车站施工皮带机垂直提升出渣技术研究

张彬彬

(中铁十二局集团第二工程有限公司 山西太原 030000)

隧道施工研究中，任吉涛等人[1]指出连续皮带机用于运送TBM掘进产生的弃渣，能够保证掘进施工的连续性。同样在车站施工过程中，前期土方工程是影响施工进度的重要因素之一，而出渣效率显得尤为重要，尤其是在深度较大的大型车站施工，多段垂直皮带机垂直提升出渣既解决了传统伸缩臂挖掘机出渣效率低的缺点，还释放了站外空间，使得站外道路得到优化，缓解了地面出渣车拥堵现象。王逢松等人[2]指出带式输送机具有出渣效率高、运行安全的特点。皮带输送机在国内隧道施工较为常见，普遍代替了早期低效的出渣车，吕勇方[3]指出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。但垂直皮带机在车站施工中作为出渣工具在国内少有耳闻，解决了普通运输机所不能达到的输送高度。油新华等人[4]指出与国际相比，我国是地下空间开发利用需求与规模最大的国家，处于地下空间开发利用迅速发展阶段，随着车站项目的激增，越来越多专业人士将如何快速开挖、出渣的重心放到了优化施工组织设计、适当调整施工工序、寻求高效的机械、力求做到快速开挖、迅速出渣，忽略了出渣工艺本身是影响开挖出渣的决定性因素之一。孙亚婷等人指出由于皮带机连续输送方式具有输送能力大、速度快、承载能力强等特点，只要提高装碴能力，就可快速完成出碴作业、提高工效。安宏斌等人[5]指出在促进工程进度、缩短工期方面，连续皮带机体现出经济适用性强，性价比高。多段垂直皮带机出渣与传统机械出渣相比优点鲜明，在复杂的多层钢围檩或混凝土支撑形成较小的空间内能够实现连续作业、集中化控制，且运行平稳可靠从而在保证高效的前提下取得良好的综合经济效益。

该文以以色列特拉维夫卡里巴赫车站（Carlebach）项目施工为例，对多段垂直皮带机垂直提升出渣技术应用在车站施工中的适用性、可行性，以及优越性进行了讨论。

1 工程概况

卡利巴车站位于Menachem Begin 街下，是以色列目前规划中最大、最复杂的红线、绿线换乘车站，北接红线yehudit 车站，南至Allenby 车站，南端竖井预留盾构吊出竖井。该站为三层钢筋混凝土结构，主体建筑结构外围总长294 m（南端竖井29 m，车站200 m，交叉口65 m)，宽25 m，深30 m 左右。采用明挖法施工为主，其中地下通道采用盖挖逆作法施工。卡里巴赫车站平面图如图1所示。

图1 卡里巴赫车站平面图

卡里巴赫车站土质主要为库卡（Kukar）中的K1和K2，伴有黄色细沙。Kukar 指以色列特有的钙化的砂岩，一种少部分胶结的颗粒土。

2 皮带机应用

2.1 皮带输送机的基本组成

该项目使用的是多段皮带机传输系统，由进料斗、3台垂直输送机、2个支撑平台、振动筛分器、皮带传输带共同组成，各个部分均由不同组件组装结合而成形成整个皮带运输体系完成车站项目出渣作业。

（1）进料斗主要由料斗、预筛网、和带式给料机组成，位于车站土方开挖面，装载机等将渣土倒入进料斗经其筛分过滤掉大粒径渣土或库卡砂石，由带式给料机将剩余渣土移运至皮带机。带式给料机主要由机架、皮带、电子调节设备（通过电子变频器控制变速驱动调节给料机流量）、托辊、驱动装置、张紧装置组成，冉建西等人[6]指出驱动转速是反映连续皮带机出渣速度的重要指标。

（2）垂直皮带机。垂直皮带机主要由槽型带式皮带、滚筒、支架、检修平台、进料口、出料口组成，具体参数如表1所示。

表1 垂直皮带机参数

（3）支撑平台主要由热轧钢型材、防滑地板和护栏构成，通过焊接固定在现有钢支撑和钢围檩之间的支柱上。

（4）振动筛分器如图2 所示，主要由金属网、支撑结构、移动分配箱、细料斗、350 mm×300 mm 通道、内衬组成。移动分配器由6 mm宽的S-235-JR结构钢制成，用于收集振动筛每层的材料，并将其分配到出口管道。

图2 振动筛分器

细料斗的作用为收集通过金属筛网下层的材料，由5 mm宽的热型钢板制成，拧到平台上。

（5）皮带传输机由皮带、电动滚筒、尾部托辊、防夹托辊、承载托辊、张紧装置、冲击杆、两条首部刮刀、一条尾部刮刀组成。

2.2 皮带机的安装

（1）站土方的开挖伴随着皮带机系统与钢支撑的安装，前期开挖工作难度较小，在场地交通允许的情况下采用大量的机械作业，并合理安排出渣自卸式卡车，以满足计划工期。皮带机安装效果图如图3所示。

图3 车站断面图和皮带机安装效果图

（2）N1-N3 阶段将使用大中型挖掘机例如伸缩臂挖掘机进行出渣，由出渣车运走，如图4 所示，当车站内土方开挖至第二层钢支撑N2 标高，即+15.55 时，在第一部分垂直皮带机底部安装位置施作混凝土临时支撑板，沿钢支撑方向长5.5 m，宽2.37 m，厚度0.4 m；混凝土板达到强度后安装第一部分垂直皮带机，将平台支撑架通过螺栓和焊接固定到钢支撑和钢围檩，两个钢支撑距离5 m，并安装好走道板支架、检修梯等附属设施，如图5所示。

