土压平衡盾构标准

1、土压平衡盾构机标准前言1.范围2.规范性引用文件3.术语和定义4.符号5.总则6.盾构主机7.液压系统8.附属系统9.盾构电气系统10.技术要求11.试验方法12.检验规则13.标志、标签、使用说明书14.包装运输贮存附录A（资料性附录）刀盘扭矩计算法附录B（资料性附录）盾构装备推力阻力计算法附录C（资料性附录）液压元件的选择、/、亠前言我国从六十年代开始用盾构法开挖隧道，先后制造了各种类型的盾构，取得了用盾构法开挖隧道的经验，盾构的制造技术也不断提高，生产的盾构广泛用于地下工程，为我国的城市建设做出了重大贡献。然而到目前为止，我国还没有盾构的国家标准。为了促进技术进步提高产品质量、扩大对外开

2、放、加快与国际惯例接轨，根据多年来制造盾构的经验，特制定了本标准。本标准由建设部标准定额研究所提出本标准由建设部给水排水产品标准化技术委员会归口本标准主要起草单位：上海隧道工程股份有限公司范围本标准规定了土压平衡盾构掘进机（以下简称盾构）设计应遵守的基本原则和计算方法并规定了盾构制造和验收的技术要求、试验方法、检验规则及包装、标志、储运。本标准适用于在软土、粘土、砂土中运用的5.5m7.0m土压平衡盾构。规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是

3、否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB150-1998钢制压力容器GB6991999优质碳素结构钢GB7552000旋转电机定额和性能GB3098.12000紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱GB4028-1993外壳防护等级（IP代码）GB4205-2003人机界面（MMI）操作规则GB7947-1997导体的颜色或数字标识GB14048.2-2001低压开关设备和控制设备低压断路器GB50017-2003钢结构设计规范GB5005295供配电系统设计规范GB5005495低压配电设计规范GB5005593通用用电设备配电设计规范GB5006292电力装

4、置的继电保护和自动装置设计规范GB50150-1991电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB50168-1992电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范GB50169-1992电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB50170-1992电气装置安装工程旋转电机施工及验收规范GB50171-1992电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范GB/T9851988气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸GB/T9861988埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸GB/T987-1991带式输送机基本参数与尺寸GB/T11841996形

5、状和位置公差未注公差值GB/T12311991钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件GB/T1801-1999极限与配合公差带和配合的选择GB/T2900.18-1992电工术语低压电器GB/T36331995钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件GB/T37662001液压系统通用技术条件GB/T4942.21993低压电器外壳防护等级GB/T79351987液压元件通用技术条件GB/T10595-1989带式输送机技术条件GB/T138691992用电安全导则GB/T14048.1-2000低压开关设备和控制设备总则GB/T15622-1995液压缸试验方法GB/T17468

6、-1998电力变压器选用导则GB/T18268-2000测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求GB/T18858.1-2002低压开关设备和控制设备控制器一设备接口（CDI）第1部分：总则GB/T18858.2-2002低压开关设备和控制设备控制器一设备接口（CDI）第2部分：执行器传感器接口(AS-I)GB/T18858.3-2002低压开关设备和控制设备控制器一设备接口(CDI)第3部分：DeviceNetGBJ149-1990电气装置安装工程母线装置施工及验收规范JB4730-94压力容器无损检测JB/T5000.12-1998涂装通用技术条件JB/T5943-91焊接件通用技术条件

7、JB/T10205-2000液压缸技术条件JGJ46-1988施工现场临时用电安全技术规范NAS1638美国宇航标准术语和定义3.1土压平衡盾构Earthpressurebalanceshieldmachine由刀盘旋转切削土体，切削后的泥土进入密封土舱，在密封土舱内泥土压力与开挖面泥土压力取得平衡的同时，由螺旋输送机进行连续出土的盾构。适合在粘土、砂土、砂砾等土层中进行掘进施工。3.2刀盘Cuttingwheel在盾构前端装有刀具，能旋转切削土体的钢结构。刀盘驱动装置Maindrive驱动刀盘旋转的装置。该装置包括液压设备（或电动机、离合器）、减速器、大小齿轮、大轴承等。管片Segment构

8、筑隧道衬砌的拼装式预制弧型构件。有钢筋混凝土管片、复合管片和钢管片等。管片拼装机Erector拼装管片的机械装置。能夹持管片，作圆弧运动、径向运动和纵向运动等。3.6螺旋输送机Screwconveyor输送土仓中土体的机械装置，包括螺旋机和驱动装置。3.7盾构壳体Shield保护掘进设备的钢结构外壳。包括切口环、支承环、盾尾环三部分。3.8盾尾密封系统Tailskinsealsystem为防止衬砌环与盾构之间施工空隙涌水、漏泥而设置，由密封刷和油脂加注装置等组成的系统。3.9后方台车Gantry在隧道内装载着掘进所需主要机、电、液装备并跟随在盾构后行走的台车。3.10推进液压缸Thrustja

9、ck用来推动盾构前进的液压缸，能克服盾构推进时所遭遇的阻力。3.11铰接装置Articulation为确保隧道曲线段施工而设置。主要由铰接液压缸、密封装置以及铰接止转装置等组成。3.12盾构外径Outerdiameter盾构的外径即指盾壳的最大外径。3.13盾构总长Totallengthofshield盾构总长是指盾构最前点至后方台车最后点长度的最大值。3.14盾构主机长度Lengthofshieldincludingscrewconveyor盾构主机长度是指盾构的最前点到螺旋机最末点的长度。3.15盾构总重Totalweightofshield盾构总重指盾构总长范围内所有设备及结构件的总重量

10、。3.16开口率Openratio刀盘开口率是面板开口部分的面积（刀头投影面积忽略不计）与刀盘面积的比值，即。3.17盾构推进速度Advancespeed盾构推进速度是指盾构工作时的掘进速度。3.18盾构装备推力Thrustforce盾构的装备推力盾构推进机构所能提供的最大推力。3.19盾构灵敏度Sensitivity盾构灵敏度即盾构壳体长度与盾构外径的比值。3.20盾尾间隙Tailclearance盾尾间隙是指衬砌环外径与盾构壳体内径之间的间隙。4.14.24.3符号几何符号A面积；D直径；L长度；t厚度。计算系数a扭矩系数；C耗气系数；K安全系数；n输送能力备用系数。其他常用符号F力；T扭

