zte6250盾构机说明及详细资料

附件二合同设备的性能和技术要求

中6250mm土压平衡盾构

型号ZTE6250

技术规格书

中国铁建重工集团有限公司

2014年n月

目录

第一章工程地质概况.......................................................3

详见附件一................................................................3

第二章设计依据及标准.....................................................4

第三章盾构构造与配置.....................................................7

3.1概述.......................................................................7

3.2刀盘.......................................................................9

3.3盾体......................................................................11

3.4刀盘驱动..................................................................17

3.5.管片拼装机..............................................................19

3.6螺旋输送机...............................................................22

3.7皮带输送机...............................................................22

3.8同步注浆系统..............................................................22

3.9水系统...................................................................24

3.10<1±改良系统............................................................24

3.11压缩空气系统.............................................................26

3.12.通风系统...............................................................27

3.13.注脂系统...............................................................27

3.14.自动导向系统...........................................................27

3.15.后配套系统.............................................................31

3.16.液压系统...............................................................32

3.17.电气系统...............................................................32

3.18.超前加固系统...........................................................34

第四章技术参数..........................................................35

4.1技术参数表................................................................35

4.2主驱动扭矩曲线图...........................................错误!未定义书签。

4.3盾构设备的主要部件供应商...................................错误!未定义书签。

第五章.图纸清单..........................................错误!未定义书签。

第六章盾构各部件外形尺寸及重量...........................错误!未定义书签。

2

第一章工程地质概况

详见附件一

3

第二章设计依据及标准

本规格书是根据本工程所提供的设计条件及地质条件所设计的，并依据以下通用标

准进行设计

GB9969.1-2008工业产品使用说明书

GB/T15706.1—2007机械安全基本概念与设计通则第1部分：基本术语、方法学

GB/T15706.2—2007机械安全基本概念与设计通则第2部分：技术原则与规范

GB150-2011《压力容器》

GB50017-2003钢结构设计规范

GB699-1999优质碳素结构钢

GB3098.1-2010紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱

GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范

GB/T3632-2008钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件

GB/T985.1-2008气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口

GB/T985.2-2008埋弧焊的推荐坡口

GB11345-2007钢缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级

GB/T1184-1996形状和位置公差未注公差值

GB/T1231-2006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/T1801-2009产品几何技术规范（GPS）极限与配合公差带和配合的选择

JB/T4730-2005承压设备无损检测

ISO3411-2007土方机械-司机的身材尺寸与司机的最小活动空间

GB435.1-2005手提灭火器第1部分：性能和结构要求

GB3811-2008起重机设计规范

ISO3795-1989道路车辆农业和林业用拖拉机和机械内部装饰材料装饰性能的测定

GB/T16855.1—2008机械安全控制系统有关安全部件第1部分设计通则

GB/T17888.2—2008机械安全进入机器和工业设备的固定设施第2部分：工作平台

和通道

GB/T17888.3—2008机械安全进入机器和工业设备的固定设施第3部分：楼梯、阶

梯和护栏

4

GB/T17888.4—2008机械安全进入机器和工业设备的固定设施第4部分：固定式直

JB6028-1998工程机械安全标志和危险图示通则

GB10595-2009带式输送机

DTII(A)型带式输送机设计手册

GB50270-2010输送设备安装工程施工及验收规范

JB/T5943-91工程机械焊接件通用技术条件

GB/T3766-2001液压系统通用技术条件

JB/T10205-2010液压缸技术条件

GB/T7935-2005液压元件通用技术条件

GB/T15622-2005液压缸试验方法

NAS1638污染等级标准

GB16754—2008机械安全急停设计原则

GB18209.1-2000机械安全指示、标志和操作第1部分：关于视觉、听觉和触觉信

号的要求

GB18209.2—2000机械安全指示、标志和操作第2部分：标志要求

GB17945—2000消防应急灯具

GB13495—1992消防安全标志

GB15630—1995消防安全标志设置要求

GB6070—2010起重机械安全规程

GB12158—2006防止静电事故通用导则

GB2894-2008安全标志及使用导则

GB15052-1994起重机械危险部位与标志

GB15630-1995消防安全标志设置要求

JB6028-1998工程机械安全标志和危险图示通则

GB/T16710.1-1996工程机械噪声限值

GB/T17771-2010土方机械落物保护结构实验室试验和性能要求

GB50052-2009低压配电系统设计规范

GB50054-20U通用用电设备配电设计规范

5

GB50062-2008电力装置的继电保护和自动设计规范

GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准

GB50168-2006电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范

GB50169-2006电气装置安装工程接地装置施工及验收规范

GB50170-2006电气装置安装工程旋转电机施工及验收规范

GB50171-2012电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范

GB4028-2008外壳防护等级（IP代码）

GB4205-2010人机界面（MMI）—操作规则

GB/T2900.18-2008电工术语低压电器

GB755—2008旋转电机定额和性能

GB/T3956-2009电缆的导体

GB/T4208—2008外壳防护等级（IP代码）

GB/T2900.18-2008电工术语低压电器

GB/T2900.65-2004电工术语照明

GB50034-2004建筑照明设计标准

GB/T14048.1-2000低压开关设备和控制设备总则

GB/T4728-2008电气简图用图形符号

GB/T17468-2008电力变压器选用导则

GB1094.11-2007电力变压器第H部分：干式变压器

GB/T10228-2008干式变压器设计参数和要求

GB/T18268-2010测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求

GB/T18858.1-2012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/T18858.2-2012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/T18858.3-2012低压开关设备和控制设备控制器一设备接口（CDI）第3部分:

DeviceNet

6

第三章盾构构造与配置

A.3.1概述

3.1.1选型原则与方法

选择合适的盾构是盾构隧道施工成败的关键，选择盾构应在深入研究分析工程对象

的具体地质条件、隧道施工条件、环境条件的基础上，参考国内外已有的类似盾构工程

经验，特别是同一地区盾构隧道工程的经验，遵循安全可靠、适用、经济、先进、环保

的原则来选型。

用于地下工程的EPB选型依据有很多标准，但主要还是取决于工程中所要遇到的

地质状况。在本项目中，工程地质与水文地质的变化很大。这种含有不稳定的地质状况

下，建议选择全新的、未曾使用过的复合式土压平衡式盾构，目的是为了减少工作面前

方沉降的风险。

3.1.2土压平衡盾构的地层适应性

一般说来，土压平衡技术（EPB盾构）适合在含有足够的细颗粒软土地层里开挖

隧道。开挖室和螺旋输送机里的混合土应呈现塑性。比较理想的颗粒尺寸的地层包括粘

土、淤泥、砂以及砾石等，并且含有25-30%的水分（如下图）。然而，根据实际的地

质状况，采用土压平衡盾构，要配备必要的渣土改良系统，充分改良渣土特性，以满足

土压平衡盾构施工的需要。

盾构所穿越的地层中有各种不同直径及材质的管线，所以控制地表隆、陷值及隧道

方向不超标尤为重要。土压平衡盾构的工作原理是通过控制土舱内已开挖渣土的压力

（土舱压力），使之与刀盘前方的水土压力相平衡（水压+土压），达到控制地表沉降

的目的。通过采取辅助措施可使地表沉降值+10mm、-30mm范围内，隧道轴线控制在上、

下、左、右3cm的范围内。同时通过渣土改良使得渣土具有所要求的止水性、流动性与

塑性，以便于土舱压力的控制及排土的目的。

7

中砾砂砾相砂细砂

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Gr”naz。4mm)

