地铁工程盾构机适应性评估报告.doc

1 目录目录 第一章 工程概况3 1.1 工程概况.3 1.2 地质概况.5 1.2.1x 区间地质概括.5 1.2.2x 区间地质概括.5 1.2.3 盾构区间主要穿越地层描述.6 1.3 盾构区间水文情况9 1.4 周边建（构）筑物情况10 1.4.1x 区间主要穿越建（构）筑物情况.10 1.4.2 x 区间主要穿越建构筑物情况11 1.5 工期要求12 第二章 工程重点难点分析及针对性设计13 2.1 本工程施工的重点、难点.13 2.2 针对工程重难点设备的针对性设计13 第三章 盾构机技术要求及主要参数16 3.1 本工程对盾构机的技术要求16 3.2 拟选盾构机情况16 3.3 盾构机参数17 3.4 盾构机及后配套简图29 第四章 盾构机适应性分析32 4.1 盾构机组成32 4.2 刀盘和刀具32 4.3 驱动系统.35 4.4 推进系统.36 4.5 螺旋输送机系统.37 4.6 渣土改良系统38 4.7 耐磨措施39 2 4.8 双舱人闸系统39 4.9 皮带输送机系统.41 4.10 管片吊运系统42 4.11 拼装系统42 4.12 土压控制系统43 4.13 注浆系统44 4.14 密封系统.45 4.15 数据采集系统46 4.16 盾构机适应性分析.48 第五章 风险源及应对措施49 5.1 风险源基本情况描述.49 5.2 风险源应对措施.50 第六章 结论52 第七章 附件53 3 第一章第一章 工程概况工程概况 1.11.1 工程概况工程概况 x 地铁七号线 D7-TA03 标土建一工区盾构区间共两个，即 x 区间、x 区间。 x 站福建路站区间设计范围为起讫里程右 DK17+369.262右 DK18+335.055，右线总长 965.793m（双延米） 。其中里程右 DK17+369.262右 DK17+474.019 为明挖段，长 104.757m，含一座盾构井；里程右 DK17+474.019右 DK18+335.055 为盾构段，长 861.036m，含一座联络通道及 泵房。 x 区间隧道起讫里程为右 CK18+542.257右 CK20+111.108，长 1568.851m（双延米） ，含 1 座联络通道和 1 座联络通道及泵房区间隧道采用盾 构施工法。 盾构管片外径 6200mm，管片内径 5500mm,管片厚度 350mm，环宽 1200mm。 隧道相关参数表隧道相关参数表 名称线间距坡度形式 最小曲线 半径 最小埋深最大埋深最大纵坡 x 区间 1116.5m “V”型坡 R=300m15.4m25.3m28 x 区间 1317m “W”型坡 R=400m16.8m26.8m25.8 x 区间线路出 x 站后向西北前行，下穿十四所地块、房管所住宅楼、干 休所、南师大附中宿舍，向东北偏转至察哈尔路，下穿南师大附中地下通道、 过街天桥、沿察哈尔路前行到达福建路站。 x 区间线路出福建路站后沿福建路向东北前行，侧穿福建路两侧住宅楼及 门店房、行政院长官邸（市级文物） 、下穿福建路西桥、福建路桥、房屋、明城 墙遗址、爱民桥到达城河村站，具体平面图见下图。 4 x x 区间平面图区间平面图 x x 区间平面图区间平面图 1.21.2 地质概况地质概况 1.2.1x1.2.1x 区间地质概括区间地质概括 x 区间隧道穿越地层主要以粉质黏土、中等风化泥岩、含砾粉质黏土、 5 中等风化砂岩、粉砂、粉土为主，隧道上层覆土依次为杂填土、素填土、粉砂、 粉土、粉质黏土、砂岩。沿线下伏基岩为侏罗系象山群泥岩、泥质粉砂岩、砂 岩、含砾砂岩。岩面起伏较大，岩石强度较高。 区间地质属上软下硬复合地层。 隧道区间地质概况见下图： x x 区间地质剖面图区间地质剖面图 1.2.2x1.2.2x 区间地质概括区间地质概括 x 区间隧道穿越地层主要以-2d2-3 粉砂、-1b2 粉质黏土为主，隧道上 层覆土依次为杂填土、素填土、粉质黏土、粉砂、粉土。沿线下伏基岩为三叠 系范家塘组碎裂泥岩。岩面起伏较大，一般埋深在 13.832.1m 左右。 隧道区间地质概况见下图： x x 区间地质剖面图区间地质剖面图 6 1.2.31.2.3 盾构区间主要穿越地层描述盾构区间主要穿越地层描述 x 区间隧道穿越地层主要以粉质黏土、中等风化泥岩、J1-2x-2b 强风化砂 岩、含砾粉质黏土、中等风化砂岩、粉砂、粉土为主。x 区间隧道主要穿越地 层主要以-2d2-3 粉砂、-1b2 粉质黏土为主。 （1）x 区间 区间隧道底板以下土层主要为层粉质黏土，强风化、中风化岩。 隧道左线：x 站左 CK17+546 区段，隧道底板地层为 J1-2x-2b 层强风化 砂岩，隧道穿越地层主要为 J1-2x-2b 层强风化砂岩、-2b2-3 粉质黏土，强 风化岩饱和抗压强度 7.74MPa，属上软下硬复合地层；左 CK17+546CK17+777.5 区段，隧道底板地层为-2b2-3 粉质黏土，隧道穿越地 层主要为-1b2 粉质黏土、-2b2-3 粉质黏土，为黏性土；左 CK17+777.5CK18+197.8 区段，隧道底板地层为 J1-2x-3a、J1-2x-3b 中风化 岩，隧道穿越地层主要为-3b1-2 粉质黏土、J1-2x-3a、J1-2x-3b 中风化岩， 中风化岩最高抗压强度达到 53.2 MPa；左 CK18+197.8福建路站区段，隧道底 板地层为主要为-2d2-3 粉砂层。 