隧道渣土垂直提升系統(tǒng)分析研究

姚光輝　黃接喜　宋志杰

摘 要：針對(duì)城市地鐵隧道盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中出渣問(wèn)題，介紹當(dāng)前存在的波狀擋邊輸送機(jī)出渣工藝和高傾角壓帶式輸送機(jī)出渣工藝機(jī)設(shè)備，并對(duì)兩種垂直提升系統(tǒng)在隧道施工中應(yīng)用進(jìn)行分析研究。工程實(shí)際應(yīng)用表明，高傾角壓帶式輸送機(jī)在城市隧道文明施工中較好地解決了粘性渣土清掃問(wèn)題，在隧道渣土垂直提升中優(yōu)勢(shì)更加明顯，更有利于促進(jìn)我國(guó)隧道施工工法改進(jìn)，對(duì)隧道渣土垂直提升有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;垂直提升;波狀擋邊;壓帶式;

Study on Vertical Lifting System of Tunnel Materials

YAO Guanghui HUANG Jiexi SONG Zhijie*

（JZCreation Heavy Industry Co.， Ltd， Jiaozuo， Henan Province， 454000 China）

Abstract： Aiming at the problem of slag discharge during shield tunneling of urban subway tunnel， this paper introduces the existing slag discharge technology of corrugated edge conveyor and high inclination pressure belt conveyor， and analyzes the application of two kinds of vertical lifting systems in tunnel construction. Through the practical application of the project， it shows that the high inclination pressure belt conveyor in the civilized construction of urban tunnel can better solve the cleaning problem of viscous slag， and has more obvious advantages in the vertical lifting of tunnel slag， which is more conducive to promoting the improvement of tunnel construction method in China， and has certain reference significance for the vertical lifting of tunnel slag.

Key Word： Tunnel; Vertical lifting conveyor; Corrugated edge conveyor; Sandwich conveyor

0 引言

隨著我國(guó)城市地鐵、輕軌、高鐵等軌道交通工程的大規(guī)模建設(shè)，掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)等重大技術(shù)裝備廣泛應(yīng)用隧道工程越來(lái)越多^【10】。隧道工程建設(shè)中，施工作業(yè)空間狹窄，且施工設(shè)備等各方面條件有諸多限制，施工環(huán)境惡劣導(dǎo)致效率難以提高，這已經(jīng)成為隧道建設(shè)及城市軌道交通發(fā)展的主要制約因素，只有在施工工藝及施工裝備方面有所改進(jìn)和突破，才能符合現(xiàn)代工程施工的節(jié)奏。在隧道掘進(jìn)連續(xù)出渣方面，目前多采用有軌電車(chē)、龍門(mén)吊出渣，出渣過(guò)程中多出現(xiàn)不連續(xù)和交叉作業(yè)問(wèn)題，尤其針對(duì)隧道掘進(jìn)過(guò)程中豎井渣土垂直提升是目前亟待解決的問(wèn)題。

1 渣土垂直提升方案確定

由于施工空間有限，在隧道施工過(guò)程中如何提升帶式輸送機(jī)的傾角的研究一直在不斷探索。帶式輸送機(jī)輸送機(jī)作為通用設(shè)備廣泛應(yīng)用與散料輸送領(lǐng)域，散料的輸送物料取決于物料和輸送帶之間的摩擦力，如果要實(shí)現(xiàn)物料的大傾角輸送，就必須增大物料與物料以及物料與膠帶之間的摩擦力^【4】。垂直提升輸送設(shè)備目前由管狀帶式輸送機(jī)、斗提機(jī)、刮板機(jī)、波狀擋邊帶式輸送機(jī)、壓帶式輸送機(jī)等，在某種程度下幾乎都可以輸送散狀物料， 但對(duì)于隧道渣土垂直提升，需要滿(mǎn)足隧道工程現(xiàn)場(chǎng)狹小的施工環(huán)境和地下粘性渣土運(yùn)輸工藝要求。

根據(jù)地鐵工地渣土土質(zhì)的調(diào)研和盾構(gòu)機(jī)工作特點(diǎn)，對(duì)上述幾種輸送機(jī)械設(shè)備綜合分析，管狀帶式輸送機(jī)的輸送帶由平形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A管狀以及由水平轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪毙枰^長(zhǎng)的過(guò)渡段， 無(wú)法滿(mǎn)足隧道狹小的空間要求;刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)在垂直段會(huì)掉料， 若使其成為全封閉運(yùn)輸， 則所需電機(jī)功率將成倍增加;而斗提機(jī)運(yùn)輸需要一個(gè)料倉(cāng)來(lái)實(shí)現(xiàn)裝載，且提升高度和清掃難度大，這在隧道中難以實(shí)現(xiàn)^【10】。波狀擋邊帶式輸送機(jī)和壓帶式輸送機(jī)在國(guó)內(nèi)外隧道施工中目前已存在廣泛應(yīng)用。

