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1、*盾构机对*地铁*号线*标的适应性评价1 概述2 工程概况3 工程重难点4 盾构机主要系统适应性评价针对以上工程特性，选用两台海瑞克复合式土压平衡盾构机完成盾构隧道施工。主要技术参数如下：盾构机主要性能参数表序号名称技术参数备注一管片设计外径6,000mm内径5,400mm管片长度1,500mm分布3+2+1二盾体前盾体外径/长度6250 mm /1.7m中盾体外径/长度6240 mm /2.8m盾尾外径/长度6230 mm /3.7m盾尾油脂管数量12个(2x6)DN25盾尾密封3排钢丝刷盾尾注浆口4个4个备用DN50盾构类型复合式土压平衡盾构最小水平转弯半径250m最大工作压力4.5bar
2、三推进油缸数量30个10组双缸+10个单缸分组数量4组最大推进力39,914kN350bar行程2,200mm伸出速度80mm/min所有油缸缩回速度1,800mm/min一组油缸四绞接油缸类型被动式数量14个行程150mm五刀盘型式装配有滚刀式直径6,280mm旋转方向左/右刀具4把中心双刃滚刀,31把单刃滚刀,50把刮刀,8把铲刀,1把仿形刀2把刮刀带有液压磨损检测器六刀盘驱动装置型式液压回转驱动液压马达数量8个额定转矩6,228kNm最大脱困扭矩7,440kNm转速4.4rpm功率945kW3x315kW主轴承型式固定式主轴承外径2,600mm主轴承寿命10,000小时根据ISO281L
3、10七人闸数量1个型式双仓式直径1,600mm工作压力4.5bar人数(容纳)3+2主室/紧急室八管片安装器型式中空旋转式抓紧系统机械式自由度6旋转角度+/-200比例控制举升油缸行程1,000mm比例控制纵向移动行程2,000mm比例控制控制装置无线控制九螺旋输送机型式有轴螺旋式直径800mm功率250kW最大脱困扭矩224kNm转速0到22.7rpm无级调速输送量450m3/h螺距630mm出料口闸门2个土压计2个十皮带输送机驱动电动带宽800mm最大输送量450m3/h十一后配套设施台车数量5+连接桥在轨道上行进,开式结构砂浆注浆泵2个流量10m3/h压力测量装置4个砂浆罐1个容量7m3
4、带搅拌器膨润土注浆泵1个10m3/h膨润土储存罐1个4m3带空气搅拌器泡沫发生器6个泡沫泵6台空压机2台30kW;7.5bar;5m3/min高压空气储存罐1个1,000ltr主驱动装置润滑泵1个容量:200kg盾尾油脂泵1个容量:200kg导向系统1套型号SLS-T_APD十二电气系统初级电压10kV次级电压400V变压器2,000kVA控制电压24V/230V照明电压230V阀工作电压24V频率50Hz系统绝缘保护IP55PLCS7(西门子)总功率1479kW4.1 刀盘、刀具4.1.1 刀盘型式选择盾构机刀盘按工程地质条件和施工控制要求，大致可分为面板式和辐条式两种形式。依据地质条件，对
5、两种刀盘型式的特性进行了比较。根据比较结果，决定采用辐条加面板式，既能满足工程施工需要、保证有较好的掘进性能，又能节省设备投资。不同型式的刀盘特性比较特性面板式辐条式开挖面水、土压力控制一般存在3 个压力:P1 :开挖面面板之间;P2 :面板开口进出口之间;P3 :面板与密封舱内壁之间(即土压计压力) 。其中: P2 受面板开口影响不易确定,而P3 = P13/P2 开挖面压力不易控制,同时控制压力实际低于开挖面压力。只有一个压力P ,密封舱内土压计压力与开挖面的压力相等,因而平衡压力易于控制。砂、土适应性由于开挖面土体受面板开口影响,进入密封舱内不顺畅,易粘结,易堵塞。仅有几根辐条,同时辐条
6、后均设有搅拌叶片,土、砂流动顺畅,不易堵塞。刀盘扭矩刀盘扭矩阻力大,需增加设备能力,造价高刀盘扭矩阻力小,设备造价低。换刀安全性由于有面板,在隧道内更换刀具时安全可靠在隧道内更换刀具时安全性差,加固土体费用高。4.1.2 刀盘结构根据海瑞克公司对刀盘的设计经验和本区间的地质情况，使用闭式刀盘，刀盘开口率约30%，使隧道开挖面获得机械支撑（包括检查刀盘、更换刀具的时候）并尽可能的阻止大块孤石进入开挖仓，避免造成对螺旋机的阻塞。同时，辐条式设计使每个旋转方向都有足够的渣土出口。刀盘前端面有8条辐板，其上配有滚刀、刮刀、铲刀刀座和搅拌棒，刀盘与驱动装置是用法兰连接，法兰与刀盘之间利用中间焊接牛腿相连
7、，保证了刀盘良好的稳定性。刀盘中心部分、辐条和法兰是采用整体铸造，周边部分和中心部分采用焊结的方式连接。刀盘的周边焊有5mm厚耐磨层，面板上焊有栅格状的耐磨材料，能有效降低对刀盘的磨损。刀盘主视图刀盘侧视图4.1.3 刀具布置盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容，其配置是否适合应用工程的地质条件，直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。盾构机装配有4把中心双刃滚刀、31把单刃滚刀、50把刮刀、8把铲刀、1把仿形刀。采用背装可拆卸式，硬软岩刀具可互换，适合本区间频繁换刀和对付软硬不均地层掘进。刀具布置形式如下：刀具高度开挖轨迹4.2 同步注浆系统2套