隧道右线：x 站右 CK17+620 区段，隧道底板地层为 J1-2x-2a、J1-2x-2b 层强风化岩，隧道穿越地层主要为 J1-2x-2a、J1-2x-2b 层强风化岩、-2b2-3 粉质黏土，强风化岩饱和抗压强度 53.2 MPa，属上软下硬复合地层；右 CK17+620CK18+45.9 区段，隧道底板地层为 J1-2x-3a 中等风化泥岩，隧道穿 越地层主要为 J1-2x-2a 强风化泥岩、J1-2x-3a 中等风化泥岩；右 CK18+45.9CK18+276.5 区段，隧道底板地层为-3b1-2 粉质黏土、-2b3-4 粉质黏土，隧道穿越地层主要为-3b1-2 粉质黏土、-4e2-3 含砾粉质黏土、 -2b3-4 粉质黏土；右 CK18+276.5福建路站区段，隧道底板地层为主要为 -2c2-3 粉土层。 由于黏性土层及强风化岩、中风化岩的工程特性差异明显，因此拟建地基 为不均匀地基。拟建隧道底板位于风化基岩层时，工程地质条件较好，一般隧 道结构变形不大。隧道底板位于粉质粘土、粉砂层时，呈中压缩性，工程地质 条件一般。 （2）x 区间 7 x 区间隧道主要穿越地层主要以-2d2-3 粉砂、-1b2 粉质黏土为主，沿 线隧道底板位于为-2d2-3 粉砂、-3d1-2 粉砂、-2b3-4 粉质黏土、- 3b2-3 粉质黏土、-1b2 粉质黏土、-2b2-3 粉质黏土中，整体稳定性一般， 综合评价地基的稳定性一般。 x 区间穿越地层特征见下表： x x 区间主要穿越地层特征一览表区间主要穿越地层特征一览表 名称 时代 成因 层 号地层名称颜色状态特征描述 -1b2 粉质黏土 灰黄、 黄褐色 可塑 含较多铁锰质斑点，切面光滑、 有光泽，干强度中等，韧性中 等。 -3b1- 2 粉质黏土 灰黄、 黄褐色 硬塑， 局部可 塑 含少量铁锰质结核及次生黏土 团块，切面光滑、较有光泽， 干强度中等，韧性中等。 Q41-2 -2b2- 3 粉质黏土 灰黄、 黄褐色 可塑， 局部软 塑 切面光滑、较有光泽，干强度 中等，韧性中等，含少量铁锰 质结核，偶见青灰团块，局部 粉粒含量偏高 -2b3- 4 粉质黏土灰色 流塑， 局部软 塑 含少量腐殖物，具腥臭味，局 部夹少量粉土粉砂薄层，切面 光滑、稍有光泽，干强度、韧 性中等。 Q42-3 -2c3 粉土灰色 中密 稍密 局部夹粉砂薄层，摇振反应迅 速，切面粗糙无光泽反应，中 压缩性，低干强度，低韧性。 x 区 间 J1- 2x J1-2x- 2b 强风化砂 岩 灰黄色碎块状 细粒砂状结构，层状构造，组 织结构大部分破坏，裂隙发育， 岩芯多呈碎块状，锤击声哑、 易碎；属软岩，极破碎，岩体 8 基本质量等级为。 J1-2x- 3b 中等风化 砂岩 紫红、 灰色 较软 岩较 硬岩 细粒砂状结构，层状构造，裂 隙不发育，见少量 70 度及近 90 度裂隙，岩体较完整，岩 芯多呈短柱状中长柱状，节 长 10100cm，少量呈碎块状， 锤击声脆，不易碎；属较软 岩较硬岩，较完整完整， 岩体基本质量等级为。 J1-2x- 3a 中等风化 泥岩 棕红色软岩 泥质结构，层状构造，裂隙不 发育，岩体完整，岩芯多呈长 柱，少量岩芯呈碎块状，局部 见近 90 度节理，一般柱长 2040cm，个别 4060cm； 属软岩，较完整完整，岩体 基本质量等级为。 x x 区间主要穿越地层特征一览表区间主要穿越地层特征一览表 Q42-3-2d2-3 粉砂灰色 稍密-中 密 主要矿物成分为长石、石英，云 母次之，局部夹少量粉土薄层 x 区 间 Q41-2-1b2 粉质黏土 灰色、褐 黄色 可塑 局部含少量铁锰质氧化物及铁锰 质结核，切面稍有光泽，干强度 中等，韧性中等 1.31.3 盾构区间水文情况盾构区间水文情况 根据地下水赋存条件，场区地下水类型主要为松散岩类孔隙水及基岩裂 隙水。松散岩类孔隙水根据其埋藏条件和水力性质，主要为孔隙潜水。 （1）孔隙潜水 近地表分布，主要赋存于浅部层人工填土中及福建路站附近层粉土、 粉砂中。层填土成份复杂，极不均匀，其透水性较好、赋水性较差。该含水 9 层水位埋深主要受大气降水及地形控制。层粉土、粉砂透水性，赋水性均较 好。 （2）基岩裂隙水 基岩裂隙水主要赋存于基岩全、强风化带中，中风化带岩芯较完整，裂隙 发育，多闭合或充填，赋水性较差；其强风化带岩芯较破碎破碎，呈碎块状、 块状，存在一定的赋水空间，但由于裂隙方向不一，且裂隙间多被岩石剧烈风 化后的泥状残留物充填，并未形成统一的渗流路径，本次勘察揭示其赋水性较 差。 