泓及中泓從省道331金湖大橋至高郵湖口，長約16.8km。本次淮河入江水道整治工程對改道段東西偏泓及中泓進行拓寬。

1.2 工程規模

改道段東西偏泓及中泓拓寬陸上施工工程總長18.22Km，開挖土方量約為1000萬m3。

1.3 工程地質

根據鉆探資料，改道段東西偏泓（含中泓）開挖底高程3.0m，東偏泓挖除土層從上至下主要為堆土、①1粘性土、①2淤泥質粘性土和③1飽和硬粘性土。西偏泓（含中泓）挖除土層從上至下主要為堆土、①1粘性土、①1′飽和軟粘性土、①2淤泥質粘性土、③1飽和硬粘性土和③3飽和可塑粘性土。河道中分布有淤泥，層堆土松散，性質不均勻；層淤泥流塑狀態；①1層軟塑狀態；①1′層軟塑～流塑狀態；①2層淤泥質土軟塑～流塑狀態；③1層粘性土硬塑～可塑；③3層粘性土軟塑～可塑。①1、①2和③3層土抗沖刷能力均較差，③1層土抗沖刷能力均較好。

1.4 工程設計

淮河入江水道改道段東西偏泓及中泓拓寬在原偏泓的基礎上進行施工，現狀灘面高程在6.5～8.2m（廢黃河高程系）左右，設計斷面為底寬拓寬至150m，底高程3.0m，邊坡1∶3。棄土區沿改道段東西大堤外側傍堤布置，詳見圖1。

圖1 泓道拓寬典型設計斷面

1.5 施工總體安排

淮河入江水道改道段東西偏泓及中泓拓寬陸上土方施工分兩個年度實施，2013年實施西偏泓及中泓，分兩個標段，計劃要求2013年5月30日完成，2014年度實施東偏泓也分兩個標段，計劃要求2013年4月30日完成。施工期間東西偏泓互為導流。

2 皮帶輸送機土方施工原理及工藝

傳統水利工程土方施工原理是，開工后，先在開挖區與棄土區之間修好施工便道，再用挖掘機開挖，把土裝上運輸設備運至棄土區，施工運輸線路較長；施工期間，天氣和道路狀況對施工進度影響很大；由于運輸車輛較多，也存在較大的交通安全隱患。皮帶輸送機土方施工原理是，直接在挖土區和棄土區搭設皮帶輸送機，再用挖掘機開挖并裝土，通過皮帶輸送機輸送至棄土區。由于是在開挖區和棄土區之間直線距離搭設皮帶機，輸送距離大大減少；而短距離運輸不管是從成本還是效率分析，皮帶輸送機是首選，本次淮河入江水道改道段東西偏泓拓寬陸上土方施工直線距離在200～600m，為皮帶輸送機施工的最佳運距。另外皮帶輸送機不需要施工道路，只需對地面簡單整平即可；一般陰雨天氣照常施工；由于是封閉作業，交通安全隱患全部排除。

2.1 皮帶輸送機的構成

皮帶輸送機由多節組成，每節長50m，每節均具有獨立的前后左右水平移動的特點。每節輸送機由移動系統（鋼架、軌道、油壓千斤頂等組成）、300MPa液壓系統（油箱、油道管線、油缸等組成）、電氣系統（700KW發電機組、75KW電動機、輸電線路、控制柜等組成）及皮帶輸送系統（1.8m寬皮帶、滾軸、變速箱、刮泥器、料斗組成）等組成。

2.2 皮帶輸送機移動系統

移動系統是皮帶輸送機的行走系統，非常關鍵。初始研制的皮帶輸送機與煤礦用帶式輸送機一樣，未設置該系統，完成一段河道土方輸送后，要靠80 t起重機才能使皮帶輸送機平移，相當重新安裝一次，由于每節皮帶輸送機重約50t、長50m，又大又笨重，移動一次既不方便又耽誤時間，約要耗費2～3天，這樣由皮帶輸送機輸送土方節約下的時間又被白白浪費掉。針對這一難題，每節輸送機安裝4組8只油缸千斤頂，使輸送機具有前后移動功能（圖2）；安裝2組4只油缸千斤頂，使輸送機具有左右移動功能（圖3）；另外再安裝3組6只油缸千斤頂，在運行時起到支撐調解穩定作用。安裝上述液壓移動系統后，完成一段河道土方輸送后，利用移動系統液壓千斤頂交替頂起或抬升，移動與其相連接的軌道進行滑行，即可達到前后左右行走的目的。每次可以移動1.2m。每次移動只需1天時間即可平移至施工需要的位置，大大提高了施工效率。

