同一地層海瑞克與三菱復合式土壓平衡盾構機施工對比分

1、同一地層海瑞克與三菱 復合式土壓平衡盾構機施工對比分析 劉 坤，呂征舟，楊木桂 廣州軌道交通建設監(jiān)理有限公司 摘要：本文結合六號線越秀南姑-東湖站盾構區(qū)間左右線盾構施工過程，分析了不同盾構機在同 地層中的 施匸差異。 關鍵詞：盾構機同一地層對比 1工程概況 廣州地鐵越秀南站至東湖站盾構區(qū)間線路從越秀南站過站后，繼續(xù)沿越秀南路東進，口 東潦涌高架橋66扒67扒68#橋墩間穿過，并依次經過富力宜居高層商住樓（1921F）、 廣州市石油公司住宅樓（6F）西北角及在建嘉星廣場（29?）后進入綠蔭路，并在設置在綠 蔭路上的盾構吊出井（兼暗挖施工豎井）吊出。 木區(qū)間左右線均包扌舌阿組曲線，左線曲線半徑25

2、0m、280m,右線曲線半徑250m、280m。 線間距1廣32m：軌而埋深20. 730. 7m；線路坡度為4%）。隧道埋深較深，盾構隧道所穿越 地層及隧道上部地層主要為中、微風化粉砂質泥巖。 圖1越秀南站東湖站右線地質剖面圖 圖2越秀南站東湖站左線地質剖而圖 2海瑞克S244與三菱1638#盾構機主要不同之處 在廣州軌道交通六號線海珠廣場-東湖站盾構區(qū)間施工中，右線采用海瑞克S244復合式 土壓平衡盾構機，左線采用三菱1638#復合式土壓平衡盾構機。 2.1刀盤結構與刀具不同 三菱盾構機刀盤盤而上要由4根主輻條和8根副輻條樹成，采用6根箱體結構的轉壁連 接盤而和刀盤法蘭，刀盤開口率約為37

3、%,刀盤上背而邊緣設有3根主動攪拌棒，土倉樂設 有3根固定攪拌棒。 海瑞克盾構機刀盤盤而主要由4根主輻條和4根副輻條構成，采用4根放射狀圓柱結構 的轉樂連接盤而和刀盤法蘭，刀盤開口率約為28%,刀盤背而上設有4根主動攪拌棒，可以 隨著刀盤一起轉動，同時，土倉壁上也設計了 4根固定攪拌棒。 圖3海瑞克盾構機刀盤 圖4三菱盾構機刀盤（未裝刀具） 海瑞克和三菱盾構機滾刀設計均為背裝式，保證刀具在磨損后需要更換時能快速的予以 更換。海瑞克滾刀形式和安裝固定方式與三菱盾構機在不同之處。三菱盾構機滾刀刀軸較 人，刀軸橫截而近似五邊形，刀軸而左右對稱，固定方式哭用連桿和楔塊固定；海瑞克盾構 機滾刀刀軸較小，

4、刀軸橫截而近似四邊形，刀軸而不規(guī)則，固定方式采用楔塊、連桿和楔塊 固定。由于三菱滾刀刀軸而左右對稱，因此刀具在兩個方向都可以進行裝配，刀具裝反后刀 刃擋圈不能朝向刀盤中心，導致刀具容易損壞。海瑞克盾構機刀具只能一個方向進行裝配, 因此可以保證刀具不會岀現(xiàn)反裝現(xiàn)象。 圖5海瑞克單刃滾刀 圖6三菱中刃滾刀 2. 2刀盤驅動的形式不同 三菱1638#盾構機刀盤采用電機驅動，通過10臺90KW的變級電動機帶動刀盤。刀盤旋 轉力通過以下方式進行傳遞：帶減速機的電動馬達離合黙小齒輪f齒輪軸承一刀鼓刀 盤。挖掘時最人扭矩為6870KNm,轉速可設定為1. 5rpm或3. Orpm。刀盤轉速為1. 5rpm時

5、, 常用5720 KN -m (最高6870 KN -m)的一定扭矩。當?shù)侗P轉速為3. Orpm時，常用2860 KNm (最高3435KNm)的一定扭矩。 海瑞克S244盾構機刀盤采用液壓驅動，通過3臺315KW的雙向變呈液壓泵并聯(lián)帶動8 臺雙向兩速低速大扭矩液壓馬達，借助液壓動力帶動液壓馬達、減速器、軸承內齒圈直接驅 動刀盤旋轉。海瑞克盾構機刀盤轉速可設為低速和高速運轉。在低速模式下，刀盤可在0 3. Orpntt間實現(xiàn)無級變速，刀盤最大標準扭矩為4500kNm：在島速模式卜刀盤可在0 6. lrpm之間實現(xiàn)無級變速，刀盤最人標準扭矩為1970kN嘰刀盤最人脫困扭矩為5300kNnu 電機

