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摘要：传统的土压盾构机采用渣斗装载，电瓶车水平运输，龙门吊吊至地面倾倒至渣池的方式进行出渣。皮带机的运输减少了相关繁琐的步骤，可以和盾构掘进施工相同步，提高施工效率。

关键词：较大直径盾构;长距离;皮带机;组装

1概述

1.1工程概况

广州市轨道交通二十二号线工程陈头岗站～西三站区间在陈头岗站大里程端采用明挖法开挖出入段线，盾构法掘进正线，盾构外径为8.5m（轨面距离隧道底板高度为1.65m），线间距17～28m。根据结构施工进度，盾构施工场地规划分两个阶段：始发阶段和正常掘进段。盾构施工可采用两种出渣方式 ：一是轨道电瓶车（内燃机车）渣斗出渣，二是皮带机连续出渣。两种出渣方式各具特点。结合该本工程特点（隧道2.7公里较长，8.8米直径盾构机产生的渣土量大，每环约120方）、周边环境及对运输方案的比较，陈西区间隧道拟采用连续皮带机配套盾构出渣方案。

1.2垂直皮带机运输渣土设备组成介绍

隧道内水平皮带运输部分：主要的作用是将土压盾构机的台车尾部的出渣，利用皮带的水平传输，运输到井口位置或制定位置，起到载具的作用。

井口运输部分：主要的作用是将水平皮带机运输到井口的渣土，利用小渣斗提升至地面，同时该部分也是皮带机整体的动力部分。

垂直提升部分：主要的作用是里倾斜的渣土小斗，将渣土提升至地面水平部分，达到运输渣土至地面的效果，最大的提升效果为直径30cm的石块。

地面水平运输部分：主要作用是将垂直提升的渣土运输到地面，同时也是控制室连接的部分，也提供传送动力。

皮带储存仓：主要的作用是储存备用皮带，利用滚轮的收缩，在盾构机掘进过程中，保证运输皮带的延长。

1.3工作内容

盾构出渣垂直皮带机系统一套，由改造的连续皮带机卸料端支架、垂直皮带机等组成，连续皮带机利用原有项目DP644/645改造;垂直皮带机支撑架作为连续皮带机卸料端与垂直皮带机接料段共用支撑结构，可通过地锚与站体底板固定，连续皮带机卸料端和垂直皮带机接料段固定在支撑架上，垂直皮带机地面水平段支腿与渣池底部底板固定，竖直段与站体中板支撑连接。

2安装准备

2.1技术交底工作

组织专业技术人员、施工人员熟悉施工图纸（安装平面图），并进行技术交流;组织施工人员学习有关技术标准、阅读图纸及相关资料，学习有关安全规程、质量标准及施工措施，掌握有关技术要领;组织施工人员进行贯彻学习，掌握施工要领;核对安装工程与及其它机电工程有关技术参数;根据技术文件要求，属项目部现场制作的零部件，项目部备齐所需原材料，厂方负责配合指导。

2.2施工现场准备

由于施工现场的特殊性，施工前必须做好如下准备工作：（1）施工场地安全防护要做到位;（2）人员劳保配备要到位;（3）落实好施工材料和设备，并完成对施工设备、机具、材料的检验、计量、检测器具和试验仪器的校验;（4）基础验收;（5）设备到货交接验收。

3设备吊装、安装

主要介绍几种具有特殊性质的部件，其它部件吊装可参考相似部件。

3.1安装流程

基础放线定位→设备运输→设备现场验收→机头驱动装置→垂直皮带机支撑架安装→机尾和机尾张紧装置安装→接料段导料槽安装→中间框架安装→下托辊安装→胶带安放→上下压带轮、改向滚筒及振动清扫器安装→上托辊安装→连续皮带机卸料端安装→漏斗新制→配电系统安装调试→试运行→护网安装→竣工验收。

3.2机头架吊装

机头架，使用10吨吊带2个。吊装时注意头架的宽度和长度以及头架方向，四周0.5米以内不得有闲杂人员，头架要起吊平衡后再放置安装平台。机头架放在机头架平台上，按照整条输送机纵横中心线，调平、找正，用螺栓紧固机架，按图纸检查无误后，方可进行下一道工序。

