車(chē)站施工皮帶機(jī)垂直提升出渣技術(shù)研究

張彬彬

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司 山西太原 030000)

隧道施工研究中，任吉濤等人[1]指出連續(xù)皮帶機(jī)用于運(yùn)送TBM掘進(jìn)產(chǎn)生的棄渣，能夠保證掘進(jìn)施工的連續(xù)性。同樣在車(chē)站施工過(guò)程中，前期土方工程是影響施工進(jìn)度的重要因素之一，而出渣效率顯得尤為重要，尤其是在深度較大的大型車(chē)站施工，多段垂直皮帶機(jī)垂直提升出渣既解決了傳統(tǒng)伸縮臂挖掘機(jī)出渣效率低的缺點(diǎn)，還釋放了站外空間，使得站外道路得到優(yōu)化，緩解了地面出渣車(chē)擁堵現(xiàn)象。王逢松等人[2]指出帶式輸送機(jī)具有出渣效率高、運(yùn)行安全的特點(diǎn)。皮帶輸送機(jī)在國(guó)內(nèi)隧道施工較為常見(jiàn)，普遍代替了早期低效的出渣車(chē)，呂勇方[3]指出連續(xù)皮帶機(jī)出土技術(shù)在深埋盾構(gòu)隧道施工中的應(yīng)用，改善了傳統(tǒng)出渣運(yùn)輸方式的不足。但垂直皮帶機(jī)在車(chē)站施工中作為出渣工具在國(guó)內(nèi)少有耳聞，解決了普通運(yùn)輸機(jī)所不能達(dá)到的輸送高度。油新華等人[4]指出與國(guó)際相比，我國(guó)是地下空間開(kāi)發(fā)利用需求與規(guī)模最大的國(guó)家，處于地下空間開(kāi)發(fā)利用迅速發(fā)展階段，隨著車(chē)站項(xiàng)目的激增，越來(lái)越多專業(yè)人士將如何快速開(kāi)挖、出渣的重心放到了優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)、適當(dāng)調(diào)整施工工序、尋求高效的機(jī)械、力求做到快速開(kāi)挖、迅速出渣，忽略了出渣工藝本身是影響開(kāi)挖出渣的決定性因素之一。孫亞婷等人指出由于皮帶機(jī)連續(xù)輸送方式具有輸送能力大、速度快、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，只要提高裝碴能力，就可快速完成出碴作業(yè)、提高工效。安宏斌等人[5]指出在促進(jìn)工程進(jìn)度、縮短工期方面，連續(xù)皮帶機(jī)體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)適用性強(qiáng)，性價(jià)比高。多段垂直皮帶機(jī)出渣與傳統(tǒng)機(jī)械出渣相比優(yōu)點(diǎn)鮮明，在復(fù)雜的多層鋼圍檁或混凝土支撐形成較小的空間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)作業(yè)、集中化控制，且運(yùn)行平穩(wěn)可靠從而在保證高效的前提下取得良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

該文以以色列特拉維夫卡里巴赫車(chē)站（Carlebach）項(xiàng)目施工為例，對(duì)多段垂直皮帶機(jī)垂直提升出渣技術(shù)應(yīng)用在車(chē)站施工中的適用性、可行性，以及優(yōu)越性進(jìn)行了討論。

1 工程概況

卡利巴車(chē)站位于Menachem Begin 街下，是以色列目前規(guī)劃中最大、最復(fù)雜的紅線、綠線換乘車(chē)站，北接紅線yehudit 車(chē)站，南至Allenby 車(chē)站，南端豎井預(yù)留盾構(gòu)吊出豎井。該站為三層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主體建筑結(jié)構(gòu)外圍總長(zhǎng)294 m（南端豎井29 m，車(chē)站200 m，交叉口65 m)，寬25 m，深30 m 左右。采用明挖法施工為主，其中地下通道采用蓋挖逆作法施工?？ɡ锇秃哲?chē)站平面圖如圖1所示。

圖1 卡里巴赫車(chē)站平面圖

卡里巴赫車(chē)站土質(zhì)主要為庫(kù)卡（Kukar）中的K1和K2，伴有黃色細(xì)沙。Kukar 指以色列特有的鈣化的砂巖，一種少部分膠結(jié)的顆粒土。

