皮帶輸送機(jī)土方施工新工藝在淮河入江水道整治工程中的研制與應(yīng)用

張海學(xué)，周 淮，蔣 鵬，郭 瑞，郭 淮

（淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇淮安223005）

皮帶輸送機(jī)土方施工新工藝在淮河入江水道整治工程中的研制與應(yīng)用

張海學(xué)，周 淮，蔣 鵬，郭 瑞，郭 淮

（淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇淮安223005）

淮河入江水道整治工程改道段是在東西偏泓及中泓基礎(chǔ)上拓浚的，土方開挖量約1000萬m3，因地制宜研制的皮帶輸送機(jī)土方施工技術(shù)，不但成本節(jié)約、效率高，而且安全、可靠、環(huán)保。本文詳細(xì)介紹了皮帶輸送機(jī)土方施工新工藝在淮河入江水道整治工程中的研制與應(yīng)用。

皮帶輸送機(jī)；土方施工技術(shù)；研制及應(yīng)用

1 工程概況

1.1 工程名稱和地點(diǎn)

淮河入江水道位于淮安市金湖縣境內(nèi)，現(xiàn)有東、西偏泓及中泓，平時(shí)為灌排河道，汛期與灘地一起向下泄洪水。淮河入江水道改道段東西偏泓及中泓從省道331金湖大橋至高郵湖口，長(zhǎng)約16.8km。本次淮河入江水道整治工程對(duì)改道段東西偏泓及中泓進(jìn)行拓寬。

1.2 工程規(guī)模

改道段東西偏泓及中泓拓寬陸上施工工程總長(zhǎng)18.22Km，開挖土方量約為1000萬m3。

1.3 工程地質(zhì)

根據(jù)鉆探資料，改道段東西偏泓（含中泓）開挖底高程3.0m，東偏泓挖除土層從上至下主要為堆土、①1粘性土、①2淤泥質(zhì)粘性土和③1飽和硬粘性土。西偏泓（含中泓）挖除土層從上至下主要為堆土、①1粘性土、①1′飽和軟粘性土、①2淤泥質(zhì)粘性土、③1飽和硬粘性土和③3飽和可塑粘性土。河道中分布有淤泥，層堆土松散，性質(zhì)不均勻；層淤泥流塑狀態(tài)；①1層軟塑狀態(tài)；①1′層軟塑～流塑狀態(tài)；①2層淤泥質(zhì)土軟塑～流塑狀態(tài)；③1層粘性土硬塑～可塑；③3層粘性土軟塑～可塑。①1、①2和③3層土抗沖刷能力均較差，③1層土抗沖刷能力均較好。

1.4 工程設(shè)計(jì)

淮河入江水道改道段東西偏泓及中泓拓寬在原偏泓的基礎(chǔ)上進(jìn)行施工，現(xiàn)狀灘面高程在6.5～8.2m（廢黃河高程系）左右，設(shè)計(jì)斷面為底寬拓寬至150m，底高程3.0m，邊坡1∶3。棄土區(qū)沿改道段東西大堤外側(cè)傍堤布置，詳見圖1。

圖1 泓道拓寬典型設(shè)計(jì)斷面

1.5 施工總體安排

淮河入江水道改道段東西偏泓及中泓拓寬陸上土方施工分兩個(gè)年度實(shí)施，2013年實(shí)施西偏泓及中泓，分兩個(gè)標(biāo)段，計(jì)劃要求2013年5月30日完成，2014年度實(shí)施東偏泓也分兩個(gè)標(biāo)段，計(jì)劃要求2013年4月30日完成。施工期間東西偏泓互為導(dǎo)流。

