淺談錦屏二級水電站長距離空間曲線皮帶機(jī)的功能及施工調(diào)試

吳 健， 韓 銳

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 611130)

1 概述

錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河灣上，工程樞紐主要由首部低閘、引水系統(tǒng)、尾部地下廠房三大部分組成，為一低閘、長隧洞、大容量引水式電站。每條引水隧洞長約為16．7 km，電站布置形式為4洞8機(jī)，單機(jī)容量600 MW，電站總裝機(jī)容量為4800MW。為減輕公路運輸壓力、減少洞內(nèi)渣料及成品骨料運輸成本，該工程采用帶式輸送系統(tǒng)進(jìn)行運輸，其中有兩條為上下疊加的立體長距離空間曲線膠帶機(jī)，長度為5．9km，在下層皮帶機(jī)上實現(xiàn)返程運輸成品骨料功能。

帶式輸送系統(tǒng)洞渣總輸送能力大于4600t/h，每線皮帶額定運輸能力不低于2300t/h;成品骨料返送運輸強(qiáng)度大于400t/h，共需運輸成品骨料約500～600萬t，其中洞渣輸送系統(tǒng)有15套皮帶機(jī)，線路總長7300m，總驅(qū)動功率6886kW，最大輸送能力5600t/h，帶速為0～3．5m/s;骨料輸送系統(tǒng)有8套皮帶機(jī)，線路總長6395m，總驅(qū)動功率360kW(不含空間立體長距離膠帶機(jī))，最大輸送能力為600t/h，最大帶速為3m/s。空間立體長距離膠帶機(jī)最大爬坡度為14°，垂直向最小曲線度為600m，最小轉(zhuǎn)彎半徑為1000m。

錦屏二級水電站空間立體長距離膠帶機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)1#、3#、施工排水洞3臺TBM 掘進(jìn)機(jī)開挖洞渣及成品骨料的運輸任務(wù)。該系統(tǒng)洞渣皮帶機(jī)運輸起于東引2#施工支洞與1#引水隧洞的交叉口，水平布置兩條長約1．1km的曲線皮帶，在2#施工支洞洞口與高線公路外側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)折塔，以轉(zhuǎn)折塔為起點，在同一結(jié)構(gòu)架上分別布置上、下兩層、長度約5．9km的長距離膠帶機(jī)。在轉(zhuǎn)折塔經(jīng)大水溝懸吊橋升至大水溝山頂，順大水溝山依勢而下轉(zhuǎn)至輔助洞的上方，從輔助洞洞口的臨時營地與周家坪變電所之間穿過，爬坡至鍋膛巖山頂，俯跨1#橋至高線公路外側(cè)后又經(jīng)2#橋到達(dá)4#營地，膠帶機(jī)穿過4#營地后總體順公路走向布置(期間跨越3#橋)，通過1．8km長的模薩溝皮帶洞而終于其出口的轉(zhuǎn)折塔。TBM渣料在皮帶機(jī)出口轉(zhuǎn)折塔經(jīng)45m長的皮帶運至另一轉(zhuǎn)折塔，后經(jīng)坡度為14°的雙線皮帶運至高程1600m平臺卸料點。

模薩溝砂石系統(tǒng)位于模薩溝皮帶機(jī)隧洞南方的開闊地，加工好的砂石料從膠帶機(jī)隧洞出口處進(jìn)入膠帶機(jī)下層，然后經(jīng)返程皮帶運輸至2#施工支洞口轉(zhuǎn)折塔。砂石料在2#施工支洞口轉(zhuǎn)折塔卸至4m長的短皮帶，后經(jīng)143m、36m、243m長的皮帶到達(dá)位于高程1620m的可逆行走卸料皮帶進(jìn)入料倉。在2#施工支洞口轉(zhuǎn)折塔處設(shè)置一臨時卸料倉，在長距離膠帶機(jī)故障或檢修時，汽車可通過臨時卸料倉卸料到高線骨料運輸皮帶上，運輸至可逆卸料皮帶上成品料倉。