11、矩；一速度；一功率；Qa耗气量；QS螺旋机输送量；一电流；一电压；一效率;w角速度；0开口率。转速；总则土压平衡盾构的应用范围土压平衡盾构适合在粘土、砂土、砂砾等土层中进行隧道掘进施工。土压平衡盾构的系统构成系统的基本构成盾构主体盾尾密封系统刀盘和刀盘驱动系统推进系统管片拼装机螺旋输送机液压系统后方台车管片吊装机构同步注浆系统润滑系统冷却系统供配电装置照明装置检测装置二次回路可选择的系统皮带输送机铰接装置气闸和压缩空气站加泥加水加泡沫装置数据采集系统施工轴线连续测量装置5.3载荷盾构上的载荷可分为运作载荷及外部载荷两种运作载荷运作载荷发生在盾构的垂直及水平方向。可以用载荷的最大组合来确定盾构尺

12、寸，这些载荷是结构设计和设备能力计算的主要依据。运作载荷是由于机器工艺及现场运作在盾构结构内部引起的全部载荷的总称。最主要的运作载荷来源于推进油缸、拼装管片、切削土体、注浆压力等。外部载荷外部载荷就是土压、水压、开挖面支撑压力、上覆荷载、变向荷载及其他作为一个整体施加在盾构结构上的载荷的总称。外部载荷可分为盾构四周载荷、盾构正面载荷和盾构变向载荷三部分。盾构四周载荷由土压及水压引起的外部载荷垂直作用在盾构四周面上，即盾壳面上的载荷。盾构正面载荷由作用于盾构正面开挖面的土压力和水压力，或泥土和泥水的灌注压力造成的阻力载荷。变向载荷当盾构在曲线上推进或修正蛇行时，盾构承受与其偏心推力相平衡的地层土

13、抗力的作用荷载。盾构主机6.1盾构主体6.1.1盾构外径盾构外径必须根据衬砌环外径、衬砌环外径与盾构壳体内径之间间隙、盾构壳体钢板厚度确定。可按公式（1）计算。D=%+式中：D盾构外径，欣；衬砌环外径,盾尾间隙，mf盾尾壳板厚度,6.1.2盾构长度（参见图1）盾构长度6丄2.1盾构壳体长度（5）盾构壳体长度（鮫）是指壳板长度的最大值。根据地质条件、盾构的结构形式、转弯半径、衬砌环宽度、管片拼装施工形式等因素确定。可由公式（2）表达：式中：“一切口环长度,“一支承环长度,“一盾尾长度,6.1.2.2盾构机体长度（J指盾构的前端到盾尾的长度,可由公式（3）表达式中：盾构机体长度，喘盾壳长度，m6刀

14、盘长度，陀6.1.2.3盾构主机长度（L）盾构主机长度是指盾构的最前点到螺旋机最末点的长度，如图（1）所示的L。确定盾构壳体长度时，必须考虑盾构灵敏度，即盾构壳体长度与盾构外径的比值，一般在0.751.5之间。切口环切口环是保持开挖面的稳定、将挖掘下来的土砂向后方移动的通道。切口环的长度一般取0.81.2倍的管片宽度。支承环支承环是盾构承受土压力及主机设备载荷的受力构件。支承环的长度应满足设备安装空间的需要，结构必须有足够的强度和刚度来支撑切口环和盾尾。支承环的前部与后部均应设置环状的刚性结构件，一般采用纵筋板、横筋板对支承环进行加固。在设计纵筋板时，应确保其能支承由支承环传递来的载荷，也能支

15、承管片拼装机、排土装置、后方作业平台等载荷。有铰接系统的盾构其支承环必须注意分割部位周围的强度和刚度。6.1.5盾尾盾尾的长度应根据衬砌环在盾构内的组装长度和盾尾密封的形状及其层数决定，同时考虑到隧道的曲线施工等因素，需要有一定的富裕量。6.1.5.2盾尾的长度一般可采用公式（4）计算（参见图2）：y+厶+亠心）式中：盾尾长度，m盾构推进油缸安装长度，淤C管片拼装富裕量，涨；（一般为曲左右,对于轴向插入型封顶块管片，须根据管片插入角度适当加长）厶一管片宽度，粋;其它富裕量（管片在盾尾内的部分长度余量）严盾尾刷安装长度，刑。6.1.5.3盾尾的内径应是在衬砌环外径上再加上施工所需的盾尾间隙204

16、0mm的余量（半径方向）。XfL:W盾尾长度盾尾壳板的厚度在不产生有害变形的范围内，应尽可能薄一些，可采用高强度钢板作盾尾的材料，但必须确保盾尾密封安装所需的厚度。6.1.6盾尾密封盾尾密封的设计高度主要由衬砌环与盾尾之间产生的环状空隙确定，其密封工作范围在20mm40mm之间。盾尾密封的设计必须满足下列条件：必须能够承受由土压和水压产生的压力，以及泥浆压力。为了提高止水性，需安装3段以上的盾尾密封。对于安装的段数，必须根据盾构的外径、地质条件、施工过程中是否须更换盾尾密封等条件决定。盾尾密封的形式通常有钢丝刷、钢板束等。材料应具有弹性，在盾构推进油缸推力反复作用及管片变形条件下保持防水功能。