2 皮帶輸送機(jī)土方施工原理及工藝

傳統(tǒng)水利工程土方施工原理是，開工后，先在開挖區(qū)與棄土區(qū)之間修好施工便道，再用挖掘機(jī)開挖，把土裝上運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至棄土區(qū)，施工運(yùn)輸線路較長(zhǎng)；施工期間，天氣和道路狀況對(duì)施工進(jìn)度影響很大；由于運(yùn)輸車輛較多，也存在較大的交通安全隱患。皮帶輸送機(jī)土方施工原理是，直接在挖土區(qū)和棄土區(qū)搭設(shè)皮帶輸送機(jī)，再用挖掘機(jī)開挖并裝土，通過皮帶輸送機(jī)輸送至棄土區(qū)。由于是在開挖區(qū)和棄土區(qū)之間直線距離搭設(shè)皮帶機(jī)，輸送距離大大減少；而短距離運(yùn)輸不管是從成本還是效率分析，皮帶輸送機(jī)是首選，本次淮河入江水道改道段東西偏泓拓寬陸上土方施工直線距離在200～600m，為皮帶輸送機(jī)施工的最佳運(yùn)距。另外皮帶輸送機(jī)不需要施工道路，只需對(duì)地面簡(jiǎn)單整平即可；一般陰雨天氣照常施工；由于是封閉作業(yè)，交通安全隱患全部排除。

2.1 皮帶輸送機(jī)的構(gòu)成

皮帶輸送機(jī)由多節(jié)組成，每節(jié)長(zhǎng)50m，每節(jié)均具有獨(dú)立的前后左右水平移動(dòng)的特點(diǎn)。每節(jié)輸送機(jī)由移動(dòng)系統(tǒng)（鋼架、軌道、油壓千斤頂?shù)冉M成）、300MPa液壓系統(tǒng)（油箱、油道管線、油缸等組成）、電氣系統(tǒng)（700KW發(fā)電機(jī)組、75KW電動(dòng)機(jī)、輸電線路、控制柜等組成）及皮帶輸送系統(tǒng)（1.8m寬皮帶、滾軸、變速箱、刮泥器、料斗組成）等組成。

2.2 皮帶輸送機(jī)移動(dòng)系統(tǒng)

移動(dòng)系統(tǒng)是皮帶輸送機(jī)的行走系統(tǒng)，非常關(guān)鍵。初始研制的皮帶輸送機(jī)與煤礦用帶式輸送機(jī)一樣，未設(shè)置該系統(tǒng)，完成一段河道土方輸送后，要靠80 t起重機(jī)才能使皮帶輸送機(jī)平移，相當(dāng)重新安裝一次，由于每節(jié)皮帶輸送機(jī)重約50t、長(zhǎng)50m，又大又笨重，移動(dòng)一次既不方便又耽誤時(shí)間，約要耗費(fèi)2～3天，這樣由皮帶輸送機(jī)輸送土方節(jié)約下的時(shí)間又被白白浪費(fèi)掉。針對(duì)這一難題，每節(jié)輸送機(jī)安裝4組8只油缸千斤頂，使輸送機(jī)具有前后移動(dòng)功能（圖2）；安裝2組4只油缸千斤頂，使輸送機(jī)具有左右移動(dòng)功能（圖3）；另外再安裝3組6只油缸千斤頂，在運(yùn)行時(shí)起到支撐調(diào)解穩(wěn)定作用。安裝上述液壓移動(dòng)系統(tǒng)后，完成一段河道土方輸送后，利用移動(dòng)系統(tǒng)液壓千斤頂交替頂起或抬升，移動(dòng)與其相連接的軌道進(jìn)行滑行，即可達(dá)到前后左右行走的目的。每次可以移動(dòng)1.2m。每次移動(dòng)只需1天時(shí)間即可平移至施工需要的位置，大大提高了施工效率。

圖2 前后行走系統(tǒng)

圖3 左右行走系統(tǒng)