2 設(shè)計功能

為保證渣料運輸及返程帶料正常工作，錦屏二級水電站皮帶機(jī)系統(tǒng)設(shè)計時考慮到各種復(fù)雜工況，其設(shè)計功能先進(jìn)。主要包含以下功能。

2．1 渣料運輸保障系統(tǒng)

2．1．1 來料稱量及渣料自動切換系統(tǒng)

在每臺TBM后續(xù)皮帶機(jī)尾端設(shè)有稱量系統(tǒng)，在返程皮帶上設(shè)有帶速測速系統(tǒng)，中控臺自動根據(jù)重量的疊加調(diào)整洞內(nèi)主皮帶機(jī)的運量，主要控制程序如下:

當(dāng)3臺TBM來料重量超過一條洞內(nèi)主皮帶額定運量時，自動將一臺TBM的來料通過各節(jié)點料斗下部設(shè)置的可逆板式皮帶機(jī)切換至另一條主皮帶機(jī)，以免皮帶機(jī)過載。當(dāng)洞內(nèi)皮帶機(jī)只有一條運行時，稱量系統(tǒng)測定已不能滿足要求，另一條皮帶機(jī)自動啟動;如另一條皮帶機(jī)發(fā)生故障無法啟動，則按設(shè)定的進(jìn)度重要程度順序自動停止其中一臺TBM的掘進(jìn);當(dāng)其同等重要時，信號自動反饋至TBM操作系統(tǒng)，給出控制進(jìn)度信號，以免停機(jī)。

2．1．2 運輸保證系統(tǒng)

由于皮帶機(jī)運輸距離長，為保證洞內(nèi)TBM掘進(jìn)機(jī)的正常出料及成品骨料的運輸，設(shè)計有以下保證系統(tǒng)。

(1)渣料運輸保證系統(tǒng)。

洞內(nèi)節(jié)點處設(shè)有板式可逆皮帶機(jī)自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，當(dāng)一條皮帶機(jī)線路出現(xiàn)故障時，自動將渣料轉(zhuǎn)換到另一條皮帶機(jī)線路上進(jìn)行運輸。在洞口設(shè)有應(yīng)急卸料系統(tǒng)，當(dāng)前方長距離兩條皮帶機(jī)都出現(xiàn)故障時，在洞口通過犁式卸料器將渣料卸至應(yīng)急卸料系統(tǒng)進(jìn)行卸料。在長距離皮帶機(jī)末端設(shè)有可逆轉(zhuǎn)料皮帶機(jī)，當(dāng)前方一條皮帶機(jī)出現(xiàn)故障時，自動將渣料轉(zhuǎn)換至另一條皮帶機(jī)運輸。在系統(tǒng)末端設(shè)有汽車裝料系統(tǒng)，當(dāng)汽車來不及裝料時，還設(shè)有應(yīng)急卸料系統(tǒng)，以保證末端卸料的正常進(jìn)行。在角度較大部位設(shè)有渣料防下滑裝置。

(2)成品骨料運輸保證系統(tǒng)。

在洞口轉(zhuǎn)折塔下設(shè)有應(yīng)急卸料系統(tǒng)，當(dāng)長距離膠帶機(jī)出現(xiàn)故障時，通過汽車運輸至轉(zhuǎn)折塔進(jìn)入高線皮帶機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行成品骨料運輸。在帶式輸送系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可用汽車運輸至應(yīng)急卸料系統(tǒng)。

2．2 安全保障系統(tǒng)的設(shè)計

為保證人身、設(shè)備安全，系統(tǒng)設(shè)計有以下保障系統(tǒng)。

(1)沿線設(shè)計有拉線開關(guān)，如出現(xiàn)緊急情況，在任何地方都可以拉開關(guān)，整個系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)。

(2)在系統(tǒng)沿線皮帶機(jī)容易跑偏部位設(shè)有跑偏報警裝置。當(dāng)皮帶跑偏15°時，在中控室報警;當(dāng)跑偏超過30°時，系統(tǒng)自動停機(jī);整個系統(tǒng)跑偏位置在中控室顯示，以幫助維護(hù)人員進(jìn)行處理。