8、活塞式注浆泵，可选择砂浆和A+B液注入模式，注入流量高达10m3/h。系统管道4+4模式（配有备用管道4路），具有每个注入点的压力和注入量的计量。系统具有手动和自动两种操作模式选择，并辅助砂浆存储罐为7m3。系统管道设置水冲洗装置，有效防止砂浆管道沉积并减少疏通工作量。管道为盾尾内贴式设计，便于拆卸维护及更换。4.3 管片拼装机采用中空旋转式结构，回转角200，提升能力120KN，提升行程1000mm，平移行程2000mm，3个移动+3个转动自由度。能够满足内径5.4m、外径6m、宽度1.5m的钢筋混凝土管片的安装和拆卸，同时可在隧道内更换一、二道盾尾刷。4.4 渣土改良系统理论上碴土在土压平
9、衡工况模式下支撑介质的碴土应具有良好的流塑状态、低的内摩擦力、低的透水性，但一般地层岩土不会自然具有这些特征，从而使刀盘摩擦增大，工作负荷增加。同时，密封仓内碴土流塑状态差时，在压力和搅拌作用下易产生泥饼、压密固结等现象，从而无法形成有效的对开挖仓密封和良好的排土状态。当碴土透水性强时，碴土在螺旋输送机内排出时无法形成有效的压力递降，土仓内的土压力无法达到稳定的控制状态。经改良后的土壤有以下特点：流动性好；渗水性能低；良好的弹性；降低对盾构机的附着性；减少对盾构机的磨损；减少驱动动力。4.4.1 泡沫注入系统泡沫系统由泡沫存储箱、螺杆式泡沫泵、泡沫发生器、混合水泵、气路及混合管道组成。其中，泡
10、沫注入泵6套、泡沫发生器6套，单泵流量1.4m3/h。系统配置液体流量和压差流量测量计，由PLC控制操作完成。管道敷设刀盘及螺旋输送机，改良设备配置完全满足区间地质情况需求。该系统在不需要注入泡沫时可作为注水系统。4.4.2 膨润土、聚合物注入系统膨润土、聚合物注入系统主要有膨润土罐、膨润土输送泵、流量传感器、管路、球阀组成。注入能力为10m3/h，注入点分8刀盘、24螺旋输送机内、4开挖仓内，利用回路压力传感器进行检测和控制。系统具备对刀盘面板、土仓及螺旋输送机单独注入和同时注入功能，PLC自动模式循环间隔注入控制可有效防止漏注现象发生，在高含水地层膨润土改良注入可灵活运用。4.5 螺旋输送
11、机针对本区间地质条件，螺旋输送机采用轴向可移动式特殊设计，伸缩行程1000mm，正常工作时螺旋输送机螺旋前端伸入土仓，需要关闭土仓时螺旋输送机可以通过伸缩油缸自动缩回，此特性使得螺旋输送机被大石头阻塞时可以自由进退。采用液压驱动，双向回转，最大转速22.7rpm，额定扭矩199kNm、脱困扭矩224kNm，最大出渣能力为400m3/h，螺旋节距630mm，可输送最大粒径520x290mm。轴式叶片可增强土塞效果及结构强度。采用液压式双闸门系统，闸门紧急关停可采用蓄能器自动控制模式，可有效应付喷涌、渗漏和非正常停电等不良工况的发生，同时满足临时渣土改良不佳时保压出渣要求。螺旋输送机的筒壁、螺旋轴
12、、螺旋叶片、出渣闸门均设计有5mm厚耐磨层，洞内设有24注入点，适用于本区间地质情况。4.6 皮带输送机皮带机胶带带宽 800mm，最大输送能力450m3/h，最小曲线半径250m，设有紧急停止和皮带清洁装置。适应本区间隧道线型设计，满足输送能力要求。4.7 人行气闸系统采用主副舱式气闸系统，3道闸门，工作压力4.5bar。配有气压调节装置，并备有温度计、暖气、电话等设备，空压机配有空气净化装置。满足区间换刀和其它进仓作业需求。4.8 润滑及密封系统4.8.1 齿轮油润滑系统主轴承润滑系统分为齿轮油润滑系统及油脂润滑（密封）系统。采用柱塞泵加压循环过滤，回路设置水冷却换热器对油温进行冷却，达到
13、对轴承滚道、滚子、驱动小齿轮轴承、驱动小齿轮、驱动大齿圈及主轴承唇形密封等部件进行润滑、冷却、洗涤。4.8.2 自动集中润滑脂供给系统盾构机主驱动密封分为内密封和外密封，内密封的主要作用是隔离开主驱动箱中心部分与主驱动旋转接触面；外密封的主要作用是隔离开主驱动与主驱动箱边缘的旋转接触面。814、815号盾构机均采用高压气体油脂泵分别对内密封、外密封、旋转接头、螺旋机驱动及铰接密封分配供脂，利用空气调节来控制油脂注入量，起到润滑封堵作用。主轴承采用唇式多道密封结构，4道外密封+2道内密封，设计工作压力4.5bar，试验工作压力达6.8bar，完全可以抵抗本区间水土压力。4.8.3 盾尾油脂密封系统盾尾采用钢丝刷+止浆板的密封形式，钢丝刷3道、止浆板1道，盾尾油脂密封系统有6个注入点12路管道，均匀分布在尾盾密封尾刷腔内