圖2 前后行走系統

圖3 左右行走系統

2.3 皮帶輸送機土方施工工藝流程

皮帶輸送機土方施工工藝流程：施工準備→皮帶輸送機安裝就位→電氣系統安裝→土方輸送→皮帶輸送機平移→土方輸送→皮帶輸送機平移……→施工完成拆除皮帶輸送機。其中土方輸送→皮帶輸送機平移就位兩工藝循環進行，直至土方輸送完畢。

2.3.1 施工準備

根據監理簽發的施工圖，做好測量放樣工作，明確土方施工范圍，及時做好排水、清障、河道開挖土方量復核等工作。根據開挖土方量結合每個棄土區容量按最省工的原則進行土方平衡計算，做好土調配方案，結合現場地形確定皮帶式輸送機依次擺放位置，并對其進行整平。

2.3.2 皮帶輸送機安裝就位

第一次安裝先用汽車把皮帶輸送機運至施工現場，再用起重機吊裝就位，每節皮帶式輸送機長50m，前一節末端設有料斗與后一節搭接（圖4）。根據實際送土距離確定搭接數量。安裝時要確保皮帶式輸送機支撐穩定。皮帶輸送機安裝好后，移動系統、液壓系統同時安裝調試好。

2.3.3 電氣系統安裝

電氣系統安裝包括：柴油發電機（700KW）、控制柜、驅動電機（75KW）及輸電電纜，柴油發電機（700KW）為移動式發電機，運至現場后停放在地面較高、交通方便的位置；控制柜安裝靠近驅動電機旁；驅動電機為固定位置。上述設備安裝完畢后須進行試運行，確保聯動運行可靠安全。

2.3.4 土方輸送

整套皮帶輸送機安裝調試完畢后，即可進行土方輸送施工，皮帶輸送機裝土端（圖5）一般需配備6～8臺挖機開挖，將土方裝于輸送機的料斗內，由輸送機直接送至棄土區。在棄土區出料口（圖6）一般配置1臺挖機和1臺推土機，將輸送的土方進行攤平。為了防止泥土粘住皮帶，影響施工效率，在輸送機一端專門設置了刮泥器，以清除粘連在皮帶上的泥土。在輸送土方過程中，根據棄土區地勢的高程，利用液壓系統中兩端的6只油缸千斤頂，調整輸送機的傾斜度，達到棄土區的堆土高程。同時油缸千斤頂又能起到支撐作用，保證輸送機在作業過程中的穩定。

圖4 皮帶輸送機裝土

皮帶輸送機對土質的要求不高，除流塑狀態土以外，其它狀態土質都能輸送，以含水量較低、較松散的土質為最佳。淮河入江水道改道段東西偏泓開挖除土層上層主要為含水量較低的堆土、粘性土、淤泥質粘性土，能適應皮帶式輸送機施工。對偏下層的飽和硬粘性土、飽和軟粘性土、飽和可塑粘性土、流塑狀態淤泥土質通過深挖縱橫排水龍溝，及時降低其含水量，也能滿足輸送要求。

圖5 前后皮帶機接力輸送

圖6 皮帶輸送機卸土

2.3.5 皮帶輸送機平移

一段河道開挖土方輸送完畢后，需要移動皮帶輸送機進行下一段河道施工。移動前先要對道路進行平整，利用左右移動系統把皮帶輸送機移動到預定位置；利用前后移動系統使每節皮帶機搭接準確。移動過程中要使皮帶機前后左右保持平衡穩定，不發生翻機事故。全部移動、搭接到位后即可進行土方輸送施工。皮帶輸送機平移是控制工期重要環節，要抓住晴好天氣一氣呵成，否則對施工工期將造成不利影響。

3 皮帶輸送機土方施工工藝的特點

皮帶輸送機工藝在礦山、煤炭、碼頭等行業的應用已有很久歷史，有成熟可靠的經驗。但在水利工程施工特別是在我省水利工程施工中應用尚屬首次。通過淮河入江水道改道段東西偏泓土方輸送施工實踐總結，皮帶輸送機土方施工工藝具有以下特點。