各岩土层渗透系数及透水性评价各岩土层渗透系数及透水性评价 室内试验渗透系数最 大值10-6(cm/s) 渗透系数建议值 10-6 (cm/s) 层号岩土名称 KvKhK 渗透性 -1 杂填土 2000 中等透水 -2 素填土 10 微弱透水 -1b2-3 粉质黏土 5 微透水 -1d3 粉砂 600 弱透水 -2b3-4 粉质黏土 5.393.88 10 微弱透水 -2c3 粉土 14.2120.96 100 弱透水 -2d2-3 粉砂 1200 中等透水 -4e 圆砾 1500 中等透水 -1b2 粉质黏土 0.040.06 5 微透水 -2b2-3 粉质黏土 0.150.44 5 微透水 -3b1-2 粉质黏土 0.050.11 5 微透水 -4e2-3 含砾粉质黏土 10 微弱透水 J1-2x-1a 全风化泥岩 0.040.05 5 微弱透水 J1-2x-2a 强风化泥岩 1050微弱透水 J1-2x-3a 中等风化泥岩 5 微透水 J1-2x-2b 强风化砂岩 1050微弱透水 J1-2x-3b 中等风化砂岩 5 微透水 10 1.41.4 周边建（构）筑物情况周边建（构）筑物情况 1.4.1x1.4.1x 区间穿越主要建（构）筑物情况区间穿越主要建（构）筑物情况 x 站福建路站区间起始自 x 站（近 x 立交）起，下穿中国电子科技集团 公司第十四研究所拆迁区，并下穿回龙桥、沿线镇江路和南师附中学校后向东 拐入察哈尔路，沿线途经居民住宅楼、南师附中、南师附中过街天桥、南师大 附中地下通道、x 政治学院，至福建路站（现状为福建路与察哈尔路交叉路口） 与地铁 5 号线换乘。区间周边地下管线较多，主要沿察哈尔路、福建路两侧分 布。详见下表： x 区间穿越主要建（构）筑物一览表 编号建（构）筑物名称基础结构层高与区间关系 1 住宅楼条形基础砖混结构 34 侧穿 2 晚市 03 栋住宅楼筏板基础砖混结构 7 下穿 3 晚市 02 栋住宅楼筏板基础砖混结构 7 下穿 4 门店房条形基础砖混结构 2 下穿 5 回龙桥 12 号住宅楼筏板基础砖混结构 6 下穿 6 房管所 1#住宅楼条形基础砖混结构 7 侧穿 7 镇江路 2#住宅楼筏板基础砖混结构 7 下穿 8 镇江路 6#住宅楼筏板基础砖混结构 7 下穿 9 房管所 7#住宅楼条形基础砖混结构 7 侧穿 10 回龙桥乙-1 宿舍楼条形基础砖混结构 5 侧穿 11 房管所 9#住宅楼条形基础砖混结构 6 侧穿 12 回龙桥甲-1 宿舍楼条形基础砖混结构 5 下穿 13 通信局招待所条形基础砖混结构 4 侧穿 14 3#住宅楼 人工挖孔桩基础 桩径 1m 砖混结构 7 下穿 15 2#住宅楼 人工挖孔桩基础 桩径 1m 砖混结构 7 下穿 11 16 镇江路 8 号部队 02 栋住宅楼 人工挖孔桩基础 桩径 1m 砖混结构 7 下穿 17 镇江路住宅楼条形基础框架结构 37 下穿 18 干休所住宅楼条形基础砖混结构 4 侧穿 19 南师大附中 5 栋宿舍楼 条形基础砖混结构 4 下穿 20 南师附中 04 栋教工宿舍 条形基础砖混结构 7 下穿 21 南师附中 2 栋教工宿舍 柱下独立基础框架结构 5 下穿 22 南师附中 1 栋教工宿舍 筏板基础框架结构 5 下穿 23 南师大附中 地下通道 工法桩框架结构下穿 24 体育中心钻孔灌注桩桩基础框架结构 24 侧穿 25 南师大附中 过街天桥 下穿 1.4.21.4.2 x x 区间穿主要越建（构）筑物情况区间穿主要越建（构）筑物情况 x 区间线路出福建路站后沿福建路向东北前行，侧穿福建路两侧住宅楼及门店房、行 政院长官邸（市级文物） 、下穿福建路西桥、福建路桥、房屋、明城墙遗址、爱民桥到达城 河村站，详见下表： x 区间穿越主要建（构）筑物一览表 编号名称基础结构桩长/层高 与区间关系 备注 1 行政院长官邸 （市级文物） 侧穿 2 福建路西桥 钻孔灌注桩基础 1000 简支空心板梁 30 下穿 3 福建路桥钻孔灌注桩基础简支空心板梁 3744 下穿 拆复 建 12 1000 4 爱民桥天然基础单孔单跨结构下穿 5 住宅楼 6 下穿 6 住宅楼条形基础砖混结构 3 下穿 7 明城墙遗址下穿 1.51.5 工期要求工期要求 1#盾构机在 x 区间右线于 2018.12 月下井始发，掘进至福建路站小里程端 接收井后于吊出转场至左线于 2019.8 月进行二次拼装始发，于 2020.1 月在福 建路站小里程端接收吊出。右线到达时间 2019 年 06 月 30 日与左线到达 2020 年 1 月 31 日。 1#盾构机在福建路站左线于 2020.10.31 日下井拼装始发，然后向城河村站 进行掘进，于 2021.7.31 完成掘进接收吊出；2#盾构机在福建路站右线于 2020.10.30 日下井拼装始发，然后向城河村站进行掘进，于 2021.7.31 完成掘 进接收吊出 13 第二章第二章 工程重难点分析工程重难点分析及针对性设计及针对性设计 2.12.1 本工程施工的重点、难点本工程施工的重点、难点 1、隧道区间在复合地层中，软土到达硬岩地层，极易造成刀盘结饼及地表 沉降； 2、x 站左 DK17+546 区段隧道穿越地层主要为 J1-2x-2b 层强风化砂岩、 -2b2-3 粉质黏土，强风化岩饱和抗压强度 7.74MPa，属上软下硬复合地层， 盾构盾构姿态不易控制，易引起超挖，从而引起地表沉降；x 区间左 DK17+777.5DK18+197.8 区段，存在全断面岩层，中风化岩最高抗压强度达到 53.2 MPa，岩层硬，掘进难度大，容易造成刀具磨损，推力增大。 3、x 区间左 DK18+197.8福建路站区段（右 DK18+276.5福建路站）分 布有粉土、粉砂层，建路站附近分布有-2b3-4 层流塑软塑粉质黏土，漏水 漏浆，姿态难以控制，掘进施工时极易产生坍塌，出现涌水、流砂现象，极易 造成地表沉降。 4、区间下穿众多建（构）筑物。