波纹挡边垂直出渣皮带机应用技术

云强 程先起 蒋应省 吴志通 李大鹏 陈学冬 邵麟博

长距离盾构施工对水平和垂直运输要求高，传统龙门吊的垂直出渣方式易制约盾构施工效率，而波纹挡边垂直出渣皮带机则具有连续高效提升渣土的优点。以广州地铁22号线祈福站-中间风井区间隧道工程为背景，对波纹挡边垂直出渣皮带机的结构特点、工作原理、技术参数和操作要点进行详细阐述和分析。应用实践表明：波纹挡边垂直出渣皮带机能有效解决门式起重机垂直出渣时的渣土粘斗、文明施工差、掉渣严重的问题，大幅度提高输送效率和盾构推进速度，缩短施工周期，具有重要的推广价值和广阔的应用市场。

盾构隧道； 隧道施工; 垂直运输; 皮带机

TH222 B

［定稿日期］2021-12-29

［作者简介］云强（1989—），男，本科，工程师，主要从事城市轨道交通建设与管理工作。

随着盾构机及TBM被广泛地应用于城市轨道交通隧道，其配套的皮带机连续出渣系统也成为工程领域的研究热点［1-2］，可连续运行的皮带机出渣系统逐渐成为盾构隧道的首选出渣方式［3-5］。随着动态分析、变频启动、变频张紧、中间驱动、高效输送等高新技术的发展和应用，TBM隧道配套的皮带机连续出渣系统已趋于成熟，地铁盾构隧道配套皮带机囿于输送物料的限制，还有诸多技术问题尚未得到有效解决。

1 工程概况

如图1所示，广州市轨道交通22号线祈福站-中间风井区间位于番禺区境内，线路大致呈东西走向。区间隧道采用盾构法开挖，开挖直径为8.85 m，盾构机由中间风井始发，沿兴业大道向东掘进，随即下穿胜石涌、钟二村建筑群，再穿越广明高速祈福隧道、市广路后到达在祈福站接收。

祈福站—中间风井区间隧道全长4 019.5 m（YCK41+991.4～YCK46+010.9），埋深11.3～26.9 m，隧道穿越地层较为复杂，主要为杂填土、淤泥质土、粉细砂、粉质黏土、全—强风化花岗岩、中风化花岗岩和微风化泥质粉砂岩。管片幅宽1.6 m，经统计，盾构机出土量为98.37 m3/环（实方），按渣土容重2 t/m3计算，盾构实际最大出渣量可达590.25 t/环。

2 长距离渣土运输挑战与解决方案

长距离复杂地层中实现盾构高效掘进面临着严峻的挑战［6-7］。首先，围岩性质变化范围大，在不同地层中需优化施工参数，尤其在长距离上软下硬复合地层中，掘削断面内地层性质的巨大差异对施工控制要求高。同时，长距离施工对洞内施工运输组织要求高。目前直径8 m左右盾构隧道采用的运输方式主要有2种，一是皮带加轨道运输，另一种是轨道运输。皮带加轨道运输，隧道文明施工差，轨道运输安全隐患多，轨道基本被泡在泥水当中，轮对侵害较为严重，一次性投入高等问题。单纯轨道运输，要考虑大断面、大方量出渣带来的运力不足，隧道掘进较长距离后，运输时间长（超过2.5 km，一次运输需要1 h）等问题。因此，祈福站—中间风井区间采用波纹挡边垂直出渣皮带机作为渣土的垂直运输方式，洞内渣土的水平运输方式为连续皮带机运输，以提升出渣效率，节省施工工期。

3 垂直出渣皮帶机的结构及操作要点

3.1 垂直出渣皮带机的结构

如图2和图3所示，波纹挡边式垂直出渣皮带机可分为牵引皮带和支撑皮带2个部分，2个部分皮带机的运行均由电控系统控制。牵引皮带使用的是一种特殊结构的挡边输送带，而支撑皮带则采用普通平皮带，支撑皮带与牵引皮带采用嵌套的方式连接，连接后可在重叠区段形成用于运输渣土的槽斗。

