成都地铁4号线3标段盾构机选型及适应性评估方案

1、 成都地铁4号线3标段盾构机选型及适应性评估方案 目 录第一章概述11.1、概述11.2、上标段使用情况1第二章 工程概况22.1、工程位置22.2、设计概况22.3、工程地质及水文地质32.3.1、地形地貌32.3.2、地质构造32.3.3、岩土层特征42.3.4、土层可挖性分级和隧道围岩分类52.3.5、水文情况6第三章 盾构机特点73.1、功能设计特点73.2、海瑞克盾构机针对成都砂卵石地层的功能特点83.2.1、刀盘驱动及主轴承密封系统83.2.2、刀盘刀具布置83.2.3、盾体93.2.4、盾尾93.2.5、螺旋输送机93.2.6、材料闸93.2.7、压缩空气气源93.2.8、后配套

2、设计103.3、四台盾构机的性能参数说明103.3.1、S-394/S-395盾构机主要性能参数103.3.2、S-526/S-527盾构机主要技术参数13第四章 四台盾构机对该项目地质的适应性及可靠性描述174.1、盾构机对工程的适应性174.2、盾构机的可靠性184.3、工程重难点及盾构机功能的适应性对照表194.4、刀盘刀具特点及其对区间地质的适应性204.4.1、刀盘刀具整体布置204.4.2、刀盘结构特点214.4.3、刀具的布置形式244.4.4、刀盘、刀具对地质的适应性254.4.5、刀具选择对地层的适应性254.4.6、刀盘设计对地层的适应性264.4.7、对大粒径卵石、漂石的

3、处理方式26第五章 盾构机的改造和维修275.1、 S-394/S-395盾构机的改造275.1.1、推进油缸275.1.2、浆液搅拌275.1.3、加水系统275.1.4、二次补浆装置275.2、S-526/S-527盾构机的改造275.2.1、加水系统275.2.2、二次补浆装置285.3、盾构机的维修285.3.1、海瑞克检测项目（S-394/S-395/S-526/S-527盾构机）285.3.2、自检维修项目28第六章 盾构机维修评估总结37附录1 S-394/S-395整机图38附录2 S-526/S-527整机图39附录3 S-394/S-395刀盘图40附录4 S-526/S-

4、527刀盘图41附录5 隧道断面图42附录6 西客站苏坡立交站地面布置图43附录7 中坝站西客站地面布置图44 中铁二局股份有限公司 第 38 页 第一章 概述1.1、概述我公司预计于2012年8月11日对成都地铁4号线土建3标段苏坡立交站至中坝站实施盾构施工掘进。本项目投入德国海瑞克生产的土压平衡盾构机（编号分别为为S-394、S-395、S-526、S-527）共计4台。目前，S-394、S-395盾构机陈放于成都地铁4-3标西苏盾构始发井场地进行维修，S-526、S-527盾构机陈放于成都龙泉驿中铁15局盾构堆场进行维修。根据施工组织及维修计划，S-394、S-395盾构机分别于2012

5、年8月11日和8月25日依次进入中坝站场地并顺序下井，到8月31日和9月24日分别达到始发条件。S-526、S-527盾构机分别于2012年8月20日和9月10日依次进入西苏区盾构始发井场地并顺序下井，到9月19日和10月9日分别达到始发条件。1.2、上标段使用情况S-394、S-395在2012年4月份完成了成都地铁2号线西延伸线土建1标（始发井外语学院站中间风井）分别掘进约2823.4延米，掘进中各项主要参数均正常，每台机器月掘进345延米，速度基本保持在35mm/min45mm/min之间，每日的掘进进度保持稳定，掘进效率高，机器的整体故障率低。全程掘进过程中每台机器进行过5次刀具的更换

6、。S-526、S-527在2011年6月份完成了成都地铁2号线土建9标（白果林站中医学院站通惠门站将军衙门站）分别掘进约2398.9延米，掘进中各项主要参数均正常，每台机器月掘进约360延米，速度基本保持在40mm/min50mm/min之间，盾构机整体的性能完好，机械方面没出现较大的故障，每日的掘进进度保持相对稳定，掘进效率高。整个标段施工掘进过程中每台机器进行过4次刀具的更换。第二章 工程概况2.1、工程位置本标段盾构区间包括中坝站西客站盾构区间、西客站苏坡立交站盾构区间以及中间风井和盾构始发工作井工程。线路出中坝站后沿规划线路向北穿过成温路，拐入国铁西客站，实现与国铁换乘。出西客站后拐入

7、IT大道延线，沿IT大道延线东行，穿过三环路，进入青江西路，最后进入三环路东侧的苏坡立交站。区间线路位置示意图2.2、设计概况中坝站西客站盾构区间设计里程为：Z(Y)DK18+627.800Z(Y)DK20+360.000,左右线长均为1733.8m,线路最小平曲线半径R=400m，最大线间距15.0m，线路在该区间线间距由13m过渡到15m。线路最大轨面埋深24m，最小坡度5.000，最大坡度22.496，在YDK19+766.090YDK19+786.845段设中间风井，区间在YDK19+186、YDK19+776、YDK20+234.5处设3个联络通道，其中YDK19+776处的联络通道

