連續皮帶機配套盾構出渣的設計與施工

楊 志 先， 陳 麗 娟， 夏 瑩

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

連續皮帶機配套盾構出渣的設計與施工

楊 志 先， 陳 麗 娟， 夏 瑩

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

以成都軌道交通18號世～海區間為例，結合長大隧道出渣經驗，對出渣效率等方面進行綜合對比后選擇盾構施工配套出渣方式以及皮帶機輸送能力等方面進行了闡述，介紹了連續皮帶機系統的組成及布置、運行維護、使用過程中需要注意的問題等，實現了連續皮帶機系統與盾構設備的有效結合，確保了擁有良好施工環境的同時，充分發揮了盾構高效施工的特點。

連續皮帶機；長大隧道；盾構施工；出渣技術

1 概 述

市域快線在新型城鎮化發展過程中具有集約高效、造價適中、運營組織靈活等優勢，其軌道交通能夠提供更便捷、直達性更強的服務。市域快線施工期間，大直徑盾構掘進技術在工程項目施工中的應用越來越多，而伴隨盾構法而來的盾構有效出土問題廣泛地被提出，其配套的出渣設備對施工條件的適應性、技術工藝的研究和提高具有較高的價值。筆者對連續皮帶機配套盾構出渣技術進行了探討，旨在為類似工程施工提供借鑒。

成都軌道交通18號線是連接成都天府國際機場的軌道交通線路，也是天府新區連接主城區并提供快速服務功能的主要通道，是集市域快線與機場專線為一體的復合功能線。線路沿天府大道東側往南敷設至博覽城，折向東南方向沿天府新區規劃道路至合江鎮，之后穿越龍泉山、經第二繞城高速公路后沿空港城規劃道路至成都天府國際機場。一期工程為火車南站～天府新站(含龍泉山隧道)，線路長約41.08 km，設7座車站(均為地下站)，平均站間距為4.84 km。設計時速140 km/h。管片外徑8.3 m，管片內徑7.5 m。18號線一期工程土建2標工程范圍包含三站兩區間，區間全長15 084單延米，區間全部采用盾構法施工，盾構刀盤直徑為8 630 mm。其中世紀城站～海昌路站區間長度為6 100 m(雙延米)。為解決長大隧道出渣等問題，結合現場實際情況并經技術及經濟論證，該區間計劃采用連續皮帶機出渣。

2 出渣方式的選擇

盾構施工可采用兩種出渣方式：一是軌道電瓶車出渣，二是皮帶機連續出渣。兩種出渣方式各具特點。結合該工程特點、周邊環境及對運輸方案的比較，該工程世～海區間長大區間隧道擬采用連續皮帶機配套盾構出渣方案。運輸方案功效比較情況見表1。

表1 運輸方案功效比較表

3 連續皮帶機參數的選擇

為確保大直徑盾構與連續皮帶機配套出渣的有效結合，需根據該工程區間隧道斷面及地質條件選擇合理的連續皮帶機參數，以保證出渣能力滿足需求(表2)。

3.1 皮帶機輸送能力的選擇

在額定掘進速率時的輸送能力：

P額=1.8×1 000×4.8×58.3×1.4=705(t/h)

在最大掘進速率時的輸送能力：

P額=1.8×1 000×6×58.3×1.4=881(t/h)

表2 盾構機設計的掘進速度和渣土參數表

3.2 皮帶機帶速的選擇

根據類似工程施工經驗，皮帶機帶速一般不超過3 m/s，若太大，易造成托輥損壞，太小則將影響出渣效率，一般選定皮帶機帶速為2～3 m/s，初步設計為2.5 m/s。

3.3 皮帶機帶寬的選擇

根據斷面面積、渣土松散系數及最大掘進速率確定最大掘進速率時的出渣量為：

Q=58.3×6×1.4=489.72(m3/h)

=0.136 m3/s

單位時間皮帶機上渣土的面積為：

S=Q/v=0.136/2.5 m2=0.054 4(m2)

