高傾角壓帶式輸送機在隧道施工中應用研究

摘要：總結如今城市隧道盾構掘進施工中不間斷出渣的典型問題，在原有隧道掘進出渣輸送機設備功能基礎上，設計出更適用于隧道施工的高傾角壓帶式輸送機機械設備，以有效解決城市隧道施工中物料垂直運輸的問題，提高隧道出渣施工效率。圍繞高傾角壓帶式輸送機在隧道施工中應用進行討論，分析高傾角壓帶式輸送機實現原理及構造的基礎上，探討實現關鍵技術，總結高傾角壓帶式輸送機在隧道施工的應用創新優勢。

關鍵詞：高傾角;盾構掘進;壓帶式輸送機;隧道施工

0" "引言

當前隧道施工中，普遍存在由于施工空間受限，使得對施工機械操作等方面形成阻礙。不便的施工環境，難以實現隧道施工效率的有效提高[1]。為了突破諸多隧道施工制約因素的束縛，應通過采用先進的施工工藝及科學的施工機械予以改善優化，以適應高速發展的隧道施工需求。

伴隨著大量先進的TBM盾構機械、掘進設備等高精機械的應用，在隧道不間斷出渣方面同樣出現了龍門起重機出渣、有軌運輸車出渣等方式，但其實現過程常常會發生連續性中斷、交叉作業沖突的現象。由此可見，隧道掘進的不間斷出渣傳送是急需解決的問題[2]。

隧道施工常有大角度出渣殊榮需求，存在由于傳送帶同物料間摩擦力作用不足導致物料下滑的情況，從而影響物料傳送效率，乃至不能傳送。高傾角壓帶式輸送機利用在兩條輸送帶，將物料夾在中間進行傳送，使得傳送過程處于全封閉狀態，有效提高了傳送帶與物料之間的摩擦力作用，可有效避免揚塵及物料殘渣的產生，有效解決了物料傳送受傾角限制的問題，實現了隧道施工的垂直角度出渣。

1" "高傾角壓帶式輸送機工作原理及構造

1.1" "高傾角壓帶式輸送機工作原理

高傾角壓帶式輸送機是對常規輸送設備的功能、結構進行優化，通過在傳送物料的上方增加裝置一條覆蓋帶，使上下兩層膠帶間進行物料的封閉傳輸[3]。它通過裝配特殊材質的柔性壓帶裝置，使其對物料產生法向壓緊作用，進而提高傳送帶與物料之間的摩擦力，防止傳送過程產生物料脫落現象，實現物料的任何角度傳送的自由。高傾角壓帶式輸送機如圖1所示。

高傾角壓帶式輸送機具備自動化程度高、連續傳送能力強、維護便利、運營費用低等優勢，可作為配合TBM掘進機械的附屬設備進行應用[4]。帶式輸送機傳送物料角度主要由傳送帶同物料摩擦作用力決定，要想實現大角度物料傳送，應再增加其間的摩擦力。高傾角壓帶式輸送機摒棄了常規波狀擋邊帶式輸送機，難以在傳送過程中清理殘渣，以及圓管帶式輸送機傳輸角度受限的問題，將兩條特殊材質柔性傳送帶夾緊進行物料輸送，實現傳送過程的全封閉處理，避免了揚塵和殘渣的產生，并解決了傳送角度受限的隧道施工實際問題。

1.2" "高傾角壓帶式輸送機構造

高傾角壓帶式輸送機結構基于常規帶式輸送設備的結構基礎，基本可利用常規帶式輸送機的構件。高傾角壓帶式輸送機上端結構包括夾帶裝置、弧形區域、上端保護罩、上端漏斗及驅動設備構成[5]，高傾角壓帶式輸送機上端構造如圖2所示。

高傾角壓帶式輸送機下端主要包括尾端護罩、滾筒、受料區域及弧形區域構成，其下端結構如圖3所示。

2" "高傾角壓帶式輸送機關鍵應用技術

2.1" "合理選擇隧道輸送帶寬

高傾角壓帶式輸送機傳送膠帶帶寬應與傳送物料情況相適應，其壓帶式結構傳送物料的截面形狀，與常規帶式傳送機械的不規則物料截面有區別，其截面要小于槽型物料的截面。物料受壓帶的覆蓋擠壓，會產生較小的堆積角度，所以其傳送膠帶帶寬應選擇盡量寬的配置[6]。同時帶寬選擇應參考物料的顆粒大小，確保其能將傳送帶兩邊的剩余帶寬緊緊貼合，滿足真正意義的封閉狀態，避免物料的外漏。