8、与中间风井结构合建。西客站苏坡立交站盾构区间设计里程为：ZDK20+684.900ZDK22+716.200，YDK20+614.200YDK22+716.200，左线长2031.3m,右线长2102m，线路最小平曲线半径R=400m，最大线间距21.02m，线路在该区间线间距由15m过渡到13m。线路最大轨面埋深24.1m，最小坡度6.000，最大坡度21.948；在YDK21+237YDK21+317段设盾构始发井兼中间风井，区间在YDK21+250、YDK21+850、YDK22+450处设3个联络通道，其中YDK21+250处的联络通道与中间风井结构合建。中间风井和盾构始发井采用明挖法

9、施工，一般段采用12002000的旋挖桩，盾构洞门范围内采用15001800的玻璃纤维筋桩。风井和盾构始发井端头采用钢管内支撑，标准段采用锚索支持体系，内衬结构采用现浇钢筋混凝土的形式。区间隧道采用盾构法施工，内衬为钢筋混凝土管片，管片外径为6000mm，内径为5400mm，厚度为300mm，曲线半径400m段管片幅宽为1.2m，其他地段采用1.5m的幅宽。采用六分块方案，三块标准块，两块邻接块，一块封顶块。管片组合方式为直线环+左右转弯环，拼接方式为错缝拼装，管片接头采用弯螺栓。联络通道采用降水条件下的矿山法施工，支护体系由超前支护、初期支护和二次衬砌组成。2.3、工程地质及水文地质2.3.

10、1、地形地貌中坝站西客站盾构区间隧道地处川西平原岷江水系I级阶地，为冲洪积地貌，地形平坦，地面高程515.26m517.88m，最大高差为1.62m。西客站苏坡立交站盾构区间隧道地处川西平原岷江水系级阶地，为冲洪积地貌，地形平坦，地面高程513.25m516.34m，最大高差为3.09m。2.3.2、地质构造成都平原处于新华夏系第三沉降带之川西褶带的西南缘，界于龙门山隆褶带和龙泉山褶皱带之间，为一断陷盆地。市区一带断裂构造和地震活动较微弱，历史上从未发生过强烈地震，从地壳的稳定性来看应属于稳定区。工程位于龙门山东部边缘构造带。成都市区距龙泉山褶皱带20Km，距龙门山褶皱带50Km。历史上于20

11、08年5月12日发生了汶川8.0级特大地震对场地区域内建筑、成都平原及周边构造未造成破坏。2.3.3、岩土层特征（1）、区域内土层特征1）第四系全新统人工填筑土（Q4ml）1人工填筑土：褐黄、灰黑等杂色，松散，稍湿。由碎石、砂土、砖瓦碎块等建筑垃圾组成，其间重填粘性土，分布于地表，层厚1.6m11.0m。靠近中坝站隧道右线位置填土较厚，是由原来道路施工回填所致。该层在场地内分布普遍，土均匀性差，多为欠压密土，结构疏松，强度较低，压缩性高，受压易变形。2）第四系全新统冲积层（Q4al）2-3粉质粘土：褐黄色，软塑可塑，含少量铁锰质氧化物等。在场地内普遍分布，层厚0.50m3.30m。2-4粉土：

12、褐黄色，松散，稍湿，含少量铁锰质氧化物、云母等。在场地内局部分布，层厚0.90m2.20m。2-5粉、细砂：青灰色，松散，稍湿，含少量铁锰质氧化物、云母、石英等，分布于卵石层顶面或以呈透镜体状分布于卵石土中，厚度0.50m1.50m。2-6中砂土：青灰色或褐黄色，松散，饱和，以透镜体形式分布于卵石土中。场地内局部存在，层厚0.70m1.80m。2-8卵石土：青灰色，褐黄色，湿饱和。卵石成分主要以岩浆岩、变质岩类岩石组成。以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量60%85%，粒径以20mm80mm为主，部分粒径大于100mm，最大粒径180mm，充填物为细砂，局部夹漂石，顶面埋深2.9m11.

13、0m。根据超重型动力触探试验成果及卵石含量，将卵石土分为松散卵石土2-8-1、稍密卵石土2-8-2、中密卵石土2-8-3和密实卵石土2-8-4，共4个亚层。3）第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）3-8卵石土：褐黄色，稍湿饱和。卵石成分主要以岩浆岩、变质岩类岩石组成。以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量50%75%，粒径以20mm80mm为主，个别粒径大于100mm，充填物为中砂，局部夹少量角砾或漂石，顶面埋深25.10m34.90m。根据N120超重型动力触探试验成果及卵石含量分析，该层卵石土均为密实卵石土3-8-4，共1个亚层。（2）、隧道所穿越岩层本标段隧道所穿越的岩层以中密卵

14、石土2-8-3和密实卵石土2-8-4为主。2.3.4、土层可挖性分级和隧道围岩分类（1）、土石工程分级级松土：包括砂层，即岩土分层代号2-5、2-6层。机械能全部直接铲挖满载。级普通土：包括人工填筑土1、粉质粘土2-3、粉土2-4、松散卵石层2-8-1、稍密卵石层2-8-2。机械需局部刨松方能铲挖满载，或可直接铲挖但不能满载。级硬土：包括冲洪积成的中密卵石层和密实卵石层，岩土分层代号分别为2-8-3、2-8-4和3-8-4层，机械普遍刨松方能铲挖满载。（2）、隧道围岩分类本标段隧道洞身通过的围岩岩土层代号为2-8。隧道围岩分类根据实测的围岩弹性纵波数据划分为、类。区间隧道围岩分级见下表：区间隧

