装渣运输设备选型原则

一 、高寒缺氧环境对装渣运输设备的影响和对策

1)高寒环境对装渣运输设备的影响

(1)高寒对装渣运输设备的影响

高寒会使设备的润滑油性能变差，发动机运行阻力大;蓄电设备易冻坏，导致设备负荷过高，甚至不能使用。同时，温度过低，设备启动困难，造成施工效率降低。

(2)高海拔对汽车动力的影响

研究表明，当海拔每升高1000m时，内燃机动力损失约11%。高海拔造成内燃机吸入空气(氧气量)减少，改变了空燃比，导致气缸内有效压力降低，发动机功率下降。若隧道洞口海拔在3000m以上，隧道装渣运输设备的动力损失将超过30%，见图1。

2)使用对策与保养措施

(1)使用对策

①使用带增压装置的柴油发动机设备。

②采取高原型机械设备。较平原常见施工设备，高原型机械设备各项性能指标(如动力性、经济性、热平衡性能、排放性能、低温启动性能等)均有较大提升。内燃机机械效率与转速关系见图2。

③其他措施。高原型施工设备使用过程中，仍需采取发动机预热、保温、选用低凝点柴油、强化放电能力、加大进气量、增加发动机保养次数、改善启动时间、增加清洗次数等措施。

(2)保养措施

①增加设备的保养次数、及时进行维修是保证设备正常运转的基础。

②超前预测，备足配件。对特种润滑油、防冻液、燃油、三滤、斗齿、油缸油封、高压油管、加压设备等易损易耗件，根据消耗量及更换周期提前预测需用量，做好计划，储备充足。

③按制度及时进行检查维修和保养，预防设备经常性故障的发生。设备维修保养四项要求为清洁、整齐、润滑良好、安全。

二、装渣运输设备配套原则

考虑高原铁路的实际情况，隧道装渣运输设备选型配套原则如下。

(1)高原型

高原缺氧环境下，设备降效明显，因此在选择装渣运渣设备时，必须考虑这一特殊因素。在设备选型及配套过程中，尽可能选用高原型施工设备。

(2)产能富余

选择设备规格和能力应大于实际需要。运渣设备理论生产能力宜为装渣设备理论生产能力的1.2~1.5倍，装渣设备理论生产能力宜为预计施工产能的1.2~1.5倍，即运渣设备产能>装渣设备产能>施工计划产能。

(3)经济适用

以满足高原施工需要为出发点，在保证安全、经济、快速的条件下选择合适的设备，以通用设备为主，专用设备可根据需要使用。

(4)同型同系列

装渣运输设备均为大型设备，同一项目应尽量采用同一企业生产的同一系列产品，便于保养、修理、备件储存等。

(5)相互兼容

装渣运输设备运行时应不影响其他工序施工，可与其他工序平行作业。如在选择装载机、自卸车、挖掘机和挖装机时，应考虑设备在重载情况下仰拱栈桥、模板台车及各种台架下方的可通过性。

(6)技术先进

选用的设备应符合国家标准且技术先进，应尽量选择自动化程度高、操作安全性高、故障率低的设备。多选用大型设备，少选小型设备;多选用增压设备，少用非增压设备;多用新设备，少用旧设备。

(7)动态调整

随着施工进展，装渣运输设备数量及种类应进行动态调整，保持设备配置与施工进度、安全、质量相适应，防止设备过剩或者不足而影响施工。

(8)节能环保

在选用装渣运输设备时除需要满足国家节能强制性标准外，还应注重选择低能耗、低排放的设备，优先选择清洁能源设备，即多选风动、电动设备，少选内燃设备。

装渣运输设备选择

一、装渣设备

隧道施工常用无轨装渣设备，其具有施工效率高、国产化程度高、技术成熟等优点。无轨装渣设备有装载机、挖掘机、挖装机等。

1)侧卸式轮胎装载机

侧卸式轮胎装载机主要用途是装渣，具有机动灵活、经济适用等优点。近年来，国内生产的装载机使用性能已十分优越，完全可满足高原铁路隧道施工需求。铁路隧道施工中，最常用的一款为50型侧卸式装载机。隧道断面较大时，为提高装渣效率，也可采用60型装载机装渣。其中50型装载机技术参数见附表5，作业尺寸见图3；60型装载机作业尺寸见图4。

