皮帶輸送機(jī)土方施工新工藝在淮河入江水道整治工程中的研制與應(yīng)用

張海學(xué)，周 淮，蔣 鵬，郭 瑞，郭 淮

（淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇淮安223005）

皮帶輸送機(jī)土方施工新工藝在淮河入江水道整治工程中的研制與應(yīng)用

張海學(xué)，周 淮，蔣 鵬，郭 瑞，郭 淮

（淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)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(chǔ)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(jī)土方施工技術(shù)，不但成本節(jié)約、效率高，而且安全、可靠、環(huán)保。本文詳細(xì)介紹了皮帶輸送機(jī)土方施工新工藝在淮河入江水道整治工程中的研制與應(yīng)用。

皮帶輸送機(jī)；土方施工技術(shù)；研制及應(yīng)用

1 工程概況

1.1 工程名稱和地點(diǎn)

淮河入江水道位于淮安市金湖縣境內(nèi)，現(xiàn)有東、西偏泓及中泓，平時(shí)為灌排河道，汛期與灘地一起向下泄洪水?；春尤虢栏牡蓝螙|西偏泓及中泓從省道331金湖大橋至高郵湖口，長(zhǎng)約16.8km。本次淮河入江水道整治工程對(duì)改道段東西偏泓及中泓進(jìn)行拓寬。

1.2 工程規(guī)模

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

1.3 工程地質(zhì)

根據(jù)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(zhì)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(zhì)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(zhì)不均勻；層淤泥流塑狀態(tài)；①1層軟塑狀態(tài)；①1′層軟塑～流塑狀態(tài)；①2層淤泥質(zhì)土軟塑～流塑狀態(tài)；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(shè)計(jì)

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(chǔ)上進(jìn)行施工，現(xiàn)狀灘面高程在6.5～8.2m（廢黃河高程系）左右，設(shè)計(jì)斷面為底寬拓寬至150m，底高程3.0m，邊坡1∶3。棄土區(qū)沿改道段東西大堤外側(cè)傍堤布置，詳見圖1。

圖1 泓道拓寬典型設(shè)計(jì)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(gè)年度實(shí)施，2013年實(shí)施西偏泓及中泓，分兩個(gè)標(biāo)段，計(jì)劃要求2013年5月30日完成，2014年度實(shí)施東偏泓也分兩個(gè)標(biāo)段，計(jì)劃要求2013年4月30日完成。施工期間東西偏泓互為導(dǎo)流。

2 皮帶輸送機(jī)土方施工原理及工藝

傳統(tǒng)水利工程土方施工原理是，開工后，先在開挖區(qū)與棄土區(qū)之間修好施工便道，再用挖掘機(jī)開挖，把土裝上運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至棄土區(qū)，施工運(yùn)輸線路較長(zhǎng)；施工期間，天氣和道路狀況對(duì)施工進(jìn)度影響很大；由于運(yùn)輸車輛較多，也存在較大的交通安全隱患。皮帶輸送機(jī)土方施工原理是，直接在挖土區(qū)和棄土區(qū)搭設(shè)皮帶輸送機(jī)，再用挖掘機(jī)開挖并裝土，通過皮帶輸送機(jī)輸送至棄土區(qū)。由于是在開挖區(qū)和棄土區(qū)之間直線距離搭設(shè)皮帶機(jī)，輸送距離大大減少；而短距離運(yùn)輸不管是從成本還是效率分析，皮帶輸送機(jī)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(jī)施工的最佳運(yùn)距。另外皮帶輸送機(jī)不需要施工道路，只需對(duì)地面簡(jiǎn)單整平即可；一般陰雨天氣照常施工；由于是封閉作業(yè)，交通安全隱患全部排除。

2.1 皮帶輸送機(jī)的構(gòu)成

皮帶輸送機(jī)由多節(jié)組成，每節(jié)長(zhǎng)50m，每節(jié)均具有獨(dú)立的前后左右水平移動(dòng)的特點(diǎn)。每節(jié)輸送機(jī)由移動(dòng)系統(tǒng)（鋼架、軌道、油壓千斤頂?shù)冉M成）、300MPa液壓系統(tǒng)（油箱、油道管線、油缸等組成）、電氣系統(tǒng)（700KW發(fā)電機(jī)組、75KW電動(dòng)機(jī)、輸電線路、控制柜等組成）及皮帶輸送系統(tǒng)（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(jī)移動(dòng)系統(tǒng)