6、驅動和液壓驅動的優(yōu)缺點: 優(yōu)點 缺點 海瑞克刀 盤 (1) 工作平穩(wěn)可靠。 (2) 可以無級調速。 (3) 安全系數(shù)高。 (1) 使用液壓傳動對維護有較高要求。 (2) 液壓傳動在能呈轉化的過程中，由管路輸送 中的損失和內力消耗，故系統(tǒng)效率較低。 (3) 汕管散熱址較人，對隧道內匸作環(huán)境有所影響。 (4) 用油做工作介質，有一定環(huán)境污染，在工作而 存在火災隱患。 三菱刀盤 (1) 結構簡單易于控 制。 (2) 傳動效率較高。 (3) 環(huán)境污染小。 (1) 無法實現(xiàn)無級變速只能以固定轉速轉動刀盤。 (2) 刀盤切換旋轉方向時，需關閉全部電機，30 秒內不能重新啟動。 (3) 抗沖擊能力較差，當突

7、然過載或急停時，易發(fā) 生較大的沖擊，對設備有一定損傷。 液壓驅動雖然傳動效率低、噪音較人和發(fā)熱星較人，但是由于隧道作環(huán)境惡劣、刀盤 啟動停止較為頻繁、在較硬的巖土中掘進時刀盤承受沖擊力較大，而且液壓驅動具有轉速連 續(xù)可調的功能，便于操作人員控制，所以液壓驅動與電機驅動相比而言適應性更強。 2.3S接方式不同 為了減少盾構的長從比，增加其靈敏度，使盾構在掘進時能夠靈沾的進行姿態(tài)調整，特 別是為了能夠順利通過較小的線路彎道，盾構機通過餃接系統(tǒng)實現(xiàn)盾構掘進轉彎的控制。三 菱盾構機使用主動較接，即狡接斤頂口身采用主動伸縮：海瑞克盾構機使用被動餃接，即 錢接干斤頂行程差隨推進千斤頂壓力差被動形成。 三菱

8、盾構機較接系統(tǒng)采用16個2000KN的狡接油缸，千斤頂行程190mm,最大設計牽引 力可達32000KN：海瑞克盾構機餃接系統(tǒng)采用14個較接汕缸，千斤頂行程150mm,最大回縮 力為 7340KN。 主動狡接與被動餃接的區(qū)別點在于狡接干斤頂?shù)纳焓辗绞胶屯七M千斤頂?shù)氖芰c不同, 主動餃接的餃接千斤頂進行主動伸縮使中盾和尾盾形成一定角皮，推進于斤頂受力點在錢接 后部:被動狡接的狡接斤頂在推進斤頂?shù)耐饬ψ饔貌繁粍由炜s使中盾和尾盾形成-定角 度,推進千斤頂?shù)氖芰c在較接詢部。 特點 主動較接 1、千斤頂載荷大，外形尺寸較大，布置的數(shù)暈相對較多，使得盾構機的內部空 間較為擁擠。 2、當盾構機進入曲線段時

9、,主動鐵接需進行專門的錢接操作，相對r被動錢接 操作較復雜。 3、曲線段施匚時，推進千斤頂行程差不發(fā)生變化，管片均勻受力，不會影響 管片質量。 4、主動較接的刀盤可以利用狡接油缸進行輕微收回，對更換刀具有利。 被動較接 1、千斤頂載荷小，其外形尺寸也小，布置的數(shù)屋相對較少，盾構機的內部空間 顯得寬敝，對維護保養(yǎng)工作十分有利。 2、隧道曲線段施匸時，推進千斤頂?shù)男谐滩钪苯佑绊戯溄忧Ы镯數(shù)男谐滩睿?推進千斤頂行程差較大時一定程度上影響到管片安裝。 3、曲線施工時，推進油缸會隨行程變化而IA外擺動，推進千斤頂中心線與管 片中心線的角度會產生變化從而增加外側水平分力，降低了千斤頂?shù)挠行?力。 4、曲