3.1 適應短距離運輸、對土質要求不高

皮帶輸送機施工工藝適應短距離施工，一般在100～800m為最佳。另外對土質要求也不高，除流塑狀態土以外，其它狀態土質都能輸送，以含水量較低、較松散的土質為最佳。

3.2 節能、環保

傳統土方施工主要是使用自卸汽車、挖掘機等施工機械，施工過程中產生大量揚塵、車輛尾氣，對空氣污染較為嚴重。而輸送機運行主要靠電力，每套設備配1臺發電機組提供動力，不但排除了揚塵、車輛尾氣產生，而且大大降低了施工噪音對環境污染。與傳統機械施工相比燃油消耗量也有不少降低。

3.3 安全、可靠

傳統的車輛運輸施工，對施工臨時道路要求比較高，施工車輛較多、相互交叉，存在較大的交通安全隱患。施工過程中，除保證臨時道路標準較高外，還必須投入一定的人力、物力以保證現場交通指揮及道路維護。而土方皮帶輸送機不需要專門鋪筑施工道路，機械就位后，即可開挖輸土，消除了交通安全隱患，避免現場交通事故發生的可能。皮帶輸送機發生故障的幾率也比較低。

3.4 對施工環境適應性強

3.4.1 對施工道路要求不高

皮帶輸送機不需要專門的高標準臨時道路。土方開挖區不需分層開挖、可一次開挖到位。

3.4.2 受天氣影響不大

傳統土方施工，一旦遇到陰雨雪天氣，特別是遇到雨水多發季節，由于受施工道路制約，一場雨要影響幾天，甚至一個星期無法施工。而皮帶輸送機施工，只要雨停即可正常施工，大大降低了陰雨天氣對工程施工影響，對每年都要泄洪的淮河入江水道施工顯得尤為重要。

3.5 高效、低成本

淮河入江水道改道段東西偏泓拓寬施工共分4個標段，其中2個標段采用皮帶輸送機新工藝施工，2個標段采用傳統的挖機加汽車運輸工藝施工。一套皮帶輸送機每個臺班可輸送土方6000m3，消耗柴油1.4 t，即每方耗油0.23Kg，按施工期市場價8100元/t計算，每方運輸需要1.86元。傳統施工工藝運送6000m3土方需消耗柴油約4.2 t，即每方耗油0.7Kg。按同樣價格計算，每方運輸需要5.67元。所以運送每立方米土方皮帶輸送機比傳統施工工藝節約3.81元，加上不需要修筑施工道路、受天氣影響小、效率高、縮短工期帶來的投入減少，皮帶輸送機土方施工工藝大大降低施工成本。

3.6 一次性投入大、有待進一步優化

皮帶輸送機存在機架笨重、體積大、一次性投入大、轉場及施工中移動困難的缺點。經測算一套500m移動式土方皮帶輸送機要投入600萬元左右，一般中小型施工企業難以承受。對體積大、移動困難等缺點可做進一步的優化，如可適當縮短每節皮帶機的長度；液壓油缸移動系統優化為履帶移動；工廠化標準制造生產等。

4 結語

淮河入江水道整治工程改道段東西偏泓拓寬工程施工中研制應用的皮帶輸送機土方施工新工藝，為工程按期完成做出了重要貢獻，為水利工程土方施工引進了的一種新方法，總結了一套新的施工工法，該工法已于2014年通過中國水利工程協會評審備案并公布建議推廣。皮帶輸送機土方施工新工藝具有節能、環保，安全、可靠，對施工環境適應性強，高效、低成本等是傳統施工工藝不可替代的優點，對同類工程特別是淮河入海水道二期工程施工提供了示范和借鑒經驗。

［1］淮河入江水道整治工程江蘇省境內改道段東西偏泓施工設計、施工資料［R］.淮安市水利勘測設計院有限公司，2014.

［2］GB10595-89.帶式輸送機技術條件［S］.

［3］GB10595-2009.帶式輸送機國家標準［S］.

［4］GB14784-2013.帶式輸送機安全規范［S］.

［5］MT/T467-1996.煤礦用帶式輸送機設計計算［S］.

［6］MT/T656-1997.煤礦用帶式輸送機架型式與基本尺寸算［S］.

［7］MT/T5030-2003.煤炭工業帶式輸送機工程設計規范［S］.

［8］晁娟.水利工程項目施工成本控制與管理優化研究［J］.水利設計與規劃，2014（03）.

［9］肖偉能.水利水電特種機械設備管理要點探討［J］.水利設計與規劃，2015（04）.

［10］林農，吳昌新.張家港市朝東圩港樞紐閘站工程技術創新特點［J］.水利設計與規劃，2013（08）.

TV85

B

1008-1305（2017）01-0042-04

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.014

2016-03-15

張海學（1962年—），男，高級工程師。