2 皮帶機(jī)應(yīng)用

2.1 皮帶輸送機(jī)的基本組成

該項(xiàng)目使用的是多段皮帶機(jī)傳輸系統(tǒng)，由進(jìn)料斗、3臺(tái)垂直輸送機(jī)、2個(gè)支撐平臺(tái)、振動(dòng)篩分器、皮帶傳輸帶共同組成，各個(gè)部分均由不同組件組裝結(jié)合而成形成整個(gè)皮帶運(yùn)輸體系完成車(chē)站項(xiàng)目出渣作業(yè)。

（1）進(jìn)料斗主要由料斗、預(yù)篩網(wǎng)、和帶式給料機(jī)組成，位于車(chē)站土方開(kāi)挖面，裝載機(jī)等將渣土倒入進(jìn)料斗經(jīng)其篩分過(guò)濾掉大粒徑渣土或庫(kù)卡砂石，由帶式給料機(jī)將剩余渣土移運(yùn)至皮帶機(jī)。帶式給料機(jī)主要由機(jī)架、皮帶、電子調(diào)節(jié)設(shè)備（通過(guò)電子變頻器控制變速驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)給料機(jī)流量）、托輥、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置組成，冉建西等人[6]指出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速是反映連續(xù)皮帶機(jī)出渣速度的重要指標(biāo)。

（2）垂直皮帶機(jī)。垂直皮帶機(jī)主要由槽型帶式皮帶、滾筒、支架、檢修平臺(tái)、進(jìn)料口、出料口組成，具體參數(shù)如表1所示。

表1 垂直皮帶機(jī)參數(shù)

（3）支撐平臺(tái)主要由熱軋鋼型材、防滑地板和護(hù)欄構(gòu)成，通過(guò)焊接固定在現(xiàn)有鋼支撐和鋼圍檁之間的支柱上。

（4）振動(dòng)篩分器如圖2 所示，主要由金屬網(wǎng)、支撐結(jié)構(gòu)、移動(dòng)分配箱、細(xì)料斗、350 mm×300 mm 通道、內(nèi)襯組成。移動(dòng)分配器由6 mm寬的S-235-JR結(jié)構(gòu)鋼制成，用于收集振動(dòng)篩每層的材料，并將其分配到出口管道。

圖2 振動(dòng)篩分器

細(xì)料斗的作用為收集通過(guò)金屬篩網(wǎng)下層的材料，由5 mm寬的熱型鋼板制成，擰到平臺(tái)上。

（5）皮帶傳輸機(jī)由皮帶、電動(dòng)滾筒、尾部托輥、防夾托輥、承載托輥、張緊裝置、沖擊桿、兩條首部刮刀、一條尾部刮刀組成。

2.2 皮帶機(jī)的安裝

（1）站土方的開(kāi)挖伴隨著皮帶機(jī)系統(tǒng)與鋼支撐的安裝，前期開(kāi)挖工作難度較小，在場(chǎng)地交通允許的情況下采用大量的機(jī)械作業(yè)，并合理安排出渣自卸式卡車(chē)，以滿足計(jì)劃工期。皮帶機(jī)安裝效果圖如圖3所示。

圖3 車(chē)站斷面圖和皮帶機(jī)安裝效果圖

（2）N1-N3 階段將使用大中型挖掘機(jī)例如伸縮臂挖掘機(jī)進(jìn)行出渣，由出渣車(chē)運(yùn)走，如圖4 所示，當(dāng)車(chē)站內(nèi)土方開(kāi)挖至第二層鋼支撐N2 標(biāo)高，即+15.55 時(shí)，在第一部分垂直皮帶機(jī)底部安裝位置施作混凝土臨時(shí)支撐板，沿鋼支撐方向長(zhǎng)5.5 m，寬2.37 m，厚度0.4 m；混凝土板達(dá)到強(qiáng)度后安裝第一部分垂直皮帶機(jī)，將平臺(tái)支撐架通過(guò)螺栓和焊接固定到鋼支撐和鋼圍檁，兩個(gè)鋼支撐距離5 m，并安裝好走道板支架、檢修梯等附屬設(shè)施，如圖5所示。