2)履带式挖掘机

隧道施工中，挖掘机的主要用途是隧道掌子面清危找顶、仰拱装渣、平整施工平台、上台阶挖渣倒运等。双线隧道中最常用的为20t级(斗容0.8~1.06m³)挖掘机；单线隧道中因工作空间受限，最常用的为10t级(斗容0.48~0.53m³)挖掘机。

20t级挖掘机设备长9425~9495mm，宽2800~980mm，高2970~3190mm，外形见图5。

10t级挖掘机设备长7160mm，宽2490mm，高2855mm，外形见图6。

3)挖装机

履带式挖装机采用双动力驱动，行走采用内燃动力，装渣时采用电力驱动，适用于矿山、隧道、地下工程的挖掘和装载作业。其宽度和高度应能满足单线隧道施工需要，主要用于断面尺寸较小的隧道装渣。挖装机装渣能力强，其最大生产能力可达到500m³/h，铁路单线隧道施工常用的型号理论生产能力可达到300m³/h。目前该设备已经大量国产化，主要有LT320型挖装机、WZ330型挖装机等，性能均可满足隧道装渣需要。在实际施工中，使用较多的进口挖装机为ITC312型，其作业范围见图7。

目前，国内有关厂家也开始研制数字化智能挖装机(图8)，它集挖掘、行走、装运、岩石破碎于一体。

二、运输设备

1)自卸汽车

在隧道施工中，无轨运渣设备主要指自卸汽车。自卸汽车具有行走速度快、就位灵活方便、装渣量大、卸渣不受场地和运距的限制等特点。自卸汽车配置数量由出渣运距以及出渣时间确定。但是汽车尾气容易造成洞内污染，增加施工通风难度等。国产自卸汽车性能完全可满足铁路隧道施工运渣需求。

隧道爆破岩渣的特点是块度较大，料质不均匀，装渣时候对货厢的冲击大，因此应选择满足这些条件的运渣设备。一般选择自卸汽车时，考虑选用矿山斗而不选择普通物料斗。当出渣车辆经过栈桥时，重量不宜超过栈桥的载重能力。自卸车的斗容与装载机的实测斗容比值为6~12，运距近时选小值，运距大时选大值。因为高原铁路多为长大隧道，故选择斗容约20m³的自卸汽车。

2)皮带运输机

(1)皮带运输机

皮带运输机的用途是隧道出渣，其主要由两个端点滚筒、若干托辊及紧套其上的闭合输送带组成。带动输送带转动的滚筒称为驱动滚筒，另一个仅改变输送带运动方向的滚筒称为改向滚筒。驱动滚筒由电动机通过减速器驱动，物料放置于输送带上，输送带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动完成物料输送。

皮带运输机宜采用主、从分站控制模式，具有控制和数据收集传输等功能，可以将实时运行状态数据发送至信息化控制平台，便于对现场设备运行状态进行监控。也可增加视频监视系统，设置敞开式数据接口，直接和现场其他设备进行信息互通和互联，便于实现对设备运行信息的总监控。皮带运输机出渣过程中，渣石只能从隧道内往卸料点输送，为防止如运料过程中皮带运输机倒转影响施工安全，皮带运输机应具有防倒转功能，可在皮带运输机发生倒转时自动紧急制动。连续皮带运输机运量应至少为开挖量的1.2倍。

国内的隧道连续皮带运输机出渣技术已比较成熟且有应用，皮带运输机可根据现场实际需求定制，根据进度要求、隧道宽度等确定相关参数。

(2)皮带运输机适用范围及特点

皮带运输机适用于输送粒状、小块状物料，如碎石、砂等。皮带输送机可在环境温度-20~+40℃范围内使用。

和传统出渣方式相比，皮带运输机出渣技术具有以下特点:

