盾构选型(三菱).doc

　盾构选型
根据本工程盾构穿越的地层、水文地质条件、地面建筑及施工条件，以及我公司多年盾构法隧道的施工经验，本工程选用由日本三菱公司设计制造的11#土压平衡盾构（带铰接装置）进行隧道掘进。（见附图）
本工程选用的Ф6340mm土压平衡式盾构（EPB）主要含如下设备：
　　　·盾构壳体
　　　·推进装置
　　　·管片拼装机
　　　·刀盘装置
　　　·仿形刀装置
·螺旋输送机
·管片调节器
　　　·动力装置
·电气设备
·管道与布线装置
·车架
5-2　盾构机特点
能有效控制地面沉降
推进控制系统
可选择三种模式之一进行控制，即出土量控制模式（螺旋机模式）、土压平衡控制模式（千斤顶模式）、人工控制模式。
土压力计
隔仓板中部设有土压力计，反馈迎面土压力值。为校正土仓内准确的土压力，隔仓板上、下再设置2个土压力计，跟踪土仓内各部分土压变化情况。
添加剂注入系统
配备可注入泥浆、发泡剂、水的注入系统。用于改良开挖面土的切削性和土仓内土的塑流性，起到围护开挖面的作用。
土仓搅拌装置
刀盘条幅背面及隔仓内，配置多个搅拌翼，以充分搅拌土仓内土体，使搅拌土均匀流动，保证土仓内各部分土压力值均衡，从而起到保持开挖面稳定作用。
同步注浆装置
配置1套同步注浆装置，充填盾构尾部间隙。并配备冲洗装置，保证管路畅通。
能适合各种线性推进
超挖刀装置
刀盘上设有1个超挖刀装置，可提供偏转所需空间。
盾尾间隙25mm
能适合转弯半径300m以上，上下纵坡33‰线性推进。
适合上海及周边地区各种土质推进（包括进出洞口加固区切削）
刀盘扭矩配备
刀盘扭矩配备7660KN-m，考虑余量充足，其目的是确保地质条件变化大的情况下，能安全顺利地掘进。
总推力配备
总推力配备37840KN，有充足的余量。
切削刀材质
采用超硬型板式刀头，增加耐磨性。
切削刀布置
外周部主切削刀采用高低差双刀头布置，增加刀头的磨损长度。
粉砂土中推进密封措施
土砂密封装置
采用丁晴橡胶密封圈，提高耐磨性。
集中润滑系统采用自动加油装置，提高密封性。
盾尾密封装置
装备三排盾尾密封刷，提高止水性能。内侧一排可更换，盾尾油脂注入系统可连续注入，既提高钢刷寿命，又保证密封性能。
管片拼装
管片拼装机
配置1台管片拼装机。这种拼装机容易控制，操作简便。
5-3　盾构主要部件总成和系统的结构
5-3-1　盾壳
盾壳主要是保护人和设备在地下掘进施工中的安全，采用钢结构壳体，以支承土体的压力以及掘进中支承推进系统的顶力。
盾壳由切口环、支承环、盾尾三个部分组成
a）尾部外径　　　　　　　：　　　6340　　　　　　　　mm
b）尾部内径　　　　　　　：　　　6250　　　　　　　　mm
c）尾部厚度　　　　　　　：　　　45　　　　　　　　　mm
d）尾部间隙　　　　　　　：　　　25　　　　　　　　　mm
e）全长　　　　　　　　　：　　　约11475　　　　　 mm
f）（刀长至尾部）全长　　 ：　　　8625　　　　　　　　 mm
g）（盾构外壳）长度　　　 ：　　　8225　　　　　　　　 mm
h）支承环长度　　　　　　：　　　3840　　　　　　　　 mm
I）尾部长度　　　　　　　：　　　3635　　　　　　　　 mm
J）尾部密封　　　　　　　：　　　钢丝刷式密封3　　　　道
5-3-2　推进系统
a）总推力　：37840 KN
b）行程 ：2100（7只） mm
　　　1350（15只）　 mm
c）速度：　　　6.3　　　　　　　　　cm/min
　（当所用推力缸同时运行时）
d）仰角滚动探测仪：　　　电动式、铅锤式
e）推力缸速度行程探测仪位置 ：　　　1号、6号、10号和18号油缸
37840KN的总推力由22套1720KN的推力缸提供。当所有推力缸同时运行时，其伸展速度最大可达6.3cm/min。推进油缸所用的液压回路可分为4区，各区的压力调节可独立进行，便于掘进过程中纠偏。
5-3-3 推进控制系统
