高傾角壓帶式輸送機(jī)在隧道施工中應(yīng)用研究

摘要：總結(jié)如今城市隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工中不間斷出渣的典型問(wèn)題，在原有隧道掘進(jìn)出渣輸送機(jī)設(shè)備功能基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出更適用于隧道施工的高傾角壓帶式輸送機(jī)機(jī)械設(shè)備，以有效解決城市隧道施工中物料垂直運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，提高隧道出渣施工效率。圍繞高傾角壓帶式輸送機(jī)在隧道施工中應(yīng)用進(jìn)行討論，分析高傾角壓帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)原理及構(gòu)造的基礎(chǔ)上，探討實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)高傾角壓帶式輸送機(jī)在隧道施工的應(yīng)用創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：高傾角;盾構(gòu)掘進(jìn);壓帶式輸送機(jī);隧道施工

0" "引言

當(dāng)前隧道施工中，普遍存在由于施工空間受限，使得對(duì)施工機(jī)械操作等方面形成阻礙。不便的施工環(huán)境，難以實(shí)現(xiàn)隧道施工效率的有效提高[1]。為了突破諸多隧道施工制約因素的束縛，應(yīng)通過(guò)采用先進(jìn)的施工工藝及科學(xué)的施工機(jī)械予以改善優(yōu)化，以適應(yīng)高速發(fā)展的隧道施工需求。

伴隨著大量先進(jìn)的TBM盾構(gòu)機(jī)械、掘進(jìn)設(shè)備等高精機(jī)械的應(yīng)用，在隧道不間斷出渣方面同樣出現(xiàn)了龍門起重機(jī)出渣、有軌運(yùn)輸車出渣等方式，但其實(shí)現(xiàn)過(guò)程常常會(huì)發(fā)生連續(xù)性中斷、交叉作業(yè)沖突的現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，隧道掘進(jìn)的不間斷出渣傳送是急需解決的問(wèn)題[2]。

隧道施工常有大角度出渣殊榮需求，存在由于傳送帶同物料間摩擦力作用不足導(dǎo)致物料下滑的情況，從而影響物料傳送效率，乃至不能傳送。高傾角壓帶式輸送機(jī)利用在兩條輸送帶，將物料夾在中間進(jìn)行傳送，使得傳送過(guò)程處于全封閉狀態(tài)，有效提高了傳送帶與物料之間的摩擦力作用，可有效避免揚(yáng)塵及物料殘?jiān)漠a(chǎn)生，有效解決了物料傳送受傾角限制的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了隧道施工的垂直角度出渣。

1" "高傾角壓帶式輸送機(jī)工作原理及構(gòu)造

1.1" "高傾角壓帶式輸送機(jī)工作原理

高傾角壓帶式輸送機(jī)是對(duì)常規(guī)輸送設(shè)備的功能、結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)在傳送物料的上方增加裝置一條覆蓋帶，使上下兩層膠帶間進(jìn)行物料的封閉傳輸[3]。它通過(guò)裝配特殊材質(zhì)的柔性壓帶裝置，使其對(duì)物料產(chǎn)生法向壓緊作用，進(jìn)而提高傳送帶與物料之間的摩擦力，防止傳送過(guò)程產(chǎn)生物料脫落現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)物料的任何角度傳送的自由。高傾角壓帶式輸送機(jī)如圖1所示。

高傾角壓帶式輸送機(jī)具備自動(dòng)化程度高、連續(xù)傳送能力強(qiáng)、維護(hù)便利、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，可作為配合TBM掘進(jìn)機(jī)械的附屬設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用[4]。帶式輸送機(jī)傳送物料角度主要由傳送帶同物料摩擦作用力決定，要想實(shí)現(xiàn)大角度物料傳送，應(yīng)再增加其間的摩擦力。高傾角壓帶式輸送機(jī)摒棄了常規(guī)波狀擋邊帶式輸送機(jī)，難以在傳送過(guò)程中清理殘?jiān)约皥A管帶式輸送機(jī)傳輸角度受限的問(wèn)題，將兩條特殊材質(zhì)柔性傳送帶夾緊進(jìn)行物料輸送，實(shí)現(xiàn)傳送過(guò)程的全封閉處理，避免了揚(yáng)塵和殘?jiān)漠a(chǎn)生，并解決了傳送角度受限的隧道施工實(shí)際問(wèn)題。