15、道围岩分级表层号岩土名称岩土特征围岩类别围岩级别<1>人工填筑土松散，稍湿<2-3>粉质粘土可塑<2-4>粉土松散<2-5>细砂松散，稍湿饱和<2-6>中砂松散，稍湿饱和<2-8-1>卵石土松散，稍湿饱和<2-8-2>卵石土稍密，稍湿饱和<2-8-3>卵石土中密，饱和<2-8-4>卵石土密实，饱和<3-8-4>卵石土密实，饱和2.3.5、水文情况（1）、地表水根据调查，清水河由北向南穿过本标段盾构区间，区间隧道下穿清水河。清水河属川西平原岷江水系，具丰富的地表径流，为本区段地

16、下水形成提供了丰富的补给来源。该段清水河宽约35m，河床深约4.8m，河身为人工条石U型河堤，边坡较稳定。（2）、地下水类型本标段区间隧道地下水主要为赋存第四系砂卵石地层中的孔隙型潜水。第四系孔隙水主要赋存于第四系卵石土中，卵石土层结构比较松散，含水丰富，含水层厚度大于30m。（3）、土层的透水性和富水性1人工填筑土层：区间隧道内广泛分布于地表，渗透系数差异较大。2-3粉质粘土、2-4粉土层：为弱透水性，富水性较差，位于地下水位以上，渗透系数k=0.01m/d。2-5、2-6砂层：呈透镜状分布，渗透系数k=10.0m/d，为强透水层，富水性好。2-8、3-8卵石土层：广泛分布，渗透系数k=18

17、.022.0m/d，为强透水层，富水性好。（4）、地下水腐蚀性评价区间范围内场地土和地下水对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。第三章 盾构机特点3.1、功能设计特点（1）基本功能四台盾构机均大量采用液压、控制、导向等领域的新技术。其控制系统的终端全部由PC可编程控制器直接控制，上端由上位机进行总体控制。盾构机还可以通过网络系统由洞外技术部门或盾构厂家进行远程监控、调试及控制。盾构机的数据采集系统可以记录盾构操作过程的所有参数。由于自动化控制程度高，大大降低了盾构机操作控制的强度及难度，提高了掘进效率。液压系统的主驱动系统、推进系统、螺旋输送机系统及管片安装系统大量

18、采用比例控制、恒压控制、功率限止等先进的液压控制技术。同时，选用高质量的液压元件，保证了盾构机的可靠性，降低了盾构机故障率，有利的保证了施工生产的顺利进行。盾构采用先进的激光导向系统来控制隧道的掘进方向，这在隧道的方向控制上也是比较前沿的技术。（2）总体功能特点盾构在卵石土、漂石地层施工时重点考虑以下功能：具备土压平衡掘进功能；具备足够的刀盘驱动扭矩和盾构推力；具备足够的刀盘开口率及合理的刀盘形式。刀具的形式及布置设计能最大限度满足不同粒径卵石的处理；具备渣土改良系统；盾构机有良好的出渣性能；盾构本体在高水压下的防水密封性能可靠；盾构具备防喷涌功能；人闸设计满足带压换刀的需要；管片壁后同步注浆

19、；盾构预留超前注浆接口，可对开挖面前端的不良地质进行超前加固；（3）盾构机总图（见附件1、附录2）3.2、海瑞克盾构机针对成都砂卵石地层的功能特点3.2.1、刀盘驱动及主轴承密封系统（1）主轴承同时承受推力、径向负荷和倾覆力矩，采用直径较大的重型轴承。（2）刀盘驱动装置的设计采用大强度、大刚度设计，以便优化主轴承的寿命。（3）主轴承的设计寿命为10000小时。到目前为止，S-394、S-395分别推进6498.855米、6792.433米，使用时间分别约为4330小时、4520小时；而S-526、S-527分别推进2398.7米、2065米，使用时间分别约为1000小时、870小时。（4）刀盘

20、驱动装置通过三重唇形密封来提高刀盘驱动的密封性能，三重密封可抵抗1.0Mpa的水压。（5）密封系统包含了连续油脂润滑和泄漏监测系统，更好的提高了密封的可靠性（6）砂卵石的摩擦阻力较大，盾构刀盘扭矩较大，而且施工中常会出现刀盘扭矩瞬间过大的现象。S-394/S-395盾构机刀盘额定扭矩设计为5980kNm（S-526/S-527为5380KNm），实践证明此扭矩适合砂卵石地层的隧道施工，也间接提高了盾构机的使用寿命。（7）根据工程实践反馈，3米直径的大主驱动可以提供较高的扭矩能力。由于主驱动尺寸较大，导致空间有限，螺旋输送机的尺寸则受到限制，只能设计为800mm，但是实践证明800mm的螺旋输送