3.1.1  牵引皮带的组成

牵引皮带由驱动系统、挡边带、机架（水平机身段、凸弧段、井下落渣段等）、张紧装置、清扫装置、防跑偏挡辊等组成。

3.1.2 支撑皮带的组成

支撑皮带由驱动系统、平皮带、机架、张紧装置、清洗装置、防跑偏挡辊等组成。部分机架与牵引皮带共用。

波纹挡边垂直出渣皮带机工作时，挡边皮带在牵引皮带机的驱动系统带动下做闭环连续转动，于此同时，平皮带在支撑皮带机的驱动系统带动下与挡边皮带同步转动。运转期间，挡边皮带与支撑皮带的重叠区间形成的槽斗将渣土由地下隧道提升至地面。当渣土经过支撑皮带的驱动滚筒后，挡边皮带仍继续向前运行而支撑皮带则逆向向后运行，重合区段形成的槽斗底部将失去支撑皮带的支撑作用，渣土在自重的作用下落至渣池（或其他运输设备内）。波纹挡边垂直出渣皮带机具体参数如表1所示。

3.2 垂直出渣皮带机的安装步骤

安装前准备工作：

（1）垂直出渣皮带机经设备验收后才能进行安装，安装的技术要求应参照GB 50231-2009《机械设备安装工程施工和验收通用规范》执行。

（2）安装前应熟悉技术要求和图纸要求，依据图纸对垂直皮带机的基础尺寸、平面精度等方面进行检查。

（3）以装配图及装箱清单为依据，核对垂直出渣皮带机的零部件数量。

（4）依照产品说明书，了解熟悉整机、配件及外购件的技术要求、安装注意事项及调试方法。

安装垂直出渣皮带机时，应仔细核验提升皮带机的安装中心以及机头的安装位置，并进行醒目的标识；随即将安装施工区域的杂物的清理干净，预留足够的安装空间；然后根据安装顺序将垂直出渣皮带机的各部件运送至安装点；最后根据设计安装总图的要求，按顺序安装各部件即可。

以广州市轨道交通22号线祈福站—中间风井区间垂直出渣皮带机的安装为例，垂直出渣皮带机的安装步骤：施工准备—设备基础检查验收—标注中心线各标点和标高点—安装地面平台部分（包括各滚筒架）—安装地下机架及平台（包括各滚筒架）—安装洞壁主梁—安装胶带（闭环）—安装驱动滚筒、机尾滚筒—安装凸弧段—安装上分支托辊、滑条、改向滚筒—安装下托辊—调整胶带—安装隔板—安装吸附装置、挡辊及辅助部件等—最终调整—试车。

3.3 垂直出渣皮带机的技术要点

（1）清渣方面：采取复合胶带提升方式，属首次应用，需解决胶带存渣及清洗问题，以避免渣料的回带。

（2）安全方面：应选择可靠的胶带，计算合理安全系数防止断带，采取措施防止坠物，增设防护板或防护栏杆，防止物料洒落。

（3）控制方面：盾构、垂直出渣皮带机等实现集中联动控制。

（4）输送能力方面：考虑充足的输送能力，防止井底堆料。

（5）受料段设计方面：采用两通方式，便于检修和维护。

4 结束语

垂直出渣皮带机的垂直提升转载系统结构简单，转载次数较少。波纹挡边垂直出渣皮带机突破了传统门式起重机的垂直出渣模式，解决了门式起重机垂直出渣时的渣土粘斗、文明施工差、掉渣严重的难题，大幅度提高输送效率和盾构推进速度，缩短施工周期，具有重要的推广价值和广阔的应用市场。

参考文献

［1］ 梁雪松. 复合提升皮带机在轨道交通施工应用探讨［J］. 低碳世界， 2019， 9（3）： 236-237.

［2］ 张万照， 曹保利， 何占江，等. 立式皮带机垂直提升出渣技术在大型暗挖地铁车站中的应用［J］. 工程建设与设计， 2019（8）： 98-100.

［3］ 齐梦学， 车新宁， 李秀云. 复合式大倾角皮带机在地铁施工中的应用［J］. 隧道建设（中英文）， 2019， 39（9）： 1530-1536.

［4］ 沙立中. EPB施工用新型垂直皮带机的研究及实践［J］. 国防交通工程与技术， 2019， 17（6）： 57-60+64.

［5］ 杨永刚. 复合式波纹挡边皮带机在盾构施工中的应用［J］. 铁道建筑技术， 2020（2）： 93-95+119.

［6］ 郑鹏飞， 郭治岳， 陈文宇， 等. 泥岩和砂卵石交互地层盾构施工参数优化研究［J］. 四川建筑， 2021， 41（1）： 119-122.

［7］ 李学军. 土压盾构穿越复合地层技术［J］. 四川建筑， 2019， 39（5）： 100-101+103.