本文为∅2600mm土压平衡式顶管掘进机设计了一套遥控轨道电瓶车渣土转运系统，可实现对渣土进行高效快速转运的目的，具有渣土转运安全可靠、使用方便、成本低，适用性广的特点。

01整体方案设计

2600mm土压平衡式顶管掘进机刀盘直径为2600mm，管片厚度250mmm，最终得到的管道内径为2100mm。渣土转运系统包括螺旋出土机、皮带运输系统、遥控电瓶车、轨道等。螺旋出土机设置在刀盘下方，截割下来的废土渣进人螺旋出土机尾部，通过螺旋叶片的作用推送至头部出口。螺旋出土机出口下方顶管机内放置1台倾角为8°的皮带运输机A，把渣土提升转运到后方管片上的皮带运输机B，从皮带运输机B出来的废渣土在重力作用下直接进入渣土车车斗里。车斗装满后通过遥控的轨道电瓶车运送至井口，使用吊装设备把装满渣土的车斗吊起，之后放人空的车斗，电瓶车反向行进再次驶人到皮带运输机B下方，接收新的渣土。

02螺旋出土机

螺旋出土机是土压平衡顶管掘进机的关键部件，主要用于调节土仓的压力和将掘进机刀盘切削下来的泥土排出。泥土通过螺旋叶片输送、压缩，保持泥土仓土压的稳定；通过改变螺旋杆转速，控制和调节排土量，同时保持泥土仓中的土压与开挖面水、土压力的平衡，防止地面的隆起或沉降。螺旋出土机由螺杆、料槽、卸料槽、电机、减速器、传动部件等组成。为保证及时高效转运渣土，采用 ∅370mm 螺旋出土机，螺距 420mm，采用交流变频调速电机驱动，电机功率 15kW，转速 0~10rpm，出土量最大可达18mm，经现场使用试验，在保证土压压力的情况下可以满足出土要求。

螺旋出土机装配总图

03皮带运输系统

本设计采用传统的皮带运输机，皮带运输机具有输送系统输送量大、运行可靠、节能、投资及维护保养费用低等优点。皮带运输系统主要由两条不同空间高度的皮带运输机组成，其主要由机架 、电动滚筒、皮带、托辊、刮渣板等组成。

皮带运输系统

皮带运输机A

皮带运输机A放置于顶管掘进机内，跟随主机一起向前推进，皮带运输机A带宽500mm，带长6m，高度1.5m，倾斜角度8.4°，运量 40t/h。皮带运输机A把螺旋出土机转运出来的渣土提升到1.5m高度后，转运至皮带运输机B进行后续运输。

皮带运输机A

皮带运输机B

皮带运输机B放置于管片上，顶管掘进机主机后方，跟随管片向前移动。带宽500mm，分为两段，第一段为提升运输段，角度为18，带长3.6m，第二段为水平运输段，带长2.3m，采用电动滚简驱动，减少体积。水平段高度1.68m，运量40t/h。水平段下方铺设轨道，电瓶车带着渣土车车斗运行至皮带运输机B水平段下方接收渣土。皮带运输机B下部安装胶轮，可以在管片上进行推行移动，灵活调整其位置。

皮带运输机B

04遥控电瓶车

电瓶车作为必备的运输工具，关系到生产流程的正常运行，其可靠性十分重要。管道内的渣土采用遥控电瓶车运送至井口，电瓶车是一种电动有轨运输车辆，考虑到管道内空间狭小，在电瓶车设计制造过程中，对传统电瓶车进行了很大改进，降低了整体高度，台面强度进一步加强，设置了照明灯和声光报警装置，提高了使用过程中人员的安全性。

由于顶管掘进机不断向前推进，考虑到电缆输送电源不方便，因此采用蓄电池供电，蓄电池给直流牵引电机提供电力，直流电机拖动电瓶车运行。直流电机与交流电机相比有不易烧损，起动力矩大，过载能力强的优点。蓄电池提供的电能经电气系统控制电瓶车前进或后退运行，可以实现电瓶车双向行进。运行距离不受限制。电瓶车主要由车架系统、传动装置(主动轮对)、被动轮对、电气控制等组成。