21、机也能较好适应当前的地质情况。3米直径的主驱动，结合945kW驱动动力，可达到7150kNm的脱困扭矩（S-526/S-527为6930 kNm），可以实现长期过载负荷。3.2.2、刀盘刀具布置软硬岩刀具基座相同，刀具可互换，并可以从刀盘背后更换。砂卵石刀具布局：S-526、S-527分别配置了4把17寸双刃中心滚刀，17把17寸单刃滚刀，9把17寸双刃滚刀，28把刮刀，8把边刮刀。而S-394、S-395刀具配置了4把18寸双刃中心滚刀，17把18寸单刃滚刀，15把18寸双刃滚刀，20把焊接撕裂刀，6把喷口保护刀，32把刮刀，8把边刮刀。实践证明，这样的刀具布置是适合成都地层的，最大限度减少

22、了刀具的磨损，每盘刀标准直径配置时最长掘进距离达500余米。S-526、S-527刀盘开口率为35%，而S-394、S-395刀盘开口率为36%。根据S-526、S-527在成都地铁2号线的使用情况，刀盘开口适当，使粒径小于300mm的渣土能顺畅通过，有利于降低掘进时的推力，使刀具的磨损减到很小。3.2.3、盾体（1）推进千斤顶由德国MONTANHYDRAULIK设备生产商提供，具有很高的使用可靠性。（2）耐压、耐磨的钢结构设计适应所需的工作压力。（3）管片安装机有6个自由度，保证了管片安装的质量。（4）畅通的维保工作通道。3.2.4、盾尾（1）钢结构钢板厚度设计适应预计的工作压力。（2）密封

23、系统为3排密封刷，保证了盾尾密封的可靠性。3.2.5、螺旋输送机（1）螺旋机叶片具备足够的刚度和强度。（2）螺旋机出土口的土塞区长度和闸门开口大小是防止水喷涌现象的基本硬件措施。3.2.6、材料闸 海瑞克盾构机设置了材料闸和主闸，材料闸在工作人员需要在压力舱内工作时，可以帮助提高工作效率。材料闸的尺寸为600mm、长约1.8m（S-526/S-527长约1.6m），用于把工具、物料和设备转运进开挖舱，尤其是在带压进行维保以及保压需要注入压缩空气的时候，材料闸的作用更加明显。3.2.7、压缩空气气源根据我公司在成都地铁1号线、成都地铁2号线的带压换刀经验，由于地层透气性能高，原先所配置的空气压缩

24、机供气量不足以保持土仓所需设定的压力。因此，我公司在S-394/S-395盾构机上增加了2台空气压缩机，由原来的18.6m³/min增加到46.8 m³/min，压缩空气最高压力为8bar。在S-526/S-527盾构机上增加1台空气压缩机，由原来的20m³/min增加到30 m³/min，压缩空气最高压力为7.5bar。同时配置油水分离的过滤系统，以加强过滤和呼吸气的清洁。此外还配置了Samson压缩空气自动调节系统，该装置能自动调节土仓内气体压力，保持土仓内压力的恒定。3.2.8、后配套设计（1）吊机的设计适应运输要求。（2）大尺寸的皮带机系统保证渣

25、土流动顺畅。（3）在辅助轨道上运行能够保证后配套系统最佳转向的实现。（4）进入维保工作空间的道路畅通。（5）配备了水路循环、压缩空气、通风系统。（6）喂片机实现安全可靠的管片装卸。3.3、四台盾构机的性能参数说明3.3.1、S-394/S-395盾构机主要性能参数S-394、S-395盾构机主要性能参数序号位置项目名称参数1盾构整体盾构类型土压平衡标准开挖直径6280mm机体总长8285mm尾壳厚度(前/中/后)60/40/40mm装备总功率1778KW最大掘进速度80mm/min盾尾密封三排钢丝刷，注脂密封2刀盘开挖直径6280mm型式中心支撑式驱动型式液压驱动驱动功率945KW开挖范围62

26、80m最大转速4.56rpm最高扭矩7150 KN.m 3铰接装置型式被动式铰接最大行程差垂直、水平150mm/150mm最大转角垂直、水平1.4°/1.4°4搅拌器叶片外径870mm转速12rpm搅拌容量6m35传感器土压传感器06bar(420Ma)，5只液压传感器0400bar(420mA)，1只020bar(420mA)，1只040bar(420mA)，1只060bar(420mA)，1只6润滑系统各阀件性能能正常注脂中间回转接头能正常注泡沫、膨润土等改良剂铰接密封由重载型橡胶密封和紧急密封（紧急气囊）组成驱动部密封润滑状况良好供脂距离约50米油脂泵供脂流量03.2

27、L/min供脂压力120bar盾尾油脂WR897管片拼装器类型中心回转式6个自由度转速01.6rpm连续可调旋转角度±200°负荷能力11.52吨径向行程1200mm轴向行程2000mm8液压油缸推 进 油 缸顶力3421 tf行程2000 mm数量30台正常压力0300 kgf/cm2最高压力350 kgf/cm2铰 接 油 缸顶力615 tf行程150 mm数量14台正常压力0300 kgf/cm2最高压力350kgf/cm2管片拼装器提升油缸顶力57 tf行程1000 mm数量2台正常压力0125kgf/cm2最高压力150kgf/cm2管片拼装器平移油缸顶力10 t

