盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性評(píng)價(jià)

1、*盾構(gòu)機(jī)對(duì)*地鐵*號(hào)線(xiàn)*標(biāo)的適應(yīng)性評(píng)價(jià)1 概述2 工程概況3 工程重難點(diǎn)4 盾構(gòu)機(jī)主要系統(tǒng)適應(yīng)性評(píng)價(jià)針對(duì)以上工程特性，選用兩臺(tái)海瑞克復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)完成盾構(gòu)隧道施工。主要技術(shù)參數(shù)如下：盾構(gòu)機(jī)主要性能參數(shù)表序號(hào)名稱(chēng)技術(shù)參數(shù)備注一管片設(shè)計(jì)外徑6,000mm內(nèi)徑5,400mm管片長(zhǎng)度1,500mm分布3+2+1二盾體前盾體外徑/長(zhǎng)度6250 mm /1.7m中盾體外徑/長(zhǎng)度6240 mm /2.8m盾尾外徑/長(zhǎng)度6230 mm /3.7m盾尾油脂管數(shù)量12個(gè)(2x6)dn25盾尾密封3排鋼絲刷盾尾注漿口4個(gè)4個(gè)備用dn50盾構(gòu)類(lèi)型復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)最小水平轉(zhuǎn)彎半徑250m最大工作壓力4.5bar

2、三推進(jìn)油缸數(shù)量30個(gè)10組雙缸+10個(gè)單缸分組數(shù)量4組最大推進(jìn)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(lèi)型被動(dòng)式數(shù)量14個(gè)行程150mm五刀盤(pán)型式裝配有滾刀式直徑6,280mm旋轉(zhuǎn)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(cè)器六刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置型式液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)數(shù)量8個(gè)額定轉(zhuǎn)矩6,228knm最大脫困扭矩7,440knm轉(zhuǎn)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(shí)根據(jù)iso281l

3、10七人閘數(shù)量1個(gè)型式雙倉(cāng)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(zhuǎn)式抓緊系統(tǒng)機(jī)械式自由度6旋轉(zhuǎn)角度+/-200比例控制舉升油缸行程1,000mm比例控制縱向移動(dòng)行程2,000mm比例控制控制裝置無(wú)線(xiàn)控制九螺旋輸送機(jī)型式有軸螺旋式直徑800mm功率250kw最大脫困扭矩224knm轉(zhuǎn)速0到22.7rpm無(wú)級(jí)調(diào)速輸送量450m3/h螺距630mm出料口閘門(mén)2個(gè)土壓計(jì)2個(gè)十皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)帶寬800mm最大輸送量450m3/h十一后配套設(shè)施臺(tái)車(chē)數(shù)量5+連接橋在軌道上行進(jìn),開(kāi)式結(jié)構(gòu)砂漿注漿泵2個(gè)流量10m3/h壓力測(cè)量裝置4個(gè)砂漿罐1個(gè)容量7m3

4、帶攪拌器膨潤(rùn)土注漿泵1個(gè)10m3/h膨潤(rùn)土儲(chǔ)存罐1個(gè)4m3帶空氣攪拌器泡沫發(fā)生器6個(gè)泡沫泵6臺(tái)空壓機(jī)2臺(tái)30kw;7.5bar;5m3/min高壓空氣儲(chǔ)存罐1個(gè)1,000ltr主驅(qū)動(dòng)裝置潤(rùn)滑泵1個(gè)容量:200kg盾尾油脂泵1個(gè)容量:200kg導(dǎo)向系統(tǒng)1套型號(hào)sls-t_apd十二電氣系統(tǒng)初級(jí)電壓10kv次級(jí)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(hù)ip55plcs7(西門(mén)子)總功率1479kw4.1 刀盤(pán)、刀具4.1.1 刀盤(pán)型式選擇盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)按工程地質(zhì)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(zhì)條件，對(duì)