盾构施工不当极易引起建（构）筑物下沉、 开裂及倾斜等情况 5、区间线路平面最小转弯半径为 300m，纵断面采用“V”型坡，最大纵坡 28.0，盾构姿态及地表沉降控制难度较大。 2.22.2 针对工程重难点设备的针对性设计针对工程重难点设备的针对性设计 1、隧道区间在复合地层中，软土到达硬岩地层，极易造成刀盘结饼及地表 沉降的情况，盾构机进行的针对性技术要求设计。 1）采用两台注浆泵，四路主入口，并配备二次注浆泵。 2）优化刀盘设计，采用合理的开口率。 3）土壤改良系统配置有 6 个泡沫管路，采用的是单管单泵设计，防止 管路堵塞，确保渣土改良效果。 2、x 站左 DK17+546 区段隧道穿越地层主要为 J1-2x-2b 层强风化砂岩、 -2b2-3 粉质黏土，强风化岩饱和抗压强度 7.74MPa，属上软下硬复合地层， 14 盾构盾构姿态不易控制，易引起超挖，从而引起地表沉降；x 区间左 DK17+777.5DK18+197.8 区段，存在全断面岩层，中风化岩最高抗压强度达到 53.2 MPa，岩层硬，掘进难度大，容易造成刀具磨损，推力增大的情况，盾构 机进行的针对性技术要求设计。 1）隧道通过上软下硬复合地层时，本区间采用土压平衡盾构机，确保上部 土体的稳定性。 2）针对硬岩地层，优化了刀盘设计，刀盘采用 4 辐条+4 面板的设计形式， 并配置了 34 把滚刀，增加两把贝壳刀，同时加强刀箱和刀具的耐磨保护，提高 在硬岩地层的适应能力。 3）螺旋机在外护筒内表面及螺杆部位都进行通体的耐磨保护。 4）盾构机最大推力设置了 55742KN,脱困为扭矩 8687KNm 3、x 区间左 DK18+197.8福建路站区段（右 DK18+276.5福建路站）分 布有粉土、粉砂层，建路站附近分布有-2b3-4 层流塑软塑粉质黏土，漏水 漏浆，姿态难以控制，掘进施工时极易产生坍塌，出现涌水、流砂现象，极易 造成地表沉降的情况，盾构机进行的针对性技术要求设计。 1）同步注浆系统在盾构机外壳的上、下半部各设有两处注入口，同时可实 现分路注浆，能满足及时均匀填充盾尾间隙的要求。 2）螺旋机设置了防涌门剪式（1 个） ，并且配置了渣土改良注入口（8 个） 。 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。 3）) 盾构机具有土压平衡的功能。 4）盾构机配置高密度膨润土注入系统。 5）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。 4、区间下穿众多建（构）筑物。施工过程中，易引起房屋下沉、开裂及倾 斜等情况，盾构机进行的针对性技术要求设计。 1）盾构机具有土压平衡的功能，并且配置了土压传感器（6 个） ，盾构机 在掘进过程中能保持土体稳定，以确保地表沉降严格控制在允许范围内。 2）盾构机配置了同步注浆系统（注浆口数量 4 路）及二次注浆系统。 15 5、区间线路平面最小转弯半径为 300m，纵断面采用“V”型坡，最大纵坡 28.0，盾构姿态及地表沉降控制难度较大 1）所选盾构的盾尾间隙设计为 60mm，最小转弯半径 200m，最大爬坡能力 为 50，设计满足施工要求。 2）测量导向系统选用 DDJ 类型, 精度 2（） ，全站仪选用 Leica TS16。 测量导向系统满足区间最小曲线半径仅为 300 米施工的要求。 3）盾构机设置了主动铰接，并配备一把超挖刀，提高盾构机在曲线上的纠 偏功能 16 第三章第三章 盾构机技术要求及主要参数盾构机技术要求及主要参数 3.13.1 本工程对盾构机的技术要求本工程对盾构机的技术要求 本工区隧道地层主要由粉质黏土、中等风化泥岩、含砾粉质黏土、中等风 化砂岩、粉砂、粉土组成，所以盾构适应性应是重点考虑的问题。盾构在此地 段的施工时应重点考虑以下原则： 1、良好的土层切削能力；（刀盘及主驱动系统，推进系统） 2、准确、稳定的土压平衡控制能力；（土压控制系统） 3、良好的地层填充能力；（注浆统及后方台车二次注浆台） 4、良好的止浆能力；（盾尾密封系统） 5、良好的土壤改良能力；（泡沫系统） 6、精准的盾构掘进导向能力；（导向系统） 7、可靠的安全装置保护换刀操作人员安全。 （人闸系统） 8、具备足够的刀盘驱动扭矩和盾构推力 9、合理的刀盘及刀具设计 10、盾构具备防喷涌功能 3.23.2 拟选盾构机情况拟选盾构机情况 盾构机型号铁建重工土压平衡盾构机 ZTE 使用地段 x 七号线 D7-TA03 标土建一工区盾 构区间 生产完成时间2018 年 10 月 设计寿命 10000m 已推进里程 0 设备状态全新设备 备注出厂前进行验收 17 3.33.3 盾构机参数盾构机参数 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 区间名称x 地铁 主要地质条件 砂质粉土、粉砂、全 风化泥岩 管片规格（外径/内 径-宽度） 6200/5500-1200/1500 管片分块数量 3+2+1 管片纵向连接数量 16 管片最大重量（t） 5 隧道坡度() 28 工程概 述 最小水平曲线半径 （m） 300 设备型号 ZTE 主机长度(m)约 8.39 含刀 盘 整机总长(m)约 84 总重（t）约 450 装机功率（kW）约 1700（仅设备上） 水平转弯半径(m) 200 整机概 述 纵向爬坡能力() 50 类型复合式 开挖直径（m） 