车架是用4根纵梁和若干横梁及铺板焊接而成的框架结构，采用了大型槽钢作为车架的纵、横梁，采取八点承载，车架受力均匀。轨道轮对上的轴承座通过螺栓与车架连接，这种结构有效降低了台面高度。传动装置的减速机为抱轴式，放于电瓶车的一端，便于总成检修，也进一步降低了台面高度。轨道电瓶车承载重量6t，台面尺寸2550mmx1000mm，台面高185mm，运行速度 0~30m/min，采用变频调速，控制方式可以采用线控或遥控，电机功率1.5kW，供电电压 DC48V，蓄电池采用3D210/6V，加装了声光报警器。

轨道电瓶车实物图

05轨道

顶管掘进开挖圆形巷道，不适合采用胶轮车运输，因此采用轨道运输的方式。电瓶车自重1t，额定载重6t。根据电瓶车及载重重量，轨道选用P15轻轨型号。为了方便轨道铺设和保证轨距，预先在工厂车间里对轨道进行焊接加工。选用长度为6m的轻轨，截成每段2.95m长度，按照600mm的轨距，在轻轨下方用3根槽钢把2根轻轨焊接固定在一起，做成轻轨组焊件，保证了恒定的轨距槽钢下方两端按照∅2100mm的管片内径切割可以贴合管道内壁。在实际施工使用过程中，只要把轨道组件用轻轨专用夹板和螺栓连接固定，放置于管片下部圆弧上，在重力作用下轨道组件横跨在圆弧面上方即可保证平衡。

在顶管掘进机施工过程中，为了加大顶推力在一定距离设置中继间，采用油缸从中间部位进行顶进，为配合上述操作，需要把在中继间处的轨道设置为可伸缩结构。轨道可伸缩装置由3个结构件组成：内侧固定架、外侧垫块、顶部角钢。用钢板焊接一件固定架，固定架宽度尺寸与轨道组件腰部内侧距离一致，放置于轨道组焊内侧。外侧垫块采用一块加工成与轨道腰部贴合的钢板，用于贴在轨道组腰部外侧。顶部角钢采用75mmx75mmx10mm的规格型号，架在轻轨上方轨面上，另一面与外侧垫块贴合。轨道伸缩装置整体长度为中继间推进步距的1.5倍，保证有足够的行程距离而不会被拉脱。

在使用时，把内侧固定架、外侧垫块、顶部角钢与中继间后方的轨道组用螺栓连接，中继间前部的轨道组插人内侧固定架与外侧垫块、顶部角钢形成的滑轨空间内，在中继间工作时限制了轨道相对运动的自由度，确保轨道不发生偏离。当中继间顶推的时候前方轨道组跟随前方的管片一起向前推进一个步距，后方轨道组不动，由于轨道组上方有角钢支撑，所以在中继间顶推的时候电瓶车也能正常通过，不影响渣土运输。

轨道可伸缩装置实物图

06结论

这种渣土转运系统已应用于掘进施工现场，经过实践检验，该转运系统具有以下优势。

（1）可以适用于各种不同的地质施工条件，适应性广。

（2）操作简单、运行可靠、清洁方便、可重复利用，节约成本。

（3）轨道采用预制方式提前加工完成，节约了轨道现场铺设时间，铺设简单方便，只需采用螺栓和专用连接板连接固定即可，同时可以保证固定的轨距，不会对车辆运行带来不便；轨道伸缩系统可以解决中继间推进过程中轨道脱节的问题，使得在推进过程中不影响电瓶车运行。

（4）采用蓄电池电瓶车，设计遥控操作，避免电缆走线和电力供应的问题，使用灵活方便，操作人员可以远程操作，安全性高。

但是考虑到顶管掘进内部空间狭小，渣土转运直接关系到掘进施工进度，在保证运输可靠的基础上，还需要进一步提高渣土运输效率，后续可根据不同地质条件和掘进管径设计匹配性更好的渣土运输系统，进一步提高渣土转运效率。