①工作效率高

皮带运输机具有输送能力大、速度快、承载能力强等特点，只要提高装渣能力，就可快速完成出渣作业，提高工效。

②高寒缺氧环境适应性好

在高寒缺氧环境下，采用机械化、自动化程度较高的皮带运输机出渣，可大幅降低运输设备和人员数量，保证隧道施工安全。

③节能减排和环保

皮带运输机出渣运输系统由电力驱动，其能效高、污染小，可有效减少隧道中二氧化碳等有害气体的产生及排放，改善隧道作业环境，减轻隧道通风压力，降低能源消耗。

尽管皮带运输机出渣具有较突出的优点，但是出现较大爆渣时需进行二次破碎，增加了施工工序，输送系统中的一个单元(设备)发生故障会导致全线停机，对施工影响较大，且初期设备一次性投入较高。

④占用空间小

皮带运输机通常设置在隧道的一侧，可固定在隧道底部，也可斜撑或吊挂在洞壁一侧，占用空间小，可最大限度地减少施工干扰。

(3)皮带运输机运量计算

若已知输送带上允许的最大岩渣横截面积S和带速，便可以估算出皮带运输机的运量，从而估算出单个循环岩渣运输的时间(图9)。为保证不洒料，输送带上允许的最大物料横截面积S计算公式如下:

式中，θ为运行堆积角，受物料水分、粒度、带速等影响，应以实测为准，当无条件获取准确运行堆积角时，如皮带运输机运行速度v≤2.5m/s，可利用物料静堆积角α，按θ=0.75α来近似计算。

(4)皮带运输机安装及工作所需条件

①皮带运输机需要足够的安装空间

根据不同施工项目情况，需考虑在洞口或洞内布置皮带运输机储带仓、驱动、放带装置等。皮带运输机机身标准延伸段的布置要避开风管、所有隧道施工设备进出所需空间，并重点考虑转弯的位置。

②电力需求

皮带运输机装机功率随着隧道开挖直径、长度、提升高度的增加而增加，目前主要的电机布置有头部集中驱动、头尾驱动、头中驱动几种形式，需要在相应的位置满足供电需求。

③供水要求

皮带运输机的水清洗装置的耗水量约为100L/min，需将水源提供至机头卸载滚筒处。

④安装基础需求

卸载平台、驱动装置、张紧改向架需提前做好钢筋混凝土基础，基础需满足荷载需求，预埋地脚螺栓或钢板。

⑤安装所需设备

30t起重机、装载机、焊机、10t手拉葫芦、冲击钻、全站仪、水平仪、千斤顶、扳手、卷尺等。

(5)皮带运输机使用安全保证措施

①相关操作人员须仔细阅读皮带运输机操作手册、维保手册。

②做好岗前培训，进行安全技术交底，操作人员必须经培训合格后方可进行操作。

③开机前除必须对皮带运输机各部进行一次认真的保养检查外，应着重检查皮带上是否有人和其他杂物等，经检查无问题后才可发信号开机。当多节皮带串联时，其开机的顺序是从卸料端至喂料端依次启动。

④运行中如发现皮带跑偏、打滑、乱跳等异常现象时，应及时进行调整。皮带打滑时，严禁向转轮和皮带间塞东西。如皮带松紧度不合适，要及时调整拉紧装置。

⑤运行中要重点检查电动机、变速箱、传动齿轮、轴承轴瓦、联轴器、传动皮带、滚筒、托辊等是否正常；清扫刮板及制动装置是否有效， 凡是上行下行皮带的制动装置必须绝对可靠，防止飞车。

⑥皮带运输机运转中，严禁任何人跨越皮带行走，严禁乘坐皮带等。

⑦在运行中严禁重车停车(紧急事故除外)，如遇忽然停电，应立即拉上拉伸开关。

⑧停机前要首先停止给料，待皮带上的物料全部卸完后，才能发信号停机。多节皮带串联时，其停机顺序是从喂料端至卸料端依次停机。

⑨施工后根据维保手册，定期对维保项目进行检查维保。

3)集装箱

在隧道掌子面后方，先准备好大型集装箱(亦称车斗，容积22m³)，爆破后用大型叉车将其运到掌子面装渣，装渣完毕后，再用叉车托放到掌子面后方约300m的位置临时存放，待钻孔、喷射混凝土、锚杆作业时将集装箱运出洞外。具体工作步骤如图10~图14所示。