TBM施工渣料长距离皮带运输技术小结.docx
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1、TBM 施工渣料长距离 皮带运输技术小结1目录一、工程概况 11 工程简况 11.1 工程概况 11.2 地形地貌、工程施工环境 21.3 小结情况说明 3二、研究背景 71 工程特点 72 工程难点 82.1 安装质量管控 82.2 运行质量管控 83 现场情况 83.1 皮带机总体布置情况 83.2 结构件部分 93.3 皮带部分 103.4 电气控制部分 11三、研究过程详述 121 研究过程概述 121.1 皮带中间撕裂 121.2 皮带跑偏划边现象 131.3 皮带鼓包断带现象 132 原因分析及解决办法 142.1 连续皮带中间撕裂 142.2 跑偏问题处理 142.3 鼓包断带问
2、题处理 143 采取的措施 153.1 结构件安装管理 153.2 皮带机运行期间管理 163.3 皮带自身质量评估 163.4 辅驱的位置选取 16四、经验总结 171 管理成果 172 研究总结 173 后续的延伸思考 1811一、工程概况1 工程简况1.1 工程概况KS 段标(原 T2 勘探试验洞)位于新疆维吾尔自治区阿勒泰地区富蕴县境内。 本标段包括 43.847km 的主洞(包括 TBM 开挖洞段和钻爆法开挖洞段)、398m 的 F2 通风竖井(净直径为 3.5m)、429m 的 F3 通风竖井(净直径为 3.5m)。本标段主洞采用 2 台 TBM 施工,具体施工分段规划见图 1.2
3、。图 1.1 工程平面布置图本标段工程布置如下:(1)TBM 掘进洞段:TBM4 设备掘进洞段为主洞段桩号 KS87+500mKS96+306m(长 8.15km)、KS101+303mKS116+777m(长 15.474km),该段为 TBM4 段的 TBM 掘进长度,总长度 24.280km,开挖洞径 7.03m;TBM5 设备掘进洞段为主洞段桩号 KS117+509m1KS135+000m,长度 17.491km,开挖洞径 7.1。(2 )钻爆法开挖段 :96+306m96+650m (长度 0.344km); KS100+303mKS101+303m(长度 1.0km);KS116+
4、777mKS117+509m(长度 0.732km);总长度 2.076km。1.2 地形地貌、工程施工环境工程所在区域地处西北边陲,极端气候条件恶劣,极端高温 48, 极端低温 -49.8。境内有近三分之二的地区无明显夏季,只有冷暖之分。以 0为暖半年, 占 206 天。本标段项目主要位于富蕴气象站附近。富蕴气象站点年气象特征值见表1-1,富蕴气象站月平均气温特征性值见表 1-2。表 1-1 富蕴气象站点年特征值表项目名称单位富蕴气象站气温多年平均气温3.1极端最高气温48极端最低气温-49.8降水量多年平均降水量mm191蒸发量多年平均蒸发量 (20cm 蒸发器)mm1914湿度多年平均相
5、对湿度%59.1雷暴多年平均雷暴日数d12.1日照多年平均日照时数h2875风速多年平均风速m/s1.8最大风速及风向m/h25风向西风、西北风风向最多风向及其频率风向西%14.53积雪最大积雪深度cm88冻土最大冻土深度cm175表 1-2 富蕴气象站月平均气温特性值表2序号月份气温备注11 月-30.622 月-17.233 月-6.2244 月7.4355 月1566 月20.577 月22.288 月20.299 月13.91010 月5.361111 月-6.461212 月-17.41.3 小结情况说明项目两台 TBM 共用 T2 斜井出渣,T2 支洞全长 2987m,开挖断面为城