1.2" "高傾角壓帶式輸送機(jī)構(gòu)造

高傾角壓帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)基于常規(guī)帶式輸送設(shè)備的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，基本可利用常規(guī)帶式輸送機(jī)的構(gòu)件。高傾角壓帶式輸送機(jī)上端結(jié)構(gòu)包括夾帶裝置、弧形區(qū)域、上端保護(hù)罩、上端漏斗及驅(qū)動(dòng)設(shè)備構(gòu)成[5]，高傾角壓帶式輸送機(jī)上端構(gòu)造如圖2所示。

高傾角壓帶式輸送機(jī)下端主要包括尾端護(hù)罩、滾筒、受料區(qū)域及弧形區(qū)域構(gòu)成，其下端結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2" "高傾角壓帶式輸送機(jī)關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)

2.1" "合理選擇隧道輸送帶寬

高傾角壓帶式輸送機(jī)傳送膠帶帶寬應(yīng)與傳送物料情況相適應(yīng)，其壓帶式結(jié)構(gòu)傳送物料的截面形狀，與常規(guī)帶式傳送機(jī)械的不規(guī)則物料截面有區(qū)別，其截面要小于槽型物料的截面。物料受壓帶的覆蓋擠壓，會(huì)產(chǎn)生較小的堆積角度，所以其傳送膠帶帶寬應(yīng)選擇盡量寬的配置[6]。同時(shí)帶寬選擇應(yīng)參考物料的顆粒大小，確保其能將傳送帶兩邊的剩余帶寬緊緊貼合，滿足真正意義的封閉狀態(tài)，避免物料的外漏。

2.2" "合理確定彎曲弧段架構(gòu)和操作半徑

通過(guò)有效工藝實(shí)現(xiàn)物料不間斷穩(wěn)定喂料至壓帶機(jī)械弧段位置，是實(shí)現(xiàn)高傾角壓帶式輸送機(jī)穩(wěn)定工作的保證。其弧段半徑及彎曲弧段架構(gòu)，應(yīng)以傳送帶膠帶沒(méi)產(chǎn)生翹曲變形為參考依據(jù)。一方面應(yīng)確保傳送物料被包裹在上下傳送帶之間，另一方面還應(yīng)匹配承載傳送帶上的差異化斷面及不同大小的物料，保證物料從進(jìn)料側(cè)至覆蓋帶、承載帶，從而實(shí)現(xiàn)不間斷且穩(wěn)定的傳送。在選擇確定彎曲弧段架構(gòu)和操作半徑過(guò)程中，應(yīng)充分考慮施工環(huán)境、物料特征等因素，以防止輸送帶機(jī)械受損。

2.3" "科學(xué)設(shè)置輸送機(jī)壓緊力值

區(qū)別于常規(guī)帶式輸送機(jī)，單純憑借物料自身同傳送帶間及物料之間的摩擦作用傳輸物料的方式，在保證承載物料自重的前提下，通過(guò)提高傳送帶同物料間的正向壓力，可實(shí)現(xiàn)壓帶式輸送機(jī)更大傾角的物料輸送。即通過(guò)覆壓帶施加外加正壓力的方式于物料上表面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳送帶與物料之間形成更大的摩擦力。覆壓帶使得傳送帶包裹物料協(xié)同行進(jìn)，實(shí)現(xiàn)物料傳送。其壓力值大小，應(yīng)以物料在指定傾斜角需求，不產(chǎn)生滑落、不泄露為前提，具體可參考物料特征加以確定。

2.4" "科學(xué)配裝電氣控制系統(tǒng)

