波紋擋邊垂直出渣皮帶機應用技術

云強 程先起 蔣應省 吳志通 李大鵬 陳學冬 邵麟博

長距離盾構施工對水平和垂直運輸要求高，傳統龍門吊的垂直出渣方式易制約盾構施工效率，而波紋擋邊垂直出渣皮帶機則具有連續(xù)高效提升渣土的優(yōu)點。以廣州地鐵22號線祈福站-中間風井區(qū)間隧道工程為背景，對波紋擋邊垂直出渣皮帶機的結構特點、工作原理、技術參數和操作要點進行詳細闡述和分析。應用實踐表明：波紋擋邊垂直出渣皮帶機能有效解決門式起重機垂直出渣時的渣土粘斗、文明施工差、掉渣嚴重的問題，大幅度提高輸送效率和盾構推進速度，縮短施工周期，具有重要的推廣價值和廣闊的應用市場。

盾構隧道； 隧道施工; 垂直運輸; 皮帶機

TH222 B

［定稿日期］2021-12-29

［作者簡介］云強（1989—），男，本科，工程師，主要從事城市軌道交通建設與管理工作。

隨著盾構機及TBM被廣泛地應用于城市軌道交通隧道，其配套的皮帶機連續(xù)出渣系統也成為工程領域的研究熱點［1-2］，可連續(xù)運行的皮帶機出渣系統逐漸成為盾構隧道的首選出渣方式［3-5］。隨著動態(tài)分析、變頻啟動、變頻張緊、中間驅動、高效輸送等高新技術的發(fā)展和應用，TBM隧道配套的皮帶機連續(xù)出渣系統已趨于成熟，地鐵盾構隧道配套皮帶機囿于輸送物料的限制，還有諸多技術問題尚未得到有效解決。

1 工程概況

如圖1所示，廣州市軌道交通22號線祈福站-中間風井區(qū)間位于番禺區(qū)境內，線路大致呈東西走向。區(qū)間隧道采用盾構法開挖，開挖直徑為8.85 m，盾構機由中間風井始發(fā)，沿興業(yè)大道向東掘進，隨即下穿勝石涌、鐘二村建筑群，再穿越廣明高速祈福隧道、市廣路后到達在祈福站接收。

祈福站—中間風井區(qū)間隧道全長4 019.5 m（YCK41+991.4～YCK46+010.9），埋深11.3～26.9 m，隧道穿越地層較為復雜，主要為雜填土、淤泥質土、粉細砂、粉質黏土、全—強風化花崗巖、中風化花崗巖和微風化泥質粉砂巖。管片幅寬1.6 m，經統計，盾構機出土量為98.37 m3/環(huán)（實方），按渣土容重2 t/m3計算，盾構實際最大出渣量可達590.25 t/環(huán)。

2 長距離渣土運輸挑戰(zhàn)與解決方案

長距離復雜地層中實現盾構高效掘進面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)［6-7］。首先，圍巖性質變化范圍大，在不同地層中需優(yōu)化施工參數，尤其在長距離上軟下硬復合地層中，掘削斷面內地層性質的巨大差異對施工控制要求高。同時，長距離施工對洞內施工運輸組織要求高。目前直徑8 m左右盾構隧道采用的運輸方式主要有2種，一是皮帶加軌道運輸，另一種是軌道運輸。皮帶加軌道運輸，隧道文明施工差，軌道運輸安全隱患多，軌道基本被泡在泥水當中，輪對侵害較為嚴重，一次性投入高等問題。單純軌道運輸，要考慮大斷面、大方量出渣帶來的運力不足，隧道掘進較長距離后，運輸時間長（超過2.5 km，一次運輸需要1 h）等問題。因此，祈福站—中間風井區(qū)間采用波紋擋邊垂直出渣皮帶機作為渣土的垂直運輸方式，洞內渣土的水平運輸方式為連續(xù)皮帶機運輸，以提升出渣效率，節(jié)省施工工期。

3 垂直出渣皮帶機的結構及操作要點

3.1 垂直出渣皮帶機的結構

如圖2和圖3所示，波紋擋邊式垂直出渣皮帶機可分為牽引皮帶和支撐皮帶2個部分，2個部分皮帶機的運行均由電控系統控制。牽引皮帶使用的是一種特殊結構的擋邊輸送帶，而支撐皮帶則采用普通平皮帶，支撐皮帶與牽引皮帶采用嵌套的方式連接，連接后可在重疊區(qū)段形成用于運輸渣土的槽斗。