粒径分布参数与盾构选型关系示意图

利用被开挖的渣土作为支承的方式可以更好地控制地表的沉降。开挖室里固体混合物

（约占容积7096以上）的巨大惯性可以阻止渣土量异常变化引起的压力变化。这种惯性

能起到稳定压力变化的效果。

如果地质条件良好（刀盘前方稳定、低水压）盾构可以快速转换成敞开模式，在

大气压力下掘进，由于没有反压力，通常在这种情况下能够达到最佳的掘进速度。

3.1.3土压平衡盾构总体设计

土压平衡盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧道掘进设备，它集合了盾构施

工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能。

土压平衡盾构在结构上主要包括刀盘、盾体、人舱、螺旋输送机、管片安装机、管

片小车、皮带机和后配套拖车等设备；在功能上包括开挖系统、刀盘驱动系统、推进系

统、出硝系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、激光导向系统及通风、

供水、供电系统等。

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B.3.2刀盘

3.2.1概述

根据西安地铁指定标段地质资料，刀盘采用辐条+面板式刀盘设计，支撑方式为中

心支撑。刀盘上安装有鱼尾刀、贝壳刀、切刀、边缘刮刀、保径刀、导流刀和超挖刀，

对隧道进行全断面开挖，开挖直径中6280mm,并可实现正反双向旋转出硝。所有可拆式

刀具（不包括超挖刀）均可从刀盘背部进行更换，刀盘主体结构的正常使用寿命大于

10km。

3.2.2刀盘钢结构

刀盘钢结构采用Q345C高强度钢板焊接而成。

刀盘上设计有四个大尺寸中心进磴口及多个大尺寸正面进楂口。刀盘开口率约50%o

中心进磴口可有效降低刀盘中心结“泥饼”的可能性。进楂口采用锥形设计，进硝口部

位的支撑筋板采用Z字形设计，特殊的设计有利于移土顺畅地流入土舱，避免磴土口堵

塞。

3.2.3刀具

刀盘上配置有中心鱼尾刀、切刀、贝壳刀、保径刀、边缘刮刀、导流刀和超挖刀7

种刀具。每种刀具都进行了针对性的加强设计以延长其使用寿命。

＞中心刀鱼尾

刀盘中心区域焊接1把鱼尾刀；

刀刃采用大尺寸的耐磨硬质合金设计，可延长刀具使用寿命；

中心鱼尾刀刀高450mm,可改善土体切削和搅拌效果。

＞切刀

刀盘上安装有48把切刀，切刀根据西安地质特点进行了针对性设计。

切刀宽度为160mm,刀间距为150mm,切刀侧面堆焊耐磨网格，有利于保护刀具

边角以及减少磨损。

刀刃采用大尺寸的三排耐磨硬质合金设计可延长刀具使用寿命。

9

刀头设计为带5度尖角结构形式，有效提高了切刀切削剥离磴土的能力。

刀体上堆焊耐磨层可以防止刀体受到磴土的冲刷磨损。

切刀的开挖强度高达25MPa,可开挖始发竖井和中间竖井的素混凝土。

在靠近刀盘边缘区域，增加了刀具布置的数量，提高了周边切刀的使用寿命。

＞贝壳刀

在刀盘的正面布置有32把贝壳刀，贝壳刀可对掌子面磴土进行剥离破碎，改善刀

盘前方磴土的流动性。贝壳刀的针对性设计特点如下：

①刀刃采用两端大合金与中间三排合金的组合设计，刀高为160mm,刀宽为

60mm；

②刀体四周堆焊耐磨层可以防止刀体受到磴土的冲刷磨损。

＞保径刀

在刀盘外围部分焊有16把保径刀，保径刀的作用是保护刀盘的外缘，降低对刀盘

外缘的直接磨损。保径刀设计包括：

①高质量的双排耐磨合金刀刃；

（2）高耐磨的刀体。

＞边缘刮刀

刀盘上安装有8对边缘刮刀（左右各4对），边缘刮刀的主要作用是清理外围开挖

的磴土，防止刀盘外缘的直接磨损，保证开挖直径的精度。边缘刮刀设计特点如下：

①刀刃采用三排大尺寸的耐磨硬质合金，可延长刀具使用寿命。

②采用双排螺栓紧固使刀具受力更加均匀。

包刀体后部和前部的堆焊耐磨层可以防止刀体受到砧土的冲刷磨损。

＞导流刀

刀盘外围部分焊有8把导流刀，导流刀采用大尺寸耐磨合金设计，作用是保护边缘

刮刀刀座和刀盘外周过渡区。

＞超挖刀

10

刀盘外缘装有1把超挖齿刀，用于增加开挖直径，超挖刀的超挖量为50mm,最大超

挖直径为中6380mm。

3.2.4磨损检测装置

刀盘上安装有2个液压式的磨损检测装置，当液压系统压力下降时，会发出报警信

号。

磨损检测装置为可更换式，磨损后可以从刀盘背面进行更换。

3.2.5回转接头

回转接头设计为6道泡沫+6道液压+6路电气形式。

回转接头内部密封采用特殊的旋转密封设计。

3.2.6耐磨措施

刀盘的耐磨设计特点如下：

刀盘面板焊有10mm厚度Hardox耐磨板。

刀盘外周焊有50mm厚度Hardox耐磨板，可提高刀盘外周在全断面硬岩掘进时的

耐磨性能，保证刀盘的开挖直径。

刀盘边缘过渡区、刀盘进磴口、刀盘背部以及刀盘支腿边角过渡区加焊致密耐磨网

格，提高刀盘整体的耐磨性能。

C.3.3盾体

盾体主要分为前盾、中盾和盾尾及一些附件如人员舱等，结构主要材质为Q345B,

能够承受预期的水压和土压。

3.3.1前盾

前盾设计有连接主驱动、螺旋输送机等的接口，布置有方便设备维护和检修的

盾体内行走平台。前盾与中盾采用10.9级高强度螺栓连接；连接法兰面机通过加工

来保证精度，法兰面之间通过O型圈来密封。

前盾隔板与刀盘体之间形成一个密闭的土舱，通过控制土舱的压力来满足开挖