移動(dòng)系統(tǒng)是皮帶輸送機(jī)的行走系統(tǒng)，非常關(guān)鍵。初始研制的皮帶輸送機(jī)與煤礦用帶式輸送機(jī)一樣，未設(shè)置該系統(tǒng)，完成一段河道土方輸送后，要靠80 t起重機(jī)才能使皮帶輸送機(jī)平移，相當(dāng)重新安裝一次，由于每節(jié)皮帶輸送機(jī)重約50t、長(zhǎng)50m，又大又笨重，移動(dòng)一次既不方便又耽誤時(shí)間，約要耗費(fèi)2～3天，這樣由皮帶輸送機(jī)輸送土方節(jié)約下的時(shí)間又被白白浪費(fèi)掉。針對(duì)這一難題，每節(jié)輸送機(jī)安裝4組8只油缸千斤頂，使輸送機(jī)具有前后移動(dòng)功能（圖2）；安裝2組4只油缸千斤頂，使輸送機(jī)具有左右移動(dòng)功能（圖3）；另外再安裝3組6只油缸千斤頂，在運(yùn)行時(shí)起到支撐調(diào)解穩(wěn)定作用。安裝上述液壓移動(dòng)系統(tǒng)后，完成一段河道土方輸送后，利用移動(dòng)系統(tǒng)液壓千斤頂交替頂起或抬升，移動(dòng)與其相連接的軌道進(jìn)行滑行，即可達(dá)到前后左右行走的目的。每次可以移動(dòng)1.2m。每次移動(dòng)只需1天時(shí)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(tǒng)

圖3 左右行走系統(tǒng)

2.3 皮帶輸送機(jī)土方施工工藝流程

皮帶輸送機(jī)土方施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→皮帶輸送機(jī)安裝就位→電氣系統(tǒng)安裝→土方輸送→皮帶輸送機(jī)平移→土方輸送→皮帶輸送機(jī)平移……→施工完成拆除皮帶輸送機(jī)。其中土方輸送→皮帶輸送機(jī)平移就位兩工藝循環(huán)進(jìn)行，直至土方輸送完畢。

2.3.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)監(jiān)理簽發(fā)的施工圖，做好測(cè)量放樣工作，明確土方施工范圍，及時(shí)做好排水、清障、河道開挖土方量復(fù)核等工作。根據(jù)開挖土方量結(jié)合每個(gè)棄土區(qū)容量按最省工的原則進(jìn)行土方平衡計(jì)算，做好土調(diào)配方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形確定皮帶式輸送機(jī)依次擺放位置，并對(duì)其進(jìn)行整平。

2.3.2 皮帶輸送機(jī)安裝就位

第一次安裝先用汽車把皮帶輸送機(jī)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，再用起重機(jī)吊裝就位，每節(jié)皮帶式輸送機(jī)長(zhǎng)50m，前一節(jié)末端設(shè)有料斗與后一節(jié)搭接（圖4）。根據(jù)實(shí)際送土距離確定搭接數(shù)量。安裝時(shí)要確保皮帶式輸送機(jī)支撐穩(wěn)定。皮帶輸送機(jī)安裝好后，移動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)同時(shí)安裝調(diào)試好。

2.3.3 電氣系統(tǒng)安裝

電氣系統(tǒng)安裝包括：柴油發(fā)電機(jī)（700KW）、控制柜、驅(qū)動(dòng)電機(jī)（75KW）及輸電電纜，柴油發(fā)電機(jī)（700KW）為移動(dòng)式發(fā)電機(jī)，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后停放在地面較高、交通方便的位置；控制柜安裝靠近驅(qū)動(dòng)電機(jī)旁；驅(qū)動(dòng)電機(jī)為固定位置。上述設(shè)備安裝完畢后須進(jìn)行試運(yùn)行，確保聯(lián)動(dòng)運(yùn)行可靠安全。

