1、引言
    在現代隧道施工中，全斷面隧道掘進機(簡稱TBM)作為一種先進的施工設備，得到了越來越廣泛的應用。TBM施工集掘進、支護、出碴于一體，具有快速、優質、安全、經濟等特點。在經歷了長時間科學論證之后，鐵道部確定秦嶺隧道（I線）采用TBM法施工，并引進2臺開挖直徑8.8 m的TBM(型號為TB880E)，這在我國鐵路隧道修建史上尚屬首次。該機在桃花鋪1號隧道進口段Rl 000 m曲線上掘進施工時，其3號膠帶輸送機發生跑偏，并一度成為施工中的焦點問題。
2 、TBM及其出碴運輸系統
    TB880E型隧道掘進機由主機、連接橋和后配套系統三大部分組成，全長256 m。主機用于破巖、裝載、轉載；后配套系統用于出碴、支護等；連接橋起主機和后配套的連接作用，并安裝有注漿系統、仰拱吊機、材料吊機、操作室、除塵風機、刀盤軸承潤滑供油站等設備。
    出碴輸送系統是掘進機的主要附屬機構之一，包括依次接力出碴的3臺膠帶輸送機。1號膠帶輸送機安裝在主機的內機架內，長約22.5 m，它直接接受刀盤切削下的石碴并轉載到2號膠帶輸送機；2號膠帶輸送機安裝在連接橋主梁內，長約29.5 m，接受1號膠帶輸送機送來的石碴并轉載到3號膠帶輸送機；3號膠帶輸送機安裝在后配套1 15號拖車上，長約160 m，接受2號膠帶輸送機送來的石碴，經移動的卸碴機卸入停在后配套拖車上的礦車中。3臺膠帶輸送機共同連續工作，完成TBM破巖后石碴從掌子面到礦車的輸送任務，因此，出碴輸送系統的運行正常與否直接影響TBM的掘進作業。
3、TBM膠帶輸送機曲線運行存在的問題
    西安至南京鐵路桃花鋪1號隧道全長7 234 m，是全線的重點控制工程，其進口段755.32 m位于Rl 000 m的曲線上。TBM在此曲線上掘進時，由于其3號膠帶輸送機長度較大，且輸送機的支架均剛性地安裝在后配套拖車上。當后配套系統位于隧道進口曲線段時，輸送機機架亦呈曲線狀態，此時假如將3號膠帶輸送機的膠帶拉直，則膠帶中心線與輸送機支架中心線的最大偏離將達4060 mm，因此，3號膠帶輸送機發生嚴重跑偏而無法正常運行。
4、墊高膠帶輸送機內側防跑偏實施方案
    施工現場提出了幾種防跑偏方案：(1)直接用2號膠帶輸送機出碴。該方案可以滿足TBM掘進出碴，但TBM正常的作業工序被打亂，施工進度將被嚴重制約。(2)改造3號膠帶輸送機，增加膠帶輸送機數量，實現接力出碴。該方案能滿足正常的出碴和正常的施工工序，但資金投入較大。(3)采用國外專利產品實現3號膠帶輸送機的出碴。采用美國朗艾道亞洲公司(LONG - AIRDOX)的專利產品——水平轉彎托輥，將原3號膠帶輸送機改造為水平彎曲帶式輸送機。這種類型的托輥可以使輸送機的彎曲半徑減小至150 m。該方案顯然優于前2種方案，能滿足正常的出碴和TBM正常的施工工序，但投入費用亦很大，僅購置費用大約在100萬元左右。
    綜合以上方案，經過現場勘察和對3號膠帶輸送機進行曲線運行受力分析，最終確定采取墊高膠帶輸送機內側來防止膠帶輸送機跑偏的措施。
4.1防跑偏的基本原理
    3號膠帶輸送機在曲線上運行時跑偏的直接原因就是膠帶張力在膠帶輸送機橫向方向的分力己超過膠帶與托輥之間的摩擦力。因此，通過適當墊高膠帶輸送機內側使膠帶重力在膠帶輸送機橫向方向產生分力（作用方向與膠帶張力的橫向分力方向相反），同時墊高膠帶輸送機內側可利用膠帶張力增大膠帶與托輥之間的摩擦力，以達到平衡膠帶受力，消除跑偏現象的目的。
    為此，在分析了各個關鍵點的張力后，根據現場3號膠帶輸送機的布置就可以通過受力平衡計算確定膠帶輸送機機架內側各部位的墊高尺寸。
4.2膠帶輸送機及膠帶基本參數（表1）
4.3膠帶受力計算
    (1)膠帶輸送機的計算載荷
    單位長度均布載荷G：2 260 N/m，石碴的堆積密度按1 700 kg/m3計算；單位長度膠帶自重q=225.3 N/m;上部槽型托輥折算到單位長度上的重量qi= 538 N/m;下部平托輥折算到單位長度上的重量q2= 215 N/m;承載段阻力wc=26 699 N；空載段阻力Wk =1 373 N；回程邊阻力Wh=4 224 N。
(2)膠帶輸送機各關鍵點的張力計算（采用逐點計算法）
    根據皮帶張緊裝置張力可計算出膠帶輸送機各關鍵點的張力。最小張力（驅動滾筒與膠帶分離點）S1=10.8~ 21.6 kN;張緊滾筒與膠帶相遇點張力S，= SI+ Wh=15 024~ 25 824 N；張緊滾筒阻力W=0.07 S2=1 800 N；張緊滾筒與膠帶分離點張力S3=S2+W= 16 824~ 27 624 N；最大張力（驅動滾筒與膠帶相遇點）S4= S3+W+Wk= 44 914~ 55 696 N。
4.4膠帶輸送機內側各部位墊高尺寸確定
    3號膠帶輸送機在曲線上運行時膠帶所受的力主要有膠帶張力引起的橫向分力、膠帶重力、上部托輥的摩擦力、曲線上運行所產生的離心力（離心力很小可忽略不計）。
    設膠帶輸送機的曲線內側墊高h時，膠帶輸送機機架的橫向傾角（抬升角）為y；膠帶張緊力為S，曲線半徑為R，膠帶與托輥之間的摩擦系數為f。
    墊高方案的實施是通過在輸送機機架與拖車連接法蘭之間增加墊塊實現的。墊塊有5mm.10 mm.20 mm等3種厚度規格，形狀與連接法蘭一致，每一厚度規格墊塊的數量根據需墊高部位的連接法蘭數確定。
4.5膠帶輸送機曲線運行時的其他輔助措施
    (1)卸碴機僅在3號膠帶輸送機尾部30 m范圍內移動，同時礦車移動配合裝碴。
    (2)適當減小膠帶張緊力，因為適當減小皮帶張力，有助于減輕跑偏。
    (3)盡量減小皮帶與托輥處雜物及水分，以增大摩擦。
    (4)進入直線段的膠帶輸送機部分依次取消墊塊。
5、膠帶輸送機曲線運行結果及效益分析
    通過墊高膠帶輸送機內側方案的實施，3號膠帶輸送機在桃花鋪1號隧道進口IDK194+170~IDK194+ 925 .32段755.32 m的Rl 000 m曲線上運行效果良好，滿足了TBM快速性、同時性、連續性的作業要求，由曲線段進入直線段過渡良好，未出現膠帶跑偏現象。實施方案費用低廉，僅用8 900元，為企業節約了大量的資金，經濟效益顯著，同時為TB880E的3號膠帶輸送機在曲線上運行積累了寶貴的經驗，對類似問題的解決具有很重要的借鑒價值。