懸臂雙向皮帶布料機混凝土入倉的設計與應用

孫 永 全， 李 永 山

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

河床式電站發電廠房(包括主廠房段和安裝間段)底板大體積混凝土施工較為集中、工期緊張及單倉混凝土量大，施工機械設備的布置比較緊湊，施工程序復雜及施工強度高，導致其實現快速連續入倉較為困難。

筆者闡述了通過采用懸臂雙向皮帶布料機改善提升防骨料分離爬升皮帶輸送、布料機水平運輸、瓣膜式緩沖下料筒下料的方式實現混凝土快速連續高強度入倉、進而達到保障施工質量、降低施工成本、加快施工進度、增加經濟效益目標的過程。筆者所依托的工程為犍為航電樞紐工程。

犍為航電樞紐總庫容為2.27億m3，總裝機容量為500 MW，為河床式水電站，閘壩式擋水建筑物，Ⅲ級船閘(單級)通航1 000 t級船舶。本標段的開發任務為以航運為主，結合發電，兼顧供水、灌溉并促進地方經濟社會發展。工程等級為Ⅱ等大(2)型。樞紐工程主要建筑物采用“一字型”布置型式，廠房和船閘分岸布置。

廠房壩段總長276.48 m，其中包括主機間190.48 m、安裝間63 m，裝卸場23 m。廠房順水流方向長度為87.69 m，裝卸場及1#安裝間順水流方向長度為62.34 m,2#安裝間長度為70.59 m。廠房進水底板高程為300.9 m，尾水底板高程為302.8 m，主廠房高程為328～360 m，副廠房高程為319.5～360.8 m，主變平臺頂高程為337.8 m，尾水排架高程為332～356.5 m。混凝土標號為C25W6F100，三級配，總方量約30萬m3。

廠房大體積混凝土施工范圍大，單倉(42 m×40 m)混凝土方量大，混凝土設備布置難度較大，需要滿足混凝土入倉強度的要求，而單一現有混凝土入倉設備無法滿足廠房混凝土的澆筑要求。設計單位提出的技術標準為：發電廠房底板大體積混凝土采用常態混凝土澆筑，強度級配為C25，三級配，抗滲抗凍等級為F50W6，入倉坍落度控制在3～5 cm，為低坍落度大粒徑混凝土，而現有的泵送混凝土設備不能滿足廠房混凝土特性(級配及塌落度等)的要求，實現快速入倉較困難。

項目部技術人員通過對發電廠房施工常用設備的工作效率及使用成本進行分析，并根據發電廠房施工的進度要求對廠房機械設備布置提出了初步的改進方案，對廠房底板大體積混凝土通過改進設備，選用懸臂雙向皮帶布料機實現了混凝土連續快速入倉。筆者對這一改進過程進行了詳述。

2 懸臂雙向皮帶布料機入倉設計

所采用的技術方案為自卸車將混凝土卸入集料液壓料斗內，集料液壓料斗由液壓弧門控制放料速度，固定防骨料分離輸送皮帶通過周轉平臺輸送至移動防骨料分離皮帶運輸，布料機伸縮水平分配，通過布料機垂直下料緩沖裝置下料進行混凝土連續快速入倉。

2.1 組成系統的主要構件

該系統的主要結構為：集料液壓料斗、固定支架及防骨料分離輸送皮帶、周轉平臺、移動防骨料分離輸送皮帶、25 m長塔式布料機、布料機垂直下料緩沖裝置。

2.2 系統設計方案

(1) 液壓集料斗的設計及安裝。液壓集料料斗設計尺寸為3.1 m(寬)×3.2 m(長)×4.4 m(高)(不包括梯步的體型)，滿足裝載12 m3混凝土要求，并在底部設置有液壓弧門用以控制混凝土的放料速度[1](圖1)。由于料斗較高，為滿足自卸汽車卸料要求，設計了自卸汽車卸料平臺并采用C25混凝土作為液壓集料料斗基礎。

