盾构机的设计特点

本机的设计特点通过对本工程地质的详细分析，施工中可能出现的特点、重点、难点，盾构机的要求以及结合我公司以往的施工经验，本复合型土压平衡式盾构机具有以下这些特点，能最大限度地满足本工程的要求。盾构机为能满足从砂砾层（所含砂砾不大）到砂、砾砂层及软土层的铰接型土压式平衡盾构机，同时具备土压平衡掘进模式、敞开式掘进模式，半敞开式掘进模式3种掘进模式。在土仓内上下左右配置了4个具有高灵敏度的压力传感器（其中2个为球铰型式，可在隧道施工中进行更换），通过PLC能将土仓内的土压传送到操作台上的触摸显示屏显示，并且能自动地与设定土压进行比较，调节螺旋机的转速，土压过高过低都会在操作台上报警，因此操作人员能很好地控制土压平衡，减少地面沉降，适合本工程砂、砾砂层及砂砾地层掘进的需要。刀盘结构为辐条加面板型,便于刀具的布置及受力，结构坚固、强度高、刚性大、耐磨程度高，刀盘开口率45％。既能适应粘性土地层中土压平衡掘进时大扭矩切削排土要求工况，又能适应在砂、砾砂层较大强度和受力不均匀复合地层的大推力工况。刀盘的设计及刀具的配置选择及布局要求合理，必须具有足够的寿命。盾构机采用8台75kW变频电动机驱动，具有较大的扭矩和转速，可适应不同地层的掘进需要。推进油缸和铰接油缸布置具备良好的纠偏性能，保证能在不均匀复合地层中的轴线控制。具有超前钻探加固的能力，容易在地质复杂区段对前方地层进行超前钻探，甚至注浆加固。在气压人行闸处安装1个可摆动的钻探口、在盾构机胸板安装有8个可摆动的钻探口、前壳体上安装有10个固定钻探口，具有超前钻探、注浆加固的能力。超前钻机可方便地安装在盾构机的操作平台上。管片拼装机具有6个自由度，保证管片容易拼装及拼装的质量。管片拼装机通过辅助措施可以对盾尾密封刷进行更换。螺旋输送机采用有轴带式，后部尾部处排土，具有二道闸门，能够伸缩，前部具有二个封闭闸门，且螺旋输送机前端叶片及前筒体堆有耐磨材料，抗磨性能优越。具有良好可靠的泡沫和添加济注入系统，用于开挖面、土仓及螺旋机中土体的改善。设有自动控制的膨润土及添加剂注入设备和管路，刀盘上设置5个添加剂注入口，能对开挖面的土体进行充分的改善，并且在土仓胸板处、人行闸处及螺旋输送机上也设置若干个膨润土及添加剂的注入口，从而达到改善碴土性质。具有良好可靠的同步注浆注入系统，能及时充填管片与地层的间隙，减小沉降。同步注浆注入系统即可以采用单液浆，也可以采用双液浆，并且能对注浆管道进行清洗，改善及防止管道的堵塞。具有双仓式气压人行闸，设置土仓自动调压装置，保证更换刀具的便利及人员的安全，以适应在掘进中的换刀要求。盾构机主机的密封装置（刀盘驱动密封及盾尾密封等）在较高水土压力状态下具有良好的密封功能。电气和液压元件质量可靠、响应迅捷，防水性能好，适应隧道内的高温、高湿工作环境。具有应对紧急突发事件的能力，如紧急停电时螺旋机出土闸门可以通过操作台边上的开关关闭，并且在主机内及操作室内的操作台上各有1个紧急停止开关。控制系统的自动化程度高且具有连锁功能，减少了劳动强度和错误操作的发生。盾构机具有故障自诊断及故障内容显示功能，方便维修人员的检修。具备高精度的盾构机导向测量系统。配备由美国Trimble公司生产的5603光波自动全站仪，导向精度高，能实时反映盾构机当前位置和理论位置，并提供调整指示。盾构性能和参数序号位置项目名称出厂参数备注1盾构整体机体总长64.7米盾体部分9080mm盾体直径前体φ6250mm中体φ6240mm盾尾φ6240mm尾壳厚度前体：40mm中体：45mm盾尾：45mm盾尾间隙33mm（盾尾最小处）拼装管片处45～75mm装备总功率约1192kW最大掘进速度6cm/min全部22只油缸无负荷伸出推进油缸功率75kW盾构机总重主机重310t,整机重约420t2刀盘开挖直径φ6270mm驱动型式变频电动机驱动开挖范围φ6250mm～φ6270mm最大转速0.30～2.2rpm由于变频电动机的工作特性，必须在一定的频率下工作，因此不可能在0到极小的转速范围内工作。最高扭矩标准扭矩：5733kNm脱困扭矩：6880kNm脱困扭矩为标准扭矩1.2倍；而实际上变频电动机脱困扭矩可设计达到1.5倍。