6、门洞型,净 空尺寸 6.76.8m,综合坡度 12.0%,斜井线路右侧布设避车洞,在支洞 1.5Km 左侧 位置布设辅驱硐室,同时支洞内布设2.2m 通风管 2 趟;上游 TBM4-1 掘进段 15474m, 下游 TBM5 掘进 17491m,坡度均为 1/2583,掘进段均在拱顶位置布设2.2m 的通风管 1 趟;辅助硐室全长 732m,在主支交叉口位置布设转渣塔,将上下游连续皮带输送的洞渣统一汇集至支洞连续皮带,经由支洞连续皮带统一运输至洞外。1.3.1 支洞皮带参数通过对两台 TBM 最高时效下的掘进速度、循环进尺及时最远距离下皮带机最大 出渣能力, 结合支洞大坡度、大运输量模式下运输
7、能力, 并分析皮带机张力及减速机 逆止力,通过数据模拟及分析, 最终确定项目的皮带机选型方案为: 头部为双滚筒双 电机驱动加中部双滚筒双电机驱动,中间驱动设置在支洞中部, 电机功率为:P=4*400+2*400=2400Kw。具体计算步骤如下:(1)确定原始参数;运输能力 Q=1200t/h运输距离 L=3200m输送倾角=6.56 胶带提升高度 H=370m(2)数据计算带宽 B=1200mm带速 V=3.0 m/s胶料及物料产生的运行阻力F1=128889.08N物料提升阻力F2=340816.9N头部清扫器对胶带的阻力F3=648N尾部清扫器对胶带的阻力F4=235.44N导料板阻力F5
8、=500N驱动滚筒圆周驱动力=F1+F2+F3+E4+F5=471089.43N传动滚筒轴功率P0=FU*V=1413.27KN电动机功率计算=1.05P0/ =1771.01KW其中减速器效率=0.95,电机效率112=0.90,联轴器效率 =0.98选用电机功率 P=3*400+2*400=2000 Kw,满足使用要求。支洞皮带机带宽 1200mm,驱动采用头中驱动,机头布置三套 400KW 主驱动,中间布置三套 400KW 辅助驱动。1.3.2 连续皮带机参数通过对 TBM 掘进速度、循环进尺、运输距离、输送倾角等数据进行模拟,并通过计算基本参数与最大圆周力, 并分析皮带张力和安全系数与
9、铺设长度的关系, 最终4确定项目的皮带机选型方案为: 中部滚简设置在 8923 米处,选用电机功率P=3*315+2*315Kw,头部功率配比 2:1,中部功率配比为 1:1。具体计算步骤如下:(1)确定出渣量根据类似工程经验及设计地质资料,对 TBM 的掘进速度、每循环进尺、每循环 用时进行评估, 再根据上述基本数据测算 TBM 掘进单位时间内的最大出渣量, 进而确定所需皮带机的规格。皮带机每小时岩渣运输量可以通过下述公式计算:Q=(R2)s/t (1)其中:Q 为每小时岩渣运输量,单位 t/h;R 为隧洞半径,单位 m;s 为每循环进尺,单位 m;t 为每循环用时,单位 h;为岩渣比重,单
10、位 t/m3。根据上述公式可计算出单台 TBM 皮带机每小时输送岩渣的重量,而支洞皮带机 输送岩渣量为两台 TBM 之和。例如本工程中, TBM 掘进速度按照 100mm/min 进行计算, 单循环进尺 1.8m,则每循环需要 23min (掘进 18min,换步 5min),岩渣比重取2.7kg/m3,则主洞连续皮带机每小时所需的最大运量为:Q=(3.52)1.860/232.7=487.91(t/h)考虑一定的富裕度,即遭遇围岩坍塌、出渣量急剧增加时皮带机仍能达到较好的出渣效果,因此主洞皮带运量最终按照 Q=600t/h 进行设计。(2)确定原始参数两套连续皮带机运量相同,差别在于隧道总长
11、度相差约 1997m,相对于 15km 的长度基数占比较小, 以及提升高度沿长度方向均可忽略不计, 因此, 两条主洞皮带机5选用相同功率驱动单元和相同带强, 以提高设备的互通性,增强互换性, 实现“一洞双机”模式下的设备配套体系,方便项目管理。运输能力 Q=600t/h运输距离 L=15474输送倾角=0.022 胶带提升高度 H=6.9094(3)数据计算带宽 B=800mm带速 V=1.51 m/s胶料及物料产生的运行阻力F1=331925.03N物料提升阻力F2=-3586.30N头部清扫器对胶带的阻力F3=864N尾部清扫器对胶带的阻力Fa=156.95N导料板阻力F5=500N驱动滚
