TBM后配套連續輸送系統中地面布料輸送系統的研制*

齊傳剛

(中國煤炭科工集團 上海有限公司, 上海 200030)

0 引言

由于連續帶式輸送機出渣系統具有運輸距離長、運量大、速度快、無污染、TBM利用率高等特點，因此TBM后配套連續帶式輸送機出渣系統得到廣泛應用，同時也是目前TBM后配套出渣系統的重要發展方向[1-2]。

TBM后配套連續帶式輸送機出渣系統主要有兩種方式：一是在始發井空間允許的情況下利用連續帶式輸送機經過幾次折返后將渣土輸送到地面渣場；二是空間狹小時，利用連續帶式輸送機和垂直提升帶式輸送機組合的方式將渣土輸送到地面渣場。為了充分利用地面渣場的空間，盡量多存儲渣土，減少停機清理渣土次數，上述兩種方式都需要配置地面布料輸送裝置，將渣土布置到渣場指定位置，充分利用渣場空間。

本文所研制的地面布料輸送系統可以實現水平XY方向往復運動，解決地面渣場空間小，需要多點布料的實際需要。該地面布料輸送系統在中鐵18局青島地鐵一號線項目中得到了實際應用且運行效果良好。

1 方案設計

1.1 設計要求

設計一套用于承接上一級垂直提升帶式輸送機所輸送的渣土，然后再將渣土輸送到地面指定地點的輸送系統。本文所述渣場形式為矩形，要求渣土盡量布滿渣場，提高渣場利用率，減少由于處理渣土而導致的停機次數。當渣場渣土布滿后，需要及時清理，因此渣場內要滿足清渣車輛經過。本文所述隧道左線和右線渣土最終是通過垂直帶式輸送機輸送到地面，垂直帶式輸送機運量為800 t/h，帶速為2.5 m/s。

1.2 總體設計

根據地面渣場的形式和布料要求，采用X和Y方向布料的形式能夠有效解決[3-4]。為了滿足渣場內清渣車輛經過，渣場內需設置一定高度的支撐框架，X和Y方向的布料帶式輸送機安裝在支撐框架上，可使清渣車輛通過，又可增加存渣量。地面布料輸送系統總體方案布置俯視圖如圖1所示。

圖1 地面布料輸送系統總體方案示意圖

2 地面布料輸送系統的組成部分及工作原理

根據地面布料輸送系統總體方案，設計完成的總體布置圖如圖2所示。

2.1 地面布料輸送系統的組成部分[3]

2.1.1 水平Y方向往復運動帶式輸送機

水平Y方向往復運動帶式輸送機布置在垂直帶式輸送機下方，用于承接垂直帶式輸送機輸送的物料,其主要由電動滾筒、機身前架、機身后架和尾部螺旋張緊裝置組成。機身前架和后架之間通過鉸接方式連接。機身段全程設置導料槽，上托輥組全部采用緩沖托輥組。該帶式輸送機通過連接架與桁車連接，與桁車一起水平Y方向往復運動。由于垂直帶式輸送機運量為800 t/h，帶速為2.5 m/s，根據渣場尺寸和帶式輸送機設計選型手冊計算水平Y方向往復運動帶式輸送機主要參數如表1所示，結構示意圖如圖3所示。

1-垂直帶式輸送機;2-水平Y方向往復運動帶式輸送機;3-水平X方向往復運動帶式輸送機;4-桁車;5-地面支撐框架。

表1 水平Y方向往復運動帶式輸送機主要參數

1-電動滾筒;2-機身前架;3-機身后架;4-機尾螺旋張緊裝置。

2.1.2 水平X方向往復運動帶式輸送機

水平X方向往復運帶式輸送機主要由電動滾筒、機身前架、機身后架和尾部螺旋張緊組成。機身前架和后架之間通過螺栓連接，現場安裝調整好以后將前后架焊接成整體。上托輥組全部采用緩沖托輥組。機尾設置一定長度的導料槽，并配置擋架防止撒料。電動滾筒可雙向旋轉，實現頭尾均可卸料，滿足X方向多點布料的要求。機架上配置一套帶制動功能的減速電機，驅動該帶式輸送機在桁車軌道上面X方向往復移動。根據渣場尺寸和帶式輸送機設計選型手冊計算水平X方向往復運動帶式輸送機主要參數如表2所示，結構示意圖如圖4所示。

