盾構機適應性評價

1、*盾構機對*地鐵*號線*標的適應性評價1 概述2 工程概況3 工程重難點4 盾構機主要系統(tǒng)適應性評價針對以上工程特性，選用兩臺海瑞克復合式土壓平衡盾構機完成盾構隧道施工。主要技術參數(shù)如下：盾構機主要性能參數(shù)表序號名稱技術參數(shù)備注一管片設計外徑6,000mm內徑5,400mm管片長度1,500mm分布3+2+1二盾體前盾體外徑/長度6250 mm /1.7m中盾體外徑/長度6240 mm /2.8m盾尾外徑/長度6230 mm /3.7m盾尾油脂管數(shù)量12個(2x6)dn25盾尾密封3排鋼絲刷盾尾注漿口4個4個備用dn50盾構類型復合式土壓平衡盾構最小水平轉彎半徑250m最大工作壓力4.5bar

2、三推進油缸數(shù)量30個10組雙缸+10個單缸分組數(shù)量4組最大推進力39,914kn350bar行程2,200mm伸出速度80mm/min所有油缸縮回速度1,800mm/min一組油缸四絞接油缸類型被動式數(shù)量14個行程150mm五刀盤型式裝配有滾刀式直徑6,280mm旋轉方向左/右刀具4把中心雙刃滾刀,31把單刃滾刀,50把刮刀,8把鏟刀,1把仿形刀2把刮刀帶有液壓磨損檢測器六刀盤驅動裝置型式液壓回轉驅動液壓馬達數(shù)量8個額定轉矩6,228knm最大脫困扭矩7,440knm轉速4.4rpm功率945kw3x315kw主軸承型式固定式主軸承外徑2,600mm主軸承壽命10,000小時根據(jù)iso281l

3、10七人閘數(shù)量1個型式雙倉式直徑1,600mm工作壓力4.5bar人數(shù)(容納)3+2主室/緊急室八管片安裝器型式中空旋轉式抓緊系統(tǒng)機械式自由度6旋轉角度+/-200比例控制舉升油缸行程1,000mm比例控制縱向移動行程2,000mm比例控制控制裝置無線控制九螺旋輸送機型式有軸螺旋式直徑800mm功率250kw最大脫困扭矩224knm轉速0到22.7rpm無級調速輸送量450m3/h螺距630mm出料口閘門2個土壓計2個十皮帶輸送機驅動電動帶寬800mm最大輸送量450m3/h十一后配套設施臺車數(shù)量5+連接橋在軌道上行進,開式結構砂漿注漿泵2個流量10m3/h壓力測量裝置4個砂漿罐1個容量7m3

4、帶攪拌器膨潤土注漿泵1個10m3/h膨潤土儲存罐1個4m3帶空氣攪拌器泡沫發(fā)生器6個泡沫泵6臺空壓機2臺30kw;7.5bar;5m3/min高壓空氣儲存罐1個1,000ltr主驅動裝置潤滑泵1個容量:200kg盾尾油脂泵1個容量:200kg導向系統(tǒng)1套型號sls-t_apd十二電氣系統(tǒng)初級電壓10kv次級電壓400v變壓器2,000kva控制電壓24v/230v照明電壓230v閥工作電壓24v頻率50hz系統(tǒng)絕緣保護ip55plcs7(西門子)總功率1479kw4.1 刀盤、刀具4.1.1 刀盤型式選擇盾構機刀盤按工程地質條件和施工控制要求，大致可分為面板式和輻條式兩種形式。依據(jù)地質條件，對

5、兩種刀盤型式的特性進行了比較。根據(jù)比較結果，決定采用輻條加面板式，既能滿足工程施工需要、保證有較好的掘進性能，又能節(jié)省設備投資。不同型式的刀盤特性比較特性面板式輻條式開挖面水、土壓力控制一般存在3 個壓力:p1 :開挖面面板之間;p2 :面板開口進出口之間;p3 :面板與密封艙內壁之間(即土壓計壓力) 。其中: p2 受面板開口影響不易確定,而p3 = p13/p2 開挖面壓力不易控制,同時控制壓力實際低于開挖面壓力。只有一個壓力p ,密封艙內土壓計壓力與開挖面的壓力相等,因而平衡壓力易于控制。砂、土適應性由于開挖面土體受面板開口影響,進入密封艙內不順暢,易粘結,易堵塞。僅有幾根輻條,同時輻條