面的稳定。隔板有预留接口，可以注入水、泡沫膨润土等添加剂，另外专门设计有

11

开挖舱内维修所用的电气接盒、水气接盒。隔板上的四根被动搅拌棒以及刀盘上的

四根主动搅拌棒一起搅拌土舱内渣土以及添加进的水、泡沫、膨润土等，使其充分

混合均匀。刀盘保养和检修时，螺旋输送机叶片轴收回，防涌门关闭防止喷涌。

以下是前盾内设计的接口以及安装的设备：

1套土舱保压系统

1套主驱动减速机冷却器

1个主驱动齿轮油泵

4根中空被动搅拌棒（用以搅拌开挖舱内渣土，孔径Rp2预留口可注入渣土改

良剂）

1个人员舱连接法兰

1个DN600的人舱前舱门

1个防涌门（防止水从螺旋输送机进口大量涌出）

4个DN100超前地质勘探接口（方向为掘进正方向）

1个水气接盒（直径DN180,可通入压缩空气、氧气、工业水、切割气等，并

设置有一路预留水气通道）

1个电气接盒（直径DN180,可通入两路液压油，并设置有五路电缆通道）

5个土压传感器（上部1个，中部2个，下部2个）

15个以上的Rp2的预留接口（注入水、渣土改良剂等）

6个Rp2径向润滑孔（前盾壳体上，注入膨润土等以减小盾壳与土层的磨擦，

或临时止水）

4个DN80预留口（安装刀闸阀）

4个Rpl的预留接口（分布在螺旋输送机进口周围，可注入止水添加剂等）

2个DN125预留接口（配有刀闸阀）

3.3.2中盾

中盾内部布置30根推进油缸（6220/6180-2100mm,布置详见推进系统）；中盾

与盾尾采用14根较接油缸（巾180/巾80T50mm）连接。在中盾盾壳圆周布置6个Rp2

的径向润滑孔，需要时可以通过这些预留孔注入膨润土等以减小盾壳与土层间磨擦系

12

数，或实施临时止水。同时内部设置有盾体内行走梯，便于设备的维护与检修。

3.3.3超前注浆

沿中盾壳体分布有12根超前注浆管预留口，通径为DN100（如下图所示），用以超

前加固地层。锚杆钻机可通过事先设计的接口安装在管片拼装机抓举头上，从而方便快

捷地实现超前注浆。

超前注浆管

超前注浆管示意图

3.3.4推进系统

推进系统包括30根推进油缸，分顶部（A组）、右部（B组）、底部（C组）、左

部（D组）四个组。在推进时，推进油缸伸出，撑靴作用到管片上提供盾构前进的反力。

四组油缸的压力可以独立调节，推进速度由一个流量控制阀调节。最大总推力为

39914kN/350bar,最大推进速度为80mm/min。通过调整每组油缸的推进压力和速度可实

现盾构纠偏和调向。推进系统油缸的分组如图所示，其中4个位置的油缸安装有位移传

感器。施工人员在控制室内可以实时监控每组油缸的行程和压力。

推进油缸活塞杆前端与撑靴通过球轴承和碟形弹簧连接，撑靴可以在侧向力的作用

下自由转动4°。撑靴表面和油缸垫板能保证推力均匀缓和地作用在管片上，防止管片

损坏。

13

推进油缸分组控制示意

3.3.5校接系统

本设备为被动钱接，位置在中盾与盾尾连接处。依靠推进油缸分组控制行程和

压力来实现盾构转向，钱接油缸只是被动跟随。原理如下：所有钱接油缸并联在液

压回路中，直线掘进时进油口和出油口均被锁住。需要转弯时，通过每组推进油缸

的行程差来调节中盾与盾尾之间的夹角，此时被接油缸进油口和出油口相互连通，

行程可自行调整，从而实现转弯。当钱接油缸行程超限时（行程小于10mm或者大

于140mm）可手动给的钱接油缸供油，保证油缸安全。

3.3.6盾尾

中盾和盾尾之间用14较接油缸连接，连接处设计有一道较接密封和一道橡胶气

囊密封，较接密封的压紧量可调，从而保证隧道内泥砂等不进入盾构主机内。（如

下图所示）

14

中盾与盾尾较接结构示意图

盾壳内设置同步注浆管道数量为2X4根共8根，4用4备用。每路注浆管均有

单独的砂浆传感器，在盾尾壳体处均设计有两个200X50mm的清洗口，意外堵塞可

以用高压水进行清洗（如盾尾注浆管油脂管示意图所示）。

盾尾与管片接触的地方安装了2道密封钢丝刷和1道钢板束，并在密封刷与管

片外径形成的腔内注入密封油脂，防止盾壳隧道内水或砂浆进入盾构内。油脂管数

量为12根，每一根设计有单独的压力传感器。盾尾尾部设置有一道止桨板，阻止砂

浆流到开挖舱内。

盾尾与管片密封示意图

3.3.7防涌门

防涌门位于隔板的底部，且由位于盾体中心左右两侧的两部分组成，两个液压

油缸装在隔板后面通过连杆控制闸门。把螺旋机收缩并关闭防涌门能防喷涌现象；

15

或更换螺旋轴时能起到隔离土舱与螺旋机筒体内腔，保证了土舱压力而使开挖面稳

定。

3.3.8人员舱

人舱是盾构掘进途中进行带压作业的关键设备，它具有压力调节和安全过渡功能，

当工作人员需要在不良地质条件下（如软弱地层、高渗透性地层等）进入土舱作业时可

通过人舱安全地进入土舱或刀盘前方。

设计标准：QY/HY005-2008盾构气压过渡舱。

人舱具有主、副两个舱室。主舱和前盾通过法兰连接，是带压作业的主要舱室，内

部净空长度1810mm,可同时容纳3人并能放置急救担架（折叠式，约1.8m）。副舱是

辅助舱，用于带压作业期间舱外物资的出入转运，另外在作业期间出现紧急情况时可作

为急救舱供舱外人员进入舱内实施救助，内部净空长度1490mm,可容纳2人。

人舱各舱室均配置以下系统：加减压系统（内外双向控制）、压力实时监测和显示

系统、通讯系统（包括一套紧急通信系统）、消防系统、加热系统等。进入人舱的空气

经过精密过滤并达到人体呼吸空气的要求。

人舱

主要参数和元器件:

主舱（3人）+副舱（2人），舱室直径1600mm,主舱内

舱室数量及容积

部长度1810mm

照明2只防爆灯/舱室，额定电压24V

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3套（主、副舱和舱外）

通信系统

每套系统具有紧急通信和常规通信功能

最大工作压力4.5bar

压力级别

舱体水压试验的测试压力为6.75bar

3扇,矩形600X800mm

舱门形式

气压压紧密封，密封材料为硅橡胶

空气系统2台螺杆空压机，6.3m3/min,额定压力8bar,储气罐1m3

空气加减压系统内外控制，设有流量计

气动记录仪（美国Reynolds）＞流量计（德国CROHNE）、

主要元件声力电话（美国AMRON）、安全阀（美国apollo）、减

压阀（SAMSON）等

D.3.4刀盘驱动

3.4.1概述

刀盘连接法兰通过高强度螺柱分别与主轴承内圈和刀盘连接。刀盘推进动力由推进

系统提供，刀盘连续正反转掘削及脱困动力扭矩，则由主驱动的驱动系统供给。

3.4.2驱动系统

主驱动系统主要包含1个变速箱、1个主轴承、8个液压马达、8个减速机、9个小

齿轮、1个法兰、1套内外唇形密封和一套位于后配套拖车上的主驱动液压泵站。主驱

动结构如下图所示。

17

主驱动结构

3.4.3密封系统

主驱动有两套密封系统：外密封系统对开挖舱方向进行密封，内密封系统对盾体内

部常压进行密封。

外密封系统主要由三道唇形密封组成，通过自动持续注脂方式防止开挖舱的砂石、

污水等进入变速箱。内密封系统主要由两道唇形密封组成，防止盾体内部固体微细颗粒

等进入变速箱。

内外密封环采用表面淬火处理，可通过螺栓调整密封环与密封唇口接触位置，有效

提高密封系统使用寿命,主轴承密封寿命大于10000小时。

3.4.4润滑系统

变速箱齿轮油采用循环冷却方式对主轴承、小齿轮、小轴承进行润滑。

3.4.5安全设置

减速机油温超过80℃,主驱动自动停机；

变速箱油温高于65C,主驱动自动停机；

变速箱低于最低液位，高于最高液位，主驱动自动停机;

18

电机脱困时间超过5S,主驱动自动停机；

E.3.5.管片拼装机

3.5.1管片拼装机概述

管片安装机由一对举升油缸、回转机构、管片抓持机构、平移机构和支撑梁等组成。

管片安装机共有6个自由度，管片安装机的控制方式有遥控和线控两种方式。

管片拼装机结构简图

3.5.2回转机构

19

1回转架2回转支承3移动架4行星减速机5液压马达6小齿轮

液压马达安装在行星减速器上，行星减速器安装在移动架4上，移动架3和回

转架1分别与回转支承的固定外圈和转动内圈固定在一起，小齿轮与回转轴承内齿

圈啮合，形成一级直齿圆柱齿轮传动。液压马达的输出扭矩和转速通过行星减速传

给小齿轮，再经小齿轮与回转轴承内齿圈的一级圆柱齿轮传动传给回转架，从而驱

动回转架及安装在回转架上的举升机构、举重钳及管片旋转。

3.5.3安全保护

管片拼装机与液压、电控系统配合，可实现以下安全保护:

管片拼装机旋转角度不超限

液压系统超压保护

管片拼装机旋转、平移等动作制动可靠

管片抓持压紧状态采用压力检测

两个回转马达均带制动器

可实现无线遥控

3.5.4管片吊运系统

管片吊运系统主要由双梁式管片吊机与管片小车组成:

20

管片被管片吊机运送到管片小车上，再被管片小车送到管片拼装机能够抓到的

位置。管片转运小车一次可以存放3块管片。

管片吊机也可以不通过管片小车，直接将管片运送至管片拼装机工作区域。

管片吊机的行走驱动方式采用链轮链条式，行走制动可靠，维护保养方便。

管片吊运系统简图

21

F.3.6螺旋输送机

螺旋输送机采用有轴式螺旋，闸板门结构形式。螺旋输送机安装倾角为22°,固定

在前盾底部套筒法兰上。在掘进时，刀盘开挖的硝土掉落到土舱底部，通过螺旋输送机

输送到皮带输送机上。螺旋输送机通过油缸的伸缩使螺旋轴与筒体形成相对运动，以此

来处理堵塞现象；在筒体上设有5个检修门，必要时可以打开检修门来清理被卡在螺旋

叶片间的磴土。螺旋机筒体上布置有8个注入口，可通过这些孔注入膨润土或泡沫来改

善磴土的流动性。螺旋输送机正常使用寿命大于10000小时。

螺旋输送机驱动方式为后部周边驱动，包含3个液压马达、3个减速机、1个回转

支撑、1个螺旋轴等。螺旋输送机可以在0〜23rpm内无级调速，通过控制出土量维持

土舱压力的平衡。驱动装置如下图所示。

代期飘^

驱动装置示意图

螺旋叶片直径800mm,筒体内径820mm,节距630mm,最大转速23rpm,螺旋输

送机理论最大出磴量为416m3/h,通过的磴土最大粒径为590mmX300mmo

G.3.7皮带输送机

皮带机用于将螺旋输送机输出的磴土传送到盾构后配套的砂车上。皮带机布置在后

配套拖车的上面。皮带机的两侧高度可以调节，以适应不同的曲线段掘进。

H.3.8同步注浆系统

盾构采用同步注浆系统，可以使管片外面的间隙及时得到充填。

盾构配有两台液压驱动的注浆泵，通过盾尾的注浆管道将砂浆注入到开挖直径和管

片外径之间的环形间隙中。注浆压力可以根据地质条件调节，注浆泵泵送频率在可调范

22

围内实现连续调整，并通过注浆同步监测系统监测其压力变化。单个注浆点的注入量和

注浆压力信息可以在主控室看到。随时可以储存和检索砂浆注入的操作数据。

双液注浆说明

双液注浆采用ZBYSB-120/T型液动注浆泵，注浆压力W7MPa,流量

120L/min,水玻璃和水泥浆配比可调，功率7.5KW。采用JB-500型水泥浆

搅拌桶，容量0.5m3,立式双轴机械搅拌，电机功率3KW。装配位置为连

接桥右侧平台。

23

双液注浆泵

I.3.9水系统

3.9.1冷却回路和工业用水

盾构机水系统分为内循环和外循环，内循环主要用来冷却刀盘主动的电机，主驱动

的齿轮润滑油、螺旋输送机的减速机、空气压缩机、配电柜等。外循环主要用来冷却液

压油、冲洗用水及设备用水等。

从隧道外引水至6号台车处，与盾构机的延伸管路连接上，给盾构机供水。4号台

车左侧安装1台水泵给内循环提供动力，保证内循环水的流量和压力。2号台车膨润土

罐旁安装有1台增压泵，保证盾构机上的设备用水、冲洗用水有一定的压力。

3.9.2排水系统

污水经污水隔膜泵吸入泵送至5号台车污水罐，再由渣浆泵排出。

J.3.10硅土改良系统

土压平衡盾构配有两套脩土改良系统：泡沫系统和膨润土系统。两者在注入口共用

24

一套输送管路。

3.10.1泡沫系统

盾构配有一套泡沫发生系统，每路泡沫发生器单独配置一个高压泵，用于对磴土进

行改良。泡沫系统主要由泡沫泵、高压水泵、电磁流量阀、泡沫发生器、压力传感器、

管路组成。在2号台车处，泡沫泵将泡沫原液吸入，流经流量计与外循环水混合至桥架

处，经过高压水泵与压缩空气混合进入泡沫发生器进行发泡膨胀，一部分送至盾体内的

中心回转接头进入刀盘面板处给开挖面的土壤改良；一部分连接到盾体隔板处，给土仓

内的土壤改良便于输送；一部分连接到螺旋输送机上，给螺旋输送机内输送的土壤改良

以便顺利地输出。

3.10.2膨润土系统

盾构还配有一套膨润土注入系统。在确定不使用泡沫剂的情况下，关闭泡沫输送管

道，同时将膨润土输送管道打开，通过输送泵将膨润土压入刀盘、砧舱和螺旋输送机内，

达到改良磴土地目的。膨润土系统主要由软管泵、流量计、管路、控制阀等组成。膨润

土输送泵采用软管泵，不易结泥饼，输送畅通。通过流量计可以随时观察膨润土的泵送

量，适时更改膨润土的输送量达到最佳的渣土改良效果。

根据实际需要，可以往膨润土箱内装入泥浆注入土舱内

25

盾构后配套

混

合

液

泡沫及膨润土系统示意图

K.3.11压缩空气系统

3.11.1概述

压缩空气系统主要有空压机、过滤器、储气罐、三联件、控制阀门及管路等组成。

空压机吸入外界空气压缩成高压气体，通过2个高效过滤器进入储气罐，一部分流经管

路分配到各个台车处供工业用气和给气动球阀提供动力；一部分再次经过高效过滤器给

土仓调压提供气源。

3.11.2空压机设备

①2台37kW的螺杆式空压机，在8bar压力下时流量为6.4m3/min；设置卸载压

力8bar,力口载压力6.5baro

②1个空气罐，In?@8bar,装配有一个安全阀、一个单向阀和压力表。

3.11.3土仓调压

