皮带输送机在基坑肥槽回填施工中的应用分析

王春桥，伊新东，金雪峰，郭永宁，刘一锋

（中国建筑一局(集团)有限公司 西北分公司，陕西 西安 710000）

随着我国城镇化建设的快速发展，建（构）筑物的空间布局越来越趋于密集，此类施工项目场地内可利用空间被大幅度压缩，地下室结构边缘尽可能靠近用地红线，由此造成地下室外墙、基坑护坡面以及施工场地围墙相互之间的距离非常近，并使得深基坑肥槽回填作业区域狭小，渣土车及挖掘机等机械均无法通行，极大地增加基坑回填作业施工难度和成本[1-2]，即使满足作业空间要求，当满负荷载的重型车辆在基坑坡顶行驶时，会对未回填完成的基坑周边土体产生强烈的扰动，对基坑稳定性及肥槽内作业人员产生极大的安全隐患。相较于运输机械设备，皮带输送机具有诸多优势，例如便于操作、输送能力强、能源消耗小、输送平稳、可实现连续运输等，近年来，皮带输送机在港口、物流、工厂等行业和领域，逐渐得到更加广泛的普及和应用。

1 皮带输送机用于肥槽回填可行性研究

1.1 案例概况

秦都高铁枢纽换乘中心项目基坑近似正方形，东西向、南北向距离均约260m，基坑周长1 025m，地下室外墙距离护坡面距离为2m，护坡面距离场地围墙距离为1～3m，基坑设计标高14.85m。地下室顶板设计标高396.1m，冠梁顶设计标高396.0m。地下结构外围肥槽回填总量约3 万m3，采用2∶8 灰土进行回填，压实系数为0.94。当基槽宽度大于1m 的部位可采用振动压实机碾压，碾压每层铺土厚度不应大于300mm，每次压实遍数3～4 遍，对边角、转角及宽度小于1m 的部位可采用蛙式打夯机夯实，每层需铺土厚度为200～250mm，每次压实遍数3～4 遍。

1.2 皮带输送机的构造及原理

皮带输送机由输送皮带、机架、滚筒、托辊、电动机等部分组成。电动机作为皮带输送机的动力源，机架、滚筒、托辊等作为皮带连续传动的载体，输送皮带既是承载构件也是牵引构件，在电动机驱动作用下，承载于输送皮带上的物料从一个地点运输到另一个地点。一般而言，卸料部分设置在皮带输送机的端部位置，特殊情况下，可以采用在特定点设置挡料器的方式实现定点卸料。

由于皮带在与滚筒摩擦传动过程中实现循环往复运动，因此，可以实现连续不间断输送。当设置皮带转速为0.5m/s，且考虑物料在皮带上摊铺宽度小于皮带宽度的不利因素，皮带输送机的输送能力可达200m3/h 以上。

1.3 皮带输送机的安装

本工程设计采用皮带带宽600mm，机架整体宽度900mm，使用10#槽钢作为机架整体骨架梁，用于固定滚筒、托辊，在骨架梁上每隔6～8m设置一组H 型立柱底座，承受并传递皮带、物料、骨架等全部荷载。为了方便回填作业，可将皮带输送机机架设置于基坑肥槽正上方，在冠梁顶和地下室顶板面上每间隔6～8m 设置1 根16#工字钢，并将输送机机架立柱与工字钢固定牢固。

1.4 细节设计及优化

本工程设计采用两段式布置皮带输送机，如图1 所示，A、B 分别为基坑拐角，C 为基坑中部位置，每段皮带长120m，分别在A 点（或B点）、C 点位置各设置1 个高台输送口，如图2 所示。第一阶段先进行AC 段肥槽回填，之后转移至中间输送口进行剩余段即CB 段肥槽回填。此方案在皮带、滚筒等设备设施一次性投入方面经济性最优，此外，在AC 段肥槽已经回填完成的情况下，在原基坑作业面周边，无论是人员行走还是转运输送机材料，安全性均得到大幅提升。

图1 皮带输送机布置及回填路线方式示意图

图2 皮带输送机输料方式示意图

由于输送皮带设计型式为U 型，因此，每组按左、中下、右设置3 个滚筒、托辊，每间隔0.7～1m 设置1 组，以保证皮带在承载后不发生凹陷。另外，还需间隔一定距离在左右两侧分别设置立辊，以确保皮带在运行过程中不发生跑偏。