17、刀盘和刀盘驱动系统6.2.1刀盘形式刀盘形式必须按能适合地质情况、切实发挥其功能的原则选定。应充分考虑盾构形式、刀盘形式、刀盘支承方式、刀盘装备扭矩、刀盘开口率、刀具、装备推力以及它们的组合方式等因素。6.2.1.3刀盘结构形式分为：辐条形、面板形（见图3）。具体形式应根据施工条件、土质条件等决定。a）面板式b）辐条式6.2.2刀盘的支承方式刀盘的支承方式必须按适合盾构直径、土质条件等要求来选定，必须考虑与排土装置的组合方式等因素。622.2刀盘的支承方式有中心轴方式、中间支承方式和周边支承方式（见图4）。Xa）中心支承式b）中间支承方式刀盘的支承方式c）周边支承方式6.2.3刀盘开口率刀盘的

18、开口必须根据地质条件、开挖面的稳定性和挖掘效率来决定其形状、尺寸、配置。623.2开口率按公式（5）计算：热=xlOO%&（5）式中：环-开口率AS-面板开口部分的总面积（刀头的投影面积忽略不计），m2；SA-刀盘面积,m2。r6.2.4刀具刀具必须按适合土质条件的原则决定其形状、材质和配置。切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具，刀具的形状必须按适合土质的原则选择，必须注意前角和后角。一般来说，对于胶结性粘土，前角、后角要大；对于砾石层，角度要切削刀的形状刀具按其切削功能来分，除了主切削刀还有中心刀、周边刀、先行刀（包括壳形刀、撕裂刀）等。刀具的高度需要根据土质条件、切削距离、掘进速度、切削转

19、速和切入深度等因素决定。一般先行刀的高度高于切削刀。材质：刀具的刃口材质常采用硬质合金。刀具的配置：刀具的配置必须根据土质条件、盾构外径、切削速度、施工总长度等决定。刀具的布置应充分满足刀盘正反转的切削性能，能做到全断面切削。6.2.5超挖装置超挖装置是为了满足施工要求而装备的，必须适合土质条件和施工条件，必须能充分发挥超挖功能。6.2.5.1超挖刀超挖刀头从刀盘内向盾构外侧突出，沿盾构全周方位以一定量进行超挖切削。刀头突出可以是通过油压调整的方式和刀盘最外侧设置固定刀盘的方式。6.2.5.2仿形刀仿形刀是安装了仿形机构的超挖刀。仿形机构能根据需要，将切削刀头按仿形量伸出盾构外周进行切削。6.

20、2.6刀盘驱动土砂密封刀盘驱动土砂密封必须能保护驱动轴承，避免土砂、地下水、添加剂等侵入。刀盘驱动土砂密封必须足以承受压力舱内的泥土压、地下水压、添加剂压力和气压刀盘驱动土砂密封应根据覆土深度、地下水位、添加剂注入压力、施工总长度等确定其安装位置、层数、滑动速度、润滑油脂量、加油脂压力等参数。626.4刀盘驱动土砂密封的安装位置根据刀盘支承方式决定（参见图6）。刀盘驱动土砂密封的材质：由于在承受水压和土压等恶劣环境中使用，刀盘驱动土砂密封必须具有耐压性、耐磨损性、耐油性、耐热性。在长距离、高水压等恶劣环境施工中，为了确保刀盘驱动土砂密封的耐久性，需要进行良好的管理。包括润滑脂的注入压力、注入量

21、管理、出渗物取样、温度传感器探测刀盘驱动土砂密封温度的管理。6.2.7刀盘装备扭矩刀盘装备扭矩必须根据地质条件、盾构形式、盾构结构决定。6.2.7.2.刀盘装备扭矩一般有两种计算法：设计扭矩计算法、经验计算法。627.3设计扭矩计算法见公式（6）、公式（7）：爲=爲+爲+為+爲+爲+爲（6）式中：由土体的抗剪力产生的扭矩，NDm；切削刀头在切削土体时产生的切削扭矩，NDm；刀盘驱动土砂密封的摩擦阻力产生的扭矩，NDm；一轴向载荷的扭矩，NDm；一径向载荷的扭矩，NDm；一搅拌棒搅拌土舱的土体时产生的扭矩，NDm；爲一刀盘所需扭矩，NDm；疋一安全系数;刀盘装备扭矩。具体计算参见附录A。6.2.

22、7.4经验计算法见公式（8）式中：丁一刀盘装备扭矩，NDm；D一盾构外径，m；一扭矩系数。扭矩系数根据盾构直径、土质等不同而不同。土压盾构的一般为：1.42.3。刀盘驱动扭矩的实际配置应3刀盘装备扭矩刀盘驱动方式刀盘驱动应传动可靠，可以实现正反转。刀盘驱动形式主要有两种：液压驱动和电机驱动。刀盘转速刀盘转速应根据地质条件、施工要求确定，最高转速一般在0.51.5r/min。搅拌装置搅拌装置必须在刀盘的开挖部位、取土部位有效地使土砂进行相对运动，防止发生共转、附着、沉淀等现象。搅拌机构有以下几种，可单独使用，也可组合使用，如图（7）所示。8）。A搅拌装置刀盘上的刀具、轮辐、中间梁在开挖过程中也起

23、到搅拌的作用。6.2.10.2刀盘背面的搅拌翼6.2.10.3设置在螺旋输送机芯轴上的搅拌翼6.2.10.4设置在密封舱壁上的固定翼6.2.10.5独立驱动搅拌翼6.3推进机构6.3.1推进机构的功能推进机构主要靠推进油缸顶在已拼装好的隧道管片上向前推进或调整方向。推进油缸应有足够的力量克服盾构推进过程中所遇到的最大阻力，并留有一定富裕量。6.3.2推进油缸的选型和配置推进油缸的选型和配置应根据盾构的操作性、管片组装施工方便性等确定。根据盾构各管片分布方位和受力点布置各油缸的最佳位置。推进油缸选型、配置时，必须注意下列事项：a）推进油缸应选用重量轻、耐久性好、结构紧凑的推进油缸，一般选用高压油

