南昌盾构技术方案.doc

南昌1号线一期一标段盾构技术方案 中铁三局集团有限公司 目 录第一章 技术详细规格书31.1技术参数表31.2综述81.3机械设备规格91.4电气仪表规格251.5外观301.6检查30第二章 盾构设计与功能描述352.1盾构机主机362.2刀盘382.3驱动502.4盾壳532.5螺旋输送机552.6推进系统572.7铰接系统582.8盾尾密封装置612.9管片运输安装系统612.10添加剂注入系统632.11人闸642.12注浆装置672.13集中润滑系统、盾尾注脂密封系统682.14液压系统692.15后配套台车702.16电气系统712.17导向系统732.18仿形刀控制说明74第三章 设计计算书783.1设计条件783.2作用于盾构机的载荷803.3盾壳强度计算833.4主轴承寿命计算873.5刀盘密封的耐久性计算和耐水压密封计算913.6刀盘转速计算943.7刀盘扭矩计算943.8刀盘驱动齿轮的寿命计算1003.9刀具使用寿命分析1023.10曲线施工计算1073.11推进油缸的推力计算1133.12螺旋输送机输送量及扭矩计算1153.13皮带机输送机输送量计算1173.14人闸及空气调节计算1183.15刀盘结构计算1193.16刀盘强度计算1203.17盾构机功率及供电负荷计算1253.18推进速度相关计算129第四章 典型地质条件下的掘进参数131第五章 设计技术预案1345.1盾构机组装、拆卸技术方案、说明及相应图纸1345.2盾构机始发、过站、到达技术方案、说明及相应图纸1435.3人身安全保护设施和措施1485.4二次双液（水泥、水玻璃）注浆设计方案1495.5同步双液注浆方案1525.6盾构机运输及组装尺寸、重量、吊装及重心位置运输及组装尺寸及重量1535.7中途换刀方案和计划1585.8防止刀盘中心结泥饼的措施1595.9后配套出碴车编组建议方案1625.10安全更换二道盾尾密封措施1635.11盾构机姿态控制1655.12超前注浆孔的数量、尺寸及位置1665.13超前注浆措施1685.14同步注浆系统1695.15软土中防止盾构机低头和抬头的可行性技术方案1725.16螺旋机防喷涌及清理措施1735.17泡沫管路疏通可行性方案1775.18沉降控制措施及建议方案178第一章 技术详细规格书1.1技术参数表序号位置项目名称参 数1适应工作条件地层土质种类粘土、砂土、卵石、岩层等多种地层最小转弯曲线半径250 m最大坡度3.5%(一般隧道设计纵坡)5%（本盾构最大能力）2盾构整体主机总长9170 mm主机总重约320 t开挖直径6310 mm前盾外径6260 mm中盾外径6260 mm尾盾外径6260 mm前盾盾壳厚度45 mm中盾盾壳厚度32 mm尾盾盾壳厚度100 mm盾尾间隙30 mm最大掘进速度8 cm/min最大推力38500kN盾尾密封三道钢丝刷土压传感器4个 (土仓隔板处)液压传感器推 进：5个（压力）；4个（位移）铰 接：2个（压力）；4个（位移）螺旋机：2个（压力）；1个（流量）仿形刀：1个（压力）；2个（流量）包括后配套总长约74米包括后配套总重约450 t3刀盘型式辐条式开挖、超挖直径mm开挖直径：6310 mm（滚刀）6290 mm（边缘刮刀）超挖直径：6450 mm周边耐磨设计刀盘周边焊有耐磨钢板、耐磨钢板间堆焊耐磨材料、安装12把周边刀进行保护，配置12把刀盘背后保护刀面板耐磨设计堆焊耐磨材料刀盘开口率40.5%超挖刀型式液压驱动最大超挖量100mm （软土）100mm （岩层）超挖刀数量2把（一把滚刀式超挖刀、一把软土式仿形刀）刀盘对复合地层的适应性粘土、砂土、卵石、岩层等多种地层刀间距的布置全断面布置（刮刀间距150mm）中心刀的类型中心鱼尾刀(软土)8把中心单刃滚刀（岩层）滚刀的数量及刀圈转动力矩无（软土）27单刃正面滚刀（复合地层及岩石层）滚刀转动扭矩：4kgm6kgm边缘刮刀12把刮刀89把其它刀具配备内周可更换式先行刀：27把(软土)外周先行刀：12把各种刀具高差设置中心鱼尾刀与先行刀刀差240mm；先行刀与刮刀刀差：50mm；滚刀与刮刀刀差：50mm。4主驱动驱动形式变频电机驱动主驱动最大承压能力（bar）静压：15 bar 动压：10 bar装备总功率75kW10=750kW主轴承寿命不小于10000h最大转速3.5 rpm（01.253.5rpm）扭矩5724 kNm脱困扭矩6868 kNm扭矩系数23.35铰接装置型式主动铰接式最大行程差垂直、水平220mm最大转角垂直、水平2铰接油缸数量20铰接油缸规格1500kN220st35MPa行程220 mm回缩力14300 kN行程传感器4只压力35MPa6砂浆搅拌器叶片外径D=890 mm转速10 rpm搅拌容量8 m37润滑系统供脂距离50 m油脂泵供脂流量0.21L/min供脂压力21MPa8管片安装器类型盘式环形转速0.3/1.5rpm提升能力105 kN2径向行程650 mm轴向行程850 mm旋转角度210(顺时针和逆时针)9推进油缸推力38500 kN行程 mm2150 mm数量 台22工作压力33MPa行程传感器4只10人闸容纳人数2+2人直径950 mm /1500 mm工作压力3 bar11螺旋输送机型式轴式直径（800mm）800 mm（内径）出碴量300 m3/h功率90 kW2最大扭矩77.5 kNm转速021 rpm保压泵碴装置接口配置维保口配备闸门配置前闸门和出土闸门12皮带运输机运输量450m3/h运送速度约140 m/min皮带宽度 800 mm驱动型式电机驱动13同步注浆系统注浆管路数量4套注浆泵能力240L/min2（A液）+24 L/min2（B液）储浆罐容量8m3（A液箱）+0.8m3（B液箱）压力传感器4只14泡沫系统泡沫发生器数量2套注入口数量6能力1500NL/min215冷却系统冷却系统形式闭式内循环水管卷筒DN5016膨润土注入系统注入泵参数240L/min1.2MPa11kW2套泥浆搅拌箱10m317激光导向系统型式自动激光导向精度2秒有效距离200 m18数据采集系统PLC三菱显示终端工业终端机摄像头数量4