(3)在每條皮帶機(jī)驅(qū)動部位布置有檢修開關(guān)及事故開關(guān)。當(dāng)人員在檢修時，關(guān)閉開關(guān)，取出鑰匙，皮帶機(jī)將無法啟動，以保證人員安全。

(4)在較高的2#橋設(shè)有避雷裝置，以保證系統(tǒng)安全。

(5)皮帶機(jī)過4#營地時由于距樓房近而設(shè)置有隔音裝置，并保證噪音在規(guī)范規(guī)定之內(nèi)。

(6)為保證風(fēng)季橋梁的安全，在懸索橋部位設(shè)計有風(fēng)纜。

3 工程施工

錦屏二級水電站帶式輸送系統(tǒng)的施工主要包括:土建、金結(jié)、設(shè)備安裝、電氣等，筆者主要介紹洞內(nèi)懸掛式皮帶機(jī)基礎(chǔ)施工及1#橋安裝情況。

3．1 洞內(nèi)懸掛式皮帶機(jī)基礎(chǔ)施工

由于錦屏二級水電站洞內(nèi)交通繁忙，道路布置有無軌運輸及有軌運輸，兩條平行皮帶機(jī)無法在地面布置，故工程皮帶機(jī)及節(jié)點卸料系統(tǒng)采用懸掛式皮帶機(jī)?？紤]渣料、設(shè)備、人員等全部負(fù)荷的情況，通過靜力學(xué)計算，錨桿用φ25二級鋼筋，抗拉強(qiáng)度不低于1080MPa，錨桿抗拉強(qiáng)度為75 kN，實際張拉強(qiáng)度試驗值大于100kN。鉆孔孔徑為100mm，采用水泥固結(jié)灌漿。施工時，垂直錨桿對懸掛鋼結(jié)構(gòu)桁架進(jìn)行垂直調(diào)節(jié)，水平錨桿對水平方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，錨桿按6m長進(jìn)行布置，并保證每榀桁架不少于2個垂直錨桿。

3．2 1#橋的安裝施工

1#橋為高塔架支撐橋，共有6座高塔架，鋼結(jié)構(gòu)橋跨度為236m，塔架間距為48m，塔架最高58m、最低約15m，塔架之間架設(shè)皮帶機(jī)桁架。該橋為曲線布置，轉(zhuǎn)彎半徑為1300m，俯角約8°且同時存在空間曲線，因地形位置特殊而無法用吊車或其他常規(guī)起吊設(shè)備進(jìn)行安裝，為此，1#皮帶機(jī)鋼結(jié)構(gòu)橋的安裝施工是工程施工的難點，該工程采用了大跨度曲線鋼結(jié)構(gòu)桁架頂推法進(jìn)行安裝施工(圖1)。

圖1 頂推安裝法示意圖

頂推安裝的主要設(shè)備有1臺5t卷揚機(jī)、1個8倍率的滑輪組、兩個導(dǎo)向滑輪;主要工裝有支撐滾輪、導(dǎo)向滾輪、牽引鼻子。在每個立柱上安裝有兩對“支撐滾輪”、一對“導(dǎo)向滾輪”，支撐滾輪既作為皮帶機(jī)鋼結(jié)構(gòu)桁架安裝完成后的支撐點，又作為安裝時的工裝，導(dǎo)向滾輪僅作為工裝使用。其主要施工方法如下:

(1)在110．016+16 ～110．012 之間架設(shè) 5t走線作為橋梁立柱的安裝運輸工具;

(2)先將立柱部件組裝完成，利用走線將立柱部件運輸至安裝位置進(jìn)行安裝;

(3)在110．016～16～110．016之間設(shè)置8倍率滑輪組，卷揚機(jī)牽引力5t，滑輪組牽引力40t作為橋梁平移法施工動力;