图4 伸缩臂挖掘机出渣

图5 皮带机安装

（3）继续开挖至N3标高即+9.40，两根钢支撑宽度范围内向下放坡开挖至标高+4.731，施作混凝土临时支撑板，板面标高+5.131，如图6所示，安装第二部分垂直皮带机如图7 所示，将皮带机通过竖向钢结构通过焊接、螺栓固定，并安装带式给料机和筛分过滤网，调试后投入使用，通过调节给料机的倾斜角度来实现不同深度开挖面的渣土由给料机运输至垂直皮带机入口端。

图6 开挖断面图

图7 皮带机安装侧面图

（4）N3～N4阶段将使用普通挖掘机进行土方开挖，有限区域内伴有如山猫、小型挖掘机的配合使用，渣土由已安装好的第一、第二部分垂直皮带机输送至现有道路层，根据现场实时渣土土质的实际情况选择，在道路层加装筛分器和皮带传输机，旨在将库卡中的细砂和颗粒分类堆放，如图8所示。

图8 车站分类出渣

（5）N4至车站底板底标高的土方由三部分垂直皮带机输送，车站内土方开挖至第四层钢支撑N4 标高，即+1.30 时，同上安装第三部分垂直皮带机，如图9 所示，重新放置带式给料机，直至出渣结束。

图9 皮带机作业

3 皮带机辅助措施

3.1 挡渣版和下料斗

在垂直皮带机运行过程中，为防止渣土上升过程中掉落，在垂直皮带机背部安装挡渣板，可以采用安放木板或现场加工5 mm 厚铁板并焊接在渣土掉落轨迹上的钢围檩或者钢支撑上；另外，采取在垂直皮带机各个出料口位置加装橡胶下料口以防止渣土下落过程中飞溅，具体见图10。

图10 挡渣板和下料斗

3.2 清洗机

清洗机放置在垂直皮带机底部，根据车站出渣时皮带槽内渣土的粘连情况制定冲洗计划表，平均冲洗频率为每天一次，不仅避免了皮带机电机超负荷作业、减少了非必要的保养次数、增加了皮带机的使用寿命，还提高了皮带机出渣效率，一定意义上缩短了土方工程的工期。

4 垂直皮带机出渣技术分析

国内车站传统的出渣方式大多为装载机、伸缩臂挖掘机，随着开挖出渣深度的增加，传统的机械设备出渣会暴露出多种问题，出渣效率低、安全稳定性降低、出渣区域内不可进行交叉作业等弊端突显，以卡里巴赫车站为背景阐述皮带机出渣的连续性、高效性、安全性和经济环保性。

4.1 皮带机出渣连续性

垂直皮带机出渣可以实现24 h 连续作业，设备故障率较低，不受人为因素影响，且随着开挖面深度的增加依然保持良好的工作性，卡里巴赫车站皮带机最长连续工作时间达到16 d，真正实现了连续出渣。

4.2 皮带机出渣高效性

卡里巴赫车站土方工程前期由于施工作业面较浅，大量的机械设备如装载机、挖掘机联合作业出渣效率达到600 m3/d，但受限制因素较多，如场地作业空间限制、交叉作业等，使得成本激增但经济效益较低，当开挖出渣作业面距地面深度大于16 m时，挖掘机出渣效率只有350 m3/d，且随着深度的增加呈急剧降低状态，反之垂直皮带机的出渣效率达到450 m3/d，且随出渣深度的增加出渣效率基本保持稳定，具体见图11。

图11 出渣对比分析

车站站体、交叉口土方开挖计划工期为20 个月，总土方量约为240 000 m3，月平均出渣量为12 000 m3。我方车站管理团队在车站土方工程实际施工中发现采取传统的机械设备出渣在土方工程后半段的施工效率将会大打折扣，远低于预期出渣效率，实际需要的土方工程总工期达到24个月，超出计划工期4个月，从而决定从西班牙公司Miningland 引进垂直皮带机，使出渣效果得到显著提升，最后卡里巴赫车站土方工程较计划工期提前一个月，为后续分部工程奠定了基础。

4.3 安全稳定性与经济环保性

车站施工中，垂直皮带机出渣与传统机械出渣技术相比，皮带机能够实现连续出渣，并且受空间限制程度较小，整个出渣过程中速度适中、运行平稳，垂直皮带机位置相对稳定不必频繁更换位置，底部挖掘机械保证持续有渣土供应至喂料机上即可实现其出渣连续性。垂直皮带机可以重复使用，在保证功效的基础上节约了项目开支，避免了高峰期多台机械受空间、人员等因素影响无法平行作业而导致机械租赁费、进场费、退场费、运输费。同时，皮垂直带机作业为电机驱动，与传统机械作业相比没有尾气排放、柴油机油泄漏等情况，环保性较高。

5 结语

（1）垂直皮带机出渣技术是皮带机垂直提升出渣技术在以色列车站施工中的首次应用，在车站施工中能够实现连续平稳出渣，能够释放地面空间，有利于地面交通的疏导以及其他工序的提前规划以及进行，垂直皮带机系统完备，机械化程度高，运行流畅度好，且车站深度越大，垂直皮带机出渣更能体现出高效性、连续性等优势，真正意义上实现了高效低耗。

（2）在深度大的车站施工中，随着开挖面的加深，垂直皮带机出渣技术体现了较强的经济性，性价比高，与传统出渣技术相比，在加快施工进度的前提下能够有效地控制成本。

（3）垂直皮带机具有环保性，响应了国家绿色文明施工的号召，向文明施工走近了一大步。