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

6、后均設(shè)有攪拌葉片,土、砂流動(dòng)順暢,不易堵塞。刀盤(pán)扭矩刀盤(pán)扭矩阻力大,需增加設(shè)備能力,造價(jià)高刀盤(pán)扭矩阻力小,設(shè)備造價(jià)低。換刀安全性由于有面板,在隧道內(nèi)更換刀具時(shí)安全可靠在隧道內(nèi)更換刀具時(shí)安全性差,加固土體費(fèi)用高。4.1.2 刀盤(pán)結(jié)構(gòu)根據(jù)海瑞克公司對(duì)刀盤(pán)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和本區(qū)間的地質(zhì)情況，使用閉式刀盤(pán)，刀盤(pán)開(kāi)口率約30%，使隧道開(kāi)挖面獲得機(jī)械支撐（包括檢查刀盤(pán)、更換刀具的時(shí)候）并盡可能的阻止大塊孤石進(jìn)入開(kāi)挖倉(cāng)，避免造成對(duì)螺旋機(jī)的阻塞。同時(shí)，輻條式設(shè)計(jì)使每個(gè)旋轉(zhuǎn)方向都有足夠的渣土出口。刀盤(pán)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(pán)與驅(qū)動(dòng)裝置是用法蘭連接，法蘭與刀盤(pán)之間利用中間焊接牛腿相連

7、，保證了刀盤(pán)良好的穩(wěn)定性。刀盤(pán)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(jié)的方式連接。刀盤(pán)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(duì)刀盤(pán)的磨損。刀盤(pán)主視圖刀盤(pán)側(cè)視圖4.1.3 刀具布置盾構(gòu)機(jī)刀具的配置是盾構(gòu)機(jī)刀具設(shè)計(jì)中是非常重要的內(nèi)容，其配置是否適合應(yīng)用工程的地質(zhì)條件，直接影響盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)的使用壽命、切削效果、出土狀況、掘進(jìn)速度和施工效率。盾構(gòu)機(jī)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(duì)付軟硬不均地層掘進(jìn)。刀具布置形式如下：刀具高度開(kāi)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(dá)10m3/h。系統(tǒng)管道4+4模式（配有備用管道4路），具有每個(gè)注入點(diǎn)的壓力和注入量的計(jì)量。系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作模式選擇，并輔助砂漿存儲(chǔ)罐為7m3。系統(tǒng)管道設(shè)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(nèi)貼式設(shè)計(jì)，便于拆卸維護(hù)及更換。4.3 管片拼裝機(jī)采用中空旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)角200，提升能力120kn，提升行程1000mm，平移行程2000mm，3個(gè)移動(dòng)+3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。能夠滿(mǎn)足內(nèi)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(shí)可在隧道內(nèi)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(zhì)的碴土應(yīng)具有良好的流塑狀態(tài)、低的內(nèi)摩擦力、低的透水性，但一般地層巖土不會(huì)自然具有這些特征，從而使刀盤(pán)摩擦增大，工作負(fù)荷增加。同時(shí)，密封倉(cāng)內(nèi)碴土流塑狀態(tài)差時(shí)，在壓力和攪拌作用下易產(chǎn)生泥餅、壓密固結(jié)等現(xiàn)象，從而無(wú)法形成有效的對(duì)開(kāi)挖倉(cāng)密封和良好的排土狀態(tài)。當(dāng)碴土透水性強(qiáng)時(shí)，碴土在螺旋輸送機(jī)內(nèi)排出時(shí)無(wú)法形成有效的壓力遞降，土倉(cāng)內(nèi)的土壓力無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定的控制狀態(tài)。經(jīng)改良后的土壤有以下特點(diǎn)：流動(dòng)性好；滲水性能低；良好的彈性；降低對(duì)盾構(gòu)機(jī)的附著性；減少對(duì)盾構(gòu)機(jī)的磨損；減少驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。4.4.1 泡沫注入系統(tǒng)泡沫系統(tǒng)由泡沫存儲(chǔ)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(cè)量計(jì)，由plc控制操作完成。管道敷設(shè)刀盤(pán)及螺旋輸送機(jī)，改良設(shè)備配置完全滿(mǎn)足區(qū)間地質(zhì)情況需求。該系統(tǒng)在不需要注入泡沫時(shí)可作為注水系統(tǒng)。4.4.2 膨潤(rùn)土、聚合物注入系統(tǒng)膨潤(rùn)土、聚合物注入系統(tǒng)主要有膨潤(rùn)土罐、膨潤(rùn)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(diǎn)分8刀盤(pán)、24螺旋輸送機(jī)內(nèi)、4開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)，利用回路壓力傳感器進(jìn)行檢測(cè)和控制。系統(tǒng)具備對(duì)刀盤(pán)面板、土倉(cāng)及螺旋輸送機(jī)單獨(dú)注入和同時(shí)注入功能，plc自動(dòng)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(rùn)土改良注入可靈活運(yùn)用。4.5 螺旋輸送

