2021年4月中国建材科技第30卷 第2期
连续皮带机在深埋盾构隧道施工中的应用研究Research on application of continuous belt conveyor in deep-buried shield tunnel construction 吕勇方
（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101100）
LV Yongfang
(China Railway 16th Bureau Group Beijing Metro Engineering Construction Co., Ltd., Beijing 101100)
摘要：连续皮带机出土技术在深埋盾构隧道施工中的应用，改善了传统出渣运输方式的不足。为解决皮带机皮带跑偏、溅泥、掉渣、卸料斗堵塞以及皮带打滑等问题，依托莫斯科地铁第三换乘环线东段大直径盾构项目案例，介绍连续皮带机的基本结构、组装要点，并结合施工现场实际工况，分析运行中的主要问题，提出黏土地层中盾构机出渣渣土的改良方法和主要问题的防治措施。 关键词：连续皮带机；盾构施工；渣土改良；深埋盾构隧道
Abstract: The application of continuous belt conveyor excavation technology in the construction of deep shield tunnels has improved the traditional slag transport methods. In order to solve the problems of belt deviation, mud splashing, slag removal, discharge hopper clogging and belt slippage, based on the large-diameter shield project of the east section of the third transfer loop of Moscow Metro, this article introduces the basic structure of the continuous belt conveyor used the main points of the assembly. Combining with the actual working conditions of the construction site and the main problems that occurred in the operation, the improvement method of the shield machine in the clay layer and the prevention and control measures for the main problems in the operation are proposed.
Keywords: continuous belt conveyor; shield construction; muck improvement; deep shield tunnel
中图分类号：U455.3 文献标志码：B 文章编号：1003-8965（2021）02-0105-04
0 引言
连续皮带机具有运距长、运量大、速度快、污染小等特点[1]，国内主要应用在煤矿、大型露天矿山、散装港口、TBM长距离隧道施工中。连续皮带机是隧道开挖出渣的连续性物料运输设备，可适应大坡度、实现不停机掘进，具有出渣速度快、施工效率高、操作维护简单、无污染等优点。在我国，皮带钻井泥浆泵
运输机最早运用于采矿业，2002年辽宁大伙房水库输水工程首次引进了连续皮带机与配套出渣的皮带机连续出渣系统[2]。我国对于这种连续出渣技术的研究起步较晚，设备和技术比较落后。
近年来，随着连续皮带机在采矿业和隧道施工中的广泛应用，国内从各个方面对连续皮带机做了大量研究。王可强[2]分析了连续皮带机的皮带特性，研究皮带的张力分布形式，并使用仿真软件RecurDyn进行仿真模拟。曾文宇[3]以神华新街煤矿斜井隧道工程为背景，研究了盾构法隧道施工配套连续皮带机的关键技术，分析了驱动方案和纠偏方案，并计算出连续皮带机最后的设计参数。
连续皮带机的连续、稳定工作是保证施工生产高效的关键因素[4]。本文以莫斯科地铁第三换乘环线东段大直径盾构项目为背景，针对该盾构隧道埋深大、坡度陡、转弯半径小的特点，提出盾构隧道出渣采用连续皮带输送系统，介绍该系统结构的基本组成，分析该系统在隧道施工时试运行出现的主要问题，并针对该深埋盾构隧道的特点提出解决方法以及盾构机出渣渣土改良方案，可为连续皮带机在同类深埋盾构隧道施工的应用提供技术参考。
1 工程概况
莫斯科地铁第三换乘环线东段大直径盾构项目总长2.947km，区间隧道覆土深度11.9~23.4m，主要穿越地层为黏土层、砂质黏土层、砂层、富水细砂层。区间最小转弯半径400m，最大纵坡40‰。由于盾构隧道埋深大、坡度陡、隧道与车站结构同步施工，采用“塔吊+双头胶轮机车+连续皮带机”的渣土
输送方式。
2 连续皮带输送系统的基本组成
该项目采用的连续皮带输送系统由横移皮带机、连续皮带机、折返皮带机、转渣皮带机四部分构成，如图1所示。主驱动电机为2个200kW电机，井口段倾斜角度为12°，最大出碴能力为1200t/h。