推进控制系统采用三种控制模式，即出土量控制模式（螺旋机模式）、土压平衡控制模式（千斤顶模式）、人工模式。
出土量控制模式：通过螺旋输送机转速与推进千斤顶速度的比值，来调控推进速度与出土速度。
土压平衡控制模式：刀盘切削开挖面的土体，然后在土舱内搅拌，保持一定的土压力，由土舱壁中设置的土压力计反映数值，并由土压力传感器信号控制螺旋运输机的转速（即改变排土量），维持土舱内的设定的土压力值，达到支护开挖面，控制地面沉降。
人工模式：人工调整螺旋输送机转速。
5-3-4　刀盘系统
刀盘形状和特征的决定必须以对地质和工程条件的精确研究为基础。就本工程的地质条件而言，选用的是带面板式刀盘的土压平衡式（EPB）盾构掘进机。
面板式刀盘具有以下特征：
面板式刀盘
·可在气压下在土舱内安全工作。
·可便于土压平衡。
刀盘开口率（30％）
·可使软泥顺利地从切削面流向土舱。这是最为重要的一点，尤其是对于上海地铁隧道路线的地质情况的复杂多变性及粘性。
·直接将土压传至土压传感器。
·易于进入切削面（除去障碍物）。
·易于钻探（土壤处理）。
可双向旋转的刀盘
·用于防止机器自身的转动。
仿形刀的提供
·以便于调整控制，尤其在弯曲部分时。
刀盘提供
·切削刀头100把
·辅助刀头12把
　刀盘旋转支撑
刀盘通过中间梁进行支撑。中间梁含有高承载力的三轴滚子轴承，专门被开发用于支撑盾构掘进机的刀盘。轴承可自动润滑，以保证其可靠性。轴承安装于轴承套中，其间空隙采用三菱转刀主体密封系统进行隔离。三菱转刀主体密封系统是一种已经过充分证明的系统，被广泛应用于三菱公司生产的所有盾构掘进机中。密封系统由几个低位多切削刃式转刀主体密封装置以及油脂清洗系统组成。经实验室的试验证明，仅使用单排转刀主体密封装置即可保证水密性达到10巴。在给转刀主体密封装置提供后援压力的情况下，可确保水密性达到10巴。后援压力由油脂清洗系统提供。油脂泵将油脂注入转刀主体密封装置之间的空隙，同时，油脂流量可自动控制，以将空隙中的压力控制在一定范围（一般为5～7巴）内。本系统不仅可提供后援压力，而且也可对转刀主体密封装置的摩擦面进行润滑，还可以防止水滴或泥粒进入轴承套的空隙中。
刀盘的转动借助6个双速马达，其在0.8转/分的速度下，可提供7660KN·m的最大扭矩。
通常在粘土、粉沙等土中的开挖速度为0.8转/分。
在碰到意料之外的硬土时，可提供1.6转/分的转速。
各转刀驱动马达均装于小齿轮上，可使主齿轮转动。同时，它们还是主轴承不可分割的一部分，每个驱动都由液压离合器、减速齿轮和双速马达组成。
a）类型：带面板条幅式
b）支撑类型：中间支撑型
c）挖掘直径：6340mm
d）功率：540KW
e）速度：0.8/1.6转/分
f）扭矩：最大（120％）7660KN·m ；标准（100％）6380 KN·m
g）驱动方法：电马达驱动（双速度）
h）旋转方向：顺时针及逆时针方向
刀具
刮刀刀头：钨基硬质合金刀头式
辅助刀头：钨基硬质合金刀头式
仿形刀：液压缸驱动式
注释（固定）：
刮刀刀头采用销接方式装到刀盘上，并可在土仓内部进行更换。
辅助刀头、刀面保护刀头以及侧面保护刀头被焊在刀盘上。
仿形刀与刀盘部分构成整体。
5-3-5 管片拼装机
环齿式管片拼装机。夹具可以按顺时针和逆时针方向旋转220度，其轴向滑动行程总共可达950mm，以保证封顶片的嵌入。拼装机由无线遥控器来控制。为防无线系统损坏时所需，将准备有线连接的悬挂式控制器。
a）类型：环齿式
b）速度：0.79/1.58转/分
c）转角：±220度
d）提升力：150KN
e）垂直行程：800mm
f）滑动行程：950mm
g）内部无场空间：约2790mm
h）处理重量： 38KN
液压回路均设计安全回路，一旦油管破裂，即使是重载情况下，拼装机立即停止工作。确保不会发生人生伤害事故。
5-3-6　螺旋输送机：
