皮带输送机土方施工新工艺在淮河入江水道整治工程中的研制与应用

张海学，周 淮，蒋 鹏，郭 瑞，郭 淮

（淮安市水利勘测设计院有限公司，江苏淮安223005）

皮带输送机土方施工新工艺在淮河入江水道整治工程中的研制与应用

张海学，周 淮，蒋 鹏，郭 瑞，郭 淮

（淮安市水利勘测设计院有限公司，江苏淮安223005）

淮河入江水道整治工程改道段是在东西偏泓及中泓基础上拓浚的，土方开挖量约1000万m3，因地制宜研制的皮带输送机土方施工技术，不但成本节约、效率高，而且安全、可靠、环保。本文详细介绍了皮带输送机土方施工新工艺在淮河入江水道整治工程中的研制与应用。

皮带输送机；土方施工技术；研制及应用

1 工程概况

1.1 工程名称和地点

淮河入江水道位于淮安市金湖县境内，现有东、西偏泓及中泓，平时为灌排河道，汛期与滩地一起向下泄洪水。淮河入江水道改道段东西偏泓及中泓从省道331金湖大桥至高邮湖口，长约16.8km。本次淮河入江水道整治工程对改道段东西偏泓及中泓进行拓宽。

1.2 工程规模

改道段东西偏泓及中泓拓宽陆上施工工程总长18.22Km，开挖土方量约为1000万m3。

1.3 工程地质

根据钻探资料，改道段东西偏泓（含中泓）开挖底高程3.0m，东偏泓挖除土层从上至下主要为堆土、①1粘性土、①2淤泥质粘性土和③1饱和硬粘性土。西偏泓（含中泓）挖除土层从上至下主要为堆土、①1粘性土、①1′饱和软粘性土、①2淤泥质粘性土、③1饱和硬粘性土和③3饱和可塑粘性土。河道中分布有淤泥，层堆土松散，性质不均匀；层淤泥流塑状态；①1层软塑状态；①1′层软塑～流塑状态；①2层淤泥质土软塑～流塑状态；③1层粘性土硬塑～可塑；③3层粘性土软塑～可塑。①1、①2和③3层土抗冲刷能力均较差，③1层土抗冲刷能力均较好。

1.4 工程设计

淮河入江水道改道段东西偏泓及中泓拓宽在原偏泓的基础上进行施工，现状滩面高程在6.5～8.2m（废黄河高程系）左右，设计断面为底宽拓宽至150m，底高程3.0m，边坡1∶3。弃土区沿改道段东西大堤外侧傍堤布置，详见图1。

图1 泓道拓宽典型设计断面

1.5 施工总体安排

淮河入江水道改道段东西偏泓及中泓拓宽陆上土方施工分两个年度实施，2013年实施西偏泓及中泓，分两个标段，计划要求2013年5月30日完成，2014年度实施东偏泓也分两个标段，计划要求2013年4月30日完成。施工期间东西偏泓互为导流。

2 皮带输送机土方施工原理及工艺

传统水利工程土方施工原理是，开工后，先在开挖区与弃土区之间修好施工便道，再用挖掘机开挖，把土装上运输设备运至弃土区，施工运输线路较长；施工期间，天气和道路状况对施工进度影响很大；由于运输车辆较多，也存在较大的交通安全隐患。皮带输送机土方施工原理是，直接在挖土区和弃土区搭设皮带输送机，再用挖掘机开挖并装土，通过皮带输送机输送至弃土区。由于是在开挖区和弃土区之间直线距离搭设皮带机，输送距离大大减少；而短距离运输不管是从成本还是效率分析，皮带输送机是首选，本次淮河入江水道改道段东西偏泓拓宽陆上土方施工直线距离在200～600m，为皮带输送机施工的最佳运距。另外皮带输送机不需要施工道路，只需对地面简单整平即可；一般阴雨天气照常施工；由于是封闭作业，交通安全隐患全部排除。

2.1 皮带输送机的构成

皮带输送机由多节组成，每节长50m，每节均具有独立的前后左右水平移动的特点。每节输送机由移动系统（钢架、轨道、油压千斤顶等组成）、300MPa液压系统（油箱、油道管线、油缸等组成）、电气系统（700KW发电机组、75KW电动机、输电线路、控制柜等组成）及皮带输送系统（1.8m宽皮带、滚轴、变速箱、刮泥器、料斗组成）等组成。