24、缸。b）推进系统不仅要考虑满足盾构设备在掘进中推力的需要，同时还要根据管片拼装的要求进行布置。c）推进油缸一般情况下等间距或不等间距配置在盾构壳板内侧附近，位置的确定要兼顾管片的强度。d）推进油缸配置时，应使推进油缸轴线平行于盾构轴线。为了防止盾构转动，有一部分也会采用倾斜配置。e）推进油缸的推力和数量应根据盾构外径、总推力、管片结构和隧道路线等因素确定。6.3.3顶块在盾构推进油缸的活塞杆顶端，必须设置顶块。顶块的结构必须能保证推力通过球铰接头等均匀分布在管片的端面上。为了尽量减小作用于管片的偏心力，可以让顶块中心偏离推进油缸中心线（参见图推进油缸顶块的偏心设置6.3.4推进油缸行程推进油缸

25、的行程必须根据管片宽度加上所需富裕量来决定。行程富裕量是在盾尾内组装管片时所必须的，并且对于盾构的曲线施工也必须有足够的富裕量长度。盾构推进油缸的行程为管片宽度加上100150mm的富裕量。对于封顶块，需根据管片插入方法来决定推进油缸的行程。推进油缸的工作速度盾构推进油缸的工作速度必须根据推进速度和施工效率决定。当全部油缸在系统额定流量下工作，推进油缸的工作速度一般为30100mm/min左右。推进油缸回程速度，从提高施工效率来讲，应高于推进速度。盾构的装备推力通常有两种计算法：阻力计算法和经验计算法，由两者综合考虑决定装备的总推力。6.3.6.1装备推力F阻力计算法见公式（9）：，绘（珂+耳

26、+込+九+巴+九+脫式中：月一盾构装备推力,kN；珂盾壳和土体之间的摩擦阻力或粘附阻力,kN；耳一盾构正面阻力,kN；毘管片和盾壳内层板之间的摩擦阻力，kN；环盾构切口环刃口的切入阻力，kN；变向阻力（曲线施工、蛇行修正、变向用稳定翼、挡板阻力等），kN；竝一牵引后方台车的前进阻力，kN；国一由切削刀盘引起的轴向阻力，kN；庄一安全系数，考虑装备余量一般庄=2。具体计算参见附录B.636.2经验计算法装备推力月见公式（10）F（10）式中：月一盾构装备推力，kN；月一单位推力（开挖断面单位面积的推力），kN/m2，不小于1100kN/m2；貝一开挖断面面积，m2。6.4管片拼装机管片拼装机是可

27、以安全迅速地把管片组装成所定形式的机械。管片拼装机的选择拼装机必须根据盾构的形式和规模、管片的形式、渣土的处理方法、工作循环等因素选择，以保证管片组装工作的安全性及准确性。管片拼装机种类管片拼装机的形式有盘式和中心筒体式等多种形式（参见图9、图10）。盘式拼装机一般以挡轮、托轮定位；中心筒体式一般以大轴承来定位。盘式拼装机中心筒体式拼装机12)6.4.3管片拼装机的设计原则拼装机必须运转平稳、动作准确、操作安全方便。目前一般都采用液压马达驱动，具有多种模块化设计的功能配件供选用，以解决平衡、运动缓冲、停车制动等功能，以保证回转运动及直线运动的可靠性。6.4.4管片拼装机的性能应满足：a）提升力

28、应是最大提升总重量的1.52倍；b）平移力应是克服平移阻力的25倍；c）回转速度有低速和高速两档。在01.5r/min之间可调整；d）平移距离应根据管片的宽度、封顶块插入的形式、纠偏等因素综合考虑；e）回转驱动装置应带有液压或其他形式的制动器。管片夹持装置（拼装机夹具）拼装机夹具有机械连接式、真空吸盘式等，一般常用机械连接式。拼装机夹具的构造因管片构造的不同而异，此构造的好坏将影响管片组装作业及效率，设计时应使其具备以下机能：a）可安全、迅速地抓住管片；b）孔、槽重合容易，结构简单；c）能调整管片的姿态。螺旋输送机螺旋输送机的作用螺旋输送机是土压平衡盾构的重要组成部分，是一种可以将开挖装置挖掘

29、下来的土方排送至后方运输机械的装置。它由螺杆、筒体、驱动装置、排土闸门等部件组成。螺旋输送机的功能a）运送土舱中的土；b）具有止水、止土功能；c）具有通过调节转速，调整出土量，从而达到土压平衡的功能。输送能力的确定6.5.3.1每小时刀盘切削量的确定：见公式（11）Qi=xD；xqx60式中：每小时刀盘切削量，m3/h；D一刀盘直径，m；最大推进速度，m/min。6.5.3.2螺旋叶片外径的确定根据每小时刀盘切削能力确定螺旋输送机螺旋直径见公式（12）式中：螺旋叶片的外径，m；疋物料综合系数，一般取0.08；2每小时刀盘切削量，m3/h；U装置倾斜角校正系数。根据公式12计算得出的螺旋叶片的外

30、径应圆整为标准直径。6.5.3.3螺旋机输送机量的确定：2=15x7rx（）2-2）xxx.t、式中：D螺旋叶片的外径，m；d螺杆的外径，m；t螺旋螺距，m；n一螺旋转速，r/min；k一综合系数（一般取0.8）。6.5.3.4螺旋输送机驱动功率的确定N_陆疋血（丹+何）-隔（14）式中：一螺旋机输送机量，m3/h；凤物料内部各类物料间的摩擦阻力修正系数，一般取1.11.2疋1充填系数，一般取0.91丹一物料被提升的高度，m；螺杆水平投影长度，m；B土体对筒体的摩擦系数乃一螺旋机构的效率，。6.5.4螺旋输送机的型式6.5.4.1以螺旋叶片分，可分为有轴和带式两种（参见图11）。在相同筒体直径

31、时,带式螺旋输送机通过的颗粒粒径比有轴的大。a）有轴b）无轴有轴和无轴的螺旋输送机6.542以出土部位分，可分为轴向出土和径向出土（参见图12）。a）轴向b）径向径向出土和轴向出土螺旋输送机6.5.5紧急关闸装置为了防止在失电情况下泥水倒灌入盾构内，应设有紧急关闸装置，可用蓄能器作为紧急关闭闸门的动力源。6.6皮带输送机6.6.1皮带输送机的选择应以既满足盾构最大推进速度（即盾构最大出土量），同时又适合输送渣土的特性为原则，选用标准的带式输送机，参照GB/T987-1991、GB/T10595-1989设计。6.6.2皮带机的输送量F的计算见公式（15）。厂皿（15）式中：4皮带机的输送量,m

