大坡度盾构隧道皮带机出渣施工工法.pdf
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1、1 大坡度盾构隧道皮带机出渣施工工法 1.前言随着全国地铁、海底隧道、综合管廊项目的大力建设,盾构技术已经得到了越来越多的应用与发展,其中,渣土外运是盾构隧道掘进过程中的重要环节,出渣效率的高低对盾构隧道的施工效率有着十分重要的影响。目前,在国内,现有的盾构隧道出渣方式主要有以下两种:一种是无轨运输,适合在断面较大的隧道中使用,主要是采用自卸汽车进行渣土做水平运输,出口处采用侧卸式装载机和装渣机进行垂直运输出渣;另一种是有轨运输,适合在小断面隧道的使用,采用在隧道内铺设铁轨与电车做水平运输,始发井内采用卷扬机做垂直运输出渣。通常在任何工程盾构隧道施工中,盾构区间正线坡度一般不大于30,坡度较小
2、,无论是采用有轨运输还是无轨运输方式进行隧道出渣,在良好的设备使用情况下,不容易发生溜车事件等安全事故。此外,盾构隧道施工一般在围护结构施工完成,车站主体结构施工在满足盾构施工所需一定长度并完成封顶后,方可开始盾构机及后配套的下井组装和后续的始发掘进施工工作。但是,在国外,以中铁十六局集团承建的俄罗斯莫斯科地铁第三换乘环线西南段项目为例,在莫斯科地铁盾构隧道掘进过程中,无论采用有轨还是无轨运输的方式都需要依靠内燃机车的牵引作用进行渣土外运。由于莫斯科地铁的隧道设计纵坡最大为 45,转弯半径最小为 330m,在大坡度隧道掘进出渣的情况下,电瓶车牵引能力很难承担隧道掘进渣土的水平运输工作,运输效率
3、低;且碰车、溜车、翻车等风险较高,存在较大的安全隐患。此外,现有盾构隧道出渣方式采用的卷扬机,必须在始发井围护结构或者车站主体结构完成后才能使用,因而难以实现车站与盾构同时施工,在一定程度上进一步延长了工期。为此,结合中铁十六局集团承建的莫斯科地铁第三换乘环线西南段项目,在隧道施工过程中总结形成了“大坡度盾构隧道皮带机出渣施工工法”,通过该施工标段的实践证明,新型盾构隧道连续皮带机出渣方式能较好地在大坡度隧道内使用,提高了出渣效率,安全隐患小,且能在车站主体结构完成前投入使用,适用性强,具有明显的经济效益和社会效益。2.工法特点2.1 盾构隧道出渣方式采用连续皮带机运输,实现了与盾构机无缝衔接
4、,布置简便。在盾构隧道掘进过程中,出渣线路与材料运输线路相分离,互不干扰,有效地避免了碰车事件的发生,安全隐患小。2.2 盾构隧道皮带机出渣方式采用多个类型皮带机配合运输,包括横移皮带机、分水平和倾斜输送2 部的连续皮带机以及折返皮带机,实现了渣土的连续性运输,自动化程度高,提高了出渣效率,节能高效环保。2.3 盾构隧道皮带机出渣系统中设有储带仓和张紧装置,随着盾构机的向前掘进对水平输送部的连续皮带机进行续接,可实现长距离输送,输送能力强,提高了施工效率。2.4 在大坡度盾构隧道的转弯处,采用机架纠偏装置,以及改造的改向滚筒,通过在改向滚筒上的滚筒支承座中设有升降座,使改向滚筒两侧高度可调,提
5、高盾构隧道皮带机出渣系统的运行稳定性 2.5 盾构隧道皮带机出渣系统可根据隧道掘进速度调整出渣能力,能在小断面隧道、大坡度隧道内等投入使用,布置灵活,可适应各种工况;2.6 盾构隧道皮带机出渣系统可在车站结构完成前投入使用,盾构掘进和车站结构施工可同时进行,进一步缩短工期,适用性能强。3.适用范围本工法解决了传统工法出土作业不连续、坡度大运输机车易溜车等带来的诸多问题,为实现连续不间断作业,提高碴土运输效率,避免出现水平运输风险。采用连续输送机随盾构机掘进不断延伸,掘进时渣土通过连续输送机运输至盾构始发井,管片、砂浆等材料采用机车轻载运输,本工法适用于大坡度、长距离盾构法隧道掘进。4.工艺原理
6、本工法采用多个类型皮带机配合运输的方式,先利用横移皮带机将盾构机掘出的渣土转移到连续皮带机中的水平输送部运出隧道,再利用设置在始发井内的连续皮带机中的倾斜输送部把渣土转移到折返皮带机,通过折返皮带机将渣土垂直输送至地表面上的渣土池内,完成出渣。各个皮带机均采用电力驱动,自动张紧,皮带机之间通过数据线实现相互联锁,由主司机在控制室统一控制,各部分运行状态可通过视频监控系统在主控室进行监视。如图 4-1 所示。3 图 4-1 盾构隧道皮带机出渣原理 3D 模型 5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程 图 5.1-1 盾构隧道皮带机出渣施工工艺流程 5.2 施工方法 盾构机向前推进时通过刀头
