盾构机配套设备选型

1、盾构机配套设备选型摘要：本文阐述了盾构机配套设备选型基本原则，配套设备选型的相关次序及 计算依据，以济南地铁R3线为例详细的介绍了盾构机配套设备的选型过程，为 盾构机配套设备的选型提供可就借鉴的依据。关键词：盾构机；配套设备；选型引言：随着地铁建设的快速发展，高效安全的盾构法施工在地铁建设中被广泛采用， 在盾构施工设备选型时，施工单位往往重点考虑价值大、技术复杂的盾构机的选 型与配置，而配套设备因数量多而复杂，其设备价值远低于盾构机的价值，常常 不能被引起足够的重视。由于盾构施工是工厂化的流水线施工，任何一环节出现 设备故障都将影响到整个盾构施工，盾构机配套设备的选用应充分全面的考虑各 环节高

2、效配合，更好的满足盾构施工的需要。盾构机的配套设备主要有：电瓶车、龙门吊、砂浆拌合站、通风机等。1、配套设备选型的依据：盾构配套设备选型根据盾构掘进每环的出土量及单线运输的方案，同时兼顾 所在城市盾构线路的规划方案、盾构隧道设计的发展趋势，配套设备的选型既要 确保充分发挥盾构机的正常高速的掘进、最大限度的发挥盾构机效益，又要最大 限度的满足各配套设备的的使用工况、技术特点等，以达到充分发挥各自的作用； 同时要综合考虑采购成本与获得的效益关系，力争最小的投入获得最大的收益。2、电瓶车编组的的选用以济南地铁R3线六标段为例，盾构机型号：ZTE6250，直径6250mm，开挖 直径6280mm，主机

3、长度（含刀盘）8.5m，总长81m，台车长度60m，一号台车 前端距皮带机落土口 47m，台车轨距2080mm、左右台板间距1800mm。管片外 径 6000mm，内径 5400mm，宽度 1500mm。盾构掘进每环出土量计算：V实土 = 3.14 / 4x6.282x1.5 = 46.44m3综合国内地铁施工城市区域的地质情况，碴土的膨胀系数在1.2-1.9之间， 济南地铁R3线六标段地质为全断面为无水沙层，结合济南地铁其它标段的施工 情况，取碴土的膨胀系数为1.5,盾构每掘进一环的渣土量为：V渣土 = 46.44m3x1.5 = 69.66m3；取每环出土量为 70 m3。2.1、碴土车选

4、用：由于渣土车是运输渣土重要设备，渣土车的选型要综合考 虑以下因素。碴土车不仅要满足承载强度的要求，还必须有足够的刚度，保证渣土箱满 载吊卸时土箱不会变形（开裂），土箱满载重量不超过45T。渣土车的土斗和 承载拖盘是相对独立的两部分，卸土时只吊土斗。每环掘进的渣土一次运输完毕。 碴土车的宽度严禁超过盾构机台车内部的最大限宽1800mm，综合考虑将土斗 宽度定为1500mm，转弯半径小于25m。列车编组长度满足盾构机皮带机的设 计要求，ZTE6250盾构机一号台车前端到皮带机落土口长度约47m。该标段盾 构施工，渣土改良用膨润土泥浆在洞外拌浆，放入专用土箱由电瓶车运输。根据 地质情况为满足每环掘

5、进的需要，整套列车编组包括：渣土箱、1节膨润土箱、1 节砂浆罐车、2节管片车。综合以上因素，确定4节渣土车，每个土箱容积18m3, 总容积72m3，大于每环最大出土量70m3，满足盾构施工要求。4节渣土车长度 L1=（6600+ 200） x4= 27200mm （其中200为2节车间的连接长度）。 渣土 车设计上满足条件：拖车采用可转向轮对，利于重载时的小半径曲线运输；土箱 的设计满足渣土吊卸时，既可以用吊车辅助拉杆卸渣土，也可以（根据施工场地 布置）借助渣土池的固定翻转机构卸渣土。2.2、膨润土罐车：为便于膨润土箱清洗维护，膨润土箱与承载拖车设计为分 体结构，根据该标段的地质情况，掘进每环

6、需用膨润土泥浆812m3,取膨润土 箱容积12m3,图二为膨润土罐车结构图。膨润土罐车长度L2= 5400 + 200 = 5600mm （其中200为2节车间的连接长度）。2.3、砂浆罐车：砂浆用于填充管片与盾构刀盘开挖空间的空隙，其填充量计 算如下：V 砂浆= 3.14 / 4x （6.282 6.02） x1.5 = 4.05m3，注浆量取 150% 180%，砂 浆罐车设计为8m3。为方便砂浆由砂浆罐车中泵出，同时防止砂浆沉淀，设置搅 拌装置，驱动功率11KW ；砂浆由罐车中泵送到台车储浆罐中，选用砂浆泵，配 备功率11KW。罐车箱体与行走悬挂装置为一体结构。砂浆罐车长度L3= 509

7、0 + 200= 5290mm （其中200为2节车间的连接长度）。2.4、管片车：管片车是盾构施工专门运送管片的车辆，每环管片分3块标准 块，2块邻接块，1块封顶快；每车装运3块，其中一车为3块标准块，另一车 为2块邻接块及1块封顶快。标准块最大重量约4.5T，3块共计13.5T，选择管片车载重为15T。管片车应满足：管片车设置专门的橡胶垫，橡胶垫位置应适于管片受力，防 止运输过程中管片的损坏；根据管片的实际形状管片车为中凹结构，即利于管 片在运输中的稳定性，又增加了管片吊出时管片吊机与管片间的空间；综合以上 因素，管片车设计尺寸为L4= 3600 x2 + 200= 7400mm （其中2