32、3/h；一盾构每小时掘进出土方量,m3/h；n输送能力备用系数。6.7铰接装置铰接装置必须根据隧道轴线、地质条件、盾构形式等选型。一般在隧道曲率半径小于400m时采用铰接装置处必须装有密封装置，并通过集中润滑系统注入润滑油脂，使其保持一定的密封压力，抵御盾构外部土体和泥水的侵入。6.7.3铰接装置的结构形式（参见图13）盾构推进油缸支承在前的前驱动式；盾构推进油缸支承在后的后驱动式。铰接装置的结构形式6.7.4铰接方式（参见图14）:;:.：；：；：I:.:.:;：-：M：1InTI.4十*耳.:：:?K:J；:?:燧養it發：.：.：.：-.：.!：!：M：:rI；;-:;:I?:；:11I

33、I:I:ii.j,:：:績：.：p.：牺逡女$c:：g:f:X熬较接：?：,：；：垃:x：锻:%c：jf：;K：WK：5：MK：:JOfflKkJKi:：:jvjXyWjSAWji邈發劉:vvvvvjKC.:機頰後觀鴛谀藪藪藪觀昶;：H：yK：*：K：S：我就徑魚離魚述砕發秦秦社:謬逡魚擁噩述貳勇盗毂碍郴郴:：y:：:：:：y:：y:：i：H：:：?:：H：:：jK?：yH：Ki：:n4X：K：M：KK：jJ：X：M：M：鮫接魚一r-.-ff.mrv_r.457FxTV-Js:l:r-tOC.Tj&7.*：K：X：X：X：yFL.：Sg：:KKX：$：S：-：:*：*：*：s：i铰接方式液压系

34、统7.1液压设备的选择与一般建筑工程中所采用的液压设备不同，盾构所用的液压设备压力高、流量大、使用环境极为恶劣，故在设计选择时，应选择耐久性高、效率高、低噪音的机械。在长期运转、隧道内温度高、湿度大等工况条件下，液压设备应加设防护。推进油缸在不良条件下使用，从使用状态来看，多承受偏心载荷，故在设计时应注意密封材料、液压缸活塞杆的材质和强度及活塞杆表面处理方法等。7.2液压系统盾构的液压系统分为切削刀盘系统、推进系统、螺旋输送机系统、管片拼装机系统等，液压系统的设计应按GB/T3766-2001执行。为避免切削刀盘卡死，切削刀盘系统应设置一个与推进系统联锁的安全回路，能在报警的同时停止盾构推进，

35、待压力恢复正常后再行推进。在盾构停止推进时，推进系统应采用防止推进油缸回缩的控制阀，以防盾构后退。为了防止油温上升，除设置卸荷回路外，还应设置冷却系统。螺旋输送机系统能根据密封土舱内的土压信号来控制螺旋输送机的转速，能根据盾构推进油缸地推进速度信号，通过比例阀来控制螺旋输送机的转速。7.3液压油的要求a）具有不可压缩性；b）具有足够的粘性；c）物理、化学稳定性好；d）润滑性能好；e）可防锈、防腐蚀；f）与密封材料相适应；7.4液压元件液压元件的设计应按GB/T7935-1987,般应包括：a）动力机构，如泵；b）执行机构，如马达和液压缸；c）控制机构，如压力阀、流量阀、方向阀等；d）辅助机构，

36、如油箱、管接头等。液压元件的选择可参见附录C.附属系统8.1后方台车后方台车能够具备放置装备盾构掘进用的机械设备、供配电系统、辅助系统等设备以及放置施工材料和机用材料以及进行各种作业的场所的功能。后方台车是设置盾构内由于其直径、型式、容量等原因而无法设置的操纵台、液压设备、电气设备、渣土运出设备、注浆设备、管片装卸绞车等设备的台车。8.1.3后方台车的分类：a）专用导轨台车c）滑履式台车8丄3.3根据牵引方式可以分为：盾构牵引式台车和自行式台车等（参见图17）。根据行走方式可以分为：专用导轨台车、无轨轮式台车和滑履式台车等（参见图16）b）无轨轮式台车按行走方式分类按牵引方式分类8.1.4后方

37、台车的配置原则根据隧道断面、隧道曲线和隧道坡度；根据所装载的机器设备的配置以及对其的维护管理根据渣土的运出和管片的运入方式；8.1.4.4各种作业施工场所等；各种安全设施如安全通道和扶手、栏杆等。8.1.5后方台车的选择对于后方台车形状的选择可以根据隧道直径和工程特点等进行适当的选择。在曲率半径小的区间，台车行驶需确保的台车与管片间的间距,牵引时需防止台车倾覆、脱轨等；在陡坡施工区间，需防止台车失速，必须采取足够的安全措施。管片吊运机构管片吊运机构是必须将管片从管片运输小车上吊运至管片拼装机下的设备。8.2.1管片吊运机构的分类按起吊梁的形式来划分可分为:单梁式、双梁式（参见图18）。按行走小

38、车的行走方式来划分可分为:齿轮齿条式、链轮链条式和摩擦滚轮式。按功能来划分可分为:纯起吊运输式、双功能式（即管片吊运机构兼作拉杆梁）（参见图19）。按起吊梁的功能分管片吊运机构的能力参数：起吊力、适应坡度、升降速度、最小起吊高度、行走小车行走速度、行走小车最大行走距离管片吊运机构中的电动葫芦电动葫芦机构紧凑、自重轻、效率高、操作方便，可作起重设备单独使用，配备自行小车后也可作起重机的起重小车。电动葫芦的种类：钢丝绳式电动葫芦、环链式电动葫芦和板链式电动葫芦（参见图20）。在盾构机的起吊机构中一般采用环链式电动葫芦。钢丝绳式电动葫芦环链式电动葫芦板链式电动葫芦电动葫芦的种类管片吊运机构的选择依据