7、掘出渣土,并由螺旋输送机将掘出的渣土从出土端输出,掉落至横移皮带机上,横移皮带机将渣土输送至其末端后,渣土掉落至连续皮带机的水平输送部上并由水平输送部将渣土水平输送出隧道,渣土被运出隧道后继续沿着连续皮带机的倾斜输送部进行垂直运输,当倾斜输送部将其上的渣土输送至其末端后,渣土掉落至折返皮带机上,由折返皮带机进行垂直运输,当折返皮带机将其上的渣土输送至其末端后,渣土掉落至渣土池内进行存储,从而完成出渣,后续渣土通过渣土内的吸头装入运输车,运输至指定地点。5.2.1 盾构隧道皮带机出渣系统的布置 皮带机出渣系统主要由各个类型皮带机、三种提供动力的驱动器、储带仓、张紧装置、始发井内钢4 桁架、隧道内
8、制式支架及组成。皮带布置在隧道内侧壁上,皮带中心线距支洞中心线距离为 2060mm。皮带用制式支架支撑。如下图所示。图 5.2.1-1 连续皮带机出渣系统结构示意图 1-隧道,2-盾构机,3-横移皮带机,31-横移皮带机驱动器,41-水平输送部,42-倾斜输送部,43-连续皮带机驱动器,44-输送皮带,5-折返皮带机,51-折返皮带机驱动器,6-渣土池,7-始发井,8-储带仓,9-张紧装置,10-桁架 5 图 5.2.1-2 隧道出渣系统布置剖面图 1-隧道,41-水平输送部,45-制式支架,11-通风管道,12-人行通道,13-骁马机车图 5.2.1-3 盾构隧道皮带机出渣系统 6(1)各个
9、类型皮带机 包括横移皮带机、连续皮带机和折返皮带机。横移皮带机布置在盾构机的掌子面上,当盾构机向前掘进时,掘出的渣土通过横移皮带机转运到连续皮带机的水平输送部上,水平输送部通过倾斜设置的制式支架布置在隧道侧壁上,连续皮带机的倾斜输送部和折返皮带机均设置在始发井内的钢桁架支撑结构上。(2)三种提供动力的驱动器 包括横移皮带机驱动器、连续皮带机驱动器和折返皮带机驱动器。为横移皮带机提供动力的横移皮带机驱动器布置在隧道的底部内壁上,为整个连续皮带机提供运输动力的连续皮带机驱动器设置在倾斜输送部的末端并安装于始发井内钢桁架上,为折返皮带机提供运输动力的折返皮带机驱动器设置在折返皮带机的首端并安装于始发
10、井内钢桁架上,主要构件包括驱动支架、2 个皮带改向滚筒、2 个300kW 变频驱动电机、皮带清洗装置等。(3)制式支架的固定 在安装固定皮带机制式支架时要保证其在水平和垂直方向都在同一直线上,支架在墙壁上应安装牢固,防止松动,皮带机支架每隔 100m 应安装 1 个剪刀叉,防止整条皮带机在受拉力时垮塌。为了保证制式支架在安装过程中不发生偏差,要求安装人员在安装过程中必须利用简单的测量工具经常检查,如采用水准尺等,不断提高安装精度。(4)连续皮带机架的延伸 随着盾构机的不断向前掘进,制式支架及皮带机均需要不断地向前延伸以满足输碴要求。随着掘进机的前进,皮带不断延伸,这时要在掘进机后配套桥架皮带与
11、连续皮带接头处的洞壁上搭接制式支架,安装托梁、托架、托辊等皮带运转所需的支撑部件。(5)皮带的储存 采用十层塔式储带方式,总高度 33.2 米,最大储带能力 480 米,单卷皮带 450 米,每掘进 225 米续接皮带一次。采用变频恒扭矩自动张紧装置的张紧系统、用于在隧道壁架设机身的三角支撑架等,为使皮带机在盾构隧道内正常使用。皮带机的不间断的工作能力能提高工作效率 30%以上,减少了对劳动力的依赖,维护保养变得很简单。(6)连续皮带的硫化续接 连续皮带机倾斜输送部的末端是皮带储存区,皮带储存区的储存能力有限,平时用的是每次可存 600m 的储存区,当掘进长度达到 300m 时,皮带储存区的皮