可靠的電氣控制系統(tǒng)是保障壓帶式輸送機(jī)上下兩套相互獨(dú)立傳輸單元同步工作的關(guān)鍵。傳送物料顆粒之間相互存在特定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即便兩套傳輸帶可夾緊物料，如果存在承載帶和覆壓帶運(yùn)轉(zhuǎn)速度不一，也會(huì)造成物料間相對(duì)位移加劇，導(dǎo)致承載帶、覆壓帶及物料間運(yùn)不一致，不能做到正常傳送物料。這不僅會(huì)加劇兩套傳送帶的磨損，還會(huì)提高出渣施工成本[7]。因此應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)控制輸送機(jī)兩套傳送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使輸送機(jī)在工作運(yùn)行狀態(tài)下形成特定功率，參照負(fù)載進(jìn)行速度調(diào)整。

3" "高傾角壓帶式輸送機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)

利用高傾角壓帶式輸送機(jī)進(jìn)行隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工出渣操作，可實(shí)現(xiàn)不間斷反向垂直傳送，區(qū)別于常規(guī)盾構(gòu)開采龍門吊出渣模式，主要具備以下創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)：

3.1" "適應(yīng)性強(qiáng)

高傾角壓帶式輸送機(jī)使用兩套獨(dú)立的傳送履帶系統(tǒng)，將壓帶裝置置于承載傳送膠帶與覆蓋傳送膠帶互貼的位置，利用壓帶裝置將物料置于上下傳送帶傳送。根據(jù)隧道施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行角度安置，甚至可在大于直角進(jìn)行反向C型安裝，實(shí)現(xiàn)可大角度高傾角垂直傳送。可穩(wěn)定不間斷的將物料運(yùn)至渣土位置，不過(guò)分占用空間，機(jī)械裝運(yùn)便利，能夠適應(yīng)于大部分隧道的渣土傳運(yùn)需要。

3.2" "物料傳輸穩(wěn)定且噪聲低

通過(guò)分析運(yùn)算物料間、傳送帶與物料間摩擦力值，改進(jìn)輸送機(jī)械正壓力參數(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)壓帶裝置的技術(shù)工藝創(chuàng)新，保證傳送物料時(shí)壓緊作用力合適、壓緊力作用實(shí)施勻稱，并能雖物料粒徑變化而隨時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)物料的平穩(wěn)傳送。實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)物料傳送，避免了物料傳送掉落問(wèn)題及揚(yáng)塵產(chǎn)生。在上下兩層膠帶之間封閉傳送物料，工作噪聲小，可滿足文明施工需求。

3.3" "智能化程度高

利用數(shù)字化遠(yuǎn)程管控檢測(cè)技術(shù)與變頻控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高傾角壓帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程運(yùn)維管理，保證了高傾角壓帶式輸送機(jī)穩(wěn)定起運(yùn)、便捷操控、節(jié)能高效的操作管理，同時(shí)避免了粉塵揚(yáng)起和掉落，有利于清潔環(huán)保施工。

4" "高傾角壓帶式輸送機(jī)在隧道施工的應(yīng)用

某城市軌道交通地鐵項(xiàng)目隧道掘進(jìn)物料出渣工程，利用高傾角壓帶式輸送機(jī)連續(xù)輸送清排土石物料通過(guò)支洞或洞口轉(zhuǎn)載外運(yùn)，物料經(jīng)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)后的松散度約為1.6t/m3。

4.1" "確定高傾角壓帶式輸送機(jī)原始參數(shù)

高傾角壓帶式輸送機(jī)整體呈多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)、適應(yīng)較復(fù)雜施工狀況的特征，其參數(shù)確定及關(guān)鍵構(gòu)件的方案設(shè)計(jì)，關(guān)乎整體隧道施工方案的實(shí)施。設(shè)計(jì)時(shí)，主要利用三維動(dòng)態(tài)仿真模型完成參數(shù)測(cè)算。為獲取動(dòng)態(tài)仿真的初始參數(shù)，首先應(yīng)進(jìn)行初始常規(guī)方案設(shè)計(jì)，然后同動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果形成比對(duì)，進(jìn)而確定方案的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

