关于2#勘探试验洞转弯半径500 m是否满足皮带机出渣要求的论证

刘 攀

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

新疆某工程2#勘探试验洞位于输水隧洞桩号44+678m处，长度2 398 m，支洞纵断面设计为200 m长12.9%的陡坡+20 m长3%的缓坡，综合纵坡12%，陡坡段断面净尺寸7.0 m×6.59 m(宽×高，城门洞型)，缓坡段设置错车道，断面净尺寸9.0 m×6.8 m(宽×高，城门洞型)，进出口锁口及围岩条件较差的洞段采用混凝土衬砌，衬砌厚度0.4 m，其他洞段采用锚喷支护。2#勘探试验洞桩号0+450.45～0+ 959.43 m为圆弧段，转弯半径为500 m。

根据水工建筑物及施工方案布置，2#勘探试验洞为2#，3#TBM设备施工进入洞，同时承担2#TBM及3#TBM的出渣、物料及人员运输通道任务。施工过程中，采用皮带机出渣[1-2]，皮带机最大输送能力按TBM每小时3个步进(5.4 m)考虑时，则单台TBM皮带机出渣能力为750 t/h，两台TBM皮带机出渣能力为1 500 t/h。

本文主要针对大运量皮带机出渣系统[3-4]设计在500 m转弯半径下能否满足2台TBM开挖出渣进行复核分析，同时为小转弯半径下皮带机出渣系统设计选型提供参考。

2 设计方案复核

2.1 设计方案布置

考虑到2#勘探试验洞存在圆弧转弯段，根据理论计算、厂家咨询以及工程资料的收集，经过分析对比，2#勘探试验洞皮带机的布置存在两个方案，具体如下。

方案一：2#勘探试验洞布置两条固定皮带机，2#勘探试验洞BCD段为一条独立皮带机，AB段为一条独立皮带机，两台皮带机结合处搭接处理。此方案实现皮带机弧线转弯连续运输，能有效降低胶带强度等级，提高系统可靠性，降低故障率。该方案皮带机布置示意图见图1。

图1 方案一皮带机布置示意图

方案二：2#勘探试验洞布置1条皮带机，在桩号1+100 m处皮带机下部布置中间驱动，增加中间驱动可大大降低圆弧段的胶带张力，同时再辅以自动改向托辊装置、加密托辊组、抬高曲线内侧机身等措施，确保胶带不发生跑偏。

2.2 设计方案计算

2.2.1 方案一

该方案中，分别针对两条皮带机进行设计复核。

第一皮带机设计基本参数：带宽B=1 200 mm，带速V=3.55 m/s，输送机长度L=1 000 m，承载托辊辊径133 mm，提升高度H=120 m，胶带选用PVG2000型。

经过计算得，承载分支转弯半径R1=618 m，回程分支转弯半径R1=478 m；按最大许用应力验算转弯半径:承载分支转弯半径R2=262 m，回程分支转弯半径R2=236 m；按输送带不离开侧托辊验算：承载分支转弯半径R3=200 m，回程分支转弯半径R3=177 m。

根据计算结果知，2#勘探试验洞转弯半径为500 m时，小于承载分支转弯半径618 m要求，满足胶带最大许用应力(262 m)和不脱离托辊时(200 m)的最小半径要求；不满足承载分支转弯半径618 m，可以采用基本措施、附加措施、应急措施就能满足支洞500 m的拐弯半径要求。

第二皮带机设计基本参数：带宽B=1 200 mm，带速V=3.55 m/s，输送机长度L=1 400 m，承载托辊辊径133 mm，提升高度H=168 m，胶带选用ST2000型。该条皮带机无转弯段，为常规皮带机。由于PVG2000型胶带强无法满足要求，故胶带选用ST2000型。

2.2.2 方案二

皮带机设计基本参数：带宽为B=1 200 mm，带速为3.55 m/s，承载托辊辊径133 mm，输送机长度L=2 400 m，胶带选用ST3150型。

经计算得，承载分支转弯半径R1=2 580 m，回程分支转弯半径R1=829 m；按最大许用应力验算转弯半径：承载分支转弯半径R2=3 519 m，回程分支转弯半径R2=1 449 m；输送带不离开侧托辊验算：承载分支转弯半径R3=680 m，回程分支转弯半径R3=482 m。

2.3 计算结果

经过以上计算可知，方案一采用两条皮带搭接，第一皮带机采用整编芯PVG2000型胶带，能够满足在现有的500 m转弯半径工况下胶带正常使用要求，第二条皮带机采用钢丝绳芯胶带ST2000型。但在实际工程应用中，需购买PVG2000型、ST2000型两种胶带，且两种胶带在使用中不存在通用性，会给施工单位带来一定的备料及保养压力。

方案二采用单条皮带机，隧洞转弯半径为500 m时，远远小于胶带机拐弯时的最小半径要求，若采用一整条皮带机无法直接满足胶带机转弯时最小半径要求。若采用此方案，需在皮带机中间添加中间驱动，且需在转弯段皮带机进行优化设计[5]。具体为托辊进行处理，增加一定槽角，同时增加防护措施，防止胶带断裂及渣料脱离胶带，并改进转弯段支腿设计，方可满足实际应用需要。

综上所述，2#勘探试验洞采用上述方案一、方案二均可行。

2.4 皮带机厂家理论计算汇总表

见表1。

表1 皮带机厂家理论计算汇总表

3 工程实例

1) 上海某隧洞工程施工过程中，采用的转弯半径为400 m的连续皮带机出渣。

2) 已建的引黄工程中，某标段主洞施工采用皮带机出渣，长度15 km。出渣支洞转弯半径为400 m，综合纵坡6.77%。

3) 某工程氧化铝双向带料带式输送机。上分支输送物料：石灰石，输送量1 500 t/h；下分支输送物料：硅钙渣，输送量1 200 t/h；带宽:B1 200 mm，带速4 m/s，输送机长度1.8 km，提升高度15 m(-15 m)，水平转弯半径400 m。

4 结论与建议

1) 经过分析，2#勘探试验洞转弯半径500 m的方案是合理可行的，材料运输、人员和车辆通行安全有保障。

2) 在实际工程应用中，方案一、方案二皮带机布置均可满足隧洞出渣需求，但各有利弊，施工单位可该根据实际情况进行选择。