圖1 液壓集料料斗布置立面圖

(2)輸送皮帶的設計及安裝。為防止混凝土在輸送過程中發生骨料分離，對輸送皮帶進行了專門設計：皮帶帶寬為650 mm，根據骨料粒徑設置了3 cm高的橡膠輸送隔板，隔板間距15 cm。皮帶投影長度為24.68 m，爬升高度為6 m，角度為14°，皮帶運轉速度為2.5 m/s[2]。固定皮帶支架采用單桁架式，底部使用鋼管立柱支撐，桁架立柱間距為7 m，具體結構型式見圖2。

在固定皮帶機頭部位架設周轉平臺作為移動防骨料分離輸送皮帶的上料點及支撐點，平臺尺寸為1.5 m×1.5 m。為提高布料機利用率及實現快速入倉，周轉平臺支撐移動防骨料分離輸送皮帶通過起重機移動中間移動式桁架皮帶及布料機伸縮桁架上部結構，進而增大了混凝土布料覆蓋范圍。

圖2中的1為固定支架及防骨料分離輸送皮帶；2為周轉平臺；3為移動防骨料分離輸送皮帶。圖2 固定防骨料分離輸送皮帶示意圖

移動防骨料分離輸送皮帶為25 m長整體桁架皮帶，帶寬為650 mm；根據骨料粒徑設置了3 cm高的橡膠輸送隔板，隔板間距15 cm，移動輸送皮帶見圖3～5。混凝土通過移動皮帶進入塔式布料機受料口，移動皮帶爬升6 m，爬升角度為14°，皮帶運轉速度為2.5 m。

圖3 移動防骨料分離輸送皮帶示意圖

圖4 移動防骨料分離輸送皮帶C-C剖面圖

圖5 防骨料分離輸送皮帶設計圖

混凝土通過液壓集料料斗輸送至固定防骨料分離皮帶，再通過周轉平臺輸送至移動防骨料分離皮帶，采用門機或吊車進行安裝。

(3)懸臂雙向皮帶布料機的安裝。懸臂雙向皮帶布料機安裝之前需澆筑布料機基座，基座尺寸為4 m×4 m，布料機塔式立柱高度為12 m，上部集料結構高度為7 m，布料桿長度為25 m，為伸縮式桁架，具體型式見圖6。混凝土布料范圍為2.84～25 m，皮帶帶寬650 mm，皮帶帶速約2.5 m/s，布料瞬時生產率為150 m3/h，額定生產率為100 m3/h。

(4)垂直下料緩沖裝置的設計。布料機垂直下料緩沖裝置采用柔性半弧瓣膜進行緩沖，混凝土下料筒為橡膠圓筒，直徑為50 cm，圓筒內設置半弧狀瓣膜，圓弧瓣膜與下料筒的夾角為45°，圓弧瓣膜間距為30 cm，按照花瓣形布置。混凝土通過專門設計的垂直下料緩沖裝置防止在下料過程中混凝土發生骨料分離現象。

(5)自動控制系統的安裝。系統的運行通過聯動開關進行控制，混凝土運輸車將混凝土運輸至液壓集料料斗，布料機駕駛員開啟布料機，通過聯動開關同時開啟固定防骨料分離皮帶與移動防骨料分離皮帶，系統開始運轉，正常情況下，液壓集料料斗內的混凝土輸送完畢關閉液壓弧門，弧門開關亦可通過人工控制，液壓弧門關閉后觸發延時聯動開關，將傳送帶上的混凝土全部運輸至布料機，通過布料機將混凝土水平分配到指定倉位中，具體流程見圖7。本系統另設有急停裝置，如發生異常情況可通過急停裝置使整個系統停止運轉[3]，以便于故障的判斷和排除。