6、后均設有攪拌葉片,土、砂流動順暢,不易堵塞。刀盤扭矩刀盤扭矩阻力大,需增加設備能力,造價高刀盤扭矩阻力小,設備造價低。換刀安全性由于有面板,在隧道內更換刀具時安全可靠在隧道內更換刀具時安全性差,加固土體費用高。4.1.2 刀盤結構根據(jù)海瑞克公司對刀盤的設計經驗和本區(qū)間的地質情況，使用閉式刀盤，刀盤開口率約30%，使隧道開挖面獲得機械支撐（包括檢查刀盤、更換刀具的時候）并盡可能的阻止大塊孤石進入開挖倉，避免造成對螺旋機的阻塞。同時，輻條式設計使每個旋轉方向都有足夠的渣土出口。刀盤前端面有8條輻板，其上配有滾刀、刮刀、鏟刀刀座和攪拌棒，刀盤與驅動裝置是用法蘭連接，法蘭與刀盤之間利用中間焊接牛腿相連

7、，保證了刀盤良好的穩(wěn)定性。刀盤中心部分、輻條和法蘭是采用整體鑄造，周邊部分和中心部分采用焊結的方式連接。刀盤的周邊焊有5mm厚耐磨層，面板上焊有柵格狀的耐磨材料，能有效降低對刀盤的磨損。刀盤主視圖刀盤側視圖4.1.3 刀具布置盾構機刀具的配置是盾構機刀具設計中是非常重要的內容，其配置是否適合應用工程的地質條件，直接影響盾構機的刀盤的使用壽命、切削效果、出土狀況、掘進速度和施工效率。盾構機裝配有4把中心雙刃滾刀、31把單刃滾刀、50把刮刀、8把鏟刀、1把仿形刀。采用背裝可拆卸式，硬軟巖刀具可互換，適合本區(qū)間頻繁換刀和對付軟硬不均地層掘進。刀具布置形式如下：刀具高度開挖軌跡4.2 同步注漿系統(tǒng)2套

8、活塞式注漿泵，可選擇砂漿和a+b液注入模式，注入流量高達10m3/h。系統(tǒng)管道4+4模式（配有備用管道4路），具有每個注入點的壓力和注入量的計量。系統(tǒng)具有手動和自動兩種操作模式選擇，并輔助砂漿存儲罐為7m3。系統(tǒng)管道設置水沖洗裝置，有效防止砂漿管道沉積并減少疏通工作量。管道為盾尾內貼式設計，便于拆卸維護及更換。4.3 管片拼裝機采用中空旋轉式結構，回轉角200，提升能力120kn，提升行程1000mm，平移行程2000mm，3個移動+3個轉動自由度。能夠滿足內徑5.4m、外徑6m、寬度1.5m的鋼筋混凝土管片的安裝和拆卸，同時可在隧道內更換一、二道盾尾刷。4.4 渣土改良系統(tǒng)理論上碴土在土壓平

9、衡工況模式下支撐介質的碴土應具有良好的流塑狀態(tài)、低的內摩擦力、低的透水性，但一般地層巖土不會自然具有這些特征，從而使刀盤摩擦增大，工作負荷增加。同時，密封倉內碴土流塑狀態(tài)差時，在壓力和攪拌作用下易產生泥餅、壓密固結等現(xiàn)象，從而無法形成有效的對開挖倉密封和良好的排土狀態(tài)。當碴土透水性強時，碴土在螺旋輸送機內排出時無法形成有效的壓力遞降，土倉內的土壓力無法達到穩(wěn)定的控制狀態(tài)。經改良后的土壤有以下特點：流動性好；滲水性能低；良好的彈性；降低對盾構機的附著性；減少對盾構機的磨損；減少驅動動力。4.4.1 泡沫注入系統(tǒng)泡沫系統(tǒng)由泡沫存儲箱、螺桿式泡沫泵、泡沫發(fā)生器、混合水泵、氣路及混合管道組成。其中，泡