10、線段施工時較接角度變化依靠推進千斤頂產生行程差而進行變化，而 推進千斤頂行程差的是控制汕壓差而產生的，管片兩側受力人小差異可能導致 管片破損、朋角。 圖7上動鐵接與被動狡接示倉圖 2. 4推進系統(tǒng)不同 海瑞克盾構機推進機構包括30個推進油缸和推進液壓泵站。推進油缸按照在圓周上的 區(qū)域分為四組，每組78個汕缸。三菱盾構機推進系統(tǒng)采用24個推力干斤頂被劃分為4組。 海瑞克 三菱 油缸數(shù)量 30 （單、雙缸各10組）； 24 最大伸出量 2000mm 1950mm 工作壓力 30Mpa 35MPa 總推力 34210KN 36000KN 最大伸出速度 80mm/min （空載） 80mm/min （

11、空載） 最人縮回速度 1400mm/min 1600mm/min 2. 5注漿系統(tǒng)不同 盾構機采用哦后同步注漿系統(tǒng)，這樣可以使管片后而的間隙及時得到充填，有效的保證 隧道的施工質暈及防止地面下沉，并一定程度減少管片接縫滲漏水的可能。 海瑞克盾構機注漿系統(tǒng)由徳國施維英公司提供，三菱盾構機由日本TAC技研匸業(yè)株式會 社提供，三菱與海瑞克機同步注漿系統(tǒng)的基木原理相同，但構造和控制有所不同。三菱盾構 機注漿泵采用一個雙程活塞泵引出兩條注漿管，盾尾注漿口分布在1和11點兩個位置。海 瑞克盾構機注漿泵采用四個單程活塞泵引出四條注漿管，盾尾注漿口分布在1、5、7和11 點四個位置。 三菱盾構機配置了較好的注

12、漿管路清洗系統(tǒng)，注漿孔的清洗和注漿、沖洗的孔口轉換通 過油壓斤頂來控制。將活塞F斤頂伸出后，沖洗管路及注入管路線路相互連接，便町用水 進行注漿管路的沖洗。將活塞千斤頂收回便可恢復同步注漿狀態(tài)。 海瑞克盾構機采用膨潤土進行管路消洗，通過注入膨澗土漿液將水泥漿液擠壓出注漿管 路，防止水泥漿液凝固堵塞注漿管。 15時網填注入狀態(tài) 3海瑞克S244與三菱1638#盾構機施工過程中的對比 海瑞克S244盾構機于2003年7月出廠，先后施匸廣州軌道交通三號線【天華盾構區(qū) 間】左線、五號線【員車科韻路站】左線、二八號線【會南區(qū)間中間風井會江站，會江 站石會區(qū)間中間風井盾構區(qū)間】左線的施匸，盾構機累計掘進約6

13、550米。三菱1638#盾 構機2004年6月出廠，先后在廣州地鐵四號線【大學城小谷|書1】盾構區(qū)間、【車陂南萬勝 1科】盾構區(qū)間施工，盾構機累計掘進約3875米。以卜為越秀南站-東湖站盾構區(qū)間掘進參數(shù) 對比圖： 越*區(qū)間左右線推力對比圖 (KN) 20000 18000 10000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 I 15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253 267 281 295 309 323 337 351 365 379 環(huán)敷 圖9越東區(qū)間山右線推力

14、對比圖 右練 1-20 環(huán).80-128 環(huán).208-276 環(huán)為8人 9層；21-65 環(huán)為7、8層：66-79 環(huán)、129-160 環(huán)為8層* 161-207 環(huán)為8人9層，頂部少S7fei： 277-366環(huán)為9層 左給 卜47 環(huán).134-171 環(huán).289-307 環(huán).347-376 環(huán)為8 9圮：48-133 環(huán)、172-211 環(huán)、242-288 環(huán)為8層212-241 環(huán)為8fei .頂部少崑7層；308-346環(huán)為9層 KN.)越東區(qū)間左右線扭矩對比圖 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1 M 27 40 53 66 79 92 105

15、118 131 M4 157 170 183 196 209 222 225 248 261 274 287 300 313 326 339 352 365 378環(huán)數(shù) 圖10越東區(qū)間左右線扭矩對比圖 右線：】-20 環(huán).80-128 環(huán).208-276 環(huán)為8. 9層：265 環(huán)為7. 8層：66-79 環(huán).129-160 環(huán)為8層：161-207 環(huán)為8人9層，頂部少量7層：277-366環(huán)為9層 左線：卜47 環(huán) 134-171 環(huán).289-307 環(huán).347-376 環(huán)為8 9層：48*133 環(huán)、172-211 環(huán).242-288 環(huán)為8層：212-241 環(huán)為8層.頂部少308-3