扭矩系数23.8在标准扭矩,开挖直径φ6270mm时功率8×75kW=600kW3铰接装置型式推进油缸固定在中体最大行程差垂直、水平垂直：230mm水平：230mm上下、左右铰接连接全部采用油缸铰接最大转角垂直、水平垂直：±1.00水平：±1.50能满足最小150m的曲率半径功率15kW4仿形刀型式油缸伸缩形式，最大超挖量125mm是指单边高于盾构机前壳体125mm。最大超挖量125mm数量2功率11kW5搅拌箱叶片直径φ835mm同步注浆搅拌箱转速26.7rpm搅拌容量4.1m3功率11kW6传感器土压传感器土仓4个液压传感器7个7油脂泵供脂距离100米供脂流量0.9L/min供脂压力90kgf/cm2盾尾油脂康达特或其他公司8密封铰接密封一道，耐水压1MPa驱动部密封一道唇型密封（4个唇型），4道MY型密封，耐水压1MPa。配有2个温度传感器。驱动部分内外圈。盾尾密封3道耐水压0.4MPa9拼装机转速0.3/0.9rpm提升能力216kN径向行程650mm轴向行程1000mm回转功率37kW油缸功率11kW10螺旋机最大扭矩85.7kNm最大转速13rpm出土能力222m3/h（100％）功率2×90kW=180kW11液压油缸掘进油缸顶力（tf）单只：175；总计：3850行程（mm）2150数量（台）22工作压力330kgf/cm2铰接油缸顶力（tf）单只:294行程（mm）230mm数量（台）12工作压力350kgf/cm2管片拼装器提升油缸顶力（tf）11/台管片径向上下方向移动行程（mm）650数量（台）2工作压力140kgf/cm2管片拼装器平移油缸顶力（tf）7/台管片轴向前后方向移动行程（mm）1000数量（台）1工作压力140kgf/cm2管片拼保持油缸顶力（tf）4.4/台管片支撑，左右方向摆动行程（mm）100数量（台）2工作压力140kgf/cm2管片拼装器摆动油缸顶力（tf）7.3/台管片的前后方向摆动行程（mm）50数量（台）2工作压力210kgf/cm2管片拼装器回转油缸顶力（tf）6.2/台管片的左右回转行程（mm）50数量（台）2工作压力210kgf/cm2整圆器张紧油缸顶力（tf）20/台行程（mm）450数量（台）2工作压力210kgf/cm2整圆器平移油缸顶力（tf）4．4行程（mm）1750数量（台）2工作压力140kgf/cm2螺旋机后闸门油缸1号闸门2号闸门顶力（tf）1116．5螺旋机配置二道出土闸门。行程（mm）800415数量（台）22工作压力210kgf/cm2螺旋机伸缩油缸顶力（tf）13/台行程（mm）1000数量（台）2工作压力210kgf/cm2螺旋机前闸门油缸顶力（tf）11/台螺旋机在土仓进土处的2个闸门行程（mm）420数量（台）2工作压力210kgf/cm2仿型刀油缸顶力（tf）30/台行程（mm）135数量（台）2工作压力210kgf/cm212液压马达管片拼装器回转正常压力（kgf/cm2）210扭矩（kgfm）1277/台数量（台）2同步注浆搅拌箱回转用工作压力（kgf/cm2）210同步注浆箱用扭矩（kgfm）251数量（台）1螺旋机正常压力（kgf/cm2）210扭矩（kgfm）251/台数量（台）5工作压力210kgf/cm2变频电机驱动扭矩（kgfm）6729/台刀盘驱动用电机数量（台）8功率（Kw）75/台13液压泵刀盘回转排量采用变频电动机驱动工作压力转速数量（台）施工末期油样化验结果掘进排量107l/min工作压力330kgf/cm2转速1450rpm数量（台）1铰接排量20l/min工作压力350kgf/cm2转速1450rpm数量（台）1管片拼装器的回转排量87l/min工作压力210kgf/cm2转速1450rpm数量（台）1整圆器、仿型刀排量27l/min工作压力210kgf/cm2转速1450rpm数量（台）1螺旋机排量171l/min工作压力210kgf/cm2转速1450rpm数量（台）2同步注浆搅拌装置排量27l/min工作压力210kgf/cm2转速1450rpm数量（台）114刀盘设计和刀具布置刀盘设计刀盘对地层的适应性风化岩天然抗压强度20MPa以下的地层，在砂砾层可以掘削砾径200～300mm，抗压强度300MPa以下的砂砾。刀盘开口率57%切削刀正面切削刀80把刮刀数量边缘单刃刮刀12把，边缘双刃刮刀4把。先行刀数量56把各种刀具的高差设置切削刀高出刀盘面板80mm先行刀高出刀盘面板120mm