劉 攀

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

新疆某工程2#勘探試驗(yàn)洞位于輸水隧洞樁號(hào)44+678m處，長(zhǎng)度2 398 m，支洞縱斷面設(shè)計(jì)為200 m長(zhǎng)12.9%的陡坡+20 m長(zhǎng)3%的緩坡，綜合縱坡12%，陡坡段斷面凈尺寸7.0 m×6.59 m(寬×高，城門洞型)，緩坡段設(shè)置錯(cuò)車道，斷面凈尺寸9.0 m×6.8 m(寬×高，城門洞型)，進(jìn)出口鎖口及圍巖條件較差的洞段采用混凝土襯砌，襯砌厚度0.4 m，其他洞段采用錨噴支護(hù)。2#勘探試驗(yàn)洞樁號(hào)0+450.45～0+ 959.43 m為圓弧段，轉(zhuǎn)彎半徑為500 m。

根據(jù)水工建筑物及施工方案布置，2#勘探試驗(yàn)洞為2#，3#TBM設(shè)備施工進(jìn)入洞，同時(shí)承擔(dān)2#TBM及3#TBM的出渣、物料及人員運(yùn)輸通道任務(wù)。施工過程中，采用皮帶機(jī)出渣[1-2]，皮帶機(jī)最大輸送能力按TBM每小時(shí)3個(gè)步進(jìn)(5.4 m)考慮時(shí)，則單臺(tái)TBM皮帶機(jī)出渣能力為750 t/h，兩臺(tái)TBM皮帶機(jī)出渣能力為1 500 t/h。

本文主要針對(duì)大運(yùn)量皮帶機(jī)出渣系統(tǒng)[3-4]設(shè)計(jì)在500 m轉(zhuǎn)彎半徑下能否滿足2臺(tái)TBM開挖出渣進(jìn)行復(fù)核分析，同時(shí)為小轉(zhuǎn)彎半徑下皮帶機(jī)出渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型提供參考。

2 設(shè)計(jì)方案復(fù)核

2.1 設(shè)計(jì)方案布置

考慮到2#勘探試驗(yàn)洞存在圓弧轉(zhuǎn)彎段，根據(jù)理論計(jì)算、廠家咨詢以及工程資料的收集，經(jīng)過分析對(duì)比，2#勘探試驗(yàn)洞皮帶機(jī)的布置存在兩個(gè)方案，具體如下。

方案一：2#勘探試驗(yàn)洞布置兩條固定皮帶機(jī)，2#勘探試驗(yàn)洞BCD段為一條獨(dú)立皮帶機(jī)，AB段為一條獨(dú)立皮帶機(jī)，兩臺(tái)皮帶機(jī)結(jié)合處搭接處理。此方案實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)弧線轉(zhuǎn)彎連續(xù)運(yùn)輸，能有效降低膠帶強(qiáng)度等級(jí)，提高系統(tǒng)可靠性，降低故障率。該方案皮帶機(jī)布置示意圖見圖1。

圖1 方案一皮帶機(jī)布置示意圖

方案二：2#勘探試驗(yàn)洞布置1條皮帶機(jī)，在樁號(hào)1+100 m處皮帶機(jī)下部布置中間驅(qū)動(dòng)，增加中間驅(qū)動(dòng)可大大降低圓弧段的膠帶張力，同時(shí)再輔以自動(dòng)改向托輥裝置、加密托輥組、抬高曲線內(nèi)側(cè)機(jī)身等措施，確保膠帶不發(fā)生跑偏。

2.2 設(shè)計(jì)方案計(jì)算

2.2.1 方案一

該方案中，分別針對(duì)兩條皮帶機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核。

第一皮帶機(jī)設(shè)計(jì)基本參數(shù)：帶寬B=1 200 mm，帶速V=3.55 m/s，輸送機(jī)長(zhǎng)度L=1 000 m，承載托輥輥徑133 mm，提升高度H=120 m，膠帶選用PVG2000型。

經(jīng)過計(jì)算得，承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R1=618 m，回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R1=478 m；按最大許用應(yīng)力驗(yàn)算轉(zhuǎn)彎半徑:承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R2=262 m，回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R2=236 m；按輸送帶不離開側(cè)托輥驗(yàn)算：承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R3=200 m，回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R3=177 m。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果知，2#勘探試驗(yàn)洞轉(zhuǎn)彎半徑為500 m時(shí)，小于承載分支轉(zhuǎn)彎半徑618 m要求，滿足膠帶最大許用應(yīng)力(262 m)和不脫離托輥時(shí)(200 m)的最小半徑要求；不滿足承載分支轉(zhuǎn)彎半徑618 m，可以采用基本措施、附加措施、應(yīng)急措施就能滿足支洞500 m的拐彎半徑要求。