皮帶機運行時，因自身振動影響，渣土在皮帶機上呈倒梯形，渣土上表面的線性長度為L1，根據以上條件，按圖1計算皮帶帶寬L。

圖1 連續皮帶機橫斷面示意圖(單位：mm)

(L1+360)×(L1-360)×tan30°×0.5×0.5

=54 400(mm2)

L=360+(L1-360)/cos30°+2×116

解得：L≈998.5 mm。

注：當托輥角度設置為37.5°時，計算出[L≈950 mm。

皮帶機帶寬實際加工制作時取整數，因此，皮帶機帶寬選擇為1 000 mm。

3.4 皮帶機帶厚的選擇

由于區間渣土為中長距離運輸，對皮帶質量要求較高，主要體現在皮帶的耐磨性和皮帶的彈性要求，因此，大直徑盾構多采用高強度和帶鋼絲繩的皮帶。皮帶的結構包括上蓋膠、下蓋膠及鋼絲繩。鋼絲繩的作用是承受較大的負載，保持皮帶的整體性，同時保持皮帶的“硬度”，減小皮帶受拉后的伸長率。選擇鋼絲繩主要是根據皮帶的總長度及張緊力，根據廠家提供的參數項目部最終確定選擇直徑3 mm的鋼絲繩。皮帶中上蓋膠較厚，運行時作為工作面可以承受耐磨和較大程度的沖擊載荷，因此，其厚度按照皮帶機廠家提供的參數選擇為5 mm。下蓋膠不是工作面，耐磨要求低，根據相關經驗確定下蓋膠厚度為4 mm。

最終確定的皮帶厚度為12 mm。

4 連續皮帶機的組成及布置

4.1 連續皮帶機的組成

連續皮帶機是長距離、大功率的大型可伸縮帶式輸送機，主要用于長大隧道的快速出渣。主要由皮帶驅動裝置、皮帶硫化裝置、皮帶存儲及張緊裝置、皮帶架延伸裝置組成(圖2、3)。

4.2 連續皮帶機的布置

(1)連續皮帶機整體布置情況。結合18號線海昌路站車站結構、站位及周邊環境，區間左右線皮帶機出洞后沿車站結構側墻順向布置，出洞2 m后開始布設皮帶機儲帶倉、張緊裝置、硫化裝置，根據實際演算，132 m的車站結構段滿足布設要求。

(2)隧道內皮帶機布置情況。由于受到后期聯絡通道施工影響，隧道內連續皮帶機考慮布置在兩條隧道的外側，即左線布置在3點位，右線布置在9點位，皮帶機在隧道內的固定方式為鏈條懸掛。

(3)頂板皮帶機布置情況。由于受皮帶機自身結構尺寸、轉彎半徑和車站頂板臨建設施和施工設備的限制，轉載皮帶機以7°的偏角和7°的爬升角上升到頂板，順向延伸到渣土堆放場地，需要在頂板開設兩個預留孔，其尺寸為：長×寬=15 m×4.5 m。

5 連續皮帶機系統的運行、維護及管理

5.1 連續皮帶機系統的運行

圖2 皮帶機結構圖

圖3 皮帶架延伸裝置圖

(1)連續皮帶機系統的啟動順序。連續皮帶機系統的啟動順序為布料機、轉渣皮帶機、連續皮帶機、主機皮帶機, 停機順序與其相反。啟動時首先布料機運轉, 緊接著轉渣皮帶機依次運轉, 這樣實施可以保證前一級皮帶輸出的石渣能夠連續輸出, 防止發生石渣堆積情況，連續皮帶機啟動順序見圖4。

圖4 連續皮帶機啟動順序流程圖

(2)連續皮帶機系統的施工流程。連續皮帶機系統的施工流程見圖5。

(3)連續皮帶機托架的延伸。隨著盾構機的不斷向前掘進, 皮帶機托架及皮帶均需不斷地向前延伸以滿足出渣要求。連續皮帶機的前端從動滾筒固定于盾構機后配套的尾部拖車上, 其末端用一卷揚機張緊。掘進時，當拖車的牽引力達到設定值時卷揚機就會轉動皮帶, 隨著掘進機的前進, 皮帶不斷延伸, 這時需在主機皮帶機與連續皮帶機接頭處的洞壁上搭接皮帶機托架。

