盾构隧道施工连续皮带机出渣系统设计研究

•岩土工程与地下工程・
盾构隧道施工连续皮带机出渣系统设计研究
贾丁，张文，高鹏兴
（
中国水利水电 程局有 ，四川成都610081）
【摘 要】 文章针对成都地铁18号线世纪城~海昌路区间隧道连续皮带机水平运输系统，分析介绍其 结构组成及运行流程，
算其基本参数与最大圆周力。

计算并分析皮带张力和安 数与铺设长度的关
系，确定机头和中间均采用由250 fW 驱动系统组成的驱动装置,中间驱动装置布置在距机头3 500 3处可
以使皮带张力 均匀&最后对最大铺设长度下连续皮带机的皮带张力进行校核，最小安全系数为约6.9&
【关键词】 续皮带机； 动力；皮带张力；中间驱动；铺设长度
【中图分类号】'455.3 +3【文献标志码】A
续 具有 、运量大、速度、污 小等特
点⑴，因此在TBM 隧道岀渣系统中得到了广泛应用。

, 输最早运用 中,2002年的辽宁大房水库输水工程 引 用了连续 与配套岀渣的 续岀渣系统⑵。

对 种连续岀渣技术的 起步较晚，
目前 外设 技术都相对
落后&
年来随着连续 隧 中的广泛
应用，国内学者也从各个方面对连续 做了大量的研&
明 周文波在2004年对水平与垂 输系统作了
的 ，并对水 输机的操作、特 岔的应
用、垂 输机的 作了进一步的阐述⑶。

亮介了 及 渣方式，并针对连续 渣土流动性过大的问题 了 ⑷。

可强分析了连续 的
特性， 的力分布形式 用仿真软件Recus Dyn 了仿真模拟（5）。

中 大学的 等 绍了煤矿井用 、大 量 式输 的设计方法、制动力矩、 力的计算和输 的选择⑹。

曾 宇以 新街
煤矿斜井隧 程为 ， 了 隧 套连续
的 技术，分析了 方 偏方案， 算岀续 最后的设 数⑵。

成都地铁18 线世纪城~海昌路区间隧道施工用的连续 渣系统 ，分析 成以及
程 数 算， 算 力分析 布 形式设长度对安全系数的 ，最 校核最大铺设长度（即隧即将贯 ）连续 的 力状态，计算最小安全
系数。

1
工程背景
成都轨道交通18号线土建2标施工范围包含两站两区 间，具 为锦城广场站、世 城站、锦城广场站~世纪城站盾
构区间、世城站~海昌路站（麓山站）盾构区间。

其中世纪 城站~海昌路站（
站）
区间起点里程为YDK15 +
819，终点里程为支YDK22 + 238，区间长度为6 419叫区间
最大坡度为28 X o
该区间采用土压盾构法施工，隧道管片外径为8+ 3,开
挖直径为8.62 3， 量 大。

环球中心站~海昌路站拟建
区间范围内表层为 填土， 为 、黏性、 、卵
夹 。

采用续 与转 合的 岀渣运输系统，连续 的皮带和托辐布 架上，而隧道中机架 螺栓布 拱 的管片上，如图1 &
表1为区间连续 渣的
数。

图1 连续皮带机机架布置位置（单位：3）
表1盾构机设计的掘进速度和渣土的参数
项目
体积松数渣土密
度 /(g-
cm _3 )
含水率
/%
隧洞断 面/(m 3 -3-1 )额定掘 率 / （ m • 厂1 ）最大掘
率/ （ m • 厂1 ）开挖
直径/m
参数 1.4
1.81058.3 4.868.62
2
连续皮带机结构
世 城站 ~ 路站 区间 渣 用 续 与转 合的 渣方式。

开挖岀来的渣料经
的 卸载到连续 上， 续 隧
输送到 路站后卸载到转 上，由转
:定稿日期］2018 -08 -28
［作者简介］贾丁 （1987 ~ ），男，本科，工程师，主要从事 城市 交通工程研究。

四川建筑第39卷3期2019. 6
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•岩土工程与地下工程・
至地面。