第二皮帶機(jī)設(shè)計(jì)基本參數(shù)：帶寬B=1 200 mm，帶速V=3.55 m/s，輸送機(jī)長(zhǎng)度L=1 400 m，承載托輥輥徑133 mm，提升高度H=168 m，膠帶選用ST2000型。該條皮帶機(jī)無轉(zhuǎn)彎段，為常規(guī)皮帶機(jī)。由于PVG2000型膠帶強(qiáng)無法滿足要求，故膠帶選用ST2000型。

2.2.2 方案二

皮帶機(jī)設(shè)計(jì)基本參數(shù)：帶寬為B=1 200 mm，帶速為3.55 m/s，承載托輥輥徑133 mm，輸送機(jī)長(zhǎng)度L=2 400 m，膠帶選用ST3150型。

經(jīng)計(jì)算得，承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R1=2 580 m，回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R1=829 m；按最大許用應(yīng)力驗(yàn)算轉(zhuǎn)彎半徑：承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R2=3 519 m，回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R2=1 449 m；輸送帶不離開側(cè)托輥驗(yàn)算：承載分支轉(zhuǎn)彎半徑R3=680 m，回程分支轉(zhuǎn)彎半徑R3=482 m。

2.3 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過以上計(jì)算可知，方案一采用兩條皮帶搭接，第一皮帶機(jī)采用整編芯PVG2000型膠帶，能夠滿足在現(xiàn)有的500 m轉(zhuǎn)彎半徑工況下膠帶正常使用要求，第二條皮帶機(jī)采用鋼絲繩芯膠帶ST2000型。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，需購(gòu)買PVG2000型、ST2000型兩種膠帶，且兩種膠帶在使用中不存在通用性，會(huì)給施工單位帶來一定的備料及保養(yǎng)壓力。

方案二采用單條皮帶機(jī)，隧洞轉(zhuǎn)彎半徑為500 m時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于膠帶機(jī)拐彎時(shí)的最小半徑要求，若采用一整條皮帶機(jī)無法直接滿足膠帶機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)最小半徑要求。若采用此方案，需在皮帶機(jī)中間添加中間驅(qū)動(dòng)，且需在轉(zhuǎn)彎段皮帶機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[5]。具體為托輥進(jìn)行處理，增加一定槽角，同時(shí)增加防護(hù)措施，防止膠帶斷裂及渣料脫離膠帶，并改進(jìn)轉(zhuǎn)彎段支腿設(shè)計(jì)，方可滿足實(shí)際應(yīng)用需要。

綜上所述，2#勘探試驗(yàn)洞采用上述方案一、方案二均可行。

2.4 皮帶機(jī)廠家理論計(jì)算匯總表

見表1。

表1 皮帶機(jī)廠家理論計(jì)算匯總表

3 工程實(shí)例

1) 上海某隧洞工程施工過程中，采用的轉(zhuǎn)彎半徑為400 m的連續(xù)皮帶機(jī)出渣。

2) 已建的引黃工程中，某標(biāo)段主洞施工采用皮帶機(jī)出渣，長(zhǎng)度15 km。出渣支洞轉(zhuǎn)彎半徑為400 m，綜合縱坡6.77%。

3) 某工程氧化鋁雙向帶料帶式輸送機(jī)。上分支輸送物料：石灰石，輸送量1 500 t/h；下分支輸送物料：硅鈣渣，輸送量1 200 t/h；帶寬:B1 200 mm，帶速4 m/s，輸送機(jī)長(zhǎng)度1.8 km，提升高度15 m(-15 m)，水平轉(zhuǎn)彎半徑400 m。

4 結(jié)論與建議

1) 經(jīng)過分析，2#勘探試驗(yàn)洞轉(zhuǎn)彎半徑500 m的方案是合理可行的，材料運(yùn)輸、人員和車輛通行安全有保障。

2) 在實(shí)際工程應(yīng)用中，方案一、方案二皮帶機(jī)布置均可滿足隧洞出渣需求，但各有利弊，施工單位可該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。