(4)在110．012處設(shè)置8倍率滑輪組，卷揚機(jī)牽引力5t，滑輪組牽引力40t作為牽引導(dǎo)向及牽引過程中的防滑繩;

(5)地面上組裝橋梁牽引鼻子，將牽引鼻子吊運至110．016+16～110．016之間，連接牽引繩和防滑繩，將牽引鼻子向上牽引至合適位置;

(6)牽引過程中由專人指揮，協(xié)調(diào)牽引卷揚機(jī)與防滑卷揚機(jī)的配合，牽引過程中將防滑滑輪組牽引力控制在10t左右，通過觀察牽引滑輪組及防滑鋼絲繩的松弛狀態(tài)確定兩滑輪組牽引力是否恰當(dāng);

(7)牽引至合適位置后收緊防滑滑輪組并將位置在110．016處的防滑卡板提起，防止橋梁桁架下滑，然后將牽引卷揚機(jī)松開，準(zhǔn)備下一個牽引過程;

(8)吊運一個橋梁桁架安裝單元與牽引鼻子連接，將牽引卷揚機(jī)與橋梁桁架連接，松開防滑卡板，開始下一個牽引過程;

(9)重復(fù)(7)～(8)過程，完成整個橋梁桁架的牽引，最后將防滑卡板拆除并永久固定，完成橋梁安裝。

4 系統(tǒng)調(diào)試

皮帶機(jī)的設(shè)備調(diào)試包括機(jī)械設(shè)備調(diào)試及電氣設(shè)備調(diào)試。帶式輸送系統(tǒng)調(diào)試的主要內(nèi)容為:單條皮帶機(jī)調(diào)試、單線皮帶機(jī)空載調(diào)試、雙線皮帶機(jī)雙線聯(lián)合調(diào)試、返程帶料系統(tǒng)空載調(diào)試、單線皮帶機(jī)荷載調(diào)試、雙線皮帶機(jī)荷載聯(lián)合調(diào)試及返程帶料系統(tǒng)荷載調(diào)試與試運行。

4．1 單條皮帶機(jī)的調(diào)試

單條皮帶機(jī)的調(diào)試在對應(yīng)的中控室中進(jìn)行，主要調(diào)試帶速、張緊裝置，測試電機(jī)的扭矩，調(diào)整皮帶跑偏、安全功能、故障顯示功能等。

(1)短暫啟動后停止，檢查啟動時電機(jī)是否正常，皮帶沿線是否正常，然后停止。

重新啟動后監(jiān)測不同帶速下的電機(jī)扭矩;在不同帶速下，調(diào)整張緊裝置的行程;沿線檢查皮帶的跑偏情況，對跑偏位置的托輥及托輥支架進(jìn)行調(diào)整。

(2)安全功能的調(diào)試。通過調(diào)試，使設(shè)計設(shè)置的安全功能得以實現(xiàn)。

防跑偏功能調(diào)試:測試并調(diào)節(jié)皮帶防跑偏裝置輪桿偏移10°時皮帶機(jī)預(yù)警裝置啟動報警，偏移25°時皮帶機(jī)停機(jī)并報警;檢查側(cè)導(dǎo)輥并對不起作用的側(cè)導(dǎo)輥進(jìn)行調(diào)整或更換，對跑偏較大的部位適當(dāng)增加側(cè)導(dǎo)輥的數(shù)量。

緊急停機(jī)調(diào)試:檢查拉線開關(guān)動作時皮帶機(jī)是否停止，調(diào)整或更換不滿足要求的拉線開關(guān)，調(diào)整好拉線的松緊度;按下緊急停機(jī)按鈕皮帶機(jī)應(yīng)停止，調(diào)整或更換不滿足要求的急停按鈕。

檢修功能測試:用鑰匙將檢修開關(guān)鎖定，檢查鎖定可靠性并調(diào)整或更換不滿足要求的檢修開關(guān)。

(3)故障顯示功能的調(diào)試:逐項檢查跑偏開關(guān)、拉線開關(guān)、檢修開關(guān)、急停按鈕等動作時顯示的IP地址是否正確，并對顯示不正確的IP地址重新設(shè)定。