28、f行程2000 mm数量2台正常压力0100kgf/cm2最高压力250kgf/cm2管片拼装器保持油缸顶力40 tf行程50 mm数量1台正常压力0200kgf/cm2最高压力250kgf/cm2螺旋机闸门油缸顶力10 tf行程800 mm数量2台正常压力0200kgf/cm2最高压力330kgf/cm2管片运送器行走油缸顶力40 tf行程1860 mm数量1台正常压力0200kgf/cm2最高压力250kgf/cm2管片运送器拖拽油缸顶力9.4 tf行程150 mm数量1台正常压力0120kgf/cm2最高压力150kgf/cm2管片运送器举升油缸顶力10 tf行程50 mm数量8台正常压

29、力0200kgf/cm2最高压力225kgf/cm29液压马达刀盘液压马达正常压力0230 kgf/cm2扭矩45720 kgf.m数量9台工作压力0230kgf/cm2最高压力350kgf/cm2管片拼装器回转正常压力0195 kgf/cm2扭矩15000 kgf.m数量1台工作压力0195kgf/cm2最高压力210kgf/cm2螺旋机长度13400mm直径800mm功率315KW正常压力0300 kgf/cm2扭矩22500 kgf.m转速022rpm无级调速数量1台工作压力0200kgf/cm2最高压力300kgf/cm210液压泵刀盘回转排量3375 L/min工作压力0300kgf

30、/cm2转速1500 rpm数量3台施工末期油样化验结果油样检测合格掘进和铰接排量195+24 L/min工作压力0300kgf/cm2转速1500 rpm数量1+1台施工末期油样化验结果油样检测合格管片拼装器的回转排量250 L/min工作压力0195kgf/cm2转速1500 rpm数量1台施工末期油样化验结果油样检测合格螺旋机排量750 L/min工作压力0250kgf/cm2转速022 rpm，无级调速数量1台施工末期油样化验结果油样检测合格11刀盘设计和刀具布置刀盘设计刀盘对地层的适应性适应性强、针对性好刀盘的开口率36%刀具布置中心刀的类型双刃滚刀(可更换成齿刀)刀具的数量4把18

31、寸双刃中心滚刀，17把18寸单刃滚刀，15把18寸双刃滚刀，20把焊接撕裂刀，6把喷口保护刀刮刀的数量32把刮刀，8把边刮刀各种刀具的高差设置滚刀高出刮刀55mm，滚刀高出撕裂刀55mm，滚刀高出喷口保护刀75mm12人闸气压设备有渣土改良装置可加膨润土、泡沫剂、聚合物13注浆系统同步注浆盾尾注浆管数4最大注浆速度 20m3/h最大注浆压力5bar3.3.2、S-526/S-527盾构机主要技术参数S-526、S-527盾构机主要技术参数序号位置 名称技术参数备注1 管片设计外径6000mm内径5400mm管片长度1500mm/1200mm分布5+12盾体前盾体数量1个中盾体数量1个直径（前、

32、中、后）6250mm、6240mm、6230mm长度（前、中、后）2100mm、2180mm、3300mm盾构类型土压平衡最大工作压力3bar土压计5个3盾尾盾尾数量1个型式铰接长度3300mm油脂管数量8个（2×4）DN25密封3排钢丝刷注浆口4+4个DN50（4个备用）4推进油缸数量30个10组双缸+10组单缸分组数量4组推进力34210KN300bar行程2000mm伸出速度80mm/min所有油缸收回速度1600mm/min一组油缸5铰接油缸类型被动式数量14个行程150mm6刀盘数量1个型式装配有滚刀式刀具4把17寸双刃中心滚刀，17把17寸单刃滚刀，9把17寸双刃滚刀，2

33、8把刮刀，8把边刮刀直径6280mm旋转方向左/右喷嘴数量8个中心回转体1个4+1根泡沫/水输送管7刀盘驱动装置数量1个型式液压回转驱动液压马达数量9个额定转矩5380KNm脱困扭矩6930KNm转速0 to 4.5rpm功率945KW3×315KW8人闸数量1个型式双仓式（一个主闸和一个材料闸）直径1600mm工作压力3bar人数（容纳）3+2主闸/材料闸9管片安装器数量1个型式中心回转式抓紧系统机械式自由度6举伸油缸行程1000mm比例控制纵向移动行程2000mm比例控制控制装置无线控制10螺旋输送机数量1个型式有轴螺旋式直径800mm功率315KW启动扭矩217KN.M转速0到

34、22rpm无级调速输送量350mm3/h螺距630mm出料口门1个土压计1个11皮带输送机数量1个皮带架的校正以及从动轮、张紧轮的安装驱动电动带宽800mm最大输送量450mm3/h12后配套台车数量5+连接桥在轨道上行进，开式结构管片吊车1个带机械抓紧装置油压单元1个包括过滤器和油箱冷却系统（泵/油冷器/阀）1个由工地提供。注浆系统1个注浆泵2个KSP或相似型号，流量10m3/h压力测量装置4个砂浆罐1个容量6m3带搅拌器膨润土储存罐/泵1个由工地提供注浆泵1个30m3/h储存罐1个容量6m3带搅拌器泡沫发生装置1个泡沫发生器4个泡沫泵1台300ltr/h压缩空气供应1台空压机2台110KW