6440 刀盘开口率（%）约 38 刀盘 主要结构件材质 Q345C 18 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 泡沫口数量（个） 6 主动搅拌臂数量 （个） 2 耐磨措施 刀盘面板和外周焊接 耐磨钢板 中心刀具（把）4 把（双联） 正面滚刀（把） 22 边缘滚刀（把） 12 切刀（把） 32 贝壳刀（对） 8 边缘刮刀（对） 8 刀间距（mm） 95 注水保护刀（对） 5 刀高配置 滚刀 175mm 切刀 130mm 刀具 磨损检测点数量 （个） 1 中心回 转接头 通道数量6 路泡沫+液压+电气 驱动型式液压驱动 支承类型中心支承 驱动数量（组） 8 转速范围（rpm） 0-3.45 额定扭矩（kNm） 6846 脱困扭矩（kNm） 8687 主驱动 最大工作压力 10 19 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 （bar） 主轴承类型3 排圆柱滚子轴承 主轴承直径（mm） 3020 主轴承寿命（h） 10000 ISO L10 密封型式 外密封 1 道端面聚氨 酯密封+1 道轴向聚氨酯密 封+1 道橡胶密封；内密封 2 道唇形密封 密封润滑方式自动润滑 超前注浆孔数量 （个） 10 前盾外径/板厚 （mm） 6410/50 被动搅拌臂数量 （个） 2 前盾壳体润滑孔数 量（个） 6 土压传感器数量 （个） 6 中盾直径（mm） 6400/40 中盾壳体润滑孔数 量（个） 6 尾盾直径（mm） 6390/35 尾盾密封刷（道）3 道钢丝刷 尾盾止浆板（道） 1 盾体 盾尾间隙（mm） 30 20 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 同步注浆管数量 （根） 24+4 内置 式 注脂管数量（根） 26 盾体主要结构件材 质 Q345B 型式双舱并联 主舱容纳人数（个） 3 副舱容纳人数（个） 2 人舱 最大工作压力 （bar） 5 螺旋轴型式有轴式 筒体内径（mm） 820 最大通过粒径 （mm） 300590 最大出渣能力 （m3/h） 350 驱动形式后部中心驱动 驱动组数量（组） 1 最大扭矩（kN.m） 178 转速范围（r/min） 0-19 旋转方向正/反 出渣门数量（道） 2 双闸 门 防涌门形式剪式（1 个） 螺旋输 送机 观察口数量（个） 5 21 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 渣土改良注入口 （个） 8 土压传感器数量 （个） 1 保压泵接口有 油缸伸缩行程 （mm） 1000 密封3 道唇型密封 密封润滑方式自动润滑 型式双梁式，机械抓取 转速范围（rpm）01.3 纵向移动行程 （mm） 2000 径向提升行程 （mm） 1200 自由度数量（个） 6 旋转角度（） 200 抓取能力（kN） 120 额定转动扭矩 （kN.m） 300 管片拼 装机 控制方式 无线（预留有线接口） 型式双梁式 驱动型式链轮链条驱动 起吊重量（t） 25 起吊速度（m/min）低速 0.8，高速 4 管片吊 机 起吊高度（mm） 3000 22 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 水平行走速度 （m/min） 10 控制方式摇控+线控 倾斜段角度（） 11 驱动方式电机驱动 带速（m/s） 3 输送能力（m3/h） 450 带宽（mm） 800 带长（m）约 125 刮渣器数量（道） 4 皮带机 打滑检测装置有 拖车数量（个） 1+6 内净宽（mm） 1800 拖车轨中心距 （mm） 2080 轨枕高度（mm） 345 编组列车轨距 （mm） 900mm 后配套 拖车 单侧设备限界 （mm） 2150 油箱容量（m3） 4.5 液压系 统液压油 ISO VG46 油缸规格（mm） 260/190-2150 缸径 /杆径-行 程 推进系 统 最大推进速度 （mm/min） 80 23 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 油缸数量（根） 30 行程传感器数量 （个） 4 内置 式 分区数4 区 最大推力（kN） 55747 350b ar 铰接形式主动铰接 油缸规格（mm） 310/210-200 缸径 /杆径-行 程 油缸数量（根） 14 行程传感器数量 （个） 4 内置 式 最大收缩力（kN） 36982 350b ar 铰接角度（） 1.8 密封型式2 道组合密封 铰接系 统 润滑方式自动润滑 注浆泵型式柱塞式 盾尾管路布置形式内置式 注浆泵数量（个） 2 注浆能力（m3/h） 210 注浆口数量（路） 4 砂浆罐容量（m3） 8 同步注 浆系统 砂浆罐两端润滑形 式 自动润滑 膨润土膨润土泵型式活塞泵 24 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 膨润土泵数量（个） 2 膨润土泵能力 （m3/h） 15 单台 膨润土罐容量 （m3） 6 系统 注入口数量（个） 刀盘 6+螺旋输送机 8+ 隔板 2 管路注入数量 刀盘 6+螺旋输送机 