10、沫注入泵6套、泡沫發(fā)生器6套，單泵流量1.4m3/h。系統(tǒng)配置液體流量和壓差流量測量計，由plc控制操作完成。管道敷設刀盤及螺旋輸送機，改良設備配置完全滿足區(qū)間地質情況需求。該系統(tǒng)在不需要注入泡沫時可作為注水系統(tǒng)。4.4.2 膨潤土、聚合物注入系統(tǒng)膨潤土、聚合物注入系統(tǒng)主要有膨潤土罐、膨潤土輸送泵、流量傳感器、管路、球閥組成。注入能力為10m3/h，注入點分8刀盤、24螺旋輸送機內、4開挖倉內，利用回路壓力傳感器進行檢測和控制。系統(tǒng)具備對刀盤面板、土倉及螺旋輸送機單獨注入和同時注入功能，plc自動模式循環(huán)間隔注入控制可有效防止漏注現(xiàn)象發(fā)生，在高含水地層膨潤土改良注入可靈活運用。4.5 螺旋輸送

11、機針對本區(qū)間地質條件，螺旋輸送機采用軸向可移動式特殊設計，伸縮行程1000mm，正常工作時螺旋輸送機螺旋前端伸入土倉，需要關閉土倉時螺旋輸送機可以通過伸縮油缸自動縮回，此特性使得螺旋輸送機被大石頭阻塞時可以自由進退。采用液壓驅動，雙向回轉，最大轉速22.7rpm，額定扭矩199knm、脫困扭矩224knm，最大出渣能力為400m3/h，螺旋節(jié)距630mm，可輸送最大粒徑520x290mm。軸式葉片可增強土塞效果及結構強度。采用液壓式雙閘門系統(tǒng)，閘門緊急關停可采用蓄能器自動控制模式，可有效應付噴涌、滲漏和非正常停電等不良工況的發(fā)生，同時滿足臨時渣土改良不佳時保壓出渣要求。螺旋輸送機的筒壁、螺旋軸

12、、螺旋葉片、出渣閘門均設計有5mm厚耐磨層，洞內設有24注入點，適用于本區(qū)間地質情況。4.6 皮帶輸送機皮帶機膠帶帶寬 800mm，最大輸送能力450m3/h，最小曲線半徑250m，設有緊急停止和皮帶清潔裝置。適應本區(qū)間隧道線型設計，滿足輸送能力要求。4.7 人行氣閘系統(tǒng)采用主副艙式氣閘系統(tǒng)，3道閘門，工作壓力4.5bar。配有氣壓調節(jié)裝置，并備有溫度計、暖氣、電話等設備，空壓機配有空氣凈化裝置。滿足區(qū)間換刀和其它進倉作業(yè)需求。4.8 潤滑及密封系統(tǒng)4.8.1 齒輪油潤滑系統(tǒng)主軸承潤滑系統(tǒng)分為齒輪油潤滑系統(tǒng)及油脂潤滑（密封）系統(tǒng)。采用柱塞泵加壓循環(huán)過濾，回路設置水冷卻換熱器對油溫進行冷卻，達到

13、對軸承滾道、滾子、驅動小齒輪軸承、驅動小齒輪、驅動大齒圈及主軸承唇形密封等部件進行潤滑、冷卻、洗滌。4.8.2 自動集中潤滑脂供給系統(tǒng)盾構機主驅動密封分為內密封和外密封，內密封的主要作用是隔離開主驅動箱中心部分與主驅動旋轉接觸面；外密封的主要作用是隔離開主驅動與主驅動箱邊緣的旋轉接觸面。814、815號盾構機均采用高壓氣體油脂泵分別對內密封、外密封、旋轉接頭、螺旋機驅動及鉸接密封分配供脂，利用空氣調節(jié)來控制油脂注入量，起到潤滑封堵作用。主軸承采用唇式多道密封結構，4道外密封+2道內密封，設計工作壓力4.5bar，試驗工作壓力達6.8bar，完全可以抵抗本區(qū)間水土壓力。4.8.3 盾尾油脂密封系統(tǒng)盾尾采用鋼絲刷+止?jié){板的密封形式，鋼絲刷3道、止?jié){板1道，盾尾油脂密封系統(tǒng)有