横移皮带机将盾构机上皮带机输送的渣土横移到连续皮带机上，其带宽为1000mm，主要由机架、皮带、托辊、驱动装置、张紧装置、改向滚筒和卸料斗等组成。
连续皮带机将隧道内的渣土连续输送到井口，由驱动装置、储带仓、张紧装置、张紧移动架、硫化平台、卸料装置、托辊、托辊架、隧道支架、洞口抬升架、中间卸料装置、人行通道、延伸装置、车站支腿、输送带等组成。
折返皮带机将连续皮带机输送的渣土折返到车站端头，由驱动装置、拉紧装置、卸载装置、托辊、托辊架、接料段、输送带等组成。
转渣皮带机将折返皮带机输送的渣土转到车站侧面的
作者简介：吕勇方（1988.2-），湖北武穴人，工程师，研究方向为连续皮带机在盾构施工中的应用。
施工技术连续皮带机在深埋盾构隧道施工中的应用研究
导线分流器渣土坑，由驱动装置、拉紧装置、卸载装置、托辊、托辊架、接料段、
输送带等组成。
(a)井口侧视图
(b)井口俯视图
图1 连续皮带出渣系统基本结构
3 主要问题及防治措施
在连续皮带输送系统试运行期间，主要出现了以下问题：
1)皮带跑偏。造成输送带跑偏现象的主要原因可以从初始安装和运输过程两个角度考虑[5]。皮带跑偏
是最常出现的故障，主要有驱动滚筒或卸载滚筒处跑偏、改向滚筒处跑偏、中间皮带架处跑偏等。调整方法依次是调节固定滚筒轴的丝杆螺栓、调节固定滚筒轴承座的螺栓、调节托辊角度，如图2
所示。
图2 不同部位皮带跑偏情况
以调节皮带架上的皮带跑偏为例。正常情况下托辊按
水平摆放，与皮带运动方向成垂直角度。若皮带向左跑偏，想让皮带向右调整，需调节托辊与皮带运动方向右侧形成小夹角；反之，向相反的方向调整托辊。
在调偏时，先调整托辊角度，且需在跑偏的皮带架之前的托辊处开始调整，根据皮带跑偏距离选择调整托辊的数量，这样效果较好，节约工作时间。若调整托辊没有达到调偏效果，可调节托辊支架，增大调整角度。若仍不见效，可调整皮带支架水平度，让皮带支架朝需调整的方向倾斜。此外，采用挡边棍代替托辊，加装在皮带进入驱动滚筒、改向滚筒的前方，更可有效防止皮带跑偏，如图3所示。在现场改装了多组挡边棍，效果显著，保障了皮带在储带
仓中的平稳运行。
图3 现场加装的挡边棍
施工技术
连续皮带机在深埋盾构隧道施工中的应用研究
2)溅泥、掉渣。渣土由螺旋机出土口排出后，经过横移皮带机、隧道中间卸料装置、折返皮带、转渣皮带多次传递，在卸料斗处，因为高差，泥巴极易四溅。为保持隧道与设备的清洁，减少清理工作量，在每个卸料斗处针对性加装了挡泥板、防尘帘，防止溅泥。皮带跑偏时，会造成皮带架上皮带一边高、一边低，渣土容易从低的一侧掉落，需及时调偏。在中间卸料装置与主驱动滚筒处，因为渣土易堆积，针对性加大了接料斗。
3)卸料斗堵塞。盾构机在黏土地层中掘进时，经常出现大土块堵塞卸料口的情况，需停机人工清理疏通，快则15分钟，慢则1-2小时，影响进度，见图4。通过观察与分析，卸料斗堵塞的主要原因如下：渣土太干，在卸料装置处不易被皮带带走，造成堆积堵塞；卸料斗出口太小，出现大土块时，卡在出土口，后续渣土无法通过，
造成堵塞。
图4 不同部位堵塞情况
针对以上问题采取如下措施：在卸料装置处增加水管喷水，湿润渣土、润滑皮带，提升渣土流动性；在斗壁上贴胶皮，减小渣土与斗壁的摩擦系数。有针对性地对折返皮带驱动端、中间卸料装置与横移皮带机的卸料斗进行改造、加大，改造前后的构造如图5所示。
4)皮带打滑。其间出现了折返皮带打滑停机与主驱动滚筒驱动转矩相差过大停机。折返皮带运行一段时间后，下托辊沾上泥巴，皮带运行速度减小，当运行速度与电机输出速度相差大于0.5m/s 并超过10s 时，便会造成皮带机停
机。此外，为增加驱动滚筒与皮带的摩擦力，滚筒上镶嵌
了一道道陶瓷片，下皮带上的泥巴会残留在陶瓷片间；
当
(a)折返皮带机卸料斗改造前后
(b)中间卸料装置结构图与卸料斗改造方式
(c)横移皮带机卸料斗结构图与改造后
图5 卸料斗堵塞问题处理
槽钢加工（下转第19页）
汽车漆面保护膜光泽度测量不确定度评估
检验与认证
公式。见公式（3）：
()
1u x
（3）自动抄表水表
得到u 1(x)=0.177GU 。
4.2 光泽度仪示值误差引起的不确定度(B 类)
根据光泽度仪的校准证书得到光泽度仪示值误差的不确定度U=1.5GU ，置信区间为95%，k=2。见公式(4)。
()2U
u x k
=
（4）
光泽度仪示值误差引起的不确定度u 2(x)=0.75GU 。
5 合成标准不确定度
测量的不确定度分量汇总见表2。
表2 不确定度分量汇总表
Tab.2 Summary table of uncertainty components
序号影响量
灵敏
系数
影响量的不确定度
不确定度分量相关性1测量重复性10.1770.177不相关2
光泽度仪示值误差1
led外露灯
0.75
0.75
不相关
将上述不确定度分量进行合成得到合成标准不确定度：
()0.77u x GU
=
6 扩展不确定度
采用置信区间95%，k=2，计算扩展不确定度U(x)。
()() 1.54U x ku x GU
==7 结果与结论
经过对不确定度来源进行分析，光泽度的不确定度为1.54GU ，主要是仪器示值误差影响较大，重复性测量的不确定度影响较小。在光泽度的测量过程中可以尽量选择示值误差较小的光泽度仪进行测量，以更好地保证试验结果的准确性。
参考文献
[1]GB/T 9754-2007，漆和清漆 不含金属颜料的漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定[S].