8+ 隔板 2 混合液注入量 （m3/h） 61.2 泡沫发生器数量 （个） 6 控制方式自动/半自动/手动 泡沫原液箱容积 （m3） 1 泡沫系 统 混合液箱容积 （m3） 1 数量（个） 2 出口压力（bar） 8 单台能力 （m3/min） 9.3 气罐容量（m3） 1 供气分配网后配套每节拖车上 压缩空 气系统 过滤器有 工业供外循环进水量 50 25 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 （m3/h） 设备要求供水压力 （bar） 58 进水温度（）25 管路规格 DN80 建议 外循环进 水管路不 小于 DN100 水管卷筒数量（个） 1 水管长度（m） 20 冷却系统型式内外循环冷却 水及冷却系 统 内循环水泵离心泵 油脂泵型式气动式 油脂泵能力（ml/次） 196 油脂泵压力（bar） 450 气压 为 6bar 盾尾油 脂系统 油脂桶规格（L） 200 55 加 仑 油脂系统型式集中润滑 主驱动油脂泵型式气动+电动注入 主驱动油脂泵能力 （ml/次） 40 主驱动 密封系统 主驱动油脂泵压力 （bar） 480 气压 为 6bar 26 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 油脂桶规格（L） 200 55 加 仑 主机污水泵型式气动隔膜泵 主机污水泵最大能 力（m3/h） 50 后配套污水泵型式离心泵 后配套污水泵能力 （m3/h） 20 排污系 统 污水箱容量（m3） 4 自动保压系统PID 系统 保压及 呼吸系统 自动保压系统数量 （套） 2（其中一套为备用） 风管储存筒数量 （个） 2 风管储存长度（m） 100 风管直径（mm） 600 通风流量（m3/s） 10 二次供 风系统 隧道主风管直径 （mm） 1000 初级电压等级10kV，50Hz 次级电压（V） 400/690 功率因数 0.9 变压器型式干式 变压器容量（kVA） 1200+800 变压器数量（个） 1 集成 箱式 供电系 统 电气系统防护等级 IP55 27 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 电缆存储容量（m） 400 无高 压电缆 隧道内高压电缆截 面（mm2） 370+335/3 类型 DDJ 精度（） 2 导向系 统 全站仪 Leica TS16 控制系 统 可编程控制器西门子 S71500 地面监控1 台主机，3 个显示器监控系 统摄像头（个） 6 通信系 统 电话（部） 6 操作系统 Win7professional sp1 数据采 集系统存储介质（内存/硬 盘） 4GB/（240+240）GB 固态 硬盘 照明系 统 应急照明时间 （min） 90 灭火器类型干粉、CO2 灭火器消防系 统数量（个） 18 监测传感器型式 便携式、固定式各一 套 监测传感器数量 （个） 4 有害气 体监测系统 监测气体类型CO、O2、CH4、H2S 装机功刀盘驱动系统 3315 28 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 （kW） 刀盘补油泵（kW） 30 先导控制泵（kW） 7.5 螺旋输送机（kW） 200 螺旋输送机补油泵 （kW） 30 推进及辅助系统 （kW） 90 管片拼装机及注浆 系统（kW） 55 液压油箱过滤泵 （kW） 15 主驱动润滑系统 （kW） 4 仿形刀（kW） 7.5 空压机（kW） 255 膨润土泵（kW） 215 泡沫混合液泵 （kW） 61.5 泡沫原液泵（kW） 1.1 增压水泵（kW） 5.5 内循环水泵（kW） 15 污水泵（kW） 11 同步注浆砂浆罐搅 拌（kW） 7.5 水管卷筒（kW） 3 率 皮带机（kW） 37 29 主部件主部件 名称名称 细目部件名称细目部件名称参数配置参数配置备注备注 二次风机（kW） 15 管片吊机（kW） 27.5 30 3.43.4 盾构机及后配套简图盾构机及后配套简图 盾构机总图 盾体简图 31 一号台车右侧图 一号台车左侧图 32 二号台车右侧图 二号台车左侧图 33 第四章第四章 盾构机适应性分析盾构机适应性分析 4.14.1 盾构机组成盾构机组成 土压平衡式盾构机施工体系主要由刀盘系统、推进系统、出土系统、 液压系统、管片拼装系统、同步注浆系统、泡沫注入系统、数据采集系统、测 量系统及后配套台车等系统组成。 盾构机在掘进时，16 组双缸千斤顶伸出，顶在后方管片上向前行走。 同时，刀盘转动切削前方土体，土体在刀盘后土仓内建立一定土压力与外部土 压力平衡，即在前方建立了临时支护面。螺旋输送机不断的把前方多余土方通 过皮带输送机输送到后方土箱车内。与此同时，盾尾处进行同步注浆，填充开 挖后形成的空隙量。整个掘进系统由 Win7professional sp1 操作系统采集信号， 达到采集、处理、诊断。测量系统由前方三个棱镜组、Leica TS16 全站仪、后 视棱镜组成，进行同步测量监控，指导施工。 4.24.2 刀盘和刀具刀盘和刀具 刀盘采用 4 辐条+4 面板的设计形式，开口率为 38%。在保证刀盘 刚度、强度和刀具数量基本不变的前提下，保证了开口的均匀布置 ；刀盘不仅 有助于隧道开挖面的刚性支护，也能保证渣土的流畅排除。