12、筒圆周驱动力=+F2+F3+F4+F5=329859.69N传动滚筒轴功率P0=FU*V=1055.55KN电动机功率计算=1.05P0/ =1253.13KW其中减速器效率=0.95,电机效率172=0.95,联轴器效率 =0.98连续皮带带宽 800mm,驱动采用头中驱动, 机头布置三套 315KW 主驱动,中间布置两套 300KW 辅助驱动。6现场皮带参数详见下表项目TBM4 皮带机TBM5 皮带机支洞皮带机备注隧洞长度15850m17847m3200m坡度1/2583- 1/258312%储带长度600600/皮带运量600t/h600t/h1200t/h带速1.51m/s1.51m/
13、s3.0m/s皮带带宽8008001200皮带允许最大粒径300mm300mm300mm适用环境温度-2030-2030-3040二、研究背景1 工程特点(1)工程建设意义大 YE 供水工程是我国重要的引水工程之一,本标段为 KS 段标, 包括 43.847km 的主洞、 398m 的 F2 通风竖井、429m 的 F3 通风竖井, 工程规模巨大,是全隧控制性标段之一,本标段对整个 KS 隧洞工程施工具有重要意义。(2)工程建设难度大 本标段 TBM4、TBM5 由 T2 支洞进入主洞后分别向上下游 同时掘进施工,“一洞双机”TBM 山岭隧道施工在国内尚无经验可供借鉴; TBM4、TBM5 均
14、在洞内组装、拆卸, 具有一定的施工难度; F2、F3 通风竖井井深分别为 398m、429m, 净空断面 3.5m,竖井井深大、断面小。本工程具有 TBM 长距离独头掘进、长距离运 输、长距离通风、长距离反坡排水、施工组织难度大、两台 TBM 同时洞内组装、大井深小断面等特点,整体施工难度大。(3)独头掘进距离长 TBM4-1段长 15474m,TBM4-2段长8806m,TBM5段长 17491m,另外长距离独头掘进施工对通风、排水、施工运输及现场施工组织等均有较高的要求。(4)工程量大, 工期紧 本标段包括 43.847km 的主洞(TBM 法施工 41157m,钻 爆法施工 2690m)
15、,TBM4 平均进尺 537m/月, TBM5 平均进尺 565m/月, TBM 掘进进度指标要求较高,施工工期紧,任务重。7(5)长距离出渣, 主洞皮带机两套,长度分别为 15474m 和 17491m,要求满足 相应长度的皮带机驱动和电气装置, 支洞皮带机一套 3200m,连续皮带机相应的驱动、控制以及满足全部 3200m 的支架及胶带;(6)施工环境保护要求高 本项目所在地属于自然保护区内,区域内环境一旦 破坏不易恢复, 对环保、水保要求高, 环境保护在本项目尤为重要。施工过程中严格 遵守国家及新疆维吾尔自治区有关法律、法规和有关政策, 严格按照设计施工, 避免施工造成当地生态系统和环境
16、的破坏。2 工程难点2.1 安装质量管控项目 TBM 独头掘进距离长,均采用连续皮带机出渣,因此对现场连续皮带支架 安装精度要求极高,受限于现场实际,一方面随着 TBM 掘进中姿态偏差大,实际掘进 轨迹呈现“蛇形 ”掘进,另一方面,项目 TBM5 设计转弯段 1 处,转弯半径为 1000m,皮带极易发生侧翻事故;其次安装人员流动性大,导致现场安装质量控制难度较大。2.2 运行质量管控长距离连续皮带机出渣,对皮带运转过程中质量管理要求极高,由于隧洞通行 环境差,导致巡视工无法及时发现反馈问题,随着现场掘进距离增长与皮带的不断硫 化延伸,对皮带运行管控和巡视人员的数量和质量要求更高;随着皮带运转时
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