2.3 皮帶輸送機(jī)土方施工工藝流程

皮帶輸送機(jī)土方施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→皮帶輸送機(jī)安裝就位→電氣系統(tǒng)安裝→土方輸送→皮帶輸送機(jī)平移→土方輸送→皮帶輸送機(jī)平移……→施工完成拆除皮帶輸送機(jī)。其中土方輸送→皮帶輸送機(jī)平移就位兩工藝循環(huán)進(jìn)行，直至土方輸送完畢。

2.3.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)監(jiān)理簽發(fā)的施工圖，做好測(cè)量放樣工作，明確土方施工范圍，及時(shí)做好排水、清障、河道開挖土方量復(fù)核等工作。根據(jù)開挖土方量結(jié)合每個(gè)棄土區(qū)容量按最省工的原則進(jìn)行土方平衡計(jì)算，做好土調(diào)配方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形確定皮帶式輸送機(jī)依次擺放位置，并對(duì)其進(jìn)行整平。

2.3.2 皮帶輸送機(jī)安裝就位

第一次安裝先用汽車把皮帶輸送機(jī)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，再用起重機(jī)吊裝就位，每節(jié)皮帶式輸送機(jī)長(zhǎng)50m，前一節(jié)末端設(shè)有料斗與后一節(jié)搭接（圖4）。根據(jù)實(shí)際送土距離確定搭接數(shù)量。安裝時(shí)要確保皮帶式輸送機(jī)支撐穩(wěn)定。皮帶輸送機(jī)安裝好后，移動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)同時(shí)安裝調(diào)試好。

2.3.3 電氣系統(tǒng)安裝

電氣系統(tǒng)安裝包括：柴油發(fā)電機(jī)（700KW）、控制柜、驅(qū)動(dòng)電機(jī)（75KW）及輸電電纜，柴油發(fā)電機(jī)（700KW）為移動(dòng)式發(fā)電機(jī)，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后停放在地面較高、交通方便的位置；控制柜安裝靠近驅(qū)動(dòng)電機(jī)旁；驅(qū)動(dòng)電機(jī)為固定位置。上述設(shè)備安裝完畢后須進(jìn)行試運(yùn)行，確保聯(lián)動(dòng)運(yùn)行可靠安全。

2.3.4 土方輸送

整套皮帶輸送機(jī)安裝調(diào)試完畢后，即可進(jìn)行土方輸送施工，皮帶輸送機(jī)裝土端（圖5）一般需配備6～8臺(tái)挖機(jī)開挖，將土方裝于輸送機(jī)的料斗內(nèi)，由輸送機(jī)直接送至棄土區(qū)。在棄土區(qū)出料口（圖6）一般配置1臺(tái)挖機(jī)和1臺(tái)推土機(jī)，將輸送的土方進(jìn)行攤平。為了防止泥土粘住皮帶，影響施工效率，在輸送機(jī)一端專門設(shè)置了刮泥器，以清除粘連在皮帶上的泥土。在輸送土方過程中，根據(jù)棄土區(qū)地勢(shì)的高程，利用液壓系統(tǒng)中兩端的6只油缸千斤頂，調(diào)整輸送機(jī)的傾斜度，達(dá)到棄土區(qū)的堆土高程。同時(shí)油缸千斤頂又能起到支撐作用，保證輸送機(jī)在作業(yè)過程中的穩(wěn)定。

圖4 皮帶輸送機(jī)裝土

皮帶輸送機(jī)對(duì)土質(zhì)的要求不高，除流塑狀態(tài)土以外，其它狀態(tài)土質(zhì)都能輸送，以含水量較低、較松散的土質(zhì)為最佳。淮河入江水道改道段東西偏泓開挖除土層上層主要為含水量較低的堆土、粘性土、淤泥質(zhì)粘性土，能適應(yīng)皮帶式輸送機(jī)施工。對(duì)偏下層的飽和硬粘性土、飽和軟粘性土、飽和可塑粘性土、流塑狀態(tài)淤泥土質(zhì)通過深挖縱橫排水龍溝，及時(shí)降低其含水量，也能滿足輸送要求。