根据铁建重工的经 验和预料的地质状况，采用安装了滚刀和切刀的刀盘。在刀盘设计中，硬岩刀 34 具（滚刀）可以根据地质情况换成软土刀具（齿刀） 。 盾构机刀盘示意图 刀盘简图 刀具布置图纸 35 刀具刀具中心刀具正面滚刀边缘滚刀切刀边缘刮刀贝壳刀超挖刀 注水保 护刀 数量数量 4 把（双联） 22 把12 把32 把8 对8 对 1 把5 对 滚刀：滚刀带有高度耐磨的合金齿切削环，刀高直径 175mm。刀箱焊 接 Hardox 耐磨保护块。 边缘刮刀：软土刀具有高耐磨的钢刀体和高质量的硬质合金刀刃。刮 刀两侧采用耐磨焊丝保护。 切刀：切刀的前刀面硬质堆焊刀刃，同时刀具后端由硬质合金球齿保 护。 所选盾构共配置 113 把刀具和 2 套刀具磨损检测装置。滚刀与切刀、 36 边缘刮刀高度差为 45mm。考虑到本工程地质有存在全断面岩层的特点，正面滚 刀的刀间距调整为 95mm,并且在每个面板增加了两对贝壳刀，增加滚刀刀具数 量，提高了刀盘在硬岩地层的破岩效率 。所有滚刀刮刀和切刀都可以从刀盘后 部更换。 4.34.3 驱动系统驱动系统 扭矩计算： 拌和扭矩 M1，刀盘支撑臂扭矩 M2，软土刀具扭矩 M3，滚刀扭矩 M4， 土仓填充物扭矩 M5。 所需总扭矩 M=1.2（M1+M2+M3+M4+M5） 主轴承采用 3 排圆柱滚子轴承，8 个液压马达驱动，刀盘额定扭矩 6846KNm，脱困扭矩达到 8687KNm。 盾构机扭矩满足本工程需要。转速：03.45r.p.m ，使用寿命： 10000 驱动系统简图 37 主轴承实物示意图 4.44.4 推进系统推进系统 取最不利施工截面计算水土压力： 压力计算图示： 经铁建重工计算(详见附件)，盾构机可运用的总推力须大于 19119KN，盾 构机驱动系统额定扭矩须大于理伦值。 推进系统 拟选盾构的推进系统共有千斤顶 16 组，单组油缸最大推力 3467KN，行程 均为 2150mm，能够满足 F 块在任何位置的拼装需求。总推力 55474kN，理论经 验需要推力 49305kN，能满足本工程需要。推进千斤顶压力控制分上、下、左、 右可分别进行独立控制的分区，能够满足隧道掘进纠偏要求，配备 4 套千斤顶 内置式行程及速度传感器，行程显示可逆并能准确、直观地显示隧道掘进机千 斤顶伸缩值和速度。推进速度 080 mm/min 可调。 38 4.54.5 螺旋输送机螺旋输送机系统系统 在本工区施工中，以较快的 80mm/min 速度掘进，单位出土量为 156.27m3/h。盾构机配置有轴式螺旋机，理论出土能力为 350m3/h，能够满足 施工需求。 设有断电紧急关闭装置,密封可靠。在断电情况下排土门可全程开闭，配置 单闸门系统，若出现喷涌险情时，可及时快速关闭闸门。 螺旋输送机 4.64.6 渣土改良系统渣土改良系统 盾构机一般只配置 4 个泡沫发生器，所选盾构配置了 6 个泡沫发生器，且 实现了单管单泵设计，提高了渣土改良效果，降低了泡沫管路的堵塞问题。在 刀盘、土仓仓壁及螺旋输送机等部位均设有添加剂注入管路和注入口，可以向 相应部位注入土体改良材料，改良土层性质。泡沫系统能自动、半自动和手动 控制流量, 两套系统相互独立。通过液压油可以方便地对所有的添加剂管路及 注入口进行清洗。在刀盘设计有 6 个管路注入，土仓隔板上设有 2 个管路注入， 螺旋输送机设有 8 个管路注入，渣土改良系统能够满足本盾构区间地层的推进 要求。 泡沫注射口统计表 注射口的位置数量 刀盘 6 39 隔板 2 螺旋输送机 8 4.74.7 耐磨措施耐磨措施 刀盘面板和外周焊接耐磨钢板，以减少使用中的磨损。 刀盘面板耐磨保护 正面区域带耐磨钢板保护 周边区域带堆焊耐磨保护 如下图所示： 4.84.8 双舱人闸系统双舱人闸系统 双舱并联人闸仓的连接法兰安装在前盾上。连接法兰的结构与盾体和刀盘 驱动装置的半径相对应。通过连接法兰能使人穿过舱壁密封门进入土仓。双室 人闸仓的中间被一个供人进出的压力门隔开。右边的人仓用作进出土仓的正常 通道，左边的人仓在紧急情况下使用。 人闸仓的安装符合 DIN 标准（关于有气压条件下工作的标准） ，无论是在常 压还是带压条件下，都可以保证操作人员安全顺利的进行刀具检查和刀具更换 作业，保证换刀作业安全高效进行。 双舱并联人闸仓有以下装置：通过人闸的压力闸门、阻尼器、压力计、计 时仪、温度计、绝缘椅子、照明，包括紧急照明、压力纪录仪、供热设备。 40 人闸人闸 压力调节装置压力调节装置 4.94.9 皮带输送机皮带输送机系统系统 皮带输送机机架 皮带机参数表 表 述数 据 驱动方式电机驱动 皮带宽度 800mm 输送能力 450 m3/h 皮带速度 3 m/s 刮渣器数量（道） 4 皮带机用于将螺旋机送来的渣土转运到后方渣土车上，至少应能满足 156.27m3/h 的运送能力。其理论输送能力为 450 m3/h，能够满足本工程需要。 皮带输送机上设置有钢丝绳牵拉式紧急停止装置，可以起到保护维修、测量人 员安全的作用。 4.104.10 管片吊管片吊运系统运系统 41 双梁吊机 盾构机管片运输系统采用的是双梁吊机的方式。管片通过电瓶车运至盾构 机后，先由双梁吊机将管片吊至拼装位置，然后进行拼装作业。管片运输机采 用双梁行走机构，两侧各有电机驱动并设有限位和防撞装置以防止行走小车脱 落轨道。 