39、a）盾构形式和规模b）隧道线路（曲线和坡度）c）管片形式管片吊运机构的设计和计算起吊机构的设计和计算可参照或参考机械工程手册和起重机械设计手册以及机械设计手册中的有关章节等进行设计和计算。8.3气闸系统气闸是为盾构施工中抢险、排除设备故障、更换磨损刀具而准备的。气闸的设计、加工和安装应符合GB150-1998的规定要求，并按有关规定进行检查和验收。气闸的加、减压管路布置应便于安装。阀门通讯讯号和仪表应集中一处便于操作人员操作。各压力表显示必须能及时反映相应各部位的实际压力。气闸的分类：人行闸和材料闸两种，人行闸人行闸是用于作业人员进出的变压室，分成外舱和内舱。两舱均应设置独立的加、减压管路系统

40、，除了人行闸外有专人对人行闸的变压进行操作外，人行闸内的作业人员也可以对舱内的加、减压进行操作，并必须配有多个压力表及时显示相应部位的实际压力，以确保作业人员的安全。人行闸内外舱和内舱可设有座位，都必须配置通讯、讯号和照明设施。材料闸材料闸是用于材料、设备、工具进出的变压室，它的大小尺寸应满足材料、设备、工具进出的要求。压缩空气站压缩空气站应根据施工组织需要来设置。施工前必须根据所需的最大耗气量，建立空气压缩站。空压机的装机容量必须有足够的备用量，以确保工作面的安全连续作业。空压机站必须配有足够的、完善的冷却器、油水分离器、空气过滤器、储气罐和相应的管路和阀门等附属设施，并合理布置，以保证在施

41、工时供给足够的、稳定、均匀的符合卫生标准的压缩空气。耗气量的计算在施工中，压缩空气的消耗量，应包括盾构开挖面的漏气量、隧道衬砌与盾尾间的漏气量及人员和材料进出气闸变压时消耗量等。估算公式见公式（16）。e=cx）2式中：3Q耗气量，m/min；D盾构开挖面直径，m；C根据不同土层取用的系数。当压力为0.05O.IMPa时，C可按表1内取值；当压力大于O.IMPa时，粘土取C=3.65,砾砂土取7.3,其他地层可适当取中间值。耗气系数表注浆设备注浆的主要设备如下：材料贮藏设备、计量设备，拌浆设备，贮液槽、注浆泵、注入管、注入控制装置、记录装置等。不同的注入方式其设备构成不同，应根据盾构的直径、施

42、工长度、注入浆液、注入时期等多种因素决定。材料贮藏设备筒仓一般分为纵型筒仓和横型筒仓两种，可按现场条件选用。双液型浆液必须使用贮藏液态材料的罐。计量设备材料计量一般采用计量重量和容积两种。通常粉体计量重量，液体计量容积。计量器具应经常校验计量精度。拌浆设备混拌水泥、砂、膨润土和水等材料的拌浆机有搅拌式、旋喷式等形式，目前一般采用搅拌式。搅拌式搅拌机由圆筒形的罐和旋转叶片构成。搅拌容量200600L,叶片转速250500r/min。贮液槽贮液槽是为了贮存拌浆机拌好后、在向工作井内压送之前的砂浆.可选用带搅拌器的贮液槽，槽的容量一般为1.54m3。搅拌器的旋转数一般为2030r/min的低速。注浆

43、泵注浆泵一般有活塞型注浆泵、螺杆泵、双缸双向活塞泵等，注浆泵的选择应考虑介质的特殊性、耐磨损、耐腐蚀等因素。双液注浆时，B液的注入量比A液小，且为粘性小的液体，一般选用喷射排量小的螺杆泵或横型柱塞泵。8.4.1.6注入管A液注入管一般选用2英寸的普通低压钢管，B液注入管选用0.751.5英寸的的铁管或塑料管。在注入双液型浆液时，必须使用A液和B液的混合装置。8.4.1.7注入控制注入控制系统由推进油缸速度测定装置、注入量调节装置、自动注入率的设定装置、变速电机、压力调节装置、记录装置、报警显示装置、A液和B液注入比例的设定装置。注浆量的确定注浆量的确定是以盾尾空隙量为基础并结合地层、线路及掘进

44、方式等考虑适当的饱满系数，以保证达到充填密实的目的。注浆量根据盾构施工环形间隙注浆量经验计算公式确定,见公式（17）、公式（18）。(17)f；=7TX（）12-2）xZ/4式中：2注浆量,m3；匚盾构施工引起的空隙,m3；一盾构开挖直径,m；厲一预制管片外径.m；回填注浆段长度,m；注浆率（見的选择范围：150%250%）注浆方式的分类按注浆点分类：8.4.3.1通过衬砌管片上的注浆孔注浆843.2通过盾构上的注浆孔注浆：分外置式注浆和内置式注浆两种方式（参见图21）。集中润滑系统集中润滑系统不仅有润滑作用，还有建立压力抵御外部泥砂入侵的作用。润滑系统的设计应满足以下要求：a）正确选择润滑油

45、、脂的种类；b）针对不同部位选择注入油、脂的方法；c）有多重的报警装置，显示工作状态，确保加油脂工作正常以及润滑部位有足够量的油脂。润滑设备须按规定的方法定期、定量加注指定的润滑油脂，使各部分的机构、装置能保持正常功能；d）系统元器件，出厂标定，可靠性高。集中润滑的部位a）刀盘驱动的轴向土砂密封和径向土砂密封。b）盾构铰接处的土砂密封。c）螺旋输送机的螺杆支承的轴承、密封。d）刀盘驱动轴承。e）中心回转接头。集中润滑方法：稀油润滑、干油集中润滑集中润滑的主要设备：油脂泵、分配阀、油泵等冷却系统盾构中的冷却系统是用于消除一些设备和动力装置在盾构掘进中产生的大量热量，以保证盾构正常运转。8.6.1