16、46環(huán)為9層 越東區(qū)間左右線掘進速度對比圖 501510353025201510 10 53 66 79 92 105 118 131 M l 157 170 183 196 209 222 235 248 261 274 287 300 313 326 339 352 365 378環(huán)數(shù) 圖11越東區(qū)間公右線掘進速度對比圖 右線：1-20 環(huán)、80-128 環(huán)、208-276 環(huán)為8、9層21-65 環(huán)為7、8層=6679 環(huán)、129-160 環(huán)為8層：161-207 環(huán)為8、9層，戎部少量7肚 277-366環(huán)為9層 左給 1-47 環(huán)、134-171 環(huán)、289-307 環(huán).347-37

17、6 環(huán)為8 9層：48-133 環(huán).172-211 環(huán).242-288 環(huán)為8層x 212-241 環(huán)為8層，頂部少7： 308-346環(huán)為9層 左右線掘進施匸時，一般情況下均采用空倉掘進模式。從以上掘進參數(shù)來看，右線掘進 推力整體人于左線，掘進扭矩整體小于左線，掘進速度整體高于左線。根據以上數(shù)據可以看 岀三菱盾構機在空倉掘進模式時，盾構機掘進效率略高于海瑞克盾構機。 越東區(qū)間右線于2010年2月21 H始發(fā)，3月7日開始掘進第1環(huán)，8月23 H盾構機頂 至車站川護結構。由F發(fā)生柴油車溜車爭件，6月9日至7月3日甫新配置水平運輸方案， 采用新購入的電瓶車進行水平運輸，期間盾構機共停滯25天。右

18、線實際掘進時間為145天, 日均掘進約2. 6環(huán)。 越東區(qū)間左線于2011年12月31日始發(fā)，2012年1月2 H開始掘進第1環(huán)，5月30 H盾構機頂至車站憎護結構。由于春節(jié)期間受渣土運輸影響，1月20 FI至2月9 H停機， 期間盾構機共停滯21天。右線實際掘進時間為128天，H均掘進約2.9環(huán)。 從日掘進環(huán)數(shù)來看，左右線掘進效率都較低，以卜為右線1-200壞和左線150環(huán)-350 環(huán)施工過程中主要影響時間統(tǒng)計表。 右線 左線 J5構機及共配套設備故障時間 364. 75小時 146. 5小時 開倉作業(yè)施工 165小時 47小時 盾尾及臺車區(qū)域淸理 269小時 155小時 渣土池滿影響 40

19、小時 91小時 總計 838. 75小時（約35天） 439.5小時（約25夭） 右線第1環(huán)-200環(huán)實際花費94犬時間，受彩響時間約35天，掘進施匸效率為62. 8%。 左線150環(huán)-350壞實際花費84天時間，受彩響時間約為24犬，掘進施工效率為71.4%O 柴油T故障 拼裝機故障 故障 臺弔th軌 皮帯輸送機故障 龍門吊故障 爾電湧片泊 砂漿斗故障 千斤貞故障 皮布輸送機故埠 26.5小時 8% 拼裝機故障 52. 25小訊 15% 千斤頂故障 13. 5小時 119小時 31% 42小時 臺弔川軌 39. 5小時 12% 龍門吊故卑 20小時 6% 越東右線1-200環(huán)施工故障分析圖

20、砂派斗敗障 閥電源林“響 16. 54H 5 圖12右線設備故障分析圖 越東區(qū)間左線150-350環(huán)施丁故障分析圖 電境轉盤故障 5. 6小時 4% 電統(tǒng)午故障 水半運輸午脫軌 48小時 水平運絵車睨枕 排污系統(tǒng)故障 以軌菜故障 拼裝機故障 龍門外故障 口電做T故障 龍門制i 7. 5小 5、 拼裝機故障 13小時 9% 戲軌榮故障 30. 5小時 22% 排污系統(tǒng)故障 30. 5小時 22% 圖13左線設備故障分析圖 從右線掘進影響時間與左線對比發(fā)現(xiàn)，盾構機及其配套設備故障、開倉作業(yè)施工和盾尾 及臺車消理時間都明顯多于左線。設備故障主要體現(xiàn)在水平運輸車輛，開倉作業(yè)主要為開倉 進行泥餅清理。