2波狀擋邊帶式輸送機(jī)

2.1工作原理

波狀擋邊帶式輸送機(jī)膠帶由基帶、波紋擋邊及橫隔板組成^【6】。垂直提升過(guò)程中將物料放置在一個(gè)個(gè)隔板中，從而實(shí)現(xiàn)物料大傾角運(yùn)輸。

2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

波狀帶式輸送機(jī)最大的特點(diǎn)是膠帶，與傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)相比，由于膠帶由隔板和裙邊組成，需要采用特殊的清掃裝置、改向壓輪，同時(shí)波狀擋邊輸送機(jī)膠帶一般整體安裝發(fā)貨，在空間狹小的豎井安裝更換難度較大。

在隧道施工應(yīng)用中對(duì)于黏土等粘性物料，由于自身采用振動(dòng)清掃系統(tǒng)和膠帶本身的特點(diǎn)，粘性渣土與波紋黏結(jié)造成膠帶清掃困難^【9】。無(wú)法適應(yīng)我國(guó)地鐵渣土提升過(guò)程中針對(duì)粘性物料的輸送要求。

3.壓帶式輸送機(jī)

3.1工作原理

壓帶式輸送機(jī)又稱(chēng)三明治式帶式輸送機(jī)，其原理在普通帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在物料上面增設(shè)一條覆蓋帶，將物料完全封閉在兩條普通的輸送帶之間。壓帶式輸送機(jī)系統(tǒng)作用壓力是通過(guò)柔性壓帶裝置使膠帶對(duì)物料產(chǎn)生法向壓緊力提供的，從而增加物料與物料、物料與輸送帶之間的摩擦力，保證物料和膠帶之間不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大傾角任意角度輸送的目的^【4】。這種提供需要的壓力有多種方法，這些方法可以單獨(dú)使用也可以組合應(yīng)用。

圖3壓帶式輸送機(jī)原理

壓帶式輸送機(jī)技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)研究多年應(yīng)在多個(gè)領(lǐng)域成功應(yīng)用。目前在國(guó)外隧道領(lǐng)域，壓帶式輸送機(jī)有著廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)隧道項(xiàng)目中科瑞森公司研發(fā)的C型壓帶式輸送機(jī)和S型壓帶式輸送機(jī)分別在濟(jì)南地鐵R2線(xiàn)、上海地鐵隧道18-8號(hào)線(xiàn)成功應(yīng)用。

3.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

壓帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與通用帶式輸送機(jī)類(lèi)似，各主要部件可采用通用帶式輸送機(jī)部件。壓帶式輸送機(jī)完全可以采用普通帶式輸送的所有部件，尤其是膠帶采用普通的光面膠帶，尤其對(duì)于隧道掘進(jìn)粘性渣土易于清掃，很好地解決了隧道渣土粘性物料問(wèn)題。

4.垂直提升系統(tǒng)分析研究

通過(guò)對(duì)當(dāng)前兩種垂直提升技術(shù)方案波狀擋邊帶式輸送機(jī)和高傾角壓帶式輸送機(jī)兩種產(chǎn)品技術(shù)原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)比，對(duì)二者在隧道渣土垂直提升應(yīng)用情況分析如下：

（1）設(shè)備適應(yīng)性方面。二者在隧道渣土垂直提升中，較傳統(tǒng)吊裝出渣工藝相比設(shè)備結(jié)構(gòu)輕便，安裝形式安全簡(jiǎn)易，線(xiàn)路布置靈活，場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)，根據(jù)項(xiàng)目場(chǎng)地情況任意角度布置，壓帶式輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)反C型布置且更加靈活。在物料適應(yīng)性方面，針對(duì)隧道施工盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)渣土多為含水較大的黏土、碎石等，二者均存在撒料問(wèn)題，對(duì)于隧道掘進(jìn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的大塊物料，二者均有一定的適應(yīng)能力，但壓帶式輸送機(jī)可將大塊物料夾在條膠帶之間，避免大塊物料高空墜落的危險(xiǎn)。