2.2 皮带输送机移动系统

移动系统是皮带输送机的行走系统，非常关键。初始研制的皮带输送机与煤矿用带式输送机一样，未设置该系统，完成一段河道土方输送后，要靠80 t起重机才能使皮带输送机平移，相当重新安装一次，由于每节皮带输送机重约50t、长50m，又大又笨重，移动一次既不方便又耽误时间，约要耗费2～3天，这样由皮带输送机输送土方节约下的时间又被白白浪费掉。针对这一难题，每节输送机安装4组8只油缸千斤顶，使输送机具有前后移动功能（图2）；安装2组4只油缸千斤顶，使输送机具有左右移动功能（图3）；另外再安装3组6只油缸千斤顶，在运行时起到支撑调解稳定作用。安装上述液压移动系统后，完成一段河道土方输送后，利用移动系统液压千斤顶交替顶起或抬升，移动与其相连接的轨道进行滑行，即可达到前后左右行走的目的。每次可以移动1.2m。每次移动只需1天时间即可平移至施工需要的位置，大大提高了施工效率。

图2 前后行走系统

图3 左右行走系统

2.3 皮带输送机土方施工工艺流程

皮带输送机土方施工工艺流程：施工准备→皮带输送机安装就位→电气系统安装→土方输送→皮带输送机平移→土方输送→皮带输送机平移……→施工完成拆除皮带输送机。其中土方输送→皮带输送机平移就位两工艺循环进行，直至土方输送完毕。

2.3.1 施工准备

根据监理签发的施工图，做好测量放样工作，明确土方施工范围，及时做好排水、清障、河道开挖土方量复核等工作。根据开挖土方量结合每个弃土区容量按最省工的原则进行土方平衡计算，做好土调配方案，结合现场地形确定皮带式输送机依次摆放位置，并对其进行整平。

2.3.2 皮带输送机安装就位

第一次安装先用汽车把皮带输送机运至施工现场，再用起重机吊装就位，每节皮带式输送机长50m，前一节末端设有料斗与后一节搭接（图4）。根据实际送土距离确定搭接数量。安装时要确保皮带式输送机支撑稳定。皮带输送机安装好后，移动系统、液压系统同时安装调试好。

2.3.3 电气系统安装

电气系统安装包括：柴油发电机（700KW）、控制柜、驱动电机（75KW）及输电电缆，柴油发电机（700KW）为移动式发电机，运至现场后停放在地面较高、交通方便的位置；控制柜安装靠近驱动电机旁；驱动电机为固定位置。上述设备安装完毕后须进行试运行，确保联动运行可靠安全。

2.3.4 土方输送

整套皮带输送机安装调试完毕后，即可进行土方输送施工，皮带输送机装土端（图5）一般需配备6～8台挖机开挖，将土方装于输送机的料斗内，由输送机直接送至弃土区。在弃土区出料口（图6）一般配置1台挖机和1台推土机，将输送的土方进行摊平。为了防止泥土粘住皮带，影响施工效率，在输送机一端专门设置了刮泥器，以清除粘连在皮带上的泥土。在输送土方过程中，根据弃土区地势的高程，利用液压系统中两端的6只油缸千斤顶，调整输送机的倾斜度，达到弃土区的堆土高程。同时油缸千斤顶又能起到支撑作用，保证输送机在作业过程中的稳定。

图4 皮带输送机装土

皮带输送机对土质的要求不高，除流塑状态土以外，其它状态土质都能输送，以含水量较低、较松散的土质为最佳。淮河入江水道改道段东西偏泓开挖除土层上层主要为含水量较低的堆土、粘性土、淤泥质粘性土，能适应皮带式输送机施工。对偏下层的饱和硬粘性土、饱和软粘性土、饱和可塑粘性土、流塑状态淤泥土质通过深挖纵横排水龙沟，及时降低其含水量，也能满足输送要求。

图5 前后皮带机接力输送

图6 皮带输送机卸土

2.3.5 皮带输送机平移

一段河道开挖土方输送完毕后，需要移动皮带输送机进行下一段河道施工。移动前先要对道路进行平整，利用左右移动系统把皮带输送机移动到预定位置；利用前后移动系统使每节皮带机搭接准确。移动过程中要使皮带机前后左右保持平衡稳定，不发生翻机事故。全部移动、搭接到位后即可进行土方输送施工。皮带输送机平移是控制工期重要环节，要抓住晴好天气一气呵成，否则对施工工期将造成不利影响。