35、；7.5bar； 20m3/min，高压空气储存罐1个1000ltr压力气体调节装置2个DN65，在盾体内主驱动装置润滑泵1个容量：200kg盾尾油脂泵1个容量：200kg控制台1个带空调主副配电柜1个功率因数补偿器1个cos phi=0.9水管卷盘1个工业水，软管DN80高压电缆卷盘1个用于200m电缆，本设备不含高压电缆二次通风设备1个DN600风管通风管储存装置1个1米风管，100米储量（不含风管）小型起吊装置1个数据采集系统1个海瑞克公司标准配置，中英语导向系统1个型号SLS-SL管片排序系统1个导向系统初级电压10KV次级电压400V变压器2000KVA液体型，IP55控制电压24V

36、/230V照明电压230V阀工作电压24V频率50HZ系统绝缘保护IP55PLCS7（西门子）总功率1794KW第四章 四台盾构机对该项目地质的适应性及可靠性描述4.1、盾构机对工程的适应性针对盾构在掘进施工中复杂多变的地层、周边环境和线路特点等情况，盾构机在设计时也作了相应的特殊设计，使盾构机具有安全、顺利通过特殊地段的能力。(1）盾构刀具根据在砂卵石、卵石密集区中不同的破岩机理来进行设计和选择。刀具的布置可适应对大块卵石、砾石及漂石的破碎或入仓，防止卵石、砾石在刀盘前滚动，对刀具有一定的保护作用。(2）盾构机配置高密度膨润土注入系统。通过双柱塞泵将高密度澎润土注入到土仓里、刀盘前和螺旋机中

37、，经充分搅拌能使高渗水性的砂砾土达到较好的流塑性和止水性，再配合压缩空气控制单元的气压自动调节作用，可稳定掌子面和减少水的渗出，防止喷涌的发生及掌子面的坍塌。(3）螺旋机出土口的土塞区长度和闸门开口大小是防止水喷涌现象的基本硬件措施，解决了从皮带机上向外漏渣的难题，并可将粒径小于300mm的大砾石从开挖室排到渣车内。当盾构机经过透水砂层时，通过有效的渣土改良技术，可有效控制涌砂、涌水现象发生。(4）增大了刀盘中心开口率，使泥渣在刀盘中心能顺畅通过，减少了形成泥饼的机会，有利于降低掘进时的推力。(5）盾构机根据0.3MPa的水压假设进行设计。机器主要部件均采用有限元分析由计算机计算得出，能准确的

38、反应出机器部件的性能。(6）盾尾处安装了3排钢丝刷，每两排钢丝刷之间都注入足量的盾尾密封脂，以保证盾尾良好的密封性。（7）泡沫注入系统已广泛应用于EPB技术当中。使用发泡液和压缩空气混合产生的泡沫，可以提高开挖仓中泥渣的流动性、抗渗透性和弹性，可降低对刀盘及刀具的粘附性，减少对刀盘及刀具的磨损。同时能降低开挖掌子面的渗水性,有利于掌子面的稳定。(8）在前盾承压隔板上部安有双室人闸，双室人闸之间用一个供人进出的压力门隔开。与承压隔板用法兰相连的一个仓室为主闸，工作人员可以由此穿过至开挖室。另一个仓室是材料闸，可让工作人员安全地进入主闸。主闸安装了在压缩空气下工作所必需的标准配置，使用主闸可以带气

39、压进仓完成维修、检查和换刀作业。(9）压缩空气自动调节系统能自动调节土仓内气体压力，保持土仓内压力的恒定，这一系统为人员进仓作业提供了可靠的保证。4.2、盾构机的可靠性(1）德国海瑞克公司所制造的盾构内各液压、电气元器件均采用国际知名品牌产品，充分保证盾构机的各部件质量。液压元器件主要采用德国力士乐公司、哈威公司的产品，电气元器件主要采用西门子公司的产品。这些优质产品的应用确保了盾构掘进中各系统功能的有效发挥。(2）盾构机刀盘驱动主轴承采用世界上最大的回转支承轴承制造公司德国贺氏公司的产品。主轴承能承受大负荷要求，同时设置了可靠的主轴承内、外密封系统，有效地保证了主轴承的使用寿命。(3）盾构机

40、在设计上满足通过特殊地段的能力。用先进的盾尾注脂系统，把有极好密封性能的密封脂注入到三层盾尾刷之间，密封盾构机与管片的间隙来防止水渗漏。这种密封方式适用于高地层压力和高水压下工作。(4）在盾构机前体配置有隔舱壁，用它来隔离土舱内压力。舱壁的设计承载工作压力为3bar。盾构机在掘进过程中，通过关闭螺旋输送机的出料闸门，可以快速、安全地切断地下水，防止其进入盾构机及隧道。在失电的情况下螺旋输送机的出料闸门自动关闭，以防止过量出渣导致掌子面失稳。(5）刀盘合适的开口和针对性的刀具配备，再通过螺旋输送机、渣土改良装置及气压调节系统的有机配合，保证了盾构机在含水量丰富的卵石土地层中长距离可靠运行。(6）