3.3传动滚筒吊装

传动滚筒：滚筒外表面镶嵌有陶瓷片，吊装不能任意磕碰。根据驱动部所在的方向将传动滚筒两轴承座放置机头架上相应的位置，分别将两轴承座进行调平、找正，同时保证传动滚筒转动灵活，然后分别用螺栓将轴承座紧固在机架上。按图纸检查无误后方可进行下一道工序。

3.4驱动装置吊装

驱动装置，包括电机、减速器、联轴器、制动器、驱动装置架等。在吊装过程中不能磕碰。将驱动装置吊装在头架平台上，与传动滚筒对中，注意联轴器端面间隙、径向位移、倾斜度应符合安装设计要求。紧固螺栓，检查无误后方可进行下一道工序。

3.5机尾装置

机尾部，包括改向滚筒、机尾架、机尾护罩、张紧油缸等，吊装不能磕碰。将机尾部吊装放于机尾基础上，注意方向。按照整条输送机纵横中心线、将机尾改向滚筒中心线调平、找正。紧固机架，按图纸检查无误后方可进行下一道工序。

3.6机身框架吊装

机身框架吊装时，吊起一端慢慢放置井筒中，按输送机中心线找正。注意框架中心线与输送机中心线误差，要在安装范围内固定框架。

3.7机身框架的安装

机身框架安装：人员4人必须佩戴安全带施工作业，井筒内安装防护网。根据测量给出的胶带中心线及每组框架基础位置（中心及标高），合格后就地安装（配备安装工具及安全带等）。

3.8下托辊安装

机根据设计，安装各类托辊;托辊安装前必须检查托辊转动的灵活性，如转动不灵活，必须予以处理。

4胶带安装

胶带安装，首先把胶带展开，检查胶带波状挡边、隔板有无缺陷。合格后开始吊装，将传动滚筒从环形基带中间穿过，胶带在筒体两边对称，注意传动滚筒方向与图纸方向相同。吊起滚筒固定在头架上，从环形带对称处装入机尾滚筒，同样放法，吊起固定在机尾架上。在吊装过程中不得有尖锐金属刮伤胶带，安装过程中采用门吊或吊车配合安装。

4.1吊装器具

检查井口待使用40吨起吊行车安全性，合格后方可使用，严禁斜拉起吊，吊具最大起吊重量为20吨，需要吊带4根、吊装用圆形辊筒1个。

4.2吊装方法

（1）将辊筒放入挡边带的底部;

（2）将钢丝绳从辊筒的中心穿入，挂到吊钩上，起吊或放吊时一定要匀速、平稳;

（3）调整辊筒两边宽出的部分及钢丝绳，使两边平衡，防止吊装时发生重心偏离。

（4）卸车或从铁架子内吊出挡边带时，也需要用上述方法执行。

4.3注意事项

（1）辊筒的直径必须达到要求，以免裙边受力过大而受到损伤，

（2）禁止直接使用钢丝绳直接吊装挡边带，否则挡边带有可能发生断裂。

（3）必须加上一个保护用圆形辊筒，使用同规格的吊带，要求两个辊筒都要受力，防止钢丝绳因受力过大而发生断裂，造成人员或设备损害。

5配电系统安装

5.1电源

设备输入的动力电源为三相四线380V、50HZ交流电源，稳态电压值为额定电压的0.9～1.1倍，频率为50HZ。当电源不符合上述要求时，用户必须增加稳压装置以达到要求，否则设备不能使用。

5.2接地

设备必须有良好的保护接地装置，设备在连接动力线之前，必须连接保护地线。设备总接地点在设备电气柜的接地铜排上，必须用单独的电线进行安全接地，设备的各移动部分均需要跨接保护地线，接地电阻小于4Ω。

5.3环境

本机要求工作环境温度在5～40℃且24小时平均温度不超过35℃（推荐在15～25℃之间使用），相对湿度30%～95%，设备必须在无腐蚀性气体、液体、海拔高度低于1000m环境下使用。