3 皮带输送机土方施工工艺的特点

皮带输送机工艺在矿山、煤炭、码头等行业的应用已有很久历史，有成熟可靠的经验。但在水利工程施工特别是在我省水利工程施工中应用尚属首次。通过淮河入江水道改道段东西偏泓土方输送施工实践总结，皮带输送机土方施工工艺具有以下特点。

3.1 适应短距离运输、对土质要求不高

皮带输送机施工工艺适应短距离施工，一般在100～800m为最佳。另外对土质要求也不高，除流塑状态土以外，其它状态土质都能输送，以含水量较低、较松散的土质为最佳。

3.2 节能、环保

传统土方施工主要是使用自卸汽车、挖掘机等施工机械，施工过程中产生大量扬尘、车辆尾气，对空气污染较为严重。而输送机运行主要靠电力，每套设备配1台发电机组提供动力，不但排除了扬尘、车辆尾气产生，而且大大降低了施工噪音对环境污染。与传统机械施工相比燃油消耗量也有不少降低。

3.3 安全、可靠

传统的车辆运输施工，对施工临时道路要求比较高，施工车辆较多、相互交叉，存在较大的交通安全隐患。施工过程中，除保证临时道路标准较高外，还必须投入一定的人力、物力以保证现场交通指挥及道路维护。而土方皮带输送机不需要专门铺筑施工道路，机械就位后，即可开挖输土，消除了交通安全隐患，避免现场交通事故发生的可能。皮带输送机发生故障的几率也比较低。

3.4 对施工环境适应性强

3.4.1 对施工道路要求不高

皮带输送机不需要专门的高标准临时道路。土方开挖区不需分层开挖、可一次开挖到位。

3.4.2 受天气影响不大

传统土方施工，一旦遇到阴雨雪天气，特别是遇到雨水多发季节，由于受施工道路制约，一场雨要影响几天，甚至一个星期无法施工。而皮带输送机施工，只要雨停即可正常施工，大大降低了阴雨天气对工程施工影响，对每年都要泄洪的淮河入江水道施工显得尤为重要。

3.5 高效、低成本

淮河入江水道改道段东西偏泓拓宽施工共分4个标段，其中2个标段采用皮带输送机新工艺施工，2个标段采用传统的挖机加汽车运输工艺施工。一套皮带输送机每个台班可输送土方6000m3，消耗柴油1.4 t，即每方耗油0.23Kg，按施工期市场价8100元/t计算，每方运输需要1.86元。传统施工工艺运送6000m3土方需消耗柴油约4.2 t，即每方耗油0.7Kg。按同样价格计算，每方运输需要5.67元。所以运送每立方米土方皮带输送机比传统施工工艺节约3.81元，加上不需要修筑施工道路、受天气影响小、效率高、缩短工期带来的投入减少，皮带输送机土方施工工艺大大降低施工成本。

3.6 一次性投入大、有待进一步优化

皮带输送机存在机架笨重、体积大、一次性投入大、转场及施工中移动困难的缺点。经测算一套500m移动式土方皮带输送机要投入600万元左右，一般中小型施工企业难以承受。对体积大、移动困难等缺点可做进一步的优化，如可适当缩短每节皮带机的长度；液压油缸移动系统优化为履带移动；工厂化标准制造生产等。

4 结语

淮河入江水道整治工程改道段东西偏泓拓宽工程施工中研制应用的皮带输送机土方施工新工艺，为工程按期完成做出了重要贡献，为水利工程土方施工引进了的一种新方法，总结了一套新的施工工法，该工法已于2014年通过中国水利工程协会评审备案并公布建议推广。皮带输送机土方施工新工艺具有节能、环保，安全、可靠，对施工环境适应性强，高效、低成本等是传统施工工艺不可替代的优点，对同类工程特别是淮河入海水道二期工程施工提供了示范和借鉴经验。

［1］淮河入江水道整治工程江苏省境内改道段东西偏泓施工设计、施工资料［R］.淮安市水利勘测设计院有限公司，2014.

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［3］GB10595-2009.带式输送机国家标准［S］.

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［5］MT/T467-1996.煤矿用带式输送机设计计算［S］.

［6］MT/T656-1997.煤矿用带式输送机架型式与基本尺寸算［S］.

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TV85

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1008-1305（2017）01-0042-04

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.014

2016-03-15

张海学（1962年—），男，高级工程师。