1、前言
    波紋擋邊帶式輸送機在國外被廣泛地應(yīng)用于煤炭、鋼鐵、化工、冶金、電力、糧食及港口等行業(yè)中。美國、德國和日本等發(fā)達國家在市政工程的隧道掘進中已采用了波紋擋邊帶式輸送機（以下簡稱該輸送機）。如美國紐約的城市地下水道工程、芝加哥著名的TARP工程的豎井采用了該輸送機運輸渣料；德國也有類似情況。日本承包商施工的新加坡一隧道工程，也采用該輸送機將開挖的廢渣從車站底部輸送至地面時，因渣料粘性使操作遇到了困難。國內(nèi)隧道掘進中還沒有使用該輸送機。
    該輸送機具有占地面積小，輸送角度大，節(jié)省設(shè)備投資和土建費用，特別適用于施工現(xiàn)場受空間和環(huán)保等條件限制的場合。但由于地質(zhì)條件的多樣性和泥土物料的特殊性等因素，它在我國隧道工程使用中，確實需要解決不同物理特性的泥土（砂性土、牯性土）卸料和清掃等難題。
2、關(guān)鍵技術(shù)的研究
    (1)確定方案
    垂直提升輸送技術(shù)可以通過多種途徑達到目的，例如用管狀帶式輸送機、刮板鏈式輸送機、箕斗和該輸送機等。它們幾乎都可輸送散狀物料，但用來輸送長條狀牯性的泥團物料時，除了必須解決卸料和清掃問題外，還得滿足隧道工程現(xiàn)場狹小的施工環(huán)境和運輸工藝要求。
    根據(jù)對上海地鐵工地泥土土質(zhì)的調(diào)研和對上述幾種輸送機械設(shè)備的綜合分析，認為管狀帶式輸送機的輸送帶由平形轉(zhuǎn)變?yōu)閳A管狀以及由水平轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪毙枰�較長的過渡段，無法滿足隧道狹小的空間要求；刮板鏈式輸送機在垂直段會掉料，若使其成為全封閉運輸，則所需電機功率將成倍增加；而箕斗運輸需要一個料倉來實現(xiàn)裝載，這在隧道內(nèi)實在是勉為其難。經(jīng)研究結(jié)果，確定采用垂直提升輸送技術(shù)。該輸送機傾角能從0°～90°之間任意布置，具有在極短的距離內(nèi)將物料從水平轉(zhuǎn)換到90°提升的能力。
    (2)輸送機布置形式
    該輸送機可實現(xiàn)在垂直面內(nèi)的變角度布置，如圖1所示。
    為了取得較好的加料及卸料效果，該輸送機采用Z型布置形式，在尾部水平段加料，在頭部水平段進行卸料。采用改向輪及改向輥組等過渡裝置，實現(xiàn)輸送機水平、垂直、再水平的轉(zhuǎn)換。機尾下水平加料段和機頭上水平卸料段可根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)其長度，以改善其加料和卸料條件。
    (3)輸送帶的結(jié)構(gòu)、形狀及連接技術(shù)
    該機輸送帶由基帶、波紋擋邊及橫隔板組成，詳見圖2所示。
    1)基帶�；鶐У耐庑闻c普通輸送帶相同，但基帶的芯層作為抗拉體材料，主要承受拉力，具有大傾角輸送的特殊要求，并且要求具有無可比擬的橫向剛性，能抗側(cè)向柔軟性（見圖3）。為預(yù)防輸送帶塌帶，確保運行穩(wěn)定性，在芯體的上下面加上特殊加強層，增加橫向剛性；在帶芯的上、下面硫化上覆蓋膠，提高使用壽命。
    2)波紋擋邊。為了使輸送帶能順利的繞過滾筒和凸、凹弧區(qū)段，以滿足輸送線路的要求，確定擋邊做成波狀，波紋擋邊粘結(jié)在基帶的兩邊。同時，為使擋邊上部不產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力，擋邊的波形采用對稱性較好的S形。
    3)橫隔板。在波紋擋邊之間的基帶上，按一定的間距連接上橫隔板，組成由基帶、波紋擋邊及橫隔板所圍成的裝料框架。橫隔板根據(jù)被輸送物料的提升角度不同，可采用不同的型式，如圖4所示。
    T型橫隔板一般適用于輸送機傾角≤40°的場合但不適合垂直提升；C型、TC型適用于輸送機傾角> 40p的場合。其中C型橫隔板卸載比較困難。為此，決定采用TC型橫隔板，經(jīng)過金屬骨架的加強，具有較高強度和剛性。它與基帶及波紋擋邊之間采用可拆式結(jié)構(gòu)，用高強度螺栓聯(lián)接。橫隔板間距與輸送量、輸送機傾角及物料塊度等諸多因素有關(guān)。要提高輸送能力，避免出現(xiàn)撒料現(xiàn)象，需要較小的隔板間距；但要取得較好的加料和卸料效果，則要求有較大的隔板間距。
    (4)粘土物料的卸料與清掃技術(shù)
    在輸送粘土物料時，僅僅依靠其重力的作用是不能將其有效地卸下，而留在輸送帶上的殘余物料被帶回回程分支，造成改向滾筒、回程托輥上積垢，導(dǎo)致輸送帶打滑、跑偏、磨損，使運行阻力增大，滾筒、托輥過早損壞，影響輸送機正常運行，放必須用清掃裝置將其清除。