圖5 連續皮帶機系統施工流程圖

(4)皮帶的儲存。連續皮帶機系統設有皮帶儲存裝置, 每次可存600 m, 皮帶可隨盾構機的掘進自動釋放。

(5)連續皮帶的硫化續接。皮帶儲存區的儲存能力有限, 平時用的是每次可存600 m 的儲存區。當掘進長度達到300 m 時, 皮帶儲存區的皮帶幾乎用盡, 需要對皮帶進行續接, 即皮帶的硫化。硫化皮帶時將連續皮帶的張緊裝置放松, 在硫化區的某一處將原皮帶割斷, 將新續的皮帶與其對接, 然后加熱硫化使接頭牢固地結合在一起。將新續的皮帶存儲到儲存區內, 從而完成皮帶續接,皮帶硫化最快6 h可以完成。

(6)連續皮帶機的張緊裝置。為了保證連續皮帶動力傳送順暢, 實現連續出渣,必須保證各級皮帶處于張緊狀態。因各級皮帶特點不同, 其張緊方式亦有所不同, 主機皮帶機用液壓油缸進行張緊或放松；連續皮帶機由置于皮帶儲存區后面的卷揚機張緊。

5.2 連續皮帶機系統的維護

連續皮帶機作為一種先進的機械設備, 因安裝及使用過程中的磨損會出現各種問題, 若不及時處理，將導致皮帶割裂而造成重大損失。

(1)滾筒錯位：在安裝皮帶機支架時需用水準尺等確保支架水平且位于同一高度，支架左右兩邊銜接對齊，避免皮帶跑偏，防止皮帶刮爛事故的發生。

(2)托輥損壞：維保人員堅持做好日常保養工作，做好清泥、清渣、潤滑工作，防止托輥損壞造成皮帶刮爛事故的發生。

(3)皮帶支架的固定：安裝精準、每隔100 m 安裝1個剪刀叉, 經常檢查矯正，防止皮帶支架受力不均垮塌。

5.3 連續皮帶機施工人員的組成

每次皮帶機儲帶倉的皮帶用完后，由主操作手組織人員負責對皮帶進行硫化續接，其他人負責配合，當皮帶續接完成后由主操作手組織本班組人員對皮帶機進行巡查、維修，以保證皮帶機的正常運轉(表3)。

6 所采取的有針對性的設計及解決方法

(1)皮帶跑偏。連續皮帶機與拖車連接的移動尾端具有調整皮帶機尾部滾筒上下、左右及傾斜功能，能夠快速調整皮帶跑偏。

(2)托架快速安裝。在臺車上設置的皮帶托架安裝裝置可以安全、快速的安裝皮帶托架，該裝置采用機械式移動伸縮結構，可以精準的定位皮帶托架。

表3 連續皮帶機施工人員配置表

(3)曲線皮帶調偏。針對該標段存在的曲線轉彎段，采用自動調偏托輥組，能夠根據皮帶跑偏情況自行調整皮帶跑偏。

(4)防水防渣托輥。托輥的好壞影響皮帶輸送機的功率，磨損嚴重時會造成皮帶大面積劃傷。該項目皮帶機采用國際知名品牌托輥廠家生產的托輥，性能高、密封效果好，能夠有效防止泥漿進入托輥，進而保證皮帶機的正常運轉。經盾構工況驗證，其使用情況非常好，正常使用情況下，托輥壽命達10 000 h。

(5)刮渣清洗。由于盾構所出的渣粘性強，容易粘結在皮帶上，因此而增加了刮泥清洗裝置，以使皮帶順暢運轉，減少了殘渣對皮帶及托輥的磨損，保證了盾構施工的順利出渣。

(6)渣土改良。該盾構區間主要為泥巖地層，局部存在砂卵石地層，掘進渣土較稀，不利于渣土外運，施工時考慮布置渣土改良裝置，采用聚合物等材料，使渣土呈現良好的流塑性。