2.3.4 土方輸送

整套皮帶輸送機(jī)安裝調(diào)試完畢后，即可進(jìn)行土方輸送施工，皮帶輸送機(jī)裝土端（圖5）一般需配備6～8臺(tái)挖機(jī)開挖，將土方裝于輸送機(jī)的料斗內(nèi)，由輸送機(jī)直接送至棄土區(qū)。在棄土區(qū)出料口（圖6）一般配置1臺(tái)挖機(jī)和1臺(tái)推土機(jī)，將輸送的土方進(jìn)行攤平。為了防止泥土粘住皮帶，影響施工效率，在輸送機(jī)一端專門設(shè)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(jù)棄土區(qū)地勢(shì)的高程，利用液壓系統(tǒng)中兩端的6只油缸千斤頂，調(diào)整輸送機(jī)的傾斜度，達(dá)到棄土區(qū)的堆土高程。同時(shí)油缸千斤頂又能起到支撐作用，保證輸送機(jī)在作業(yè)過程中的穩(wěn)定。

圖4 皮帶輸送機(jī)裝土

皮帶輸送機(jī)對(duì)土質(zhì)的要求不高，除流塑狀態(tài)土以外，其它狀態(tài)土質(zhì)都能輸送，以含水量較低、較松散的土質(zhì)為最佳?；春尤虢栏牡蓝螙|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(zhì)粘性土，能適應(yīng)皮帶式輸送機(jī)施工。對(duì)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(tài)淤泥土質(zhì)通過深挖縱橫排水龍溝，及時(shí)降低其含水量，也能滿足輸送要求。

圖5 前后皮帶機(jī)接力輸送

圖6 皮帶輸送機(jī)卸土

2.3.5 皮帶輸送機(jī)平移

一段河道開挖土方輸送完畢后，需要移動(dòng)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行下一段河道施工。移動(dòng)前先要對(duì)道路進(jìn)行平整，利用左右移動(dòng)系統(tǒng)把皮帶輸送機(jī)移動(dòng)到預(yù)定位置；利用前后移動(dòng)系統(tǒng)使每節(jié)皮帶機(jī)搭接準(zhǔn)確。移動(dòng)過程中要使皮帶機(jī)前后左右保持平衡穩(wěn)定，不發(fā)生翻機(jī)事故。全部移動(dòng)、搭接到位后即可進(jìn)行土方輸送施工。皮帶輸送機(jī)平移是控制工期重要環(huán)節(jié)，要抓住晴好天氣一氣呵成，否則對(duì)施工工期將造成不利影響。

3 皮帶輸送機(jī)土方施工工藝的特點(diǎn)

皮帶輸送機(jī)工藝在礦山、煤炭、碼頭等行業(yè)的應(yīng)用已有很久歷史，有成熟可靠的經(jīng)驗(yàn)。但在水利工程施工特別是在我省水利工程施工中應(yīng)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(shí)踐總結(jié)，皮帶輸送機(jī)土方施工工藝具有以下特點(diǎn)。

3.1 適應(yīng)短距離運(yùn)輸、對(duì)土質(zhì)要求不高

皮帶輸送機(jī)施工工藝適應(yīng)短距離施工，一般在100～800m為最佳。另外對(duì)土質(zhì)要求也不高，除流塑狀態(tài)土以外，其它狀態(tài)土質(zhì)都能輸送，以含水量較低、較松散的土質(zhì)為最佳。

3.2 節(jié)能、環(huán)保

傳統(tǒng)土方施工主要是使用自卸汽車、挖掘機(jī)等施工機(jī)械，施工過程中產(chǎn)生大量揚(yáng)塵、車輛尾氣，對(duì)空氣污染較為嚴(yán)重。而輸送機(jī)運(yùn)行主要靠電力，每套設(shè)備配1臺(tái)發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力，不但排除了揚(yáng)塵、車輛尾氣產(chǎn)生，而且大大降低了施工噪音對(duì)環(huán)境污染。與傳統(tǒng)機(jī)械施工相比燃油消耗量也有不少降低。