圖5 前后皮帶機(jī)接力輸送

圖6 皮帶輸送機(jī)卸土

2.3.5 皮帶輸送機(jī)平移

一段河道開挖土方輸送完畢后，需要移動(dòng)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行下一段河道施工。移動(dòng)前先要對(duì)道路進(jìn)行平整，利用左右移動(dòng)系統(tǒng)把皮帶輸送機(jī)移動(dòng)到預(yù)定位置；利用前后移動(dòng)系統(tǒng)使每節(jié)皮帶機(jī)搭接準(zhǔn)確。移動(dòng)過程中要使皮帶機(jī)前后左右保持平衡穩(wěn)定，不發(fā)生翻機(jī)事故。全部移動(dòng)、搭接到位后即可進(jìn)行土方輸送施工。皮帶輸送機(jī)平移是控制工期重要環(huán)節(jié)，要抓住晴好天氣一氣呵成，否則對(duì)施工工期將造成不利影響。

3 皮帶輸送機(jī)土方施工工藝的特點(diǎn)

皮帶輸送機(jī)工藝在礦山、煤炭、碼頭等行業(yè)的應(yīng)用已有很久歷史，有成熟可靠的經(jīng)驗(yàn)。但在水利工程施工特別是在我省水利工程施工中應(yīng)用尚屬首次。通過淮河入江水道改道段東西偏泓土方輸送施工實(shí)踐總結(jié)，皮帶輸送機(jī)土方施工工藝具有以下特點(diǎn)。

3.1 適應(yīng)短距離運(yùn)輸、對(duì)土質(zhì)要求不高

皮帶輸送機(jī)施工工藝適應(yīng)短距離施工，一般在100～800m為最佳。另外對(duì)土質(zhì)要求也不高，除流塑狀態(tài)土以外，其它狀態(tài)土質(zhì)都能輸送，以含水量較低、較松散的土質(zhì)為最佳。

3.2 節(jié)能、環(huán)保

傳統(tǒng)土方施工主要是使用自卸汽車、挖掘機(jī)等施工機(jī)械，施工過程中產(chǎn)生大量揚(yáng)塵、車輛尾氣，對(duì)空氣污染較為嚴(yán)重。而輸送機(jī)運(yùn)行主要靠電力，每套設(shè)備配1臺(tái)發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力，不但排除了揚(yáng)塵、車輛尾氣產(chǎn)生，而且大大降低了施工噪音對(duì)環(huán)境污染。與傳統(tǒng)機(jī)械施工相比燃油消耗量也有不少降低。

3.3 安全、可靠

傳統(tǒng)的車輛運(yùn)輸施工，對(duì)施工臨時(shí)道路要求比較高，施工車輛較多、相互交叉，存在較大的交通安全隱患。施工過程中，除保證臨時(shí)道路標(biāo)準(zhǔn)較高外，還必須投入一定的人力、物力以保證現(xiàn)場(chǎng)交通指揮及道路維護(hù)。而土方皮帶輸送機(jī)不需要專門鋪筑施工道路，機(jī)械就位后，即可開挖輸土，消除了交通安全隱患，避免現(xiàn)場(chǎng)交通事故發(fā)生的可能。皮帶輸送機(jī)發(fā)生故障的幾率也比較低。

3.4 對(duì)施工環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

3.4.1 對(duì)施工道路要求不高

皮帶輸送機(jī)不需要專門的高標(biāo)準(zhǔn)臨時(shí)道路。土方開挖區(qū)不需分層開挖、可一次開挖到位。

3.4.2 受天氣影響不大

傳統(tǒng)土方施工，一旦遇到陰雨雪天氣，特別是遇到雨水多發(fā)季節(jié)，由于受施工道路制約，一場(chǎng)雨要影響幾天，甚至一個(gè)星期無法施工。而皮帶輸送機(jī)施工，只要雨停即可正常施工，大大降低了陰雨天氣對(duì)工程施工影響，對(duì)每年都要泄洪的淮河入江水道施工顯得尤為重要。