41、保护环境方面：盾构掘进中改良土壤加入的泡沫是无害可降解材料，机器用的液压油等在更换时都用桶装密封好运走进行再生利用，油品基本没有对环境造成污染。（7）可靠的土压平衡掘进控制模式和精密的SLS-T激光定位导航系统，通过严格管理渣土量及进行实时监测，确保线路方向及地面的隆沉在规定的范围内。4.3、工程重难点及盾构机功能的适应性对照表盾构机针对性设计对照表序号工程重难点关键部件功能要求盾构机功能部件的适应性1长距离掘进中刀盘、刀具磨蚀问题及主轴承的寿命刀盘采用Q345R材料、耐磨（hadx500耐磨钢板和耐磨焊丝）保护、刀盘双向旋转及恒功率驱动、特殊形状溜槽设计、泡沫注入系统、高密澎润土注入系统、液

42、压伸缩装置、主轴承寿命10000h等。刀盘材料选用、刀盘外缘、中心及刀具的各种耐磨设计，增加了刀盘及刀具的耐用度；S-394/S-395滚刀直径由17”加大为18”；开口率大及渣土溜槽特殊形状有利于渣土流动，泡沫注入系统、高密澎润土注入系统可改良渣土，减小磨蚀；减少换刀次数，从而保护刀盘及刀具，确保长隧施工正常进行；恒功率驱动对工程的适应性强，轴承寿命高，确保掘进顺利进行。2带压换刀作业高密膨润土注入系统、双人闸及精确气压调节装置、足够空压机气源、应急发电装置等膨润土注入封水固结掌子面，加气排渣、双人闸、足够气源及精确调压确保换刀作业安稳；应急发电提供安全储备。3掘进中遇障碍，如大粒径漂石刀具

43、在刀盘上的合理配置、高密澎润土注入系统、双人闸及精确气压调节装置、液压锤等刀盘合理配置刀具能将大粒径卵砾石破碎到螺旋机可排出的粒径范围（0-300mm）。双人闸、压缩空气调节装置等，可确保人员带压进入开挖仓清障作业的安全。4开挖面稳定控制推进系统、刀盘旋转系统、螺旋输送排渣系统、膨润土注入系统、气压调节装置、精密的SLS-T激光定位导航系统等。通过以上各系统的互相协调作业可满足盾构机各种掘进状态下的掘进面稳定和地表隆降的控制要求。5盾构机受阻在困难地段盾构中盾周围预留地质钻机通孔（直径120毫米），隔板上也设预留孔，利用钻机向刀正面上部和正面钻注浆孔。当盾机受阻在困难地段，可利用中盾上和隔板上

44、的预留孔及旋转钻机，向盾体斜上方预留地质钻机通孔（直径120毫米）和刀盘正前方钻超前注浆孔，加固地层后，再利用上述各种措施进行处理；向地层注入双液快凝浆（水泥浆+水玻璃浆），凝结时间10s以下；注浆压力和流量可调，确保各孔的浆液扩散半径达1m左右。6盾构机的密封性及主驱动密封可靠的主轴承内、外密封系统，中、尾盾可靠的铰接密封系统，先进的三层盾尾刷式注脂密封系统。可靠的主轴承内、外密封系统，中、尾盾可靠的铰接密封系统，先进的三层盾尾刷式注脂密封系统，这些系统有效地保证了盾构机的防水密封性和保护了主驱动装置。7盾构穿越建筑物、穿越密集管线要求盾构机必须具有较强的平衡水土压力的能力，保证地表变形保持

45、在正常范围内。通过盾构本身所配备的平衡水土压力控制系统可以很好的控制盾构机对土体的扰动，有效的降低地面沉降，防止对建筑物造成损害；盾构机配备一套数据采集分析系统，可以对盾构机的施工数据进行实时分析，有效的协助工程人员做出正确的判断和决策；盾构筒体分前后两段，中间设有铰接连接，这样可以减小盾构的长径比，而使盾构的姿态容易改变；推进系统的油缸在圆周方向分为四组，每组可以单独控制，通过调整推进油压而改变盾构的掘进方向。8喷涌问题高密澎润土注入系统通过有效的渣土改良技术，可有效控制涌砂、涌水现象发生。9管片上浮或位移增设气动双液注浆泵及双液注浆管路系统，与盾构掘进同步进行注浆。选用体积小、重量轻、作业

46、安全的气动式双液注浆泵，安装在连接桥附近；在盾构机尾部后5-7m处，凿通隧道顶部管片的吊装孔，向管片面顶部及时注入双液快凝浆液固定管片。4.4、刀盘刀具特点及其对区间地质的适应性4.4.1、刀盘刀具整体布置刀盘设计成圆盘形结构且带有较宽的进料口，用合格的Q345R材料制作，能安装硬岩刀具和软土刀具。刀盘面是封闭的钢结构件，边缘上焊耐磨钢条。刀盘前面的周边区域焊耐磨层，边缘区域的后部焊耐磨块。四根辐臂支撑的厚壁法兰连接主驱动装置并且作为刀盘面板的基座。刮刀装在整个刀盘开口的边缘，同时在刀盘中心的径向开口边缘以及刀盘外圆周的开口边缘也装有轮廓刀具。在中心回转体上配有注射调节土壤介质的通道。刀盘上有