46、可选择冷却部位a）液压系统的冷却b）刀盘驱动装置中的土砂密封的冷却c）刀盘驱动马达和减速器的冷却，d）大功率的空气压缩机的冷却和变频器的冷却。冷却器选择的基本要求a）有足够的散热量b）散热效率高c）油液通过时压力损失小d）结构力求紧凑、坚固、体积小、重量轻冷却器的选择依据系统的技术要求：系统工作液进入冷却器时的温度、流量、压力和需要冷却器带走的热量系统的环境：环境温度、冷却水温度和水质8.6.3.3可靠性及寿命要求：冷却器的寿命取决于水质腐蚀情况和管束等材料。加泥加水加泡沫系统土压平衡盾构在砂土、砂砾等砂质土层中推进时，土体塑流性明显变差，土仓内的土体因固结而被压密，进入螺旋输送机内的泥土也因

47、大量失水压密，导致难于排出。因此，需向土仓和螺旋输送机内注入水、膨润土泥浆或泡沫等添加材料，通过搅拌改性土体，达到土体塑流条件、止水性和易被排出的目的。加泥加水加泡沫装置：由设在后配套车架上的搅拌系统、螺杆泵、泡沫发生器、管路、控制系统及盾构主机上切削刀盘、密封土仓、螺旋输送机等上的外加剂注入口构成（参见图22）。.-1jJ.冲湖斛5iLT17加泥加水加泡沫装置注入位置、注入口径、注入口数量取决于开挖土质、盾构直径、刀盘支承方式、刀具面板的形状等条件。加泥加水加泡沫装置必须能按照刀盘扭矩的变动、密封土仓内的土压力、螺旋输送机的出土状态等因素调节注入的压力和流量。在土压平衡盾构推进施工过程中，加

48、泥加水和加泡沫不可同时使用，所以，加泥加水加泡沫装置的控制系统必须要有切换装置，使盾构操作者能根据实际状况来选择加泥加水或是加泡沫，注入管路可使用各自的专用管路，也可采用共管的形式。注入口位置的布置及注入方式通过中心回转接头从切削刀盘正面注入开挖面；8.7.5.2直接注入密封土仓；直接注入螺旋输送机。以上三种方式可根据实际状况可同时使用，也可单独使用或两两结合使用。盾构电气系统9.1一般规定盾构电气设计应以科学严谨、安全可靠、技术先进、经济合理、操作方便为基本原则。盾构电气设计以盾构总体设计要求和技术参数为主要设计依据。盾构电气设计应充分考虑地下施工环境对设备的防护要求。电气设备外壳防护等级应

49、满足下列要求：电气箱柜防护等级为IP54；电力变压器保护柜防护等级为IP45；置于现场的器件应采取防护措施，其防护等级达到IP65。盾构电气设计应充分考虑地下施工环境对人身安全的保护要求。低压供配电（包括照明）设计应考虑两级漏电保护。盾构电气设计中宜合理利用盾构结构空间，力求电气设备布置合理，便于操作和维护。9.2盾构供配电系统高压供电盾构用电计算负荷盾构计算负荷是选择盾构电力变压器和高压开关设备的主要技术参数。盾构用电计算负荷的计算可参照公式（1921）：（19）式中：n盾构在推进工况条件下运行的用电设备总数；i盾构在推进工况条件下运行的动力设备序列号Q盾构用电计算负荷kVA；S.盾构推进状

50、态下用电设备i的视在功率kVAR；P盾构推进状态下用电设备i的有功功率kW。9.2.1.2盾构供电盾构机宜米用10kV电压供电，也可根据施工现场所在地区变电所供电电压的实际情况调整盾构供电电压。涉及人身安全和设备安全情况时,应考虑采取应急电源措施，否则应米用一类用户供电方式。盾构电力变压器的额定负荷应大于盾构设备计算负荷。盾构电力变压器宜选用不燃或难燃型变压器。盾构电力变压器的三相线圈中应设测温元件，配有温度检测仪。盾构高压电源应由地面变电所的一路独立开关供给。盾构电力变压器保护外壳与带电体间距、接线铜排间的间距及带电体与外壳之间间距必须符合规范要求，应考虑具有散热效果的通风口和风道，通风口和

51、风道的尺寸应能保证散热，应设置满足通风要求的冷却风扇。高压开关柜的正面应留有足够的操作空间，并配备符合高压操作规程的高压操作工具和用具。盾构高压电缆应米用矿用高压橡套软电缆。9.2.2低压配电配电方式和保护由电力变压器二次侧至用电设备点的配电保护级数一般不应超过三级。电压等级见表2。电压等级序号用途电压等级1动力三相交流380V2控制单相交流220V或直流24V3操作直流36V或直流24V4仪表直流24V5检测直流24V或直流5V9.2.2.1.2盾构用电设备应采用二级漏电保护措施。盾构内独立配电柜的电源进线应设置电源总开关；变压器二次出线端应设置总断路器。配电系统的保护功能应有漏电保护、短路

52、保护、过载保护、断相（反相）保护和欠电压保护等功能。9.2.2.2低压器件的选择电器箱柜内元件或器件选用按国家规定鉴定合格的产品。各种开关电器的额定值应与其控制用电设备的额定值相适应。电缆选用具有抗拉、耐油、可弯绕、耐磨损、阻燃性的软电缆。正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差允许值（以额定电压的百分数表示）宜符合下列要求：a）电动机为5%。b）照明：在一般工作场所为5%；对于远离配电柜的小面积工作场所，难以满足上述要求时可为+5%、-10%；应急照明、过道照明和警示照明等为+5%、-10%。系统接地采用电力变压器二次侧中性点的接地系统，利用盾构特大面积的金属外壳为接地点，与电力变压器中性点直

