波紋擋邊帶式輸送機(jī)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(dá)國家在市政工程的隧道掘進(jìn)中已采用了波紋擋邊帶式輸送機(jī)（以下簡稱該輸送機(jī)）。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(jī)運(yùn)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(jī)將開挖的廢渣從車站底部輸送至地面時(shí)，因渣料粘性使操作遇到了困難。國內(nèi)隧道掘進(jìn)中還沒有使用該輸送機(jī)。
該輸送機(jī)具有占地面積小，輸送角度大，節(jié)省設(shè)備投資和土建費(fèi)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(shí)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(dá)到目的，例如用管狀帶式輸送機(jī)、刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、箕斗和該輸送機(jī)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(tuán)物料時(shí)，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(yùn)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(jī)械設(shè)備的綜合分析，認(rèn)為管狀帶式輸送機(jī)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^長的過渡段，無法滿足隧道狹小的空間要求；刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)在垂直段會(huì)掉料，若使其成為全封閉運(yùn)輸，則所需電機(jī)功率將成倍增加；而箕斗運(yùn)輸需要一個(gè)料倉來實(shí)現(xiàn)裝載，這在隧道內(nèi)實(shí)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(jī)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(jī)布置形式
該輸送機(jī)可實(shí)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(jī)采用Z型布置形式，在尾部水平段加料，在頭部水平段進(jìn)行卸料。采用改向輪及改向輥組等過渡裝置，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)水平、垂直、再水平的轉(zhuǎn)換。機(jī)尾下水平加料段和機(jī)頭上水平卸料段可根據(jù)實(shí)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(jī)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。基帶的外形與普通輸送帶相同，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(yùn)行穩(wěn)定性，在芯體的上下面加上特殊加強(qiáng)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(shí)，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(jī)傾角≤40°的場合但不適合垂直提升；C型、TC型適用于輸送機(jī)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(qiáng)，具有較高強(qiáng)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(qiáng)度螺栓聯(lián)接。橫隔板間距與輸送量、輸送機(jī)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(shí)，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(yùn)行阻力增大，滾筒、托輥過早損壞，影響輸送機(jī)正常運(yùn)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(dòng)式兩種清掃器，可以采用噴水式。采用噴水式清掃器時(shí)，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(jià)格甚至超過盾構(gòu)和輸送機(jī)整機(jī)的價(jià)格，達(dá)到幾千萬美元。為此，決定采用振動(dòng)式清掃器。即在機(jī)頭上水平卸料段安裝了由無級(jí)訶速主動(dòng)式拍打器和被動(dòng)式拍打器組合而成的聯(lián)合清掃裝置。主動(dòng)拍打裝置，如圖5所示，由電機(jī)、拍打器和速度控制器組成。拍打器由兩個(gè)沿圓周均布的托輥組成。工作時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)，以免與輸送帶滑動(dòng)接觸而損壞帶子。電機(jī)的轉(zhuǎn)速可通過速度控制器實(shí)現(xiàn)無級(jí)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(shí)進(jìn)行調(diào)整。
被動(dòng)拍打裝置由多個(gè)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(dòng)，需要通過與輸送帶之間的摩擦而轉(zhuǎn)動(dòng)，間斷地沖擊輸送帶引起振動(dòng)。
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(dá)到清掃的目的。
(5)波紋擋邊輸送帶的防粘技術(shù)
通過改進(jìn)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(yàn)臺(tái)驗(yàn)證
試驗(yàn)臺(tái)由該輸送機(jī)、頭部卸料集料機(jī)和三條基本上互相垂直的轉(zhuǎn)載輸送機(jī)組成，形成泥土物料的循環(huán)輸送系統(tǒng)。整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)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(yàn)表明，采用該輸送機(jī)垂直提升泥土物料是切實(shí)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(yùn)輸高密度物料時(shí)經(jīng)常發(fā)生的塌帶和橫隔板彎曲問題，輸送機(jī)運(yùn)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(shí)，粘性塊狀泥土裝料較困難；若間距在400mm時(shí)，泥土?xí)鰴M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(dòng)拍打器的振動(dòng)，在機(jī)頭水平卸料段內(nèi)落下，經(jīng)頭部卸料集料機(jī)回收，卸到轉(zhuǎn)載輸送機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了物料的連續(xù)循環(huán)輸送。
(4)增加機(jī)頭上水平卸料段的長度，有利于改善卸料條件。帶速越高，機(jī)頭上水平段回料越嚴(yán)重。輸送粘性較大的泥土?xí)r，在滿足運(yùn)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(jī)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(jìn)后配套垂直提升連續(xù)輸送系統(tǒng)中，它由l#該輸送機(jī)、4#同步延伸帶式輸送機(jī)(最長時(shí)為2 km)和2#、3#及5#三條轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)組成。其系統(tǒng)布置如圖8所示。
整個(gè)5#輸送機(jī)和4#輸送機(jī)的機(jī)尾被安裝在盾構(gòu)后面的車架上，隨著盾構(gòu)的掘進(jìn)而同步移動(dòng)。盾構(gòu)挖出的泥土依次經(jīng)5# -2#輸送機(jī)運(yùn)輸至1#輸送機(jī)的機(jī)尾，經(jīng)該輸送機(jī)垂直提升后直接輸送到地面集土坑。
(1)輸送機(jī)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(dòng)功率：P= 30kW
波紋擋邊帶型號(hào)：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(yùn)行，該輸送機(jī)提升泥土順利，在機(jī)尾下水平凹弧段未有積泥，卸料時(shí)泥土直接從機(jī)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(jī)連續(xù)輸送系統(tǒng)后，盾構(gòu)掘進(jìn)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(jìn)>500m，最快一天推進(jìn)26m。
該輸送機(jī)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(jìn)后配套運(yùn)輸方式，克服了傳統(tǒng)電機(jī)車間斷運(yùn)輸?shù)娜毕�，解決了由于后配套運(yùn)輸能力不足而嚴(yán)重制約施工進(jìn)度的難題，充分發(fā)揮了盾構(gòu)的掘進(jìn)能力，具有很大的市場潛力。