2.2" "合理確定彎曲弧段架構和操作半徑

通過有效工藝實現物料不間斷穩定喂料至壓帶機械弧段位置，是實現高傾角壓帶式輸送機穩定工作的保證。其弧段半徑及彎曲弧段架構，應以傳送帶膠帶沒產生翹曲變形為參考依據。一方面應確保傳送物料被包裹在上下傳送帶之間，另一方面還應匹配承載傳送帶上的差異化斷面及不同大小的物料，保證物料從進料側至覆蓋帶、承載帶，從而實現不間斷且穩定的傳送。在選擇確定彎曲弧段架構和操作半徑過程中，應充分考慮施工環境、物料特征等因素，以防止輸送帶機械受損。

2.3" "科學設置輸送機壓緊力值

區別于常規帶式輸送機，單純憑借物料自身同傳送帶間及物料之間的摩擦作用傳輸物料的方式，在保證承載物料自重的前提下，通過提高傳送帶同物料間的正向壓力，可實現壓帶式輸送機更大傾角的物料輸送。即通過覆壓帶施加外加正壓力的方式于物料上表面，進而實現傳送帶與物料之間形成更大的摩擦力。覆壓帶使得傳送帶包裹物料協同行進，實現物料傳送。其壓力值大小，應以物料在指定傾斜角需求，不產生滑落、不泄露為前提，具體可參考物料特征加以確定。

2.4" "科學配裝電氣控制系統

可靠的電氣控制系統是保障壓帶式輸送機上下兩套相互獨立傳輸單元同步工作的關鍵。傳送物料顆粒之間相互存在特定的相對運動，即便兩套傳輸帶可夾緊物料，如果存在承載帶和覆壓帶運轉速度不一，也會造成物料間相對位移加劇，導致承載帶、覆壓帶及物料間運不一致，不能做到正常傳送物料。這不僅會加劇兩套傳送帶的磨損，還會提高出渣施工成本[7]。因此應在規定時間內控制輸送機兩套傳送帶的運轉速度，使輸送機在工作運行狀態下形成特定功率，參照負載進行速度調整。

3" "高傾角壓帶式輸送機應用創新優勢

利用高傾角壓帶式輸送機進行隧道盾構掘進施工出渣操作，可實現不間斷反向垂直傳送，區別于常規盾構開采龍門吊出渣模式，主要具備以下創新優勢：

3.1" "適應性強

高傾角壓帶式輸送機使用兩套獨立的傳送履帶系統，將壓帶裝置置于承載傳送膠帶與覆蓋傳送膠帶互貼的位置，利用壓帶裝置將物料置于上下傳送帶傳送。根據隧道施工結構進行角度安置，甚至可在大于直角進行反向C型安裝，實現可大角度高傾角垂直傳送。可穩定不間斷的將物料運至渣土位置，不過分占用空間，機械裝運便利，能夠適應于大部分隧道的渣土傳運需要。

3.2" "物料傳輸穩定且噪聲低

通過分析運算物料間、傳送帶與物料間摩擦力值，改進輸送機械正壓力參數數據，實現壓帶裝置的技術工藝創新，保證傳送物料時壓緊作用力合適、壓緊力作用實施勻稱，并能雖物料粒徑變化而隨時調整，實現物料的平穩傳送。實現平穩物料傳送，避免了物料傳送掉落問題及揚塵產生。在上下兩層膠帶之間封閉傳送物料，工作噪聲小，可滿足文明施工需求。

3.3" "智能化程度高

利用數字化遠程管控檢測技術與變頻控制技術相結合，實現高傾角壓帶式輸送機遠程運維管理，保證了高傾角壓帶式輸送機穩定起運、便捷操控、節能高效的操作管理，同時避免了粉塵揚起和掉落，有利于清潔環保施工。

4" "高傾角壓帶式輸送機在隧道施工的應用

某城市軌道交通地鐵項目隧道掘進物料出渣工程，利用高傾角壓帶式輸送機連續輸送清排土石物料通過支洞或洞口轉載外運，物料經掘進機掘進后的松散度約為1.6t/m3。

4.1" "確定高傾角壓帶式輸送機原始參數

高傾角壓帶式輸送機整體呈多點驅動、適應較復雜施工狀況的特征，其參數確定及關鍵構件的方案設計，關乎整體隧道施工方案的實施。設計時，主要利用三維動態仿真模型完成參數測算。為獲取動態仿真的初始參數，首先應進行初始常規方案設計，然后同動態仿真結果形成比對，進而確定方案的最優設計。