根据结构设计图纸，冠梁顶和地下室顶板面标高相差100mm，因此，在设置16#工字钢时，需要在冠梁端工字钢底部加设衬垫，确保机架整体水平。为了保证机架整体刚度和稳定性，工字钢以及工字钢与H 型立柱连接均需采取一定措施进行加固稳定。

根据输送物料荷载的不同，选用的电动机型号及数量也不尽相同。本工程根据实际情况，选用1 套40kW的电机，并在送料口和卸料口附近，分别设置1 个主动传送轮和被动传送轮，在降低能耗的条件下，确保皮带与滚筒之间不出现打滑，实现皮带轮运转更顺畅。

2 经济性分析

以完成一侧260m 长的肥槽回填任务为例，传统的渣土车运输回填方式与皮带输送机回填方式需用的主要机械及人工数量如表1 所示。

表1 综合成本与工期对比分析表

根据现场实际施工工效分析，渣土车运输回填方式需要投入更多的施工机械完成作业，还需要配合更多的人工以实现日趋严格的环保政策要求，做到对进出车辆及临时道路及时进行冲洗，此外，为满足道路百分百硬化和方便渣土行驶的要求，需要硬化或采用钢板铺设260m 回填作业面周边道路。表1 中，120m 的皮带输送机具体还包括600mm 宽皮带210m、电机1 套、100#槽钢机架420m、托辊及滚筒80 套、张紧装置1 套、挡料器1 套、其他附件若干。皮带输送机回填方式需要购买皮带运输设备，一次性投入较大，但在合理的设备摊销和折旧基础上，按回填260m长度肥槽计算，仍然具有较大的优势。此外，由于皮带输送机按两段式布置，其不利因素主要是倒运设备及二次安装需要占用一定的工期和成本，但相较于渣土车运输回填方式，其优势是只需要硬化或采用钢板铺设130m 回填作业面周边道路即可。

在设定回填料供应充足、严格按300mm 厚分层摊铺压实、回填作业不受雨天影响等连续施工情况下，渣土车运输回填方式计算得出费用总计32.7 万元，工期43 天。采用皮带输送机回填肥槽方式计算得出费用总计11.6 万元，工期20天。同传统渣土车运输回填方式相比，共计节约成本21.1 万元，减少工期23 天，工期及经济效益优势明显。

3 安全性分析

由于本工程地下室外墙距离护坡面距离为2m，护坡面距离场地围墙距离为1～3m，深基坑肥槽回填区域狭小，回填作业渣土车及挖掘机等机械均无法通行，不仅给回填作业造成道路不通、额外修路及道路硬化、机械作业效率低下等诸多施工困难。

即使肥槽回填作业满足场地空间要求，当满负荷载的重型车辆在基坑坡顶行驶时，也会对未回填完成的基坑周边土体产生强烈的扰动，造成护坡面土体沉降增加、桩间土掉落以及局部坍塌等风险。此外，肥槽回填作业期间，人员需进入肥槽内进行外墙防水保护层施工、人工整平及打夯等作业，从上方掉落的桩间土及被车辆扰动掉落的土块均有可能对人员造成物体打击伤害。因此采用传统渣土车运输回填方式，对基坑稳定性及肥槽内作业人员产生极大的安全隐患。

另一方面，渣土车、推土机、挖掘机等机械在基坑坡顶作业时，极大概率上将造成回填作业区域内的电缆线、消防水管及施工用水管等地下管线造成不同程度的破坏变形、损坏等，不仅可能由此引发触电等生产安全事故，还会造成局部或大范围停电停水等事件，严重影响施工现场正常生产秩序和周边居民生活。

4 注意事项

由于皮带输送机可实现定点输送，因此，可严格实现分层铺土厚度300mm 的回填要求，而采用装载机向肥槽内铲土回填，填料在肥槽内容易形成局部堆积，使用小型机械配合人工摊铺300mm 厚需要耗费大量时间，如若摊铺厚度过大或不均匀，往往会出现回填后沉降明显以及室外地坪开裂、空鼓、下陷等质量问题。

5 结语

应用皮带输送机技术可以有效解决基坑狭窄空间肥槽回填场地不足的问题，提高回填作业效率，极大节约施工工期；从经济性方面，可大幅度减少生产成本，避免资源浪费，提高收益率；从本质安全角度考量，能从源头消除渣土车行驶对基坑边坡的影响，有效避免基坑扰动引发基坑坍塌等生产安全事故。因此，采用皮带输送机技术开展肥槽回填方式不仅能给施工企业带来极大的经济效益，而且具有良好的社会效应。