47、四个泡沫通道。本工程所采用的刀盘及刀具设计形式充分考虑了本区间的地质特点。本区间地层为卵石土，所以刀盘的刀具配备应针对砂卵石地层。中心比之前减少刀具的轨迹密度，增加刀盘开口率，使大粒径卵、砾石容易脱落而进入土仓；周边换单刃滚刀为双刃滚刀，增加刀具运动轨迹，从而增强刀具的切削能力，延长了刀盘的使用寿命。刮刀和撕裂刀刀刃到刀盘面板的距离小于滚刀刀刃到刀盘面板的距离。此种刀具的布置优点如下：滚刀与刮刀和撕裂刀刃高差的存在保证了在遇到大直径卵砾石时通过滚刀进行破碎而保护刮刀与撕裂刀不受损害；滚刀在刀盘正面的一字形布置方式能减小大直径卵砾石在刀盘前的滚动，有利于卵砾石的破碎或刮落。刀具与刀盘面板间高差的

48、存在有利于渣土的流动和排出，防止刀盘泥饼的形成，并减少渣土对刀盘面板的磨损。4.4.2、刀盘结构特点刀盘为焊接结构，在刀盘上焊接了安装各种刀具的刀座。刀盘和主驱动通过一个很厚的4幅臂铸钢结构与主驱动法兰盘相连，传递足够的扭矩和推力。刀盘可以双向旋转。刀盘直径6280mm(安装新滚刀时的最大直径)，刀盘厚度450mm，从法兰盘底面到刀盘面板高1310mm，刀盘总重约52t（S-526/S-527为60t）。S-394、S-395刀盘刀具布置图S-526、S-527刀盘刀具布置图为了保证刀盘的整体结构强度和刚度，周边和中心部件在制造时采用先栓接后焊接的方式连接。根据对刀盘设计模型在硬岩模式下对每个

49、滚刀加载25t的荷载有限元分析结果显示，刀盘的强度和刚度均满足要求。耐磨设计：对刀盘及刀具的保护措施如下表所示：保护措施表保护项目技术措施铲 刀铲刀有高耐磨的钢刀体，刀刃是镶嵌的硬质合金刀刃，背面又焊有耐磨层。刮 刀刮刀有高耐磨的钢刀体，刀刃是镶嵌的硬质合金刀刃，背面又焊有耐磨层。滚 刀滚刀用耐磨层表面刀圈；破碎卵砾石保护铲刀及刮刀。刀 盘刀盘上采用了特殊的耐磨保护（hadox500耐磨钢板）：·刀盘用Q345R材料制作·刀盘外围部分进行了耐磨的硬质堆焊·刀盘前面的周边区域焊耐磨层、焊耐磨块·刀盘轮缘上焊耐磨钢条保护环·高出刀盘面板的刀具进行保

50、护刀座设计特点：刀盘上的滚刀刀座和齿刀刀座相同，安装方式也相同。这样的设计可以满足滚刀和齿刀的互换性要求。刀盘驱动及支撑形式：刀盘由九个液压马达通过九个减速机来驱动。刀盘驱动配备的功率为945KW，S-394/S-395额定转矩为5980 KN.M，脱困扭矩,7150 KN·M,刀盘的转速范围为04.56rpm；而S-526/S-527额定转矩为5380KN·M，脱困扭矩为6930KN·M,刀盘的转速范围为04.5rpm。刀盘采用中间支撑方式。刀盘主轴承采用德国Hosche公司的产品，主轴承外径3000mm，主轴承的外密封采用三道注脂密封，主密封的设计寿命为500

51、0h，主轴承的设计寿命为10000h,有效地保证主轴承在长时间的盾构掘进中不会损坏。4.4.3、刀具的布置形式盾构刀具是根据本标段地质特点，根据刀具在砂卵石、基岩（卵石密集区）中不同的破岩机理来进行设计和选择的。刀盘上可以安装不同类型的刀具以适应不同地层的开挖，主要刀具类型有中心双刃滚刀、单刃滚刀、撕裂刀、铲刀和刮刀，其中滚刀和齿刀的刀座形式相同，根据不同的地质类型两种刀具可以互换。在基岩（卵石密集区）中掘进时刀盘需安装滚刀，在砂卵石中掘进时可以根据需要把滚刀更换为对应形式的齿刀。盾构机上使用的刀具种类如表所示。 刀具形式表双刃滚刀用于硬岩掘进，在软土中可以换装齿刀单刃滚刀用于硬岩掘进，刀刃距刀盘面175mm，可换装齿刀中心齿刀用于砂卵石掘进，替换中心滚刀，有利于渣土流动进入土仓齿刀用于砂卵石掘进,其结构形式有利于渣土流动进入土仓铲刀用于掘进中的刮渣刮刀用于掘进中的刮渣4.4.4、刀盘、刀具对地质的适应性本标段区间隧道大部份卵石含量高、粒径大：区间隧道穿越的地层主要为2-8卵石土地层，该层卵石含量高达75%，粒径以20mm80mm为主，充填物为细砂，局部夹少量角砾或漂石，分选性差，局部含有大粒径、高强度漂石，因此，刀盘和刀具必须要适合此地质特点。4.4.5、刀具选择对地层的适应性（1）在砂卵石地层中，S-526、S-527分别配置了4把17寸双刃中心滚刀