螺旋输送机主要用来把土舱内的渣土排出。在螺旋机的进口处及中间配注添加剂注入口，以便盾构机在砂层掘进过程中，根据需要可注入添加剂改善土体的塑流性，减小渣土与机壳、螺杆之间的摩阻力，以降低螺旋机的扭矩。螺旋机采用油马达驱动，根据土舱内土压力的变化，相应改变螺旋机转速（即改变排土量），以保持密封土舱内的设定土压力，控制地面沉降。
理论上，输出量将可根据下列公式计算出来：
π
Q＝――（D2-d2）P×n×η×60
4
此处：
Q：理论输出量（m2/hr）
D：螺旋套内径750（mm）
P：螺旋节距600（mm）
d：螺旋杆直径197（mm）
n：螺旋速度（转/分）
η：常数（％）
这使得螺旋输送机可以从转刀室内输出φ250的砂粒。作为一种安全装置，螺旋输送机备有储能器，可在断电时提供液压动力。
螺旋输送机
类型：有轴式螺旋输送机
筒体内径： 750mm
速度： 0.9～9.9转/分
扭矩： 56KN·m
输送量： 144m3/h （当η＝100％时）
驱动方式：液压马达驱动
螺旋机门
类型：缝隙机门
驱动方式：液压缸驱动
5-3-7 同步注浆装置
　系统装置组成：
在盾构掘进机内
·同步注浆系统
·清洗装置
·阀门单元
·流量探测单元
在后继车架上
·注浆泵
·搅拌桶
·储浆桶
主要组成部分的规格摘要如下：
注浆泵：
能力：最大0.1立方米/分钟
数量： 1套
搅拌桶：
容量： 5.0立方米
5-3-8　皮带输送机：
输送能力： 178立方米/小时
设计半径： 200米
带宽： 600毫米
带速： 100米/分
惰轮角度： 30度
长度：约43米
提升： 3 米
功率： 15千瓦
5-3-9　后续车架：
车架主要用来放置盾构操纵室、电器柜及盾构掘进所需的辅助设备。由型钢制成龙门式车架，前端由连接梁与盾构相连，盾构向前推进，车架随动前进。
车架系统由5套龙门式车架组成，总长约34m。车架上的设施有：用于运行盾构掘进机的液压动力系统；用于运行盾构掘进机的电气系统；管片提升机及提升机轨道；皮带输送机；注泥系统/注水系统；后注浆系统；盾尾油脂系统；高压变压器。
各套车架设备如下：
1）1号车架
操作室
同步注浆系统
2）2号车架
用于盾构掘进机操作的液压动力系统
油脂泵单元
尾部油脂泵单元
用于尾部油脂泵单元的空气压缩机
3）3号车架
配电盘
高密度注入系统（可用于注入泥浆或泡沫，但不包括泡沫发生装置）
4）4号车架
变压器
水冷却系统
5）5号车架
注水系统
5-3-10　添加剂注入系统：
盾构刀盘面上设添加剂注浆孔，需要时注入添加剂，改良开挖面土体，提高切削、搅拌效果。
这些注浆孔均以接头形式留在盾构内，平时将球阀关闭，需要注入添加剂时可将注浆管与接头连接，即可进行注浆。采用这种方式，就可灵活选用添加剂及其注入系统。
注入口
a）刀盘：Ф40×3套
b）舱壁：Ф50×6套
c）盾体：Ф50×15套
d）螺旋输送机：Ф50×2套　
系统装置组成：
·注泥泵
·搅拌桶
主要组成部分的规格摘要如下：
注泥泵：
能力：最大0.2立方米/分钟
功率： 11千瓦
数量： 2套
搅拌桶：
容量：5.0立方米
5-3-11　盾尾密封注油脂系统：
主要用来密封盾尾与管片外园之间的拼装间隙，防止泥砂、充填泥浆倒灌盾构内。由三道钢丝刷、注油脂系统组成，可以间断性注油脂也可连续不断注油脂，保证盾尾密封可靠。一旦钢丝刷损坏，可以调换第一道钢丝刷维持良好的密封状态。
5-3-12　人行闸
舱壁中心区域将提供2室人行闸
类型： 2室人行闸　可拆卸式
数量： 1套
尺寸
直径：约Ф1500mm
长度：约3500mm
5-3-13 盾构掘进机控制系统
盾构掘进姿态控制系统配备两套独立控制系统，即雄鹰盾构姿态自动测量系统及TIMS系统。该系统由陀螺仪测得方位角的变化值、由自动标高测量装置测得标高变化值得到盾构姿态。
盾构控制系统
a）控制方法
　控制基本上采用手动方式，但下述情况除外：
　土压控制可采用手动式和自动式两种。
　在自动模式下，螺旋速度将自动调整，以维持预先设定的土压。
b）测量仪表
项目
范围
数量
备注
探测仪
指示器
推力缸行程
0～2100mm
4
4