土仓调压的气源来自压缩机，主要由自力式减压阀、气体处理单元、减压阀、控制

器、气动控制阀、压力变送器及管路组成。来自压缩机的空气经自力式减压阀由8bar

26

降至6bar,进入气体处理单元，由6bar降至4bar,再经减压阀后变成1.4bar,1.4bar给

气动控制阀、控制器及压力变送器提供动力，压力变送器将土仓的压力变送至0.2bar给

控制器，控制器输出0.2bar给气动控制阀作为信息输入，来调节气动控制阀的开度，保

证土仓维持在设定的压力值。

L.3.12.通风系统

隧道通风机送入的新鲜空气进入6号台车的通风筒内，通过通风管送至桥架前端，

给作业台提供新鲜的空气。风管直径0600mm,通风管储存装置2个（DN1000风管/00m

储量）。

M.3.13.注脂系统

注脂系统包括三大部分：主轴承密封系统，盾尾密封系统和主机润滑系统。三部分

都以压缩空气为动力源，靠油脂泵油缸的往复运动将油脂输送到各个部位。

主轴承密封可以通过控制系统设定油脂的注入量，并可以从外面检查密封系统是否

正常。盾尾密封可以通过PLC系统按照压力模式或行程模式进行自动控制和手动控制，

对盾尾密封的注脂次数及注脂压力均可以在控制面板上进行监控。

当油脂泵站的油脂用完后，油脂控制系统可以向操作室发出指示信号，并锁定操作

系统，直到重新换上油脂。这样可以充分保证油脂系统的正常工作。

N.3.14.自动导向系统

盾构安装了一套自动导向系统。本系统能够对盾构在掘进中的各种姿态、以及盾构

的线路和位置关系进行精确的测量和显示。操作人员可以及时的根据导向系统提供的信

息，快速、实时地对盾构的掘进方向及姿态进行调整。

自动导向系统特点：

无线缆作业模式：采用专业设计的R型控制箱进行全站仪的通讯和电源管理，真正

的无线缆作业。

先进的设计理念：科学的数学建模方法，模块化设计软件设计理念；基于Geocom

指令的人机对话，基于数据库的数据管理模式，人性化的界面设计。

先进的硬件基础：系统采用由瑞士彳来卡生产的TS15-A型全站仪，更稳定的自动功

能，更宽阔的工作温度。

全面的信息显示：盾构的位置和偏差以数字和图形的形式实时显示在工业电脑上，

并且盾构司机还可以实时了解系统运行的工作状态。基于数据库的管理模式，对所有测

量和计算数据都进行了备份，便于后继数据查询和分析。

27

导向系统说明

激光靶导向原理：已知在A坐标系下，盾首中心、盾尾中心、激光靶坐标、俯仰角、滚

动角、方位角（零位测量测得，输入到导向的程序中），此时盾首中心、盾尾中心、激

光靶位置关系已知且固定。盾构推进时激光靶坐标发生改变，通过软件测量激光靶坐标

及3个角度就可以反算出盾首及盾尾的中心坐标，此时可知盾构的推进方向与工地要求

的推进方向的偏差，盾构司机可以通过软件显示的偏差调整推进方向。

导向系统工作流程：

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a）由测量队测得全站仪中心坐标及后视棱镜中心坐标，输入导向软件中

b）全站仪发射激光测激光靶坐标，并通过无线电台传送给导向软件。同时激光靶传送

此时激光靶的3个角度给导向软件。软件计算出此时盾构盾首盾尾中心坐标。

c）多次测量后，全站仪发射激光测量后视棱镜坐标并传送给导向软件，软件对此次后

视棱镜坐标与测量队输入的后视棱镜坐标进行对比来检核全站仪位置的坐标是否发

生变化。若变化较大则需换站。

d）随着盾构的推进激光靶与全站仪距离越来越远，当超过测量距离或转弯时全站仪激

光被管片挡住时须换站

厂内零位测量（A坐标系）

目的：测出盾首、盾尾中心（拟合圆）

激光靶坐标及3个角度（通过软件测量）

特征点坐标

原理及具体操作见：零位测量操作规范.doc

工地零位测量（B坐标系）

目的：测出B坐标系下激光靶坐标及3个角度（通过软件测量）、特征点坐标。使用SPMS

软件对A、B坐标系下的数据进行对比，来确定特征点及激光靶相对盾构的位置

是否发生变化。

原理及具体操作见：“零位测量操作规范.doc”

零位数据的处理

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a）使用拟合圆软件，拟合出盾首、盾尾中心坐标

b）使用SPMS软件对2次测量的特征点坐标、激光靶坐标进行对比，检查测量中是否有

错误。若有错误则须再测1组特征点坐标、激光靶坐标进行对比。

SPMS软件使用见“spms盾构姿态检核软件使用说明.doc”

导向系统工地的使用

工地测量队提供数据：DTA数据、吊篮坐标。

DTA数据由施工方测量队提供，确认DTA数据为隧道设计轴线中心A点的坐标（非

轨道面中心B点坐标）。

DTA数据位工地坐标系下的坐标，此坐标系为坐标系Co

最终导线系统软件显示的为坐标系C下的坐标。

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说明见：“导向系统工地服务流程”