53、接相连，形成一个可靠的接地系统，接线方式不应串接，并同隧道内所有电气设备的金属外壳（如电动机、配电箱柜的外壳）和各台车的金属构架均可靠接地。9.2.2.5功率因数系统功率因数在0.8至0.9，功率因数低于0.8应设计和装备无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，以提高功率因数。9.3盾构照明系统9.3.1设计要求a）选择合适的照度。b）限制眩光。c）采用显色指数较高的光源。9.3.2照明供电盾构照明系统包括盾构、台车施工区域、盾构内、盾构台车、人行闸的照明供电。盾构及台车等部位的固定灯具宜使用交流220V电源提供照明用电。人行闸等压力容器内部照明应符合相关规范。手持式、通道位置照

54、明或移动照明灯具应采用安全电压供电。根据隧道地下施工对照明的特殊性要求，盾构照明回路应主要在施工通道位等设置应急照明，应急照明功率不得少于照明总功率的20%，应急照明后备时间应不少于30分钟。灯具选用9.3.3.1盾构及台车照明灯具宜选用密闭型防水防尘照明器，防护等级应优于IP54；灯具应符合GB/T2900.65-2004标准。照明灯具应采用高光效、长寿命的照明光源。固定区域的照明可选用气体冷光灯等光源，拼装机区域宜考虑采用增色投光灯，重要工作部位应加强局部照明。在易受机械损伤场所的灯具应加保护网。9.3.3.4不应选用效率低于60%的灯具。荧光灯具应加电容补偿，补偿后的功率因数应不低于0.

55、8。9.4盾构控制系统9.4.1设计原则盾构控制系统包括控制执行器件（接触器、中间继电器等）、控制器（PLC等）、人机操作界面（按钮、指示灯、触摸屏等），其设计应遵循可靠性、正确性、准确性适用性、经济性、先进性设计原则，盾构控制宜采用PLC（可编程控制器）控制技术；宜采用通信技术提高盾构转接过程的工作效率。9.4.2硬件选型可编程控制器可编程控制器的选用应兼顾系统兼容性、可靠性、可扩展性、系统规模、运算速度和执行效能等技术参数，并应考虑构成PLC网络通信的功能。PLC通信网络设计控制网络应选用实时性好、可靠性高、传输线路简单、系统配置灵活、调试方便的网络系统并兼顾经济性。可根据控点分散情况选用

56、适当的现场网络系统架构现场输入、输出网络。采用网络系统有利于减少系统配线、实现分散执行集中控制的控制要求。控制电源独立安装单位二次回路的操作电源应经过专用的熔断器或自动开关。9.4.222PLC输入、输出电源主要为控制器输入、输出模块、传感器、变送器等提供工作电源，一般采用开关电源，如输入回路有模拟量传感器应加设电源滤波电路。负载电源主要为指示灯、中间继电器、电磁阀线圈等器件提供工作电源。当回路中负载较多时应当采用硅整流变压器电源。9.4.224PLC工作电源一般采用配套专用模块化电源，并应根据PLC容量设计不间断电源。控制信号控制输入、输出信号一般应选择标准电流、电压信号，电压型标准输入输出

57、信号为15V,电流型标准输入输出为420mA。操作及显示盾构宜选用集中远程操作和分散就地操作相结合的操作方式。移动设备或涉及人身安全的设备应选用就地操作模式，并设置防护措施，确保人身安全。一般应设置盾构控制室进行集中监控。应根据系统安全要求设置紧急停止按钮，确保安全；皮带机、电动葫芦、拼装机、机械传动设备等涉及人身安全的设备附近应设置紧急停止按钮。皮带机、拼装机等重要设备运行前应发出预警信号，设备运行时应发出声光警示信号。配线设计按机械强度要求，铜芯控制电缆或绝缘导线的芯线最小截面为：强电回路不应小于1.5mm2，控制回路不应小于1.0mm2、弱电回路不应小于0.5mm2。盾构数据采集系统计算

58、机监控数据采集系统一般由计算机系统、相关外设及通信设备组成。硬件设备选型数据管理计算机硬件配置可根据采集处理数据信息量和软件平台确定，设备应根据盾构施工特点配置硬盘防震架，数据采集计算机机柜应设计防尘滤网和散热风扇，应选用防尘机柜。采用自身抗震350g的硬盘或者电子盘储存数据，条件许可可采用电子硬盘；芯片板卡应采用工业级以上级别，需要进行整机考机试验。打印机可采用小型80列针式打印机，如选用喷墨打印机应选用侧面进出纸的型号。不间断电源应根据计算机系统容量进行选型，并适当留有余量，应采用具有通信管理接口的产品，如为可编程控制器提供后备电源应采用在线式不间断电源。9.5.1.4数据采集通信可采用工

59、业以太网(10/100Mbaset)，近距离数据通信也可采用异步串行通信(RS232)，网络/通信产品应充分考虑盾构应用环境，优先选用工业级产品，采用工业以太网方式最大传输距离不应超过80m，采用异步串行通信方式最大传输距离不应超过15m。根据工程管理需要，可以配置盾构地面/远程管理系统，盾构监控系统设计时应留有远程通信硬件接口，软件数据传输功能设计上应具有可扩展性。配线设计通信线路屏蔽接地端应可靠连接接地点。通信线路应避免与电源线路长距离平行走线，网络通信应采用带屏蔽的STP网络线。软件界面软件界面应包含实时监控、实时/历史曲线、报警、历史数据查询等常用功能界面，并具有查询、打印环施工数据报

60、表功能。一般应建立盾构数据的实时数据记录和历史数据报表。9.6检测系统检测系统类型盾构检测系统有开关量检测及模拟量检测。组成开关量检测器件根据机械控制要求和安装条件可采用接近开关、机械式限位开关、液位开关、阀限位开关、温度开关、流量开关、循环开关、压力开关、编码器等；模拟量检测传感器主要有温度传感器、油压传感器、行程传感器、液位计、流量计等。硬件选型检测系统应根据实际需用要求及安装位置、安装方式、检测范围、防护等级、控制精度等特点进行选型。检测装置精度符合GB/T13283-1991工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精确度等级标准要求。详见表3。表3检测系统选型检测部位检测内容检测元件刀盘