(4)對長距離空間曲線皮帶機(jī)運行時調(diào)整重錘張緊裝置各限位傳感器的位置。

長距離空間皮帶機(jī)采取多電機(jī)機(jī)頭機(jī)尾同時驅(qū)動，對機(jī)頭及機(jī)尾電機(jī)需從電機(jī)的啟動時間同步，電機(jī)的轉(zhuǎn)速同步，電機(jī)的輸出扭矩基本相同進(jìn)行測試、檢查、調(diào)整，達(dá)到電機(jī)同步的目的。

(5)各設(shè)備運行的檢查:在調(diào)試中檢查各設(shè)備的運行情況，主要包括電機(jī)、減速器、滾筒、托輥、張緊裝置、清掃器等的運行是否正常。

4．2 單線皮帶機(jī)的空載調(diào)試

各單條皮帶機(jī)調(diào)試完成后，在主控中控室進(jìn)行單線皮帶機(jī)空載調(diào)試，各單條皮帶機(jī)已調(diào)試的項目不再作為單線皮帶機(jī)空載調(diào)試的主要內(nèi)容。

(1)首先檢查各單條皮帶機(jī)中控室與主控中控室的通訊是否正常。

(2)正常啟停機(jī)調(diào)試:正常啟動時，模薩溝尾端皮帶首先啟動，各皮帶逐級啟動至2#施工支洞內(nèi)各節(jié)點可逆皮帶，并向TBM發(fā)出皮帶正常運行信號;正常停機(jī)時，按正常啟動時的逆順序逐級停止皮帶機(jī)的運行，檢查并調(diào)試皮帶機(jī)的啟停順序與程序設(shè)計一致，同時檢查皮帶機(jī)逐級停止時的時間間隔可調(diào)。

(3)緊急停機(jī)和故障停機(jī)調(diào)試:在任一位置拉動拉線開關(guān)，緊急停機(jī)啟動，沿線皮帶機(jī)同時停止;在任一位置按下急停按鈕，緊急停機(jī)啟動，沿線皮帶機(jī)同時停止;人為給定一個故障信號，故障皮帶機(jī)及其后方皮帶機(jī)相應(yīng)停止，前方皮帶機(jī)保持運行。

4．3 雙線皮帶機(jī)的空載聯(lián)合調(diào)試

完成單線皮帶機(jī)的調(diào)試后，進(jìn)行雙線皮帶機(jī)的聯(lián)合調(diào)試，各單線皮帶機(jī)已調(diào)試完成的項目不再作為雙線皮帶機(jī)空載聯(lián)合調(diào)試時的主要內(nèi)容。

(1)檢查3臺TBM延伸皮帶尾端的稱量系統(tǒng)是否可調(diào)并在主控中控室上顯示。

(2)啟動雙線皮帶機(jī)運行，人為設(shè)定稱量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，檢查中控室是否判斷每條皮帶機(jī)的輸送渣量并啟動可逆皮帶的反向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)TBM渣料合理分配的功能。

(3)啟動雙線皮帶機(jī)運行，人為操作任一條單線皮帶機(jī)的緊急停機(jī)或故障停機(jī)，中控室應(yīng)自動切換向故障皮帶卸料的節(jié)點可逆皮帶反向旋轉(zhuǎn)，將3臺TBM渣料集中到一條皮帶上。同時，TBM應(yīng)能接收到故障皮帶機(jī)停止運行的信號。

(4)啟動雙線皮帶機(jī)運行，人為操作末端其中的一條皮帶機(jī)停止運行，中控室應(yīng)自動控制末端可逆皮帶機(jī)移動并反向運轉(zhuǎn)，將渣料集中到運行的皮帶機(jī)上。3臺TBM應(yīng)能接收到停止運行皮帶機(jī)的停機(jī)信號。