导向软件操作

操作软件说明（具体界面功能可查看“激光靶说明书”及“导向系统工地服务流程”）

0.3.15.后配套系统

后配套拖车安装液压泵站、注浆泵、砂浆罐及电气设备等。拖车行走在专用轨道上,

拖车之间用拉杆相连。每节拖车上的安装设备如下表:

拖车号主要安装设备

左：泡沫发生装置、泡沫混合液泵

连接桥中：管片吊机、皮带输送机

右：注浆管路、液压油管、二次注浆系统

左：控制室

1#

右：注浆搅拌系统、同步注浆设备、储水罐

左：膨润土罐、膨润土泵、泡沫罐

2#

右：液压泵站

左：油脂泵站、空气压缩机、储气罐

3#

右：低压配电柜

左：循环水泵站、工具箱

4#中：二次风机

右：干式变压器

左：污水罐

5#

右：电缆存储区

左：设备预留区

6#中：风筒储存架

右：水管卷筒、水管托架

皮带机从前6节拖车的上面通过，在6号拖车的位置设卸砧点。大部分的液压管、

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水管、泡沫管及油脂管从拖车内通过到达盾构主机。

在拖车的左侧铺设有人员通过的通道。拖车和主机之间通过一个连接桥连接，拖车

在主机的拖动下前进。

P.3.16.液压系统

液压系统是盾构为各主要执行元件提供动力并执行的关键系统，主要包括主驱动、

推进(钱接)、螺旋输送机、管片安装机、辅助系统、循环过滤冷却系统等，采用通用

成熟进口液压元件，性能稳定，配件通用。

主驱动系统和螺旋输送机液压系统共用一个泵站，安装在二号拖车上。主驱动系统

和螺旋输送机液压系统各自为一个独立的闭式循环系统，这样可以保证液压系统的高效

率及系统的清洁。

盾构的液压系统元器件全部采用国际知名品牌的产品，泵和马达绝大部分采用力士

乐的产品，阀主要采用力士乐、哈威等国际知名公司的产品。合理的设计系统及可靠的

元器件质量，充分保证了液压系统的可靠性。

为了进一步提高设备的可靠性我们还对液压系统的主要参数进行监控

1.油箱内的油位和油温是连续被监测的，当达到规定界限时就会自动停止供应。

2.主要的过滤器工作状态在主控室内进行监控。

Q.3.17.电气系统

3.17.1变压器

配置：干式变压器两台，封闭在一个箱体中。

初次电压：10KV(+/-10%)

二次电压：400V

频率：50HZ

容量：1000KVA+800KVA

变压器箱体防护等级：IP55

其他功能：温度监控，全功能电能表

3.17.2无功补偿

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配备无功补偿设备以保证功率因数大于等于0.9,补偿方式为电容分组自动投

切。

3.17.3控制系统

设备采用PLC作为整机的核心控制设备，主站选用西门子S7-400系列PLC,

变频电机控制采用AB公司1769系列PLC作为从站控制，主站与从站之前采用

Profibus-DP进行通讯。

现场层设备与主站采用ProfiNet协议进行通讯。

3.17.4数据采集、监控、通讯系统

主控室配置3台17寸工业级液晶监视器，一台作为盾构机各部分工作情况监

控画面显示，两台用于盾构机实时运行信息显示、参数的设置以及进行相关的操

作。另外还有一台导向系统用工控机。

主控室工控机通过光纤通讯向地面实时传输地下盾构运行信息并与之同步。

在盾构机下列地方安装电话机

主控室两台，一台用于与地面进行通讯，一台用于盾构机内部通讯

人舱3台（防爆电话）

1号拖车1台（防爆电话）

5号拖车1台（防爆电话）

在盾构机下列地方安装视频监控摄像头

螺旋机出渣口

桥架后部

皮带机出渣口

6号拖车后部

3.17.5安全

配有独立于PLC系统之外的安全回路，每个系统都设有安全继电器，在每节

拖车、变压器，主控室，变频控制柜上均设置紧急停止按钮，可迅速切断整车电

源，确保人员以及设备的安全。

33

3.17.6照明

设备的每个部分都配有多个防水型荧光灯，以保证盾构操作人员以及施工维

护人员的正常工作。重要区域的照明均配置了应急电源。

3.17.7电压

隧道供电10kV3相50Hz

动力配电400VAC3相50Hz

控制供电230VAC/24VDC单相50Hz

照明供电230VAC单相50Hz

3.17.8接地

设备的钢结构通过地线连成一体，使整个设备成为一个等势体。

R.3.18.超前加固系统

在中盾盾壳圆周上设有14个预留管道，供超前钻机钻孔及注浆用，根据地质情况

和需要，可在管片拼装机抓持机构部位安装超前钻机，对盾构前方进行钻孔和注浆作业,

加固地层。

超前注浆系统示意图

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第四章技术参数

S.4.1技术参数表

西安地铁ZTE6250盾构技术参数表

1主部件名称细目部件名称参数

盾构类型土压平衡盾构

盾构型号ZTE6250