3.3 安全、可靠

傳統(tǒng)的車輛運(yùn)輸施工，對(duì)施工臨時(shí)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(shí)道路標(biāo)準(zhǔn)較高外，還必須投入一定的人力、物力以保證現(xiàn)場(chǎng)交通指揮及道路維護(hù)。而土方皮帶輸送機(jī)不需要專門鋪筑施工道路，機(jī)械就位后，即可開挖輸土，消除了交通安全隱患，避免現(xiàn)場(chǎng)交通事故發(fā)生的可能。皮帶輸送機(jī)發(fā)生故障的幾率也比較低。

3.4 對(duì)施工環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

3.4.1 對(duì)施工道路要求不高

皮帶輸送機(jī)不需要專門的高標(biāo)準(zhǔn)臨時(shí)道路。土方開挖區(qū)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(tǒng)土方施工，一旦遇到陰雨雪天氣，特別是遇到雨水多發(fā)季節(jié)，由于受施工道路制約，一場(chǎng)雨要影響幾天，甚至一個(gè)星期無法施工。而皮帶輸送機(jī)施工，只要雨停即可正常施工，大大降低了陰雨天氣對(duì)工程施工影響，對(duì)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(gè)標(biāo)段，其中2個(gè)標(biāo)段采用皮帶輸送機(jī)新工藝施工，2個(gè)標(biāo)段采用傳統(tǒng)的挖機(jī)加汽車運(yùn)輸工藝施工。一套皮帶輸送機(jī)每個(gè)臺(tái)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(chǎng)價(jià)8100元/t計(jì)算，每方運(yùn)輸需要1.86元。傳統(tǒng)施工工藝運(yùn)送6000m3土方需消耗柴油約4.2 t，即每方耗油0.7Kg。按同樣價(jià)格計(jì)算，每方運(yùn)輸需要5.67元。所以運(yùn)送每立方米土方皮帶輸送機(jī)比傳統(tǒng)施工工藝節(jié)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(jī)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(jìn)一步優(yōu)化

皮帶輸送機(jī)存在機(jī)架笨重、體積大、一次性投入大、轉(zhuǎn)場(chǎng)及施工中移動(dòng)困難的缺點(diǎn)。經(jīng)測(cè)算一套500m移動(dòng)式土方皮帶輸送機(jī)要投入600萬元左右，一般中小型施工企業(yè)難以承受。對(duì)體積大、移動(dòng)困難等缺點(diǎn)可做進(jìn)一步的優(yōu)化，如可適當(dāng)縮短每節(jié)皮帶機(jī)的長(zhǎng)度；液壓油缸移動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化為履帶移動(dòng)；工廠化標(biāo)準(zhǔn)制造生產(chǎn)等。

4 結(jié)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(yīng)用的皮帶輸送機(jī)土方施工新工藝，為工程按期完成做出了重要貢獻(xiàn)，為水利工程土方施工引進(jìn)了的一種新方法，總結(jié)了一套新的施工工法，該工法已于2014年通過中國(guó)水利工程協(xié)會(huì)評(píng)審備案并公布建議推廣。皮帶輸送機(jī)土方施工新工藝具有節(jié)能、環(huán)保，安全、可靠，對(duì)施工環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，高效、低成本等是傳統(tǒng)施工工藝不可替代的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)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(jīng)驗(yàn)。

［1］淮河入江水道整治工程江蘇省境內(nèi)改道段東西偏泓施工設(shè)計(jì)、施工資料［R］.淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，2014.

［2］GB10595-89.帶式輸送機(jī)技術(shù)條件［S］.

［3］GB10595-2009.帶式輸送機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］GB14784-2013.帶式輸送機(jī)安全規(guī)范［S］.

［5］MT/T467-1996.煤礦用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算［S］.

［6］MT/T656-1997.煤礦用帶式輸送機(jī)架型式與基本尺寸算［S］.

［7］MT/T5030-2003.煤炭工業(yè)帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［8］晁娟.水利工程項(xiàng)目施工成本控制與管理優(yōu)化研究［J］.水利設(shè)計(jì)與規(guī)劃，2014（03）.

［9］肖偉能.水利水電特種機(jī)械設(shè)備管理要點(diǎn)探討［J］.水利設(shè)計(jì)與規(guī)劃，2015（04）.

［10］林農(nóng)，吳昌新.張家港市朝東圩港樞紐閘站工程技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)［J］.水利設(shè)計(jì)與規(guī)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(xué)（1962年—），男，高級(jí)工程師。