项目类型起吊重量 t驱动型式 管片运输设备双梁吊机 25 链轮链条驱动 4.114.11 拼装拼装系统系统 管片拼装机的各种操作都可以单独进行。管片拼装过程中，通过无线（预 留有线接口）控制方式可以对管片拼装机和推进千斤顶进行控制。管片拼装机 设置快、慢档。能满足外径 6200mm、宽 1200mm、厚 350mm 的管片拼装。 拼装机简图 拼装机参数表 42 表 述数 据 平移行程 2000mm 提升行程 1200mm 提升能力 120Kn 旋转双方向 旋转速度01.3rpm 旋转角度 200 4.124.12 土压控制系统土压控制系统 隧道沿线上部建筑群密集，对地面沉降控制要求较高。拟选盾构机的土压 平衡的控制有以下三种控制方式，可以根据开挖面的情况选择合适的控制方式： 土压控制 在土仓壁板设有 5 个土压计，可以保证测得的正面土压力测量精度达到 0.005MPa。同时该土压计具有足够的自身保护能力。一旦出现故障时，能够极 其安全的直接从舱壁后部进行土压计的维修和更换。通过土压计测得的土压与 设定的土压比较，可以调节控制螺旋输送机的转速。 排土量（体积）控制 螺旋输送机的转速自动与盾构机的掘进速度相匹配，进行排土量的控制。 手动控制 可以根据需要手动设定螺旋输送机的转速。 4.134.13 注浆系统注浆系统 同步注浆系统在盾构机外壳的上、下半部各设有两处注入口，同时可实现 分路注浆，能满足及时均匀填充盾尾间隙的要求。同步注浆系统具有自动和手 动调节两种控制方式。注浆压力、流量计量通过注浆压力传感器能在注浆控制 面板和操作室面板上实时显示。通过传感器的数据反馈，可实现注浆量与盾构 掘进速度的同步优化设置。 为防止注浆管路堵塞, 同步注浆系统设置了注浆管路清洗装置。注浆完成 43 后该装置可以直接对注浆管路进行清洗。即使万一注浆管路发生堵塞，还设置 了供维修的检查口。 除此之外，在盾构机最后一节台车上，外加安装有一台 KBY 二次注浆机， 连接盾构机空压机可快速进行壁后二次注浆作业。 本区间穿越地表主要是建筑物与公路，盾构所配置的注浆设备能满足地面 沉降控制的要求。 注浆系统参数表 注浆泵 注浆泵系统 项 目规 格 型式单液用同步注浆装置 注入压力 3MPa 注浆能力（m3/h） 210 注浆回路常用 4 个 + 备用 4 个 注浆泵SCHWING 泵2 台 44 盾尾注浆口 拟选盾构机开挖直径与管片直径的差值，每环的理论空隙为 2.86m3，理论填充率选取 150%，需注入浆液为 4.29m3，以较快的 80mm/min 的 掘进速度掘进，注浆流量为 17.16m3/h。 目前盾构机注浆系统配置 2 台 SCHWING 活塞泵，设计流量 20m3/h，最 大注浆压力 3Mpa，功率 55kw。同步注浆系统能够满足施工中厚浆注入的要求。 4.144.14 密封系统密封系统 1、盾尾密封系统 为了保证盾尾壳体与管片之间有良好的密封性能，在盾尾上装备有三 道钢丝刷（宽刷型）式盾尾密封，前 2 道盾尾刷长度 300mm，最外道长度 320mm。为了提高盾尾密封的止水性和寿命，盾尾刷间的仓室共配备 12 个盾尾 密封油脂的注入管路。宽刷型盾尾刷和更多盾尾油脂注入点位的设计，能够极 大提高盾尾密封系统的密封效果。 盾尾刷构造图 2、铰接密封系统 中盾与尾盾的连接采用被动铰接设计，中盾和盾尾之间设计有两道密封， 一道为橡胶密封，一道为紧急气囊密封，正常掘进时，橡胶密封起作用，通过 调节调节块的螺栓可以调节橡胶密封的压缩量，从而调节中盾与尾盾之间的密 封间隙。在涌水或橡胶密封损坏时，使用紧急气囊密封。 45 铰接密封示意图 4.154.15 数据采集系统数据采集系统 导向系统采用 DDJ 自动定位隧道导向系统，由隧道掘进软件、Leica TS16 全站仪、激光靶、控制盒、调制解调器、激光发射器、电缆等组成，有足 够的掘进方向监测能力，包括对盾构机里程位置、水平和垂直偏差、仰俯角、 滚动角等进行的监测、运算和显示能力，必要时采取报警和连锁的方式，提示 操作人员，及时对盾构机进行姿态的调整，确保隧道掘进轴线精确性的要求。 数据采集管理系统能连续采集隧道掘进机、加泥量、出土量等数据， 并具有数据分析、处理、打印、存储（每环生成一个 Microsoft Excel 格式的 文件，并以时间和环号为文件名）及检索等功能，同时可在隧道掘进机控制室 以终端形式实时显示，并在地面中央监控室内的计算机上提供数据通信的软、 硬件接口（增加一路 RS-485 通信模块，能通过该端口采集到系统运行设备和施 工的所有信息，提供 PLC 全部 I/O 地址信息，以便实现业主远程信息管理需求） 。 采集的数据以图形的形式显示（以行程或时间为坐标，计测比例能根 据实际的需要任意调整） 。显示的内容包括隧道掘进机的实时姿态、隧道掘进机 与已拼装管片之间的间隙、实际轴线与设计轴线的偏差、开挖面的实时压力及 波动范围等。显示的内容能够满足隧道轴线控制的要求，并为隧道掘进机按准 确方向推进提供依据。 在工作交接班以及日、周、月末自动形成打印报告。隧道掘进机控制室与 地面监控室之间的数据传递使用光纤完成。 46 导向系统数据采集页面示意图 盾构掘进数据页面示意图 4.164.16 盾构机适应性分析盾构机适应性分析 1)所选盾构机除具有软土开挖