（2）運(yùn)行及維護(hù)方面。高傾角壓帶式輸送機(jī)運(yùn)行安全，輸送物料被密封在兩條同步運(yùn)行的膠帶之間，物料在密閉環(huán)境輸送不會(huì)出現(xiàn)物料外泄，且運(yùn)行噪音小，更有利于城市地鐵施工;而波紋擋邊帶式輸送機(jī)為了防止輸送過(guò)程中可能出現(xiàn)大塊在運(yùn)輸過(guò)程中掉落，一般整個(gè)設(shè)備全程需設(shè)置防護(hù)罩。高傾角壓帶式輸送機(jī)膠帶采用普通膠帶，更換簡(jiǎn)易粘接簡(jiǎn)單，可現(xiàn)場(chǎng)粘接固化。波紋擋邊帶一般無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)粘接，一旦現(xiàn)場(chǎng)膠帶出現(xiàn)開(kāi)裂，只能通過(guò)膠帶廠(chǎng)家發(fā)環(huán)形帶，同時(shí)波狀擋邊帶更換需要拆卸滾筒、托輥等部件，檢修維護(hù)難度大。

（3）膠帶清掃及文明施工。壓帶式輸送機(jī)清掃簡(jiǎn)單高效，采用常規(guī)清掃器就可高效清除粘附渣料。而波狀擋邊帶式輸送機(jī)需要振動(dòng)清掃器，遇到水分、粘性較大的物料時(shí)，不易清掃、易塞滿(mǎn)膠帶的隔板、裙邊的褶皺，同時(shí)因波紋夾雜物料清掃不凈而損失運(yùn)量。

（4）工程造價(jià)方面。壓帶式輸送機(jī)膠帶為普通平膠帶，價(jià)格相對(duì)較低，大約只是波紋擋邊帶的1/8～1/7。相對(duì)波紋帶的裙邊和橫隔板易損，壓帶機(jī)膠帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)易損部位，使用壽命比波紋擋邊長(zhǎng)。

適應(yīng)散料非粘性物料：煤、石灰石等，不適用渣土等粘性物料。

適應(yīng)于各種物料，對(duì)物料粒度大小和流動(dòng)性有一定要求。

5結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城市軌道交通的迅速發(fā)展，帶式輸送機(jī)連續(xù)出渣系統(tǒng)開(kāi)始在我國(guó)隧道施工中廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)通用的波狀擋邊帶式輸送機(jī)和國(guó)外先進(jìn)的壓帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)形式、使用情況進(jìn)行對(duì)比分析，分析設(shè)備使用過(guò)程中的優(yōu)點(diǎn)和不足，以便隧道渣土提升施工工法選擇。連續(xù)出渣工業(yè)機(jī)設(shè)備在隧道渣土垂直提升中優(yōu)勢(shì)明顯，更有利于促進(jìn)我國(guó)隧道施工工法改進(jìn)，對(duì)我國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

1. Santos J A D . Sandwich Belt High Angle Conveyors Coal Mine to Prep Plant and Beyond – 2016[J]. 2016.

2. Pozynich K ， Telnova S ， Pozynich E . Sandwich Belt High-Angle Conveyors in Solving the Transportation Problems of Deep Open Pits[M]// VIII International Scientific Siberian Transport Forum. 2020.

3. 宋偉剛， 王睿， 任靜，等. 特種帶式輸送機(jī)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械， 2007（09）：87-90.

4. 孟凡波， 宋志杰. 高傾角壓帶式輸送機(jī)在隧道施工中的應(yīng)用[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械， 2019， No.541（15）：93-96.

5. 王鷹. 波狀擋邊帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)和計(jì)算[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械， 1991， 000（010）：3-9.

6. 張德文， 俞曉紅. 日本波形擋邊帶式卸船機(jī)的技術(shù)分析[J]. 港口裝卸， 1998， 000（006）：12-15.

7. 齊夢(mèng)學(xué)， 車(chē)新寧， 李秀云. 復(fù)合式大傾角皮帶機(jī)在地鐵施工中的應(yīng)用[J]. 隧道建設(shè)（中英文）， 2019， 039（009）：P.1530-1536.

8. 張萬(wàn)照， 曹保利， 何占江，等. 立式皮帶機(jī)垂直提升出渣技術(shù)在大型暗挖地鐵車(chē)站中的應(yīng)用[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)， 2019， 000（008）：98-100.

9. 王逢松， 尚偉. 城市地鐵軟巖隧道帶式輸送機(jī)出渣技術(shù)[J]. 建筑機(jī)械化， 2019， v.40;No.363（04）：22-24.

10. 楊永剛. 復(fù)合式波紋擋邊皮帶機(jī)在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用[J]. 鐵道建筑技術(shù)， 2020， 000（002）：93-95，119.