    由于波紋擋邊帶具有橫隔板，或振動式兩種清掃器，可以采用噴水式。采用噴水式清掃器時，除了需要充足的水源和高壓泵外，還需要有排污系統(tǒng)或污水處理系統(tǒng)，以滿足城市施工環(huán)保要求。香港九廣鐵路西鐵建設(shè)就是使用噴水式清掃器和污水處理系統(tǒng)，但其價格甚至超過盾構(gòu)和輸送機整機的價格，達到幾千萬美元。為此，決定采用振動式清掃器。即在機頭上水平卸料段安裝了由無級訶速主動式拍打器和被動式拍打器組合而成的聯(lián)合清掃裝置。主動拍打裝置，如圖5所示，由電機、拍打器和速度控制器組成。拍打器由兩個沿圓周均布的托輥組成。工作時，電機驅(qū)動拍打器旋轉(zhuǎn)，打擊輸送帶的非工作面，接觸輸送帶的托輥表面包裹橡膠，托輥能轉(zhuǎn)動，以免與輸送帶滑動接觸而損壞帶子。電機的轉(zhuǎn)速可通過速度控制器實現(xiàn)無級調(diào)速，旋轉(zhuǎn)方向與卸載滾筒一致，拍打器的打擊速度和幅度都可調(diào)節(jié)，以取得最佳卸料效果，并可在發(fā)生共振時進行調(diào)整。
    被動拍打裝置由多個沿圓周均布的托輥組成，如圖6所示。其托輥本身不能轉(zhuǎn)動，需要通過與輸送帶之間的摩擦而轉(zhuǎn)動，間斷地沖擊輸送帶引起振動。
    兩者的工作原理都是拍打擋邊輸送帶的非工作面，將粘附在擋邊、隔板及基帶上的物料振落下來，達到清掃的目的。
    (5)波紋擋邊輸送帶的防粘技術(shù)
    通過改進生產(chǎn)工藝和表面處理，采用復(fù)合高分子材料和表面塑化工藝，增加帶子表面的光潔度，提高波紋擋邊帶的抗粘能力和卸料效果。
3、試驗臺驗證
    試驗臺由該輸送機、頭部卸料集料機和三條基本上互相垂直的轉(zhuǎn)載輸送機組成，形成泥土物料的循環(huán)輸送系統(tǒng)。整個試驗臺結(jié)構(gòu)布置如圖7所示。
    通過對地鐵施工現(xiàn)場不同特性泥土（砂性土和粘性土）的多次試驗表明，采用該輸送機垂直提升泥土物料是切實可行的。
    (1)波紋擋邊帶的特殊結(jié)構(gòu)很好地解決了普通波紋擋邊帶運輸高密度物料時經(jīng)常發(fā)生的塌帶和橫隔板彎曲問題，輸送機運行平穩(wěn)。
    (2)TC型橫隔板間距在300mm左右比較合適。若間距在200mm時，粘性塊狀泥土裝料較困難；若間距在400mm時，泥土會超出橫隔板掉下來。
    (3)采用聯(lián)合清掃裝置后，解決了卸料和清掃難題。泥土經(jīng)過卸載滾筒和主、被動拍打器的振動，在機頭水平卸料段內(nèi)落下，經(jīng)頭部卸料集料機回收，卸到轉(zhuǎn)載輸送機上，實現(xiàn)了物料的連續(xù)循環(huán)輸送。
    (4)增加機頭上水平卸料段的長度，有利于改善卸料條件。帶速越高，機頭上水平段回料越嚴重。輸送粘性較大的泥土時，在滿足運輸量的前提下，盡可能使用較低的帶速，有利于卸料。
4、應(yīng)用
    該輸送機應(yīng)用在上海某過江區(qū)間隧道(全長約2km)的盾構(gòu)快速推進后配套垂直提升連續(xù)輸送系統(tǒng)中，它由l#該輸送機、4#同步延伸帶式輸送機(最長時為2 km)和2#、3#及5#三條轉(zhuǎn)載帶式輸送機組成。其系統(tǒng)布置如圖8所示。
    整個5#輸送機和4#輸送機的機尾被安裝在盾構(gòu)后面的車架上，隨著盾構(gòu)的掘進而同步移動。盾構(gòu)挖出的泥土依次經(jīng)5# -2#輸送機運輸至1#輸送機的機尾，經(jīng)該輸送機垂直提升后直接輸送到地面集土坑。
    (1)輸送機主要技術(shù)參數(shù)
    輸送量：q=180t/h
    帶速：V=1～2.5m/s，變頻調(diào)速
    提升傾角：b=906
提升高度：H=21m
    輸送水平距離：，．-12m
    驅(qū)動功率：P= 30kW
    波紋擋邊帶型號：NN1200X(4+2)
    基帶寬：1m
    波紋擋邊高：240mm
    (2)使用情況及應(yīng)用前景
    該系統(tǒng)于2002年10月下旬開始運行，該輸送機提升泥土順利，在機尾下水平凹弧段未有積泥，卸料時泥土直接從機頭卸載滾筒處和上水平回程段落下，幾乎沒有泥土從垂直回程段掉下來。采用該輸送機連續(xù)輸送系統(tǒng)后，盾構(gòu)掘進速度從原來的平均每天7 - 8m提高到17—18m，速度提高一倍以上。到11月底，總共推進>500m，最快一天推進26m。
    該輸送機系統(tǒng)在市政隧道工程中的成功應(yīng)用，改變了地鐵建設(shè)隧道掘進后配套運輸方式，克服了傳統(tǒng)電機車間斷運輸?shù)娜毕�，解決了由于后配套運輸能力不足而嚴重制約施工進度的難題，充分發(fā)揮了盾構(gòu)的掘進能力，具有很大的市場潛力。