表2 水平X方向往復運動帶式輸送機主要參數

1-電動滾筒;2-帶制動器減速電機;3-機身前架;4-機身后架;5-機尾螺旋張緊裝置。

2.1.3 桁車

桁車主要由前后桁架、主動車輪組和從動車輪組組成。在桁車兩端各配置一套帶制動功能的減速電機，減速電機驅動桁車在地面行走框架軌道上水平方向往復移動。桁車與水平Y方向往復運動帶式輸送機剛性相連，帶動水平Y方向往復運動帶式輸送機一同移動。桁車主要參數如表3所示，結構示意圖如圖5所示。

表3 桁車主要參數

2.1.4 地面支撐框架

地面支撐框架是由型鋼通過螺栓連接以及焊接組成。地面行走框架上面鋪設三條用于桁車行走的軌道。地面支撐框架結構示意圖如圖6所示。

1-帶制動器減速電機Ⅰ;2-主動車輪組(兩套);3-桁架;4-從動車輪組;5-帶制動器減速電機Ⅱ。

圖6 地面支撐框架結構示意圖

2.2 各組成部分之間的關系

地面布料系統各組成部分之間的關系為：桁車可以在地面支撐框架軌道上水平方向往復移動；桁車上面是水平X方向往復運動帶式輸送機，其與桁車一起水平Y方向往復移動，其自身可以在桁車的軌道上X方向往復移動；水平Y方向往復運動帶式輸送機安裝在垂直提升帶式輸送機地面支撐框架的軌道上，通過連接框架與桁車連接，隨同桁車一起水平Y方向往復移動。

2.3 工作原理

桁車在其兩端各配置一套帶制動功能的減速電機，減速電機驅動桁車在地面行走支撐框架軌道上水平Y方向往復移動，Y方向移往復運動帶式輸送機與桁車剛性相連，在桁車的帶動下跟隨桁車一同運動。桁車上面布置一條X方向往復運動帶式輸送機，該帶式輸送機配置一套帶制動功能的減速電機，驅動該帶式輸送機在桁車軌道上面X方向往復移動。具體工作過程為：垂直提升帶式輸送機所輸出的渣土先卸載到Y方向往復運動帶式輸送機上，然后Y方向往復運動帶式輸送機再將渣土卸載到X方向往復運動帶式輸送機上，X方向往復運動帶式輸送機在桁車的帶動下可以水平Y方向以及水平X方向往復運動，最終將渣土卸載到地面指定位置。如果不需要水平X方向卸料，可以將水平X方向布置的帶式輸送機移動到桁車軌道的最右端，這樣就可以實現單方向(Y方向)卸料。具體地面布料輸送系統總裝三維圖如圖7所示,現場部分安裝圖如圖8所示。

1-水平Y方向往復運動帶式輸送機;2-水平X方向復運動帶式輸送機;3-桁車;4-地面支撐框架。

圖8 現場部分安裝圖

通過上述地面布料輸送系統就可以將垂直提升帶式輸送機所輸送出來的渣土卸載到地面上指定范圍內，充分利用渣場空間，且便于地面運渣車輛將渣土及時運出。

3 控制方式

實際工作中，水平X、Y方向移動的帶式輸送機與TBM后配套連續帶式輸送機出渣系統進行聯控，起動順序為水平X方向移動的帶式輸送機→水平Y方向移動的帶式輸送機→垂直提升帶式輸送機(或連續帶式輸送機)→左(右)線連續帶式輸送機→TBM，停機順序相反。水平X、Y方向移動的帶式輸送機的往復運動是通過手動控制來實現的，根據卸料點位置的不同，手動控制減速電機的起停，實現帶式輸送機水平X、Y方向的移動。各行走軌道上均設置限位開關，避免帶式輸送機及桁車脫軌。

4 結論

目前，國內多個城市都在進行城市地鐵項目的施工及規劃，TBM后配套連續帶式輸送機出渣系統是地鐵隧道施工中最有效的出渣方式，具有深遠的發展前景和重要的研究意義。由于城市地鐵項目地面的施工空間有限，在有限的空間里如何有效地利用渣場空間來最大限度地存儲渣土是每個地鐵項目施工中都需要解決的問題。本文所研制的地面布料輸送系統有效地解決了此類問題，并在實際應用中得到了驗證。該地面布料輸送系統的成功研制，為今后類似項目的設計研發奠定了堅實的基礎。