依據(jù)高傾角壓帶式輸送機(jī)施工工藝，通過(guò)參考單位時(shí)間輸送能力、隧道出渣施工環(huán)境、物料特征參數(shù)、線路原始尺寸、機(jī)械安裝限制，壓帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)方式、制動(dòng)方式、運(yùn)行要求、物料位置、裝卸點(diǎn)位位置及輸送能力等多方因素，確定兩條輸送帶類型、帶寬、物料受力、覆壓帶壓緊力等參數(shù)，獲得高傾角壓帶式輸送機(jī)最優(yōu)整體工作性能。壓帶帶式輸送機(jī)模型仿真截面圖如圖4所示。

4.2" "布置高傾角壓帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置

帶式輸送機(jī)在隧道實(shí)施出渣，通常受施工空間所限驅(qū)動(dòng)功率較大。利用集中定點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，既會(huì)增加占地面積，也會(huì)造成輸送機(jī)區(qū)域張力增加。為確保傳送帶的穩(wěn)定安全，就不得不通過(guò)增大傳送帶型號(hào)實(shí)現(xiàn)，由此造成資源浪費(fèi)。

利用高傾角壓帶式輸送機(jī)實(shí)施大角度出渣，依據(jù)其實(shí)現(xiàn)原理的特殊性，主要采用托輥配合多驅(qū)動(dòng)滾筒的方式驅(qū)動(dòng)支撐物料和輸送帶，施加在覆壓帶上的壓緊力及覆壓帶自重等，進(jìn)而確保輸送帶大角度輸送物料。此種方式布置有效地提升了傳送帶啟動(dòng)后滿載下的穩(wěn)定性，確保了驅(qū)動(dòng)裝置合理的功率分配，為多傳動(dòng)輸送機(jī)傳送帶的穩(wěn)定性提供保障，同時(shí)減小了空間占用和費(fèi)用支出。

4.3" "設(shè)置高傾角壓帶式輸送機(jī)張緊裝置

帶壓式輸送帶在實(shí)際工作時(shí)承受自身重力、物料及外載荷的力學(xué)作用，會(huì)在相鄰兩托輥組之間形成特定的懸垂度。懸垂度超標(biāo)，既會(huì)干擾輸送帶的正常工作，還會(huì)引起物料下滑、增加阻力等問(wèn)題。為使輸送帶達(dá)到懸垂度標(biāo)準(zhǔn)，防止驅(qū)動(dòng)滾筒啟動(dòng)及運(yùn)行出現(xiàn)打滑，應(yīng)通過(guò)設(shè)置拉緊裝置予以解決。

拉緊裝置設(shè)置類型及位置決定了拉緊力的大小，出于啟動(dòng)、運(yùn)行平穩(wěn)性及費(fèi)用投資方面考慮，通常選擇離傳動(dòng)滾筒較近的受力小的區(qū)域設(shè)置。由于高傾角壓帶式輸送機(jī)啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的張緊大小有區(qū)別，且受加速度影響，因此應(yīng)考慮在輸送機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中于變頻器上設(shè)定啟動(dòng)曲線，進(jìn)而獲取張緊力在啟動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的參數(shù)變化及規(guī)律，然后參考變化規(guī)律進(jìn)行自動(dòng)張緊裝置安裝方案的優(yōu)化。

4" "結(jié)語(yǔ)

為滿足隧道掘進(jìn)過(guò)程的連續(xù)、大角度出渣需求，有效解決出渣過(guò)程連續(xù)性中斷、交叉作業(yè)沖突的問(wèn)題，提升隧道出渣施工效率，我們?cè)诔Ｒ?guī)隧道掘進(jìn)出渣輸送機(jī)結(jié)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出更適用于隧道施工的高傾角壓帶式輸送機(jī)。

本文針對(duì)高傾角壓帶式輸送機(jī)在隧道施工中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究，在分析高傾角壓帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)原理及構(gòu)造的基礎(chǔ)上，介紹了輸送機(jī)關(guān)鍵技術(shù)，形成高傾角壓帶式輸送機(jī)隧道施工應(yīng)用的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)分析，提出高傾角壓帶式輸送機(jī)在隧道施工的實(shí)施應(yīng)用，證明其在城市軌道隧道出渣施工中可有效提升掘進(jìn)出渣效率，具有較好的應(yīng)用前景。

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