隧道渣土垂直提升系統分析研究

姚光輝　黃接喜　宋志杰

摘 要：針對城市地鐵隧道盾構掘進過程中出渣問題，介紹當前存在的波狀擋邊輸送機出渣工藝和高傾角壓帶式輸送機出渣工藝機設備，并對兩種垂直提升系統在隧道施工中應用進行分析研究。工程實際應用表明，高傾角壓帶式輸送機在城市隧道文明施工中較好地解決了粘性渣土清掃問題，在隧道渣土垂直提升中優勢更加明顯，更有利于促進我國隧道施工工法改進，對隧道渣土垂直提升有一定的借鑒意義。

關鍵詞：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

隨著我國城市地鐵、輕軌、高鐵等軌道交通工程的大規模建設，掘進機、盾構機等重大技術裝備廣泛應用隧道工程越來越多^【10】。隧道工程建設中，施工作業空間狹窄，且施工設備等各方面條件有諸多限制，施工環境惡劣導致效率難以提高，這已經成為隧道建設及城市軌道交通發展的主要制約因素，只有在施工工藝及施工裝備方面有所改進和突破，才能符合現代工程施工的節奏。在隧道掘進連續出渣方面，目前多采用有軌電車、龍門吊出渣，出渣過程中多出現不連續和交叉作業問題，尤其針對隧道掘進過程中豎井渣土垂直提升是目前亟待解決的問題。

1 渣土垂直提升方案確定

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

根據地鐵工地渣土土質的調研和盾構機工作特點，對上述幾種輸送機械設備綜合分析，管狀帶式輸送機的輸送帶由平形轉變為圓管狀以及由水平轉變為垂直需要較長的過渡段， 無法滿足隧道狹小的空間要求;刮板鏈式輸送機在垂直段會掉料， 若使其成為全封閉運輸， 則所需電機功率將成倍增加;而斗提機運輸需要一個料倉來實現裝載，且提升高度和清掃難度大，這在隧道中難以實現^【10】。波狀擋邊帶式輸送機和壓帶式輸送機在國內外隧道施工中目前已存在廣泛應用。

2波狀擋邊帶式輸送機

2.1工作原理

波狀擋邊帶式輸送機膠帶由基帶、波紋擋邊及橫隔板組成^【6】。垂直提升過程中將物料放置在一個個隔板中，從而實現物料大傾角運輸。

2.1結構特點

波狀帶式輸送機最大的特點是膠帶，與傳統帶式輸送機相比，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，同時波狀擋邊輸送機膠帶一般整體安裝發貨，在空間狹小的豎井安裝更換難度較大。

在隧道施工應用中對于黏土等粘性物料，由于自身采用振動清掃系統和膠帶本身的特點，粘性渣土與波紋黏結造成膠帶清掃困難^【9】。無法適應我國地鐵渣土提升過程中針對粘性物料的輸送要求。

3.壓帶式輸送機

3.1工作原理

壓帶式輸送機又稱三明治式帶式輸送機，其原理在普通帶式輸送機結構的基礎上，在物料上面增設一條覆蓋帶，將物料完全封閉在兩條普通的輸送帶之間。壓帶式輸送機系統作用壓力是通過柔性壓帶裝置使膠帶對物料產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生相對滑動，從而實現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，這些方法可以單獨使用也可以組合應用。

圖3壓帶式輸送機原理

壓帶式輸送機技術在國外已經研究多年應在多個領域成功應用。目前在國外隧道領域，壓帶式輸送機有著廣泛的應用，國內隧道項目中科瑞森公司研發的C型壓帶式輸送機和S型壓帶式輸送機分別在濟南地鐵R2線、上海地鐵隧道18-8號線成功應用。

3.2結構特點

壓帶式輸送機的設計與通用帶式輸送機類似，各主要部件可采用通用帶式輸送機部件。壓帶式輸送機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，尤其對于隧道掘進粘性渣土易于清掃，很好地解決了隧道渣土粘性物料問題。

4.垂直提升系統分析研究

通過對當前兩種垂直提升技術方案波狀擋邊帶式輸送機和高傾角壓帶式輸送機兩種產品技術原理和結構特點對比，對二者在隧道渣土垂直提升應用情況分析如下：

（1）設備適應性方面。二者在隧道渣土垂直提升中，較傳統吊裝出渣工藝相比設備結構輕便，安裝形式安全簡易，線路布置靈活，場地適應性強，根據項目場地情況任意角度布置，壓帶式輸送機可實現反C型布置且更加靈活。在物料適應性方面，針對隧道施工盾構機掘進渣土多為含水較大的黏土、碎石等，二者均存在撒料問題，對于隧道掘進過程中可能出現的大塊物料，二者均有一定的適應能力，但壓帶式輸送機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。

（2）運行及維護方面。高傾角壓帶式輸送機運行安全，輸送物料被密封在兩條同步運行的膠帶之間，物料在密閉環境輸送不會出現物料外泄，且運行噪音小，更有利于城市地鐵施工;而波紋擋邊帶式輸送機為了防止輸送過程中可能出現大塊在運輸過程中掉落，一般整個設備全程需設置防護罩。高傾角壓帶式輸送機膠帶采用普通膠帶，更換簡易粘接簡單，可現場粘接固化。波紋擋邊帶一般無法現場粘接，一旦現場膠帶出現開裂，只能通過膠帶廠家發環形帶，同時波狀擋邊帶更換需要拆卸滾筒、托輥等部件，檢修維護難度大。

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

（4）工程造價方面。壓帶式輸送機膠帶為普通平膠帶，價格相對較低，大約只是波紋擋邊帶的1/8～1/7。相對波紋帶的裙邊和橫隔板易損，壓帶機膠帶結構簡單，無易損部位，使用壽命比波紋擋邊長。

適應散料非粘性物料：煤、石灰石等，不適用渣土等粘性物料。

適應于各種物料，對物料粒度大小和流動性有一定要求。

5結語

隨著我國城市軌道交通的迅速發展，帶式輸送機連續出渣系統開始在我國隧道施工中廣泛應用。本文針對通用的波狀擋邊帶式輸送機和國外先進的壓帶式輸送機結構形式、使用情況進行對比分析，分析設備使用過程中的優點和不足，以便隧道渣土提升施工工法選擇。連續出渣工業機設備在隧道渣土垂直提升中優勢明顯，更有利于促進我國隧道施工工法改進，對我國城市軌道交通的快速發展具有重要意義。

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