5.4操作柜安装

根据现场布置，按顺序将操作柜进行找平、找正，垂直度应符合要求斜度不应大于千分之三。

操作柜安装要做到以下几点：（1）操作柜安装要仔细检查柜内的零件有无损坏;（2）柜内所有设备安装应牢固，柜内清洁;（3）操作柜接线完毕后，应对接线仓内做最后清理、检查、试验合格后，方可送电调试、运行。

6设备调试、验收

由项目部组织与设备安装相关的单位在安装现场全程参加设备调试与验收工作，同时成立由项目部、设备生产厂家、安装队负责人共同组建项目验收小组，具体负责设备的调试、验收工作，并出具有效验收报告。

6.1验收流程

胶带输送机安装完工检查无误后，必须进行试运转。先进行空负荷试运转2小时，无异常现象出现后继续进行负荷试运转4小时（或符合设计出厂随机资料要求时间）。试运转后，其各部轴温度及温升严禁发热。验收流程如图1所示。

图1 验收流程图

6.2空载试运转

设备各部件安装完毕后，首先进行空载试运转，在空载试运转前要做好各种检查准备工作。运转时间不得小于2h，并对各部件进行观察，检验及调整，为负载试运行做好准备。

试运转过程中，要仔细观察设备各部分的运转情况，发现问题及时调整。

1）起动时，输送带与传动滚筒间是否打滑，如有打滑现象，可逐渐增大拉紧装置的拉紧力，直到不打滑时为准。

2）观察各运转部件有无刮、蹭现象，特别是与输送带刮、蹭的，要及时处理，防止损伤输送带;

3）观察物料是否位于输送带中心，输送带有无跑偏，如果跑偏量超过带宽的5%，应进行调整（方法与负载试运转中调偏方法相同），并检查输送带及接头中心线直线度是否符合要求;

4）测量带速、运量、起动、制动时间技术参数符合设计要求。

5）检查设备各部分有无异常声音和异常振动;

6）减速器、电机以及其他润滑部位有无漏油现象;

7）检查润滑油，轴承等处温升情况是否正常;

8）制动器、各种限位开关、保护装置等处的动作是否灵敏可靠;

9）清扫器刮板与输送带的接触情况及清扫效果;

10）拉紧装置运行是否良好、有无卡死等现象;

11）基础及各部件联接螺栓有无松动现象。

12）测量额定载荷下稳定运行时电机工作电流值。

6.3负载试运转

设备通过空载试运转，并进行必要的调整后进行负载试运转。目的在于检测有关技术参数是否达到设计要求，对设备存在的问题进行调整。额定负荷进行试运转。在各种负荷下试运转的连续运行时间不得少于2小时，总试运转时间不得少于4小时。加载量应从小到大逐渐增加。先按20%额定负荷加载，通过后再按50%、80%、100%的比例逐步加载。额定负荷进行试运转。在各种负荷下试运转的连续运行时间不得少于2h。

试运转中间能出现的故障及排除方法：

1）检查驱动单元有无异常声音。电动机、减速器轴承及润滑油等处的温升是否符合要求;

2） 检查滚筒，托辊等旋转部件有无异常声音，滚筒轴承温升是否正常，如有不转动的托辊应及时调整或更换;

3）观察物料是否位于输送带中心，如有落料不正和偏向一侧现象，可调整漏斗中可调挡板的位置来解决;

4）起动时，输送带与传动滚筒间是否打滑，如有打滑现象，可逐渐增大拉紧装置的拉紧力，直到不打滑时为准;

5）在负载试运转过程中，经常出现输送带跑偏现象，如果跑偏量超过带宽的5%则应进行调整。

6）检查各种清扫器的效果，振动是否过大等，并做适当的调整;

7）仔细观察输送带有无划痕，并找出原因，防止昂贵的输送带造成意外损伤;

8）按相关说明书对各种保护装置进行试验，保证其动作灵敏可靠;

9）测量带速、运量、起动、制动时间等技术参数是否符合设计要求;