(6)混凝土運輸車。混凝土運輸采用20 t自卸汽車將混凝土從拌合站運輸至施工現場，自卸汽車一次性運料量約為12 m3。

(7) 液壓集料料斗集料。20 t自卸汽車利用已搭設好的自卸車下料平臺將混凝土料卸入液壓集料料斗內，從而實現液壓料斗集料。其中液壓料斗一次性集料量約為12 m3，正好與自卸汽車運料量相匹配。

(8) 固定防骨料分離傳送帶傳輸。由液壓料斗控制下料速度，將混凝土卸到由桁架立柱支撐的固定支架及防骨料分離輸送皮帶進行混凝土的傳輸。

(9) 移動防骨料分離傳送帶傳輸。固定防骨料分離皮帶上的混凝土通過周轉平臺轉入移動防骨料分離皮帶，再由移動防骨料分離皮帶輸送至所指向的塔機。

圖6 懸臂雙向皮帶布料機結構圖

圖7 系統運行圖

(10)塔式布料機傳輸。混凝土由移動皮帶輸送至塔式布料機，由塔式布料機伸縮、水平分配進行混凝土的入倉工作。

(11)混凝土下料緩沖裝置垂直布料。通過緩沖半弧瓣膜下料筒進行混凝土快速入倉，防止混凝土骨料分離。

3 懸臂雙向皮帶布料機入倉實現

3.1 倉位分層分塊

發電廠房高程302.8 m以下為底板混凝土，采用懸臂雙向皮帶布料機實現混凝土連續快速入倉。根據施工規劃要求，廠房底板混凝土工程按照施工藍圖的倉位劃分進行分層、分塊，將1～2#機底板定為1#倉位，3～4#機底板定為2#倉位，5～6#機底板定為3#倉位，7～8#機底板定為4#倉位，9#機底板定為5#倉位 。

3.2 懸臂雙向皮帶布料機的布置

犍為航電樞紐發電廠房工程共布置2臺塔式布料機參與發電廠底板混凝土施工。為提高布料機的利用率，實現快速入倉，在發電廠房混凝土施工過程中，通過起重機移動中間移動式桁架皮帶及25 m長的布料桿伸縮桁架上部結構，將其吊裝至對稱倉位的立柱上以實現高效大范圍覆蓋。

1～2#機組布料機布置在2#機組流道內，3～4#機組布料機布置在4#機組流道內，1～4#機組的兩臺布料機共用1個料斗，料斗布置在3#機組對應的上游側。5～6#機組布料機布置在6#機組流道內，7～8#機組布料機布置在8#機組流道內，5～8#機組的兩臺布料機共用1個料斗，料斗布置在7#機組對應的上游側。混凝土通過固定皮帶+移動式皮帶的方式上料。在料斗處布置一條固定皮帶，向下游布設，皮帶投影長度為24.68 m，爬升高度為6 m，角度為14°。在固定皮帶機頭的部位架設周轉平臺作為移動式皮帶的上料點及支撐點，混凝土在此處由固定皮帶轉到移動式皮帶進入布料機受料口，移動皮帶爬升6 m，爬升角度為14°[4]。

在發電廠房大體積混凝土澆筑過程中，由20 t自卸車將混凝土卸入集料液壓料斗內，通過由桁架立柱支撐的固定皮帶運轉到移動式皮帶進入布料機受料口，經25 m長的塔式布料機運轉，完成混凝土快速入倉[5]。

4 結 語

通過懸臂雙向皮帶布料機的設計，對防骨料分離爬升皮帶輸送、布料機水平運輸、瓣膜式緩沖下料筒下料的改進，實現了混凝土的連續快速入倉，順利實現了犍為航電樞紐工程大體積混凝土施工項目全面履行承建合同約定，滿足了安全、質量、進度與技術要求。通過該入倉方式，在料源充足的前提下，能夠實現低坍落度大粒徑混凝土入倉速度100 m3/h的目標，實現混凝土高強度入倉，從而達到降低施工成本、保障施工安全、加快施工進度，增加經濟效益的目標。