(5)將稱量系統(tǒng)數(shù)據(jù)歸零后，用人工干預(yù)的方式校正各節(jié)點的稱量系統(tǒng)。

4．4 返程帶料皮帶機(jī)的空載調(diào)試

(1)設(shè)定長距離皮帶機(jī)正在運行輸送TBM渣料，啟動返程帶料系統(tǒng)運行，從成品砂石料倉的皮帶至沿線皮帶逐級啟動;正常停止返程帶料時，除長距離皮帶機(jī)繼續(xù)運行外，其它與輸送成品砂石料有關(guān)的皮帶機(jī)逐級停止。

長距離皮帶機(jī)不輸送TBM渣料時，啟動返程帶料系統(tǒng)運行，從成品砂石料倉皮帶至沿線皮帶逐級啟動;正常停止返程帶料時，與輸送成品砂石料的皮帶逐級停止(包括長距離皮帶機(jī)也停止運行)。

(2)設(shè)定長距離皮帶機(jī)正在運行輸送TBM渣料，啟動返程帶料系統(tǒng)運行。人為設(shè)定高線帶料系統(tǒng)中的任何一條皮帶機(jī)故障，除長距離皮帶機(jī)正常運行外，故障皮帶機(jī)及其后方皮帶機(jī)相應(yīng)停止，前方皮帶機(jī)保持運行。

(3)人為設(shè)定長距離皮帶故障或檢修，調(diào)試汽車卸料倉皮帶機(jī)至成品砂石料倉皮帶機(jī)的啟動和停止，與長距離皮帶機(jī)不關(guān)聯(lián)。

4．5 單線皮帶機(jī)的荷載調(diào)試

(1)檢查各種荷載下各部位電機(jī)、滾筒、清掃器、溢出裝置工作是否正常。

(2)在各種荷載下，特別是在滿負(fù)荷的情況下調(diào)整張緊裝置的配重和限位，使其既能滿足空載，也能滿足滿負(fù)荷運行下的工作工況。

(3)在各種荷載下調(diào)整皮帶機(jī)的跑偏，選擇能基本滿足各種荷載防跑偏的托輥和托輥支架的最佳位置。

(4)檢查皮帶機(jī)輸送大粒徑泥水渣料時的效果并做適當(dāng)調(diào)整。

(5)檢查轉(zhuǎn)彎處是否掉渣以及是否污染返程帶料皮帶，發(fā)現(xiàn)有掉料的地方對成品砂石料皮帶上部進(jìn)行封閉。

(6)在對長距離皮帶機(jī)實施荷載調(diào)試時，進(jìn)行返程帶料的調(diào)試。

4．6 雙線皮帶機(jī)荷載聯(lián)合調(diào)試

(1)系統(tǒng)尾端皮帶可逆運行時，檢查可逆皮帶移動位置是否準(zhǔn)確并加以調(diào)整。

(2)洞內(nèi)節(jié)點可逆皮帶及系統(tǒng)尾端移動式可逆皮帶在各種預(yù)設(shè)工況下是否能正確自動切換。

4．7 帶式輸送系統(tǒng)的試運行

為驗證帶式輸送系統(tǒng)的連續(xù)工作性能，在額定輸送能力工況進(jìn)行連續(xù)72h運行，在72h內(nèi)因故停機(jī)，重新計算72h試運行時間。當(dāng)TBM的出渣量和返程帶料的砂石料量不滿足額定輸送能力時，按當(dāng)時的實際情況進(jìn)行連續(xù)72h試運行并切換兩條單線皮帶機(jī)的渣量，使得每一條單線皮帶機(jī)能夠按額定輸送能力連續(xù)運行或可達(dá)到的輸送能力連續(xù)運行。

5 結(jié)語

錦屏二級水電站長距離空間曲線皮帶機(jī)通過參建各方的努力，采取了有力的管理辦法，順利實現(xiàn)了其所有設(shè)計功能。帶式輸送系統(tǒng)共完成運送渣料482萬t，成品骨料運輸475萬t，滿足了工程施工的需要，為確保錦屏二級水電站按期發(fā)電起到了重要的保障作用。