10）测量额定载荷下稳定运行时电机工作电流值，对多电机驱动时，可用工作电流值判断各电机功率均衡情况;

11）对各联接部位进行检查，如有螺栓松动应及时紧固。

7实际运行情况分析

7.1效率分析

7.1.1电瓶车（内燃机车）运输渣土分析

陈西区间盾构机开挖直径为8.82米，每环宽度1.6米，开挖出的渣土约120立方;常用的渣土渣斗容积20立方，每次运输车辆挂3个渣斗，掘进1环，车辆需进出两次，初步估算1公里内的隧道，掘进1环出渣需要的时间为2-3小时。根据掘进、拼装时间计算，1环掘进拼装完成需4小时，距离更长的隧道，时间倍增。每日最多完成6环掘进。

7.1.2皮带机运输渣土分析

皮带机运输渣土不存在等待时间，盾构掘进施工的同时，渣土即可运至地面渣土池中，每环掘进拼装时间约2.5小时。理论上每日可完成10环。

7.1.3两种出土模式对比分析

根据初步估算，皮带机运渣相比于传统的电瓶车（内燃机车）运渣功效增加40%，长距离区间，功效可增加50%-60%，大大节省了掘进等待时间;而且少荷载的水平运输车辆，在运行中更安全。

7.2优劣分析

7.2.1优点

无需等待排渣车，从而提高掘进速度;减少施工人员，降低劳动强度;污染小，降低了对隧道通风机和通风管的要求;可以在排渣车无法工作的更大的倾斜条件下运输;洞外不需要翻车卸渣机;适应性强，可用于对不同直径的隧道工程;连续皮带运机系统可重复使用。

7.2.2缺点

土压平衡盾构机出土具有一定的流塑性、可能含有大量水分，皮带输送机运送能力效率变差;输送距离较长时，很容易负载、空转、打滑;需要增加人员成本，专门维护、运行皮带输送机;因渣土的特性、皮带输送机漏水、漏渣，一定成都上增加了电机车的溜车、打滑风险;无法精确的控制出土量;出土过程中因渣土中含水量较大，同时皮带机运转发热，造成泥浆水附着在管片上，管片附着灰尘较大。

7.3.3针对性措施

皮带跑偏：连续皮带机与拖车连接的移动尾端具有调整皮带机尾部滚筒上下、左右及倾斜功能 ，能够快速调整皮带跑偏。

托架快速安装 ：在台车上设置的皮带托架安装装置可以安全、快速的安装皮带托架，该装置采用机械式移动伸缩结构可以精准的定位皮带托架。

曲线皮带调偏：针对该标段存在的曲线转弯段，采用自动调偏托辊组，能够根据皮带跑偏情况自行调整皮带角度。

防水防渣托辊：托辊的好坏影响皮带输送机的功率，磨损严重时会造成皮带大面积划伤。必须采用性能高、密封效果好，能够有效防止泥浆进入托辊 ，进而保证皮带机的正常运转。

刮渣清洗：由于盾构所出的渣粘性强，容易粘结在皮带上，因此而增加了刮泥清洗装置 ，以使皮带顺畅运转，减少了残渣对皮带及托辊的磨损，保证了盾构施工的顺利出渣。

渣土改良：该盾构区间主要为泥质粉砂岩地层，掘进渣土较稀，不利于渣土外运，施工时需做好仓内渣土改良工作，采用聚合物等材料，使渣土呈现 良好的流塑性。

8结论

经过陈头岗站～西三站初期掘进情况判断，结合盾构隧道施工进度、质量、安全管控，皮带机出土代替传统车辆渣斗可以提高盾构施工的效率，对于长距离、大直径土压盾构机的施工，起到了重大的提高。虽然该技术仍存在一些缺陷，但通过后续科学改进、技术提升，该技术一定可以长足发展。

参考文献

[1]贾丁，张文，高鹏兴.盾构隧道施工连续皮带机出渣系统设计研究[J].四川建筑，2019，39（3）：3.

[2]齐春杰.大直径盾构隧道渣土筛分改良及连续皮带出渣施工技术探讨[J].中外建筑， 2019（4）：4.

[3]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.