21、3.1 “泥餅”清理影響 右線在200環(huán)掘進施工過程中，共開倉清理“泥餅” 19次，影響時間約為165小時。 左線消理“泥餅” 2次，影響時間約為7小時。 “泥餅”的產生的原因和地質條件、盾構機選型及施工方式有關。越東區(qū)間主要穿越中、 微風化粉砂質泥巖，從地質上來看，該地質在掘進過程中易形成泥餅。越東區(qū)間掘進過程中 發(fā)泡劑均采用廣州盾之構建材有限公司生產的發(fā)泡劑.右線還單獨使用了分散劑，但效果一 般。左右線“泥餅”產生的次數(shù)差異主要原因是盾構機選型。 盾構機選型是“泥餅”產生的主要原因，土倉結構、發(fā)泡系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)與“泥餅”的 形成密切相關。 三菱盾構機發(fā)泡系統(tǒng)在刀盤而板和土倉毬板分別設置了

22、3根和8根泡沫管路:海瑞克盾 構機在刀盤和土倉壁板上分別設置了 4根泡沫管路,刀盤上4條泡沫管路設買了 8個噴射頭。 三菱盾構機發(fā)泡系統(tǒng)原液與水配比采用攪拌桶充分進行攪拌后再與空氣進行混介發(fā)泡，而海 瑞克盾構機發(fā)泡系統(tǒng)原液與水直接在管路內進行混合后再與空氣進行發(fā)泡。三菱盾構機和海 瑞克盾構機都設置了較為合理的泡沫系統(tǒng)，對防治“泥餅均有一定的作用。 圖14海瑚克盾構機泡沫管路及噴頭圖圖14三菱盾構機泡沫噴頭圖 攪動系統(tǒng)中刀盤支撐柱、主動攪動棒和被動攪動棒對杳上的攪動加強了渣上的流動性。 刀盤支撐柱和主動攪動棒隨著刀盤的轉動而攪動土倉內的土體。被動攪動棒固定在刀盤堆板 上，在土體隨刀盤翻動時，被動

23、的對土體進行攪動。三菱盾構機在刀盤邊緣區(qū)域和土倉唯板 上分別設置了 3根主動攪動棒和3根被動攪動棒。海瑞克盾構機在刀盤區(qū)域和土倉壁板上分 別設置了 4根上動攪動棒和4根被動攪動棒，并在被動攪動棒內設置了泡沫管路。支捋柱雖 然能較好的對土體進行攪樣，但過多的設置反而會起到反作用。海瑞克盾構機采用四根放射 型圓柱體支撐柱（牛腿支撐柱），刀盤中心處無連接。較少的牛腿柱和較大的中部空間使渣 上在上倉中有較好的流動性。三菱盾構機刀盤支掠梁采用六根方形支捋柱，中心處采用一個 馬鞍武橫梁與中心回轉體連接。三菱盾構機較多的支掠柱將刀盤中心區(qū)域包用成-個相對狹 小的空間，中部橫梁不僅降低了渣土的流動性，還給渣土

24、提供一定的堆積平臺，導致渣土在 土倉中心區(qū)域停留聚集的兒率變人。由于渣土的流動不暢，直接給予了渣土顆粒重新聚集 的條件。 三菱盾構機刀盤和主驅動通過六根方形支撐柱，中心處采用一個馬鞍式橫梁與中心回轉 體連接在一起。這種設計雖然能較好的傳遞扭矩和推力，但上倉內部結構較擁擠，直接影響 了土倉內渣土的流動性，這是導致泥餅”產生的主要原因之一。海瑞克刀盤和主驅動的連 接方式雖然相對簡單，但結構剛度滿足工程使用要求，土倉內渣土的流動性較好，一定程度 上減少了 “泥餅”的產生。 圖15三菱盾構機刀盤背面 圖14海瑞克盾構機刀盤背面 3. 2盾尾及臺車區(qū)域清理影響及脫軌影響 右線在200環(huán)掘進施工過程中，盾尾及臺車區(qū)域清理影響時間約為269小時。左線影響 時間約為155小時。右線在200環(huán)掘進施匸過程中，臺車脫軌16次，影響時間約為39.5 小時。左線未出現(xiàn)臺車脫軌。 本區(qū)間地下水類型主要有第四系孔隙水。有風化帶的基巖風化裂隙水，巖石單位涌水雖 0. 101/s.m,屬弱透水地層，僅局部地段含水童較大，部分