3.1.1? 牽引皮帶的組成

牽引皮帶由驅動系統、擋邊帶、機架（水平機身段、凸弧段、井下落渣段等）、張緊裝置、清掃裝置、防跑偏擋輥等組成。

3.1.2 支撐皮帶的組成

支撐皮帶由驅動系統、平皮帶、機架、張緊裝置、清洗裝置、防跑偏擋輥等組成。部分機架與牽引皮帶共用。

波紋擋邊垂直出渣皮帶機工作時，擋邊皮帶在牽引皮帶機的驅動系統帶動下做閉環(huán)連續(xù)轉動，于此同時，平皮帶在支撐皮帶機的驅動系統帶動下與擋邊皮帶同步轉動。運轉期間，擋邊皮帶與支撐皮帶的重疊區(qū)間形成的槽斗將渣土由地下隧道提升至地面。當渣土經過支撐皮帶的驅動滾筒后，擋邊皮帶仍繼續(xù)向前運行而支撐皮帶則逆向向后運行，重合區(qū)段形成的槽斗底部將失去支撐皮帶的支撐作用，渣土在自重的作用下落至渣池（或其他運輸設備內）。波紋擋邊垂直出渣皮帶機具體參數如表1所示。

3.2 垂直出渣皮帶機的安裝步驟

安裝前準備工作：

（1）垂直出渣皮帶機經設備驗收后才能進行安裝，安裝的技術要求應參照GB 50231-2009《機械設備安裝工程施工和驗收通用規(guī)范》執(zhí)行。

（2）安裝前應熟悉技術要求和圖紙要求，依據圖紙對垂直皮帶機的基礎尺寸、平面精度等方面進行檢查。

（3）以裝配圖及裝箱清單為依據，核對垂直出渣皮帶機的零部件數量。

（4）依照產品說明書，了解熟悉整機、配件及外購件的技術要求、安裝注意事項及調試方法。

安裝垂直出渣皮帶機時，應仔細核驗提升皮帶機的安裝中心以及機頭的安裝位置，并進行醒目的標識；隨即將安裝施工區(qū)域的雜物的清理干凈，預留足夠的安裝空間；然后根據安裝順序將垂直出渣皮帶機的各部件運送至安裝點；最后根據設計安裝總圖的要求，按順序安裝各部件即可。

以廣州市軌道交通22號線祈福站—中間風井區(qū)間垂直出渣皮帶機的安裝為例，垂直出渣皮帶機的安裝步驟：施工準備—設備基礎檢查驗收—標注中心線各標點和標高點—安裝地面平臺部分（包括各滾筒架）—安裝地下機架及平臺（包括各滾筒架）—安裝洞壁主梁—安裝膠帶（閉環(huán)）—安裝驅動滾筒、機尾滾筒—安裝凸弧段—安裝上分支托輥、滑條、改向滾筒—安裝下托輥—調整膠帶—安裝隔板—安裝吸附裝置、擋輥及輔助部件等—最終調整—試車。

3.3 垂直出渣皮帶機的技術要點

（1）清渣方面：采取復合膠帶提升方式，屬首次應用，需解決膠帶存渣及清洗問題，以避免渣料的回帶。

（2）安全方面：應選擇可靠的膠帶，計算合理安全系數防止斷帶，采取措施防止墜物，增設防護板或防護欄桿，防止物料灑落。

（3）控制方面：盾構、垂直出渣皮帶機等實現集中聯動控制。

（4）輸送能力方面：考慮充足的輸送能力，防止井底堆料。

（5）受料段設計方面：采用兩通方式，便于檢修和維護。

4 結束語

垂直出渣皮帶機的垂直提升轉載系統結構簡單，轉載次數較少。波紋擋邊垂直出渣皮帶機突破了傳統門式起重機的垂直出渣模式，解決了門式起重機垂直出渣時的渣土粘斗、文明施工差、掉渣嚴重的難題，大幅度提高輸送效率和盾構推進速度，縮短施工周期，具有重要的推廣價值和廣闊的應用市場。

參考文獻

［1］ 梁雪松. 復合提升皮帶機在軌道交通施工應用探討［J］. 低碳世界， 2019， 9（3）： 236-237.

［2］ 張萬照， 曹保利， 何占江，等. 立式皮帶機垂直提升出渣技術在大型暗挖地鐵車站中的應用［J］. 工程建設與設計， 2019（8）： 98-100.

［3］ 齊夢學， 車新寧， 李秀云. 復合式大傾角皮帶機在地鐵施工中的應用［J］. 隧道建設（中英文）， 2019， 39（9）： 1530-1536.

［4］ 沙立中. EPB施工用新型垂直皮帶機的研究及實踐［J］. 國防交通工程與技術， 2019， 17（6）： 57-60+64.

［5］ 楊永剛. 復合式波紋擋邊皮帶機在盾構施工中的應用［J］. 鐵道建筑技術， 2020（2）： 93-95+119.

［6］ 鄭鵬飛， 郭治岳， 陳文宇， 等. 泥巖和砂卵石交互地層盾構施工參數優(yōu)化研究［J］. 四川建筑， 2021， 41（1）： 119-122.

［7］ 李學軍. 土壓盾構穿越復合地層技術［J］. 四川建筑， 2019， 39（5）： 100-101+103.