依據高傾角壓帶式輸送機施工工藝，通過參考單位時間輸送能力、隧道出渣施工環境、物料特征參數、線路原始尺寸、機械安裝限制，壓帶式輸送機的啟動方式、制動方式、運行要求、物料位置、裝卸點位位置及輸送能力等多方因素，確定兩條輸送帶類型、帶寬、物料受力、覆壓帶壓緊力等參數，獲得高傾角壓帶式輸送機最優整體工作性能。壓帶帶式輸送機模型仿真截面圖如圖4所示。

4.2" "布置高傾角壓帶式輸送機驅動裝置

帶式輸送機在隧道實施出渣，通常受施工空間所限驅動功率較大。利用集中定點驅動，既會增加占地面積，也會造成輸送機區域張力增加。為確保傳送帶的穩定安全，就不得不通過增大傳送帶型號實現，由此造成資源浪費。

利用高傾角壓帶式輸送機實施大角度出渣，依據其實現原理的特殊性，主要采用托輥配合多驅動滾筒的方式驅動支撐物料和輸送帶，施加在覆壓帶上的壓緊力及覆壓帶自重等，進而確保輸送帶大角度輸送物料。此種方式布置有效地提升了傳送帶啟動后滿載下的穩定性，確保了驅動裝置合理的功率分配，為多傳動輸送機傳送帶的穩定性提供保障，同時減小了空間占用和費用支出。

4.3" "設置高傾角壓帶式輸送機張緊裝置

帶壓式輸送帶在實際工作時承受自身重力、物料及外載荷的力學作用，會在相鄰兩托輥組之間形成特定的懸垂度。懸垂度超標，既會干擾輸送帶的正常工作，還會引起物料下滑、增加阻力等問題。為使輸送帶達到懸垂度標準，防止驅動滾筒啟動及運行出現打滑，應通過設置拉緊裝置予以解決。

拉緊裝置設置類型及位置決定了拉緊力的大小，出于啟動、運行平穩性及費用投資方面考慮，通常選擇離傳動滾筒較近的受力小的區域設置。由于高傾角壓帶式輸送機啟動和穩定運轉過程的張緊大小有區別，且受加速度影響，因此應考慮在輸送機啟動過程中于變頻器上設定啟動曲線，進而獲取張緊力在啟動、穩定運轉時的參數變化及規律，然后參考變化規律進行自動張緊裝置安裝方案的優化。

4" "結語

為滿足隧道掘進過程的連續、大角度出渣需求，有效解決出渣過程連續性中斷、交叉作業沖突的問題，提升隧道出渣施工效率，我們在常規隧道掘進出渣輸送機結構功能的基礎上，設計出更適用于隧道施工的高傾角壓帶式輸送機。

本文針對高傾角壓帶式輸送機在隧道施工中的實際應用進行研究，在分析高傾角壓帶式輸送機實現原理及構造的基礎上，介紹了輸送機關鍵技術，形成高傾角壓帶式輸送機隧道施工應用的創新優勢分析，提出高傾角壓帶式輸送機在隧道施工的實施應用，證明其在城市軌道隧道出渣施工中可有效提升掘進出渣效率，具有較好的應用前景。

參考文獻

[1] 任蕓，劉鋒，任廣勝.大傾角阻尼式帶式輸送機的設計與研究[J].煤礦機械. 2018（4）：6-7.

[2] 林曉棟.90°大傾角帶式輸送機的改進設計[J].礦山機械，2016，44（3）：92-95.

[3] 林春剛.地鐵隧道碴土立式提升系統研究 [J].建筑機械化，2017（5）：46-50.

[4] 揭施軍，熊曉燕，武兵，等.負載特性對輸送帶動態特性的影響[J].液壓與氣動，2019（7）：88-92.

[5] 周廣林，韓瑞飛.輥子壓帶式帶式輸送機的動態特性[J].黑龍江科技大學學報，2014，24（1）：85-90.

[6] 齊夢學.垂直皮帶機用于地鐵 TBM 施工的可行性探討[J].隧道建設，2016，36（8）：1004-1010.

[7] 訾建新，趙興來.大傾角上運矸石帶式輸送機的研制及應用[J].山東煤炭科技，2012（2）：82-84.