盾構(gòu)機(jī)配套設(shè)備選型

1、盾構(gòu)機(jī)配套設(shè)備選型摘要：本文闡述了盾構(gòu)機(jī)配套設(shè)備選型基本原則，配套設(shè)備選型的相關(guān)次序及 計(jì)算依據(jù)，以濟(jì)南地鐵R3線(xiàn)為例詳細(xì)的介紹了盾構(gòu)機(jī)配套設(shè)備的選型過(guò)程，為 盾構(gòu)機(jī)配套設(shè)備的選型提供可就借鑒的依據(jù)。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；配套設(shè)備；選型引言：隨著地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，高效安全的盾構(gòu)法施工在地鐵建設(shè)中被廣泛采用， 在盾構(gòu)施工設(shè)備選型時(shí)，施工單位往往重點(diǎn)考慮價(jià)值大、技術(shù)復(fù)雜的盾構(gòu)機(jī)的選 型與配置，而配套設(shè)備因數(shù)量多而復(fù)雜，其設(shè)備價(jià)值遠(yuǎn)低于盾構(gòu)機(jī)的價(jià)值，常常 不能被引起足夠的重視。由于盾構(gòu)施工是工廠(chǎng)化的流水線(xiàn)施工，任何一環(huán)節(jié)出現(xiàn) 設(shè)備故障都將影響到整個(gè)盾構(gòu)施工，盾構(gòu)機(jī)配套設(shè)備的選用應(yīng)充分全面的考慮各 環(huán)節(jié)高

2、效配合，更好的滿(mǎn)足盾構(gòu)施工的需要。盾構(gòu)機(jī)的配套設(shè)備主要有：電瓶車(chē)、龍門(mén)吊、砂漿拌合站、通風(fēng)機(jī)等。1、配套設(shè)備選型的依據(jù)：盾構(gòu)配套設(shè)備選型根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)每環(huán)的出土量及單線(xiàn)運(yùn)輸?shù)姆桨?，同時(shí)兼顧 所在城市盾構(gòu)線(xiàn)路的規(guī)劃方案、盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，配套設(shè)備的選型既要 確保充分發(fā)揮盾構(gòu)機(jī)的正常高速的掘進(jìn)、最大限度的發(fā)揮盾構(gòu)機(jī)效益，又要最大 限度的滿(mǎn)足各配套設(shè)備的的使用工況、技術(shù)特點(diǎn)等，以達(dá)到充分發(fā)揮各自的作用； 同時(shí)要綜合考慮采購(gòu)成本與獲得的效益關(guān)系，力爭(zhēng)最小的投入獲得最大的收益。2、電瓶車(chē)編組的的選用以濟(jì)南地鐵R3線(xiàn)六標(biāo)段為例，盾構(gòu)機(jī)型號(hào)：ZTE6250，直徑6250mm，開(kāi)挖 直徑6280mm，主機(jī)

3、長(zhǎng)度（含刀盤(pán)）8.5m，總長(zhǎng)81m，臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度60m，一號(hào)臺(tái)車(chē) 前端距皮帶機(jī)落土口 47m，臺(tái)車(chē)軌距2080mm、左右臺(tái)板間距1800mm。管片外 徑 6000mm，內(nèi)徑 5400mm，寬度 1500mm。盾構(gòu)掘進(jìn)每環(huán)出土量計(jì)算：V實(shí)土 = 3.14 / 4x6.282x1.5 = 46.44m3綜合國(guó)內(nèi)地鐵施工城市區(qū)域的地質(zhì)情況，碴土的膨脹系數(shù)在1.2-1.9之間， 濟(jì)南地鐵R3線(xiàn)六標(biāo)段地質(zhì)為全斷面為無(wú)水沙層，結(jié)合濟(jì)南地鐵其它標(biāo)段的施工 情況，取碴土的膨脹系數(shù)為1.5,盾構(gòu)每掘進(jìn)一環(huán)的渣土量為：V渣土 = 46.44m3x1.5 = 69.66m3；取每環(huán)出土量為 70 m3。2.1、碴土車(chē)選