[2]JJF 1059.1-2012，测量不确定度评定与表示[S].
[3]杨迎亮，李昱霖，李轶男，等.漆膜光泽度测量结果的不确定度评估[J].中国标准化,2018(S1):230-23
2.
手机受话器上驱动滚筒陶瓷片间积攒了泥，与皮带间摩擦力会减小（打滑），为保持皮带转速，驱动滚筒输出转矩会增大；当上下两个驱动滚筒输出转矩相差超过30%时，系统会报错，从而导致停机。
针对以上问题采取如下措施：拉紧皮带，冲洗下托辊、滚筒。在上驱动滚筒与皮带间增加一根固定冲洗水管，皮带运行时自动冲洗滚筒；在隧道内中间卸料装置底部皮带处增加一条刮泥板，清除下皮带的泥巴；当上驱动滚筒转矩较正常情况下增加约20%时，人工冲洗一遍上下驱动滚筒。
4 盾构机出渣渣土的改良
卸料斗堵塞是黏土地层中影响连续皮带机运行、造成施工生产停滞的最大因素。在增大皮带机各卸料斗出口、增加大土块通过率、完善连续皮带机性能的同时，需积极改良渣土。通过限制掘进速度，调整掘进参数，保证渣土均匀、连续排出，避免堵塞掉渣，从而发挥连续皮带机的最大性能。在皮带机试运行期间，针对黏土地层与连续皮带机结构特性，总结如下盾构机掘进参数和方法：
1)总推力控制在34000kN 左右；速度控制在35mm/min 以内；推进时刀盘转速2.2r/min 。
2)泡沫原液比例由2%调整为3%；泡沫注入量加到最大，同时打开土仓两路注水阀。
3)停机前以3.0r/min 转速高速转刀盘增加对土仓渣土的搅拌；停机拼管片时，多往土仓注水。
4)将刀盘中心两路泡沫管改用两个膨润土泵分别注水。
5)合理使用分散型泡沫剂，增加渣土改良效果。
通过对卸料斗的改造、渣土的改良，有效根治了卸料斗堵塞现象，大大减少了盾构机停机时间，每个工班掘进环数由开始的2-3环增加至4-5环，提升了施工生产效率。
5 结论
连续皮带输送系统是国产连续皮带机在莫斯科地铁大直径盾构隧道施工中的首次运用。结合施工现场工况，针对皮带机皮带跑偏、溅泥、掉渣、卸料斗堵塞以及皮带打滑等问题进行分析，有效提高了连续皮带机运行的稳定性；通过调整盾构机掘进参数、渣土改良剂的参数及卸料装置、泡沫管、膨润土泵等辅助设备的施工工艺，整体提升了施工生产效率和经济效益。
参考文献
[1]金娅，朱立平，黄扬烛.长距离斜井盾构后配套连续输送机技术研究[J].工矿自动化,2017,43(05):65-68.
[2]王可强．马蹄形盾构连续皮带机的动态分析与研究[D].成都：西南交通大学，2017:1-73.
[3]曾文宇．煤矿斜井连续皮带出渣机关键技术研究[D].成都：西南交通大学，2017:1-83.
[4]王园.盾构排渣TBM 连续皮带机[J].中国新技术新产品,2015(04):80.
[5]耿县如，张永建，刘忠华，等.带式输送机输送带跑偏原因分析及优化设计[J].纯碱工业,2020(01):19-21.
（上接第107页）
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