11、機(jī)針對(duì)本區(qū)間地質(zhì)條件，螺旋輸送機(jī)采用軸向可移動(dòng)式特殊設(shè)計(jì)，伸縮行程1000mm，正常工作時(shí)螺旋輸送機(jī)螺旋前端伸入土倉(cāng)，需要關(guān)閉土倉(cāng)時(shí)螺旋輸送機(jī)可以通過(guò)伸縮油缸自動(dòng)縮回，此特性使得螺旋輸送機(jī)被大石頭阻塞時(shí)可以自由進(jìn)退。采用液壓驅(qū)動(dòng)，雙向回轉(zhuǎn)，最大轉(zhuǎn)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(qiáng)土塞效果及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。采用液壓式雙閘門(mén)系統(tǒng)，閘門(mén)緊急關(guān)?？刹捎眯钅芷髯詣?dòng)控制模式，可有效應(yīng)付噴涌、滲漏和非正常停電等不良工況的發(fā)生，同時(shí)滿(mǎn)足臨時(shí)渣土改良不佳時(shí)保壓出渣要求。螺旋輸送機(jī)的筒壁、螺旋軸

12、、螺旋葉片、出渣閘門(mén)均設(shè)計(jì)有5mm厚耐磨層，洞內(nèi)設(shè)有24注入點(diǎn)，適用于本區(qū)間地質(zhì)情況。4.6 皮帶輸送機(jī)皮帶機(jī)膠帶帶寬 800mm，最大輸送能力450m3/h，最小曲線(xiàn)半徑250m，設(shè)有緊急停止和皮帶清潔裝置。適應(yīng)本區(qū)間隧道線(xiàn)型設(shè)計(jì)，滿(mǎn)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(mén)，工作壓力4.5bar。配有氣壓調(diào)節(jié)裝置，并備有溫度計(jì)、暖氣、電話(huà)等設(shè)備，空壓機(jī)配有空氣凈化裝置。滿(mǎn)足區(qū)間換刀和其它進(jìn)倉(cāng)作業(yè)需求。4.8 潤(rùn)滑及密封系統(tǒng)4.8.1 齒輪油潤(rùn)滑系統(tǒng)主軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)分為齒輪油潤(rùn)滑系統(tǒng)及油脂潤(rùn)滑（密封）系統(tǒng)。采用柱塞泵加壓循環(huán)過(guò)濾，回路設(shè)置水冷卻換熱器對(duì)油溫進(jìn)行冷卻，達(dá)到

13、對(duì)軸承滾道、滾子、驅(qū)動(dòng)小齒輪軸承、驅(qū)動(dòng)小齒輪、驅(qū)動(dòng)大齒圈及主軸承唇形密封等部件進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻、洗滌。4.8.2 自動(dòng)集中潤(rùn)滑脂供給系統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)密封分為內(nèi)密封和外密封，內(nèi)密封的主要作用是隔離開(kāi)主驅(qū)動(dòng)箱中心部分與主驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)接觸面；外密封的主要作用是隔離開(kāi)主驅(qū)動(dòng)與主驅(qū)動(dòng)箱邊緣的旋轉(zhuǎn)接觸面。814、815號(hào)盾構(gòu)機(jī)均采用高壓氣體油脂泵分別對(duì)內(nèi)密封、外密封、旋轉(zhuǎn)接頭、螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)及鉸接密封分配供脂，利用空氣調(diào)節(jié)來(lái)控制油脂注入量，起到潤(rùn)滑封堵作用。主軸承采用唇式多道密封結(jié)構(gòu)，4道外密封+2道內(nèi)密封，設(shè)計(jì)工作壓力4.5bar，試驗(yàn)工作壓力達(dá)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