3.5 高效、低成本

淮河入江水道改道段東西偏泓拓寬施工共分4個(gè)標(biāo)段，其中2個(gè)標(biāo)段采用皮帶輸送機(jī)新工藝施工，2個(gè)標(biāo)段采用傳統(tǒng)的挖機(jī)加汽車運(yùn)輸工藝施工。一套皮帶輸送機(jī)每個(gè)臺(tái)班可輸送土方6000m3，消耗柴油1.4 t，即每方耗油0.23Kg，按施工期市場(chǎng)價(jià)8100元/t計(jì)算，每方運(yùn)輸需要1.86元。傳統(tǒng)施工工藝運(yùn)送6000m3土方需消耗柴油約4.2 t，即每方耗油0.7Kg。按同樣價(jià)格計(jì)算，每方運(yùn)輸需要5.67元。所以運(yùn)送每立方米土方皮帶輸送機(jī)比傳統(tǒng)施工工藝節(jié)約3.81元，加上不需要修筑施工道路、受天氣影響小、效率高、縮短工期帶來的投入減少，皮帶輸送機(jī)土方施工工藝大大降低施工成本。

3.6 一次性投入大、有待進(jìn)一步優(yōu)化

皮帶輸送機(jī)存在機(jī)架笨重、體積大、一次性投入大、轉(zhuǎn)場(chǎng)及施工中移動(dòng)困難的缺點(diǎn)。經(jīng)測(cè)算一套500m移動(dòng)式土方皮帶輸送機(jī)要投入600萬元左右，一般中小型施工企業(yè)難以承受。對(duì)體積大、移動(dòng)困難等缺點(diǎn)可做進(jìn)一步的優(yōu)化，如可適當(dāng)縮短每節(jié)皮帶機(jī)的長(zhǎng)度；液壓油缸移動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化為履帶移動(dòng)；工廠化標(biāo)準(zhǔn)制造生產(chǎn)等。

4 結(jié)語

淮河入江水道整治工程改道段東西偏泓拓寬工程施工中研制應(yīng)用的皮帶輸送機(jī)土方施工新工藝，為工程按期完成做出了重要貢獻(xiàn)，為水利工程土方施工引進(jìn)了的一種新方法，總結(jié)了一套新的施工工法，該工法已于2014年通過中國(guó)水利工程協(xié)會(huì)評(píng)審備案并公布建議推廣。皮帶輸送機(jī)土方施工新工藝具有節(jié)能、環(huán)保，安全、可靠，對(duì)施工環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，高效、低成本等是傳統(tǒng)施工工藝不可替代的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)同類工程特別是淮河入海水道二期工程施工提供了示范和借鑒經(jīng)驗(yàn)。

［1］淮河入江水道整治工程江蘇省境內(nèi)改道段東西偏泓施工設(shè)計(jì)、施工資料［R］.淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，2014.

［2］GB10595-89.帶式輸送機(jī)技術(shù)條件［S］.

［3］GB10595-2009.帶式輸送機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］GB14784-2013.帶式輸送機(jī)安全規(guī)范［S］.

［5］MT/T467-1996.煤礦用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算［S］.

［6］MT/T656-1997.煤礦用帶式輸送機(jī)架型式與基本尺寸算［S］.

［7］MT/T5030-2003.煤炭工業(yè)帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［8］晁娟.水利工程項(xiàng)目施工成本控制與管理優(yōu)化研究［J］.水利設(shè)計(jì)與規(guī)劃，2014（03）.

［9］肖偉能.水利水電特種機(jī)械設(shè)備管理要點(diǎn)探討［J］.水利設(shè)計(jì)與規(guī)劃，2015（04）.

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TV85

B

1008-1305（2017）01-0042-04

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.014

2016-03-15

張海學(xué)（1962年—），男，高級(jí)工程師。