圖4 伸縮臂挖掘機(jī)出渣

圖5 皮帶機(jī)安裝

（3）繼續(xù)開(kāi)挖至N3標(biāo)高即+9.40，兩根鋼支撐寬度范圍內(nèi)向下放坡開(kāi)挖至標(biāo)高+4.731，施作混凝土臨時(shí)支撐板，板面標(biāo)高+5.131，如圖6所示，安裝第二部分垂直皮帶機(jī)如圖7 所示，將皮帶機(jī)通過(guò)豎向鋼結(jié)構(gòu)通過(guò)焊接、螺栓固定，并安裝帶式給料機(jī)和篩分過(guò)濾網(wǎng)，調(diào)試后投入使用，通過(guò)調(diào)節(jié)給料機(jī)的傾斜角度來(lái)實(shí)現(xiàn)不同深度開(kāi)挖面的渣土由給料機(jī)運(yùn)輸至垂直皮帶機(jī)入口端。

圖6 開(kāi)挖斷面圖

圖7 皮帶機(jī)安裝側(cè)面圖

（4）N3～N4階段將使用普通挖掘機(jī)進(jìn)行土方開(kāi)挖，有限區(qū)域內(nèi)伴有如山貓、小型挖掘機(jī)的配合使用，渣土由已安裝好的第一、第二部分垂直皮帶機(jī)輸送至現(xiàn)有道路層，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)渣土土質(zhì)的實(shí)際情況選擇，在道路層加裝篩分器和皮帶傳輸機(jī)，旨在將庫(kù)卡中的細(xì)砂和顆粒分類堆放，如圖8所示。

圖8 車(chē)站分類出渣

（5）N4至車(chē)站底板底標(biāo)高的土方由三部分垂直皮帶機(jī)輸送，車(chē)站內(nèi)土方開(kāi)挖至第四層鋼支撐N4 標(biāo)高，即+1.30 時(shí)，同上安裝第三部分垂直皮帶機(jī)，如圖9 所示，重新放置帶式給料機(jī)，直至出渣結(jié)束。

圖9 皮帶機(jī)作業(yè)

3 皮帶機(jī)輔助措施

3.1 擋渣版和下料斗

在垂直皮帶機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，為防止渣土上升過(guò)程中掉落，在垂直皮帶機(jī)背部安裝擋渣板，可以采用安放木板或現(xiàn)場(chǎng)加工5 mm 厚鐵板并焊接在渣土掉落軌跡上的鋼圍檁或者鋼支撐上；另外，采取在垂直皮帶機(jī)各個(gè)出料口位置加裝橡膠下料口以防止渣土下落過(guò)程中飛濺，具體見(jiàn)圖10。

圖10 擋渣板和下料斗

3.2 清洗機(jī)

清洗機(jī)放置在垂直皮帶機(jī)底部，根據(jù)車(chē)站出渣時(shí)皮帶槽內(nèi)渣土的粘連情況制定沖洗計(jì)劃表，平均沖洗頻率為每天一次，不僅避免了皮帶機(jī)電機(jī)超負(fù)荷作業(yè)、減少了非必要的保養(yǎng)次數(shù)、增加了皮帶機(jī)的使用壽命，還提高了皮帶機(jī)出渣效率，一定意義上縮短了土方工程的工期。

4 垂直皮帶機(jī)出渣技術(shù)分析

國(guó)內(nèi)車(chē)站傳統(tǒng)的出渣方式大多為裝載機(jī)、伸縮臂挖掘機(jī)，隨著開(kāi)挖出渣深度的增加，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備出渣會(huì)暴露出多種問(wèn)題，出渣效率低、安全穩(wěn)定性降低、出渣區(qū)域內(nèi)不可進(jìn)行交叉作業(yè)等弊端突顯，以卡里巴赫車(chē)站為背景闡述皮帶機(jī)出渣的連續(xù)性、高效性、安全性和經(jīng)濟(jì)環(huán)保性。

4.1 皮帶機(jī)出渣連續(xù)性

垂直皮帶機(jī)出渣可以實(shí)現(xiàn)24 h 連續(xù)作業(yè)，設(shè)備故障率較低，不受人為因素影響，且隨著開(kāi)挖面深度的增加依然保持良好的工作性，卡里巴赫車(chē)站皮帶機(jī)最長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間達(dá)到16 d，真正實(shí)現(xiàn)了連續(xù)出渣。