2.1机头传动装置
的传 由
、传滚筒和传动滚筒架等
成，
提供
的动力，由电 、 、
等组成。

2.2储带仓
用框架式结构,10层储带结构形式，如图2，储
带长度600 m 。

图2储带仓
2.3皮带延伸装置随着 断掘进，与之相应的 及 架也要
应延伸，因此 部 一套尾部支架 ，移 部支架 车上，随 车一起移动&
部作为受料 ，
车上,承受来 输岀的渣土 &
2.4 续皮带硫化接续
区的 能力有限， 可存600 m 的储存区。

将续 的
放松， 区的某
一处将原 割断，将新续的 与其对接，
加热
.
合在一起。

2.5连续皮带机运行流程
续 部延伸 固 车上，随着
断向前掘进， 前方的输 断的壁上以 输 的延伸，此输
断放带。

当输 放完后，采用 将新 的输 入 ，可以实现输
断向前伸长&在
上 布置有相应的纠偏装置以防止输
程中岀
现撒料、落料的现象&
3
连续皮带机设计计算
3.1驱动方案
从 可靠性、是 需要扩挖管片、成
性、管理维
方便性、可性等方面 ，连续 最终的
方案布置形式为添加中间 形式。

中间
设 续 部约3 500 m 的
2
井内，采用变频 方式， 由2套250 kW
统组成，采用浮 。

采用1：1双滚筒 布置，采用PLC 控 变频软启动&中间 的电机、 与续 部主 用的电机、 完全 &
掘 度超过3 500 m ，
整体布置如图3 &
3.2基本参数计算
此仅选
最大 况(铺设长度取为区间隧
度)， 式输
设 以及一些学者提岀的方 设
算及校核&
根据表1中掘进速度和渣土的参数按最大掘进速率计
算所需运输能力Q (Eh )：
*!2
Q =
E maM /r 二))1Eh ( 1 )
按下式计算所需带宽值：
B '
槡槡
点
=0 •802m
(2
#
式中：9为倾斜系数，取为0.99 ;K 为装料断面系数;等
长三托车昆组槽形输
，物料
%
为25 °，托S 成槽角
取为入=35。

,带宽暂定为1 m ,K 查表取为435 &
选用带宽B = 1m o
根据带式输送机设计手册，渣土种类为黏土、黏性土、粉 土、卵石土夹 等,带宽为1 m ,选择带速E = 3. 15m/s 。

圆周力的计算需 算清扫器摩擦阻力、受料阻力等,部分参数不易获取，因此采用经验公式计算:
/ 二 C ;Lg [_ g t + (2g $ + C ) cos0] +gqH 二 2009)1N
(3)
根据计算岀的连续
程中的圆周驱动力,
可以计算岀传动滚筒的轴功率：
$ 二 10「3FV 二 633kW
(4)
连续皮带机的前期工作仅有头部驱动,因此除了要计算 最 输 的工况外， 算单 的张力分布，验
中间 的布 是否合理。

3.3 中间驱动位置
布置中间 前，仅有 部 ，可以假设连续
设长度为?,用 验公式计算圆周力：
F 二 C ；Lgl q t + (2q 0 + q ) cos0] + gqH 二 3L 4? (5 )
仅有头部 有两个 滚筒,每个驱动滚筒的圆周
牵引力F '为：
F
F' = + 二 15.7?
(6)
皮带在传动滚筒的松边的最小张力为：
S Lmi 二 CF mi ' 9.4?
(
7 )
式中:传动系数C 二飞島 二0. 499 '传动滚筒传
1
递的最大圆周力F m ax 为：
m ax
=K a F ' ' 18.84? (8)
最大张力S ma (即进入机头传动滚筒处):
S Lma 二 S Lmi +2 XF '二 25.1 ?
(9)
皮带在运输过程中由于磨损、工作条件的限制在选用皮
选用具有一定的安全系数和能保证寿命要求的皮 ， 最大 力应 合以 式：
118
四川建筑第39卷3期2019.
6
•岩土工程与地下工程・
+ • i
.'$ [.] (10)
S Lmax
式中:.为
全系数；[.]为 许用安全系数，选
取为6 ； +d 为皮带带强，取用ST1000,即额定纵向拉伸强度 为 1 000 N/mm 。