8、00为2节车间的连接长度）。牵引机车的选用：每列电瓶车编组分4节渣土车、1节膨润土车、1节砂 浆罐车、2节管片车；电瓶车编组保证在30%。坡道上安全起动并牵引整列车正 常行驶；具备空气制动、电制动和手制动三种制动方式；具有变频装置，以适应不同路况及载重的需要；配备的蓄电池单次充 电需保证10kM的运输。综合以上因素：选用北车集团兰州机车厂的45T电瓶车，整体采用排气制动， 轨距900mm，连接方式采用G3/4快速接头，距轨面连接高度430mm。牵引机车长度：L牵引=8109 + 200= 8308mm （其中200为2节车间的连接 长度）。列车总长度为：L列车=L牵引+ L1 + L2 + L

9、3 + L4 = 53798mm。L编组=L1 + L2 + L3 + L4= 45490mmV47m （一号台车到皮带机落土口）该编组满足使用要求。列车编组重量见下表：（单位T）由表看出，机车编组由隧道开出时牵引重量最大191.6T2.5、机车牵引计算45T机车30%坡道牵引吨位计算GQ = （F-P （Wq / + iq） / （Wq / + iq）粘着牵引力 F|i=|ixp=0.26x450=126KNN :机车粘着系数0.26 （轨道干燥无油污）P :机车粘重 450KNWq/ :机车单位起动阻力5N/KN （根据机车牵规取值）Iq :坡道阻力系数30%。Wq / =3+0.4ig=

10、3+0.4x30=15N/kNGQ = (126000-450(5+30) / (15+30)=225T结论：45T机车30%坡道牵引重量为225T。机车在30%坡道上行驶时牵引重量为225T191.6T。45T电瓶机车满足施工 要求。3、龙门吊的选型：龙门吊是盾构施工中吊卸渣土及各种材料、施工机具的重要起升设备，设备 选型需满足以下要求：最大载重量：土斗自重+满载碴土重量，根据设计资料，土斗4.5T, 18m3 渣土重32T,总重36.5T，选择45T龙门吊。该标段双线盾构始发，根据车站 设计及现场环境确定龙门吊跨度为12.5m，有效单悬臂为4m，以利于吊卸管片及 其他施工材料。渣土斗卸土翻

11、转时，土斗距轨道平面23m，选择起重高度9m。 根据现场施工条件，龙门吊沿车站轴线行走，土斗翻转机构选用中部翻转。大 车、小车行走机构为变频设计，大车行走速度041m/min，小车速度0 32m/min，吊钩升降013m/min。龙门吊行走及升降要求，重载低速，轻载高速。龙门吊设计主副钩，主钩45T吊卸渣土及管片，副沟吊卸施工材料及小型机具。起重扁担保证自动平衡，吊具可拆卸，摘挂方便灵活；为保证施工安全，龙门 吊设置升光报警、手动夹轨装置、限位装置、起重高度及重量显示仪等。4、拌合站选型：盾构施工用拌合站是专用的砂浆拌合站，配料机构要简单，粉料只有水泥及 粉煤灰，不需要添加剂罐，占地面积要小。

12、同时需配备带有搅拌装置的储浆罐。该项目为一台盾构右线始发，考虑到后续项目2台盾构同向双线始发，砂浆 拌合站选用0.75m3/罐，配备8m3储浆罐。每环注浆量：V= 3.14 / 4x (6.282-62) x1.5 = 4.05m3,通常按150%注浆，通常注浆量为6m3,需拌浆8次，3分钟搅拌 一罐，24分钟可完成拌浆工作。一个盾构循环最快1小时，可满足2台盾构同时 施工。5、通风机的选型通风条件通风类型：长管道轴流风机压入式通风；送风长度：济南地铁R3线六 标工业北路站至王舍人站区间1800m，风机放于中板；管片衬砌内径：5.4m； 风管类型：阻燃风带；风管直径：1000mm通风计算隧道性

13、质。隧道断面：A=22.89 m2 (管片衬砌内径：5.4m)；隧道掘进法: 盾构法；作业人员：16人。所需通风量的计算a、根据作业人员呼吸所测定的通风量须排出的气体为二氧化碳，其数量计算 如下：每个作业人员需排出的气体量：Q= 3 m3/min，作业人员数量：N = 16人贝。：Q=3N=3x16 =48 m3/minb、根据送入隧道内空气的流速计算通风量为有效稀释洞内浊气浓度，隧道内的空气流速设定为0.5m/s。Q =0.5xAx60 = 0.5x22.89x60=686.7 m3/minc、需要的通风量使QVQ ”，Q ”值则应为所需通风量Q = Q ” =686.7 m3/min通风系

14、统。通风系统将按以下提供：盾构机与风机之间距离为：1800m风机的空气外泄系数：mi = 1-0.015x1800/100 =0.73 (通常管道8=0.015)风机作业所需空气量(Qf)采用通风量(Q =686.7 m3/min)来计算。Qf1 = Q/ mi1 =686.7 m3/min /0.73 =940.68 m3/min风管租力风压损失Pd=X-L/d-p-V2p/2=0.0155x1800 x1.293x19.972/2/1.0=7193.3(Pa)式(中：L风管最大长度，根据工程概况取1800m： d风管直径，取 1.0m；p空气密度，取1.293kg/m3； Vp风管平均风速，m/s；入一一风管阻力摩擦系数取0.0155。Vp =Q/(60 xn-d2/4)=940.68/(60 x3.14x1.02/4)=19.97 (m/s)据上述结果选择风机风量为550790m3/min、风压为6808200