4.2 皮帶機(jī)出渣高效性

卡里巴赫車(chē)站土方工程前期由于施工作業(yè)面較淺，大量的機(jī)械設(shè)備如裝載機(jī)、挖掘機(jī)聯(lián)合作業(yè)出渣效率達(dá)到600 m3/d，但受限制因素較多，如場(chǎng)地作業(yè)空間限制、交叉作業(yè)等，使得成本激增但經(jīng)濟(jì)效益較低，當(dāng)開(kāi)挖出渣作業(yè)面距地面深度大于16 m時(shí)，挖掘機(jī)出渣效率只有350 m3/d，且隨著深度的增加呈急劇降低狀態(tài)，反之垂直皮帶機(jī)的出渣效率達(dá)到450 m3/d，且隨出渣深度的增加出渣效率基本保持穩(wěn)定，具體見(jiàn)圖11。

圖11 出渣對(duì)比分析

車(chē)站站體、交叉口土方開(kāi)挖計(jì)劃工期為20 個(gè)月，總土方量約為240 000 m3，月平均出渣量為12 000 m3。我方車(chē)站管理團(tuán)隊(duì)在車(chē)站土方工程實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)采取傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備出渣在土方工程后半段的施工效率將會(huì)大打折扣，遠(yuǎn)低于預(yù)期出渣效率，實(shí)際需要的土方工程總工期達(dá)到24個(gè)月，超出計(jì)劃工期4個(gè)月，從而決定從西班牙公司Miningland 引進(jìn)垂直皮帶機(jī)，使出渣效果得到顯著提升，最后卡里巴赫車(chē)站土方工程較計(jì)劃工期提前一個(gè)月，為后續(xù)分部工程奠定了基礎(chǔ)。

4.3 安全穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)環(huán)保性

車(chē)站施工中，垂直皮帶機(jī)出渣與傳統(tǒng)機(jī)械出渣技術(shù)相比，皮帶機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)出渣，并且受空間限制程度較小，整個(gè)出渣過(guò)程中速度適中、運(yùn)行平穩(wěn)，垂直皮帶機(jī)位置相對(duì)穩(wěn)定不必頻繁更換位置，底部挖掘機(jī)械保證持續(xù)有渣土供應(yīng)至喂料機(jī)上即可實(shí)現(xiàn)其出渣連續(xù)性。垂直皮帶機(jī)可以重復(fù)使用，在保證功效的基礎(chǔ)上節(jié)約了項(xiàng)目開(kāi)支，避免了高峰期多臺(tái)機(jī)械受空間、人員等因素影響無(wú)法平行作業(yè)而導(dǎo)致機(jī)械租賃費(fèi)、進(jìn)場(chǎng)費(fèi)、退場(chǎng)費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)。同時(shí)，皮垂直帶機(jī)作業(yè)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與傳統(tǒng)機(jī)械作業(yè)相比沒(méi)有尾氣排放、柴油機(jī)油泄漏等情況，環(huán)保性較高。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）垂直皮帶機(jī)出渣技術(shù)是皮帶機(jī)垂直提升出渣技術(shù)在以色列車(chē)站施工中的首次應(yīng)用，在車(chē)站施工中能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)出渣，能夠釋放地面空間，有利于地面交通的疏導(dǎo)以及其他工序的提前規(guī)劃以及進(jìn)行，垂直皮帶機(jī)系統(tǒng)完備，機(jī)械化程度高，運(yùn)行流暢度好，且車(chē)站深度越大，垂直皮帶機(jī)出渣更能體現(xiàn)出高效性、連續(xù)性等優(yōu)勢(shì)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了高效低耗。

（2）在深度大的車(chē)站施工中，隨著開(kāi)挖面的加深，垂直皮帶機(jī)出渣技術(shù)體現(xiàn)了較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，性價(jià)比高，與傳統(tǒng)出渣技術(shù)相比，在加快施工進(jìn)度的前提下能夠有效地控制成本。

（3）垂直皮帶機(jī)具有環(huán)保性，響應(yīng)了國(guó)家綠色文明施工的號(hào)召，向文明施工走近了一大步。