推力缸速度
0～100mm/min
4

推进压力
0～50Mpa
4
1

总推力
0～37840KN

1

仰角
±3.0度
1
1

旋转
±10.0度
1

刀盘功率
0～810KW
1
1

仿形刀行程
-20～100mm
1
1

螺旋输送机速度
1～15转/分
1
1

螺旋输送机压力
0～35Mpa
1
1

螺旋机门开度
0～100％
1
1

铰接缸行程
0~170 mm
4
4

土压
0～0.5Mpa
4
4

5-3-14　姿态监测系统
　系统由地上和地下装置组成。该系统由陀螺仪监测盾构掘进机的姿态并收集数据，会同盾构机主要参数，传输到地面。数据将使用英文版的WINDOWS。以中文表达。
5-3-15　盾构液压系统
液压油缸
说明
推力
（KN）
行程
（mm）
压力
（Mpa）
数量
备注
推进
1720
2100
30
7

1720
1350
30
15

铰接
2000
170
35
16

拼装机提升
110
800
14
2

拼装机平移
70
950
14
1

拼装机支撑A
43
100
14
2

拼装机支撑B
43
100
14
2

仿形刀
200
120
21
2

螺旋机门
65
830
21
2

管片调节器提升
110
250
14
2

管片调节器滑动
43
1450
14

液压泵
说明
流量
（升/分）
压力
（Mpa）
转速
（转/分）
数量
备注
推进
80
30
1500
1

铰接
25.4
35
1500
1

拼装机油缸
21.2
14
1500
1

拼装机旋转
91
21
1500
1

仿形刀
25.4
21
1500
1

油脂润滑
0.031
18
1500
2

润滑油润滑
6
0.3
1500
1

螺旋输送机
227
18
1500
1

螺旋机门
39.7
21
1500
1

管片调节器

与“推进”同
电机
液压动力装置用电机
类型：全封闭式风扇冷却室外型（IP55）
说明
功率
（KW）
电极
（P）
电源
（V×Hz）
数量
备注
推进
55
4
400×50
1

刀盘
90
4/8
400×50
6

铰接
18.5
4
400×50
1

拼装机油缸
7.5
4
400×50
1

拼装机旋转
37
4
400×50
1

仿形刀
11
4
400×50
1

油脂润滑
0.2
4
400×50
2

润滑油润滑
0.75
4
400×50
1

螺旋输送机
75
4
400×50
1

螺旋机门
18.5
4
400×50
1

管片调节器

与“推进”同
液压马达
说明
排量
（升/转）
扭矩×压力
（KN·m×Mpa）
数量
备注
拼装机
1.613
5.39×21
2

螺旋输送机
7.73
19×18
1

5-3-16 电气系统
　　盾构掘进机将配套电机、照明装置、电气控制系统、线路及其他必要设施。除了操作面板之外，盾构掘进机上配备的大部分电气部件将为IP55等级。操作面板将为IP42等级。实际操作、设计和制造均应按一切相关法律法规（劳动安全卫生法规、电气设施技术标准等）、ISO、IEC、JIS、JEC和JEM实施。
1、电源
a）供电电路　　　　　　　　　　　：　　　400V×50Hz×φ3
b）控制电路　　　　　　　　　　　：　　　100V×50Hz×φ1
c）照明　　　　　　　　　　　　　：　　　100V×50Hz×φ1
2、应急照明
操作方法
电机容量
启动方法
30KW以下
直接启动
37KW以上
星形-三角形启动
操作开关
按键开关
凸轮开关
3、电气仪表
将提供配电板、操作盘、接线盒以及拼装机操作箱。
安装位置
为了便于接近和维修，各设施应按下述规定进行安装：
配电板　　　　　　　　　　　　：　　　车架
操作盘　　　　　　　　　　　　：　　　车架
接线盒　　　　　　　　　　　　：　　　车架
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　盾构掘进机内部
拼装机操作箱　　　　　　　　　：　　　盾构掘进机内部
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　便携式、按键开关
照明
a）荧光灯　　　　　　　　　　　　：　　　20W×AC220V×38no.
b）应急灯　　　　　　　　　　　　：　　　20W×DC24V×9no.
c）备用电气插头　　　　　　　　　：　　　0.5KW×AC220V×4no.
高压变压器
a）类型　　　　　　　　　　　　　：　　　干式
b）容量　　　　　　　　　　　　　：　　　1000　　　　KVA
c）数量　　　　　　　　　　　　　：　　　1　　　　　　套
d）初级电压　　　　　　　　　　　：　　　AC10和6.3　 KV
e）次级电压　　　　　　　　　　　：　　　AC400/220　　V
f）频率　　　　　　　　　　　　　：　　　50　　　　　　Hz
g）连接　　　　　　　　　　　　　：　　　三角形-星形连接
h）相关标准　　　　　　　　　　　：　　　JEC、JEM等
5-3-17　盾构机的动态保养及例行保养
在盾构机掘进过程中，将制定专题盾构保养计划，定期对盾构机进行动态保养和例行保养，以保证机械的正常使用。
并将在监理工程师的指导下，对盾构机的保养工作进行跟踪检查。