(7)托輥角度、托輥間距的設置。根據以往隧道連續皮帶機的運用情況，托輥角度一般設置為30°，托輥間距一般設置為1.5～3.5 m。我們針對該項目施工區間較長等特點，考慮到皮帶張力及漏渣的影響，將托輥間距設置為2.5 m，托輥角度設置為37.5°，在同等寬度的皮帶下，此間距及角度的托輥設置可以增大皮帶的輸送能力，減小皮帶的漏渣情況。

(8)皮帶機連鎖監控。皮帶機的急停系統與盾構機的螺旋輸送機控制系統連鎖，在拉繩開關動作時可以迅速的停止螺旋輸送機及皮帶機系統的運行。驅動控制柜上設置有可操作指示的觸摸屏，可以用來監視皮帶速度、打滑檢測、跑偏檢測以及各個運行狀態的顯示。

連續皮帶機控制系統采用PLC實現，與盾構機的控制系統進行總線連接并將連續皮帶機的信息等狀態顯示在盾構機控制室內。

7 結 語

筆者通過18號線世～海區間盾構區間的施工，結合車站結構、地質條件、周邊環境等施工條件進行了有針對性的設計，系統討論了連續皮帶機配套盾構出渣技術，大大促進了盾構施工技術的發展。連續皮帶機出渣作為盾構配套出渣系統新技術將不斷地在城市軌道交通長大隧道盾構施工中得到應用，其高效的出渣效率、低廉的維護成本將不斷促進其發展。

TV7;TV53;TV52

B

1001-2184(2017)06-0059-04

2017-10-24

楊志先(1978-)，男，山東菏澤人，高級工程師，從事地鐵施工技術與管理工作；

陳麗娟(1983-)，女，四川犍為人，助理工程師，從事地鐵施工技術與管理工作；

夏 瑩(1990-)，男，湖北襄陽人，助理工程師，從事地鐵施工技術與管理工作.

李燕輝)

《抽水蓄能電站設計規范》送審稿通過審查

2017年8月23～25日，水電水利規劃設計總院在北京組織召開了《抽水蓄能電站設計規范》(以下簡稱《規范》)送審稿審查會。會議由科技標準部副主任工程師杜剛主持，能源行業水電勘測設計標準化技術委員會委員、水電規劃設計總院副總工程師黨林才擔任審查專家組組長。中國長江三峽集團公司、廣東省水利水電規劃勘測設計研究院、中國電建集團華東、西北、中南、成都、昆明、貴陽、北京勘測設計研究院有限公司、國網新源控股有限公司、南網調峰調頻發電公司等單位的委員、專家和代表參加了會議。

審查會上，專家和代表們聽取了編制組關于本規范編制情況和主要內容的匯報，與會專家對本規范逐章逐條認真審查。審查認為，編制組提交審查的技術文件齊全，編制依據充分。格式規范，邏輯嚴謹，結構清晰，用詞簡明，規定明確，與國內相關標準相協調，具有可操作性，符合《工程建設標準編寫規定》(建標〔2008〕182號)規定。會議一致同意《規范》送審稿通過審查。會議要求編制組根據本次審查會議意見，對《規范》送審稿進一步修改完善，形成報批稿，盡早報國家能源局批準發布實施。

根據國家能源局《關于下達2012年第一批能源領域行業標準(修)訂計劃的通知》(國能科技〔2012〕83號文的要求，以中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司為主編單位，國網新源控股有限公司、南網調峰調頻發電公司為參編單位，共同承擔了《規范》的修編工作。

2012年12月，水電水利規劃設計總院在北京組織召開了《規范》修編工作大綱的評審會，根據評審意見，編制組于2015年12月完成了《規范》的征求意見稿，廣泛征求各方意見，收到意見250條，采納134條。2016年11月28～30日，北京院組織召開了《規范》送審稿討論會，與會專家對《導則》逐章逐條進行了討論。編制組根據會議討論意見和反饋意見，對《規范》進行了修改、補充和完善。