12、带就几乎用尽,需要对皮带进行续接。这就是皮带的硫化。硫化皮带时将连续皮带的张紧装置放松,在储存区的某一处将原皮带割断,将新续的皮带与其对接,然后加热硫化使接头牢固地结合在一起。将新续的皮带存储到储存区内,这样就完成7 了皮带续接,保证了盾构机的正常掘进。(7)连续皮带机的张紧装置 为了保证连续皮带动力传送顺畅,实现连续出碴,必须保证各级皮带处于张紧状态。张紧装置设置于储带仓的侧部,可采用电动绞车作为张紧装置,也可以采用液压油缸或者卷扬机作为张紧装置。因各类型皮带特点不同,其张紧方式有所不同,需根据各类型皮带张紧的需要选择适当的张紧装置。5.2.2 盾构隧道皮带机出渣系统的调试 皮带机安装验收完
13、成后,要对皮带系统进行调试,保证皮带机各项运行指标满足设计要求,调试内容如下:(1)运行速度测试,保证速度不低于 3.05m/s。(2)张进装置测试,保证皮带机的松弛度,不要超过皮带机满载后的极限抗拉强度。(3)手动功能测试,调试每个拉线开关是否正常。(4)电气连接锁测试,查看电器连接锁是否正常。(5)皮带机全程信号报警测试。(6)系统匹配测试,PLC 控制系统与主机 PLC 系统相匹配,以保证由主机控制启动和停止连续皮带机。(7)空载试车 2h,不得有皮带跑偏现象。(8)负载试车 8h,运行平稳,无振动和异常响声,全部托辊和滚筒均灵活。5.2.3 盾构隧道皮带机出渣系统的运行 连续皮带机的启
14、动顺序为横移皮带机、连续皮带机的水平输送部、连续皮带机的倾斜输送部、折返皮带机,停机顺序与其相反。启动时首先横移皮带机运转,紧接着连续皮带机、折返皮带机依次运转。这样可以保证盾构隧道掘进时由螺旋输送机输出的碴土能够连续输出,防止发生渣土堆积情况。(1)启动皮带机的供电系统,沿途对皮带机进行检查。(2)确定皮带机驱动装置的供电系统已经工作正常、沿途对皮带机的检查结果正常后,启动皮带机沿途的声电报警系统,表示皮带机将要运行工作。(3)由掘进机的控制室通过 PLC 程序控制启动整个皮带机,皮带机启动的各种参数及时反馈到掘进机的控制室。PLC 程序根据预先设定的各种数据,自动调节包括皮带的张紧力、皮带
15、的延伸装置的工作状况、驱动装置的输出扭矩等皮带启动运行的重要参数。连续皮带机的控制装置安装在驱动装置附近,通过电缆连接到掘进机控制室。(4)皮带延伸时皮带三角支架、托辊、其他保护装置的安装通过监控设备及时地反映到掘进机的控制室。控制室根据观测到的安装情况来控制皮带的延伸作业。张紧装置根据 PLC 程序的设定和传感8 器监测到的数据,自动地根据皮带延伸情况调整整条皮带的张紧力,以保证连续皮带机的正常运行。(5)掘进控制室通过皮带机沿途布置的监控设施提供的皮带运行情况、渣土运输的情况,及时调节皮带运行的各种参数,确保皮带机正常运行、渣土顺利运输。(6)掘进时要对渣土从螺旋输送机道连续皮带机转运的状
16、况重点进行认真观察,防止对皮带有不良影响的意外发生。5.2.4 盾构隧道皮带机出渣系统的维护 皮带机的运行维护是至关重要的,严格的维护保养保证了皮带机的长久无故障运行,不影响生产,不会造成大事故而导致经济损失,制定了严格的维护管理办法,并设有专人监管,所以必须按规定执行。定期、定任务、定人做到如下事项:(1)经常检查设备运转部位的润滑情况,定期按润滑表加油。(2)设备要经常检查,螺栓不得松动,电机不得超过额定电流,轴承温升不得超过环境温度,35时停机检查。(3)根据使用情况,建议定期检查各转动部位有无铁丝等杂物缠绕和异常磨损,每次检查都确认皮带的松紧是否合适。(4)对皮带机驱动器处及时清理漏渣
17、。保证驱动电机通风。(5)定期检查各开关、保护装置是否完好,如有毛病立刻更换。(6)始发井内皮带机定期检查封闭情况,有无漏雨雪地方,及时进行封堵。5.2.5 盾构隧道皮带机出渣系统转弯段的维护(1)增加支架底部螺栓孔数量,使其可上下调节 原支架斜支腿直接固定于管片上,无上下调节功能。QC 小组针对此问题对其进行相应改造,将斜支腿切割为两部分,在两部末端各开12、间距 4cm 圆孔 4 个。然后采用 2 颗螺栓按照需求高度进行对接。这样部位皮带就可按照需求高度在一定范围内进行调整。改善皮带跑偏起到明显效果,更加灵活。如图 5.2.5-1 所示。9 图 5.2.5-1 可伸缩式支撑斜杆(2)将支架
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- 关 键 词:
- 坡度 盾构 隧道 皮带机 施工