用MATLAB 绘制.与?的关系曲线(图4)，由图4可
以看岀，当输送长度超过5 700 m , 强已
求。

实 程中需要留有一定的安全余量，因此采用
单
的工作模式 续 的长度 超过5 000
式中:？ #为承载分支段1的皮带长度(头部驱动与中间 驱动之间)，为3 500 m 。

力计算结果见表2&
2连续皮带机特征点张力
kN
特征点
1
23456张力值133.845.0
145.6
69.4
69.4
30.1
m 。

考虑到世纪城站~海昌路站(麓山站)盾构区间的区间
长度为6 500叫因此中间驱动装置设置在距连续皮带机机部 3 500 m 的 2 井内 为合 。

点的 力值都是以表2中的特征点张力
值线性插值得到，其分布情况如图5 &
最大张力岀现在中间驱动装置处,与机头驱动装
置相比，相差 到10%,证明中间 布置合理,有效地减小了 最大张力,提高了 全系数。

最大张
力对应的安全系数为：
40
10
图4安全系数与皮带长度关系曲线
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
输送长度/m
133.8kN
.二 二 6. 866
145.6kN
郦谕.......69.4kN
(17)
2 3
'机头驱动装置 中间驱动装置
6Uiiliiliiliilii|i||i||
30.1kN
机尾
皿皿皿呱哑II 咂]曲哑9 4kN
图5连续皮带机张力分布
4
结束语
3.4皮带张力校核
隧道掘进超过3 500 m 时,需要布置中间驱动装置。

由于地铁隧道内空间狭小，因此 用单侧布置，且中间驱动采用1：1双滚筒 布置，具体功率为1 X250 kW ：
1 X250 kW + 1 X250 kW ：l ?250 kW ,共4 个驱动单元。

按照
续
荷即铺设长度6 500 m 计算 力，每个
滚筒的圆周牵引力为：
/u ' -/ ' 50245N
(11)
最小张力(即图3中6点张力)为：
/ ' S ' C/mK ' CK 』u ' 30087N (12)
部改向滚筒不提供 力，因此4,5点皮带张力相
等,按照欧 式：
/ ' /
+ C n Q 3r (C d + g °cosH ) ' 69376N ( 13)
式中:？3为 程分 度，取为6 500 m ； c d 为回程分
支托辐组转动部分单 度质量，取为2.61 kRm 。

图3中3点 力为：
/3 ' /4 + C ；L 2g [ C a + ( C + C 0)COS5]二 145460N
( 14)
式中：?2为 分支段2的 度(即中间
后的皮带长度)，取为3 000 m ； C a 为承载分支托辐组转动部 分单 度质量，取为6.98 kRm 。

图3中2点 力为：
/2 二 /3 -2/'二 44970N
(15)
图3中1点 力为：
/1 ' /2 + C J L 1 g [ C a + ( C + C 0) cos!二 133735N
(16)
以设
以及 为 ，分析了成都地铁
18号线区间隧 程的连续 水 渣系统的 组
成 程， 对 输过程 分析计算和主 数
设计&
分析可得：(1)
设度增
著减小：张力安全系数,因此有
中间
，中间 的安
布 3 500 m 可以 力合理分布。

(2)续
到最大铺设长度时最大张力约为146 kN ,
对应的安全系数约为6.9, 求。

的分析计算验证了连续 布置方式
选
型的合理性,可以为 、大断面的 隧 程水
渣系统提供一定的 价值。

参考文献
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大学，2013.
[2] 曾文宇.煤矿斜井连续皮带出渣机关键技术研究[D ].成都:
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[3] 明，周 波•高效运输系统在盾构法隧道施工中的应用 [J ] •岩石力学与工程学报,2004, 23 (S2)：5136 -5139.
[4]
亮+
高含水量渣 渣技术研究[D ].长
沙：中南大学，2014.
[5 ] 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.[6 ]
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