4、用：由于渣土車(chē)是運(yùn)輸渣土重要設(shè)備，渣土車(chē)的選型要綜合考 慮以下因素。碴土車(chē)不僅要滿(mǎn)足承載強(qiáng)度的要求，還必須有足夠的剛度，保證渣土箱滿(mǎn) 載吊卸時(shí)土箱不會(huì)變形（開(kāi)裂），土箱滿(mǎn)載重量不超過(guò)45T。渣土車(chē)的土斗和 承載拖盤(pán)是相對(duì)獨(dú)立的兩部分，卸土?xí)r只吊土斗。每環(huán)掘進(jìn)的渣土一次運(yùn)輸完畢。 碴土車(chē)的寬度嚴(yán)禁超過(guò)盾構(gòu)機(jī)臺(tái)車(chē)內(nèi)部的最大限寬1800mm，綜合考慮將土斗 寬度定為1500mm，轉(zhuǎn)彎半徑小于25m。列車(chē)編組長(zhǎng)度滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)皮帶機(jī)的設(shè) 計(jì)要求，ZTE6250盾構(gòu)機(jī)一號(hào)臺(tái)車(chē)前端到皮帶機(jī)落土口長(zhǎng)度約47m。該標(biāo)段盾 構(gòu)施工，渣土改良用膨潤(rùn)土泥漿在洞外拌漿，放入專(zhuān)用土箱由電瓶車(chē)運(yùn)輸。根據(jù) 地質(zhì)情況為滿(mǎn)足每環(huán)掘

5、進(jìn)的需要，整套列車(chē)編組包括：渣土箱、1節(jié)膨潤(rùn)土箱、1 節(jié)砂漿罐車(chē)、2節(jié)管片車(chē)。綜合以上因素，確定4節(jié)渣土車(chē)，每個(gè)土箱容積18m3, 總?cè)莘e72m3，大于每環(huán)最大出土量70m3，滿(mǎn)足盾構(gòu)施工要求。4節(jié)渣土車(chē)長(zhǎng)度 L1=（6600+ 200） x4= 27200mm （其中200為2節(jié)車(chē)間的連接長(zhǎng)度）。 渣土 車(chē)設(shè)計(jì)上滿(mǎn)足條件：拖車(chē)采用可轉(zhuǎn)向輪對(duì)，利于重載時(shí)的小半徑曲線(xiàn)運(yùn)輸；土箱 的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足渣土吊卸時(shí)，既可以用吊車(chē)輔助拉桿卸渣土，也可以（根據(jù)施工場(chǎng)地 布置）借助渣土池的固定翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)卸渣土。2.2、膨潤(rùn)土罐車(chē)：為便于膨潤(rùn)土箱清洗維護(hù)，膨潤(rùn)土箱與承載拖車(chē)設(shè)計(jì)為分 體結(jié)構(gòu)，根據(jù)該標(biāo)段的地質(zhì)情況，掘進(jìn)每環(huán)

6、需用膨潤(rùn)土泥漿812m3,取膨潤(rùn)土 箱容積12m3,圖二為膨潤(rùn)土罐車(chē)結(jié)構(gòu)圖。膨潤(rùn)土罐車(chē)長(zhǎng)度L2= 5400 + 200 = 5600mm （其中200為2節(jié)車(chē)間的連接長(zhǎng)度）。2.3、砂漿罐車(chē)：砂漿用于填充管片與盾構(gòu)刀盤(pán)開(kāi)挖空間的空隙，其填充量計(jì) 算如下：V 砂漿= 3.14 / 4x （6.282 6.02） x1.5 = 4.05m3，注漿量取 150% 180%，砂 漿罐車(chē)設(shè)計(jì)為8m3。為方便砂漿由砂漿罐車(chē)中泵出，同時(shí)防止砂漿沉淀，設(shè)置攪 拌裝置，驅(qū)動(dòng)功率11KW ；砂漿由罐車(chē)中泵送到臺(tái)車(chē)儲(chǔ)漿罐中，選用砂漿泵，配 備功率11KW。罐車(chē)箱體與行走懸掛裝置為一體結(jié)構(gòu)。砂漿罐車(chē)長(zhǎng)度L3= 509

7、0 + 200= 5290mm （其中200為2節(jié)車(chē)間的連接長(zhǎng)度）。2.4、管片車(chē)：管片車(chē)是盾構(gòu)施工專(zhuān)門(mén)運(yùn)送管片的車(chē)輛，每環(huán)管片分3塊標(biāo)準(zhǔn) 塊，2塊鄰接塊，1塊封頂快；每車(chē)裝運(yùn)3塊，其中一車(chē)為3塊標(biāo)準(zhǔn)塊，另一車(chē) 為2塊鄰接塊及1塊封頂快。標(biāo)準(zhǔn)塊最大重量約4.5T，3塊共計(jì)13.5T，選擇管片車(chē)載重為15T。管片車(chē)應(yīng)滿(mǎn)足：管片車(chē)設(shè)置專(zhuān)門(mén)的橡膠墊，橡膠墊位置應(yīng)適于管片受力，防 止運(yùn)輸過(guò)程中管片的損壞；根據(jù)管片的實(shí)際形狀管片車(chē)為中凹結(jié)構(gòu)，即利于管 片在運(yùn)輸中的穩(wěn)定性，又增加了管片吊出時(shí)管片吊機(jī)與管片間的空間；綜合以上 因素，管片車(chē)設(shè)計(jì)尺寸為L(zhǎng)4= 3600 x2 + 200= 7400mm （其中2

8、00為2節(jié)車(chē)間的連接長(zhǎng)度）。牽引機(jī)車(chē)的選用：每列電瓶車(chē)編組分4節(jié)渣土車(chē)、1節(jié)膨潤(rùn)土車(chē)、1節(jié)砂 漿罐車(chē)、2節(jié)管片車(chē)；電瓶車(chē)編組保證在30%。坡道上安全起動(dòng)并牽引整列車(chē)正 常行駛；具備空氣制動(dòng)、電制動(dòng)和手制動(dòng)三種制動(dòng)方式；具有變頻裝置，以適應(yīng)不同路況及載重的需要；配備的蓄電池單次充 電需保證10kM的運(yùn)輸。綜合以上因素：選用北車(chē)集團(tuán)蘭州機(jī)車(chē)廠(chǎng)的45T電瓶車(chē)，整體采用排氣制動(dòng)， 軌距900mm，連接方式采用G3/4快速接頭，距軌面連接高度430mm。牽引機(jī)車(chē)長(zhǎng)度：L牽引=8109 + 200= 8308mm （其中200為2節(jié)車(chē)間的連接 長(zhǎng)度）。列車(chē)總長(zhǎng)度為：L列車(chē)=L牽引+ L1 + L2 + L

9、3 + L4 = 53798mm。L編組=L1 + L2 + L3 + L4= 45490mmV47m （一號(hào)臺(tái)車(chē)到皮帶機(jī)落土口）該編組滿(mǎn)足使用要求。列車(chē)編組重量見(jiàn)下表：（單位T）由表看出，機(jī)車(chē)編組由隧道開(kāi)出時(shí)牽引重量最大191.6T2.5、機(jī)車(chē)牽引計(jì)算45T機(jī)車(chē)30%坡道牽引噸位計(jì)算GQ = （F-P （Wq / + iq） / （Wq / + iq）粘著牽引力 F|i=|ixp=0.26x450=126KNN :機(jī)車(chē)粘著系數(shù)0.26 （軌道干燥無(wú)油污）P :機(jī)車(chē)粘重 450KNWq/ :機(jī)車(chē)單位起動(dòng)阻力5N/KN （根據(jù)機(jī)車(chē)牽規(guī)取值）Iq :坡道阻力系數(shù)30%。Wq / =3+0.4ig=

10、3+0.4x30=15N/kNGQ = (126000-450(5+30) / (15+30)=225T結(jié)論：45T機(jī)車(chē)30%坡道牽引重量為225T。機(jī)車(chē)在30%坡道上行駛時(shí)牽引重量為225T191.6T。45T電瓶機(jī)車(chē)滿(mǎn)足施工 要求。3、龍門(mén)吊的選型：龍門(mén)吊是盾構(gòu)施工中吊卸渣土及各種材料、施工機(jī)具的重要起升設(shè)備，設(shè)備 選型需滿(mǎn)足以下要求：最大載重量：土斗自重+滿(mǎn)載碴土重量，根據(jù)設(shè)計(jì)資料，土斗4.5T, 18m3 渣土重32T,總重36.5T，選擇45T龍門(mén)吊。該標(biāo)段雙線(xiàn)盾構(gòu)始發(fā)，根據(jù)車(chē)站 設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境確定龍門(mén)吊跨度為12.5m，有效單懸臂為4m，以利于吊卸管片及 其他施工材料。渣土斗卸土翻

11、轉(zhuǎn)時(shí)，土斗距軌道平面23m，選擇起重高度9m。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，龍門(mén)吊沿車(chē)站軸線(xiàn)行走，土斗翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選用中部翻轉(zhuǎn)。大 車(chē)、小車(chē)行走機(jī)構(gòu)為變頻設(shè)計(jì)，大車(chē)行走速度041m/min，小車(chē)速度0 32m/min，吊鉤升降013m/min。龍門(mén)吊行走及升降要求，重載低速，輕載高速。龍門(mén)吊設(shè)計(jì)主副鉤，主鉤45T吊卸渣土及管片，副溝吊卸施工材料及小型機(jī)具。起重扁擔(dān)保證自動(dòng)平衡，吊具可拆卸，摘掛方便靈活；為保證施工安全，龍門(mén) 吊設(shè)置升光報(bào)警、手動(dòng)夾軌裝置、限位裝置、起重高度及重量顯示儀等。4、拌合站選型：盾構(gòu)施工用拌合站是專(zhuān)用的砂漿拌合站，配料機(jī)構(gòu)要簡(jiǎn)單，粉料只有水泥及 粉煤灰，不需要添加劑罐，占地面積要小。

12、同時(shí)需配備帶有攪拌裝置的儲(chǔ)漿罐。該項(xiàng)目為一臺(tái)盾構(gòu)右線(xiàn)始發(fā)，考慮到后續(xù)項(xiàng)目2臺(tái)盾構(gòu)同向雙線(xiàn)始發(fā)，砂漿 拌合站選用0.75m3/罐，配備8m3儲(chǔ)漿罐。每環(huán)注漿量：V= 3.14 / 4x (6.282-62) x1.5 = 4.05m3,通常按150%注漿，通常注漿量為6m3,需拌漿8次，3分鐘攪拌 一罐，24分鐘可完成拌漿工作。一個(gè)盾構(gòu)循環(huán)最快1小時(shí)，可滿(mǎn)足2臺(tái)盾構(gòu)同時(shí) 施工。5、通風(fēng)機(jī)的選型通風(fēng)條件通風(fēng)類(lèi)型：長(zhǎng)管道軸流風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)；送風(fēng)長(zhǎng)度：濟(jì)南地鐵R3線(xiàn)六 標(biāo)工業(yè)北路站至王舍人站區(qū)間1800m，風(fēng)機(jī)放于中板；管片襯砌內(nèi)徑：5.4m； 風(fēng)管類(lèi)型：阻燃風(fēng)帶；風(fēng)管直徑：1000mm通風(fēng)計(jì)算隧道性

13、質(zhì)。隧道斷面：A=22.89 m2 (管片襯砌內(nèi)徑：5.4m)；隧道掘進(jìn)法: 盾構(gòu)法；作業(yè)人員：16人。所需通風(fēng)量的計(jì)算a、根據(jù)作業(yè)人員呼吸所測(cè)定的通風(fēng)量須排出的氣體為二氧化碳，其數(shù)量計(jì)算 如下：每個(gè)作業(yè)人員需排出的氣體量：Q= 3 m3/min，作業(yè)人員數(shù)量：N = 16人貝。：Q=3N=3x16 =48 m3/minb、根據(jù)送入隧道內(nèi)空氣的流速計(jì)算通風(fēng)量為有效稀釋洞內(nèi)濁氣濃度，隧道內(nèi)的空氣流速設(shè)定為0.5m/s。Q =0.5xAx60 = 0.5x22.89x60=686.7 m3/minc、需要的通風(fēng)量使QVQ ”，Q ”值則應(yīng)為所需通風(fēng)量Q = Q ” =686.7 m3/min通風(fēng)系

14、統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)將按以下提供：盾構(gòu)機(jī)與風(fēng)機(jī)之間距離為：1800m風(fēng)機(jī)的空氣外泄系數(shù)：mi = 1-0.015x1800/100 =0.73 (通常管道8=0.015)風(fēng)機(jī)作業(yè)所需空氣量(Qf)采用通風(fēng)量(Q =686.7 m3/min)來(lái)計(jì)算。Qf1 = Q/ mi1 =686.7 m3/min /0.73 =940.68 m3/min風(fēng)管租力風(fēng)壓損失Pd=X-L/d-p-V2p/2=0.0155x1800 x1.293x19.972/2/1.0=7193.3(Pa)式(中：L風(fēng)管最大長(zhǎng)度，根據(jù)工程概況取1800m： d風(fēng)管直徑，取 1.0m；p空氣密度，取1.293kg/m3； Vp風(fēng)管平均風(fēng)速，m/s；入一一風(fēng)管阻力摩擦系數(shù)取0.0155。Vp =Q/(60 xn-d2/4)=940.68/(60 x3.14x1.02/4)=19.97 (m/s)據(jù)上述結(jié)果選擇風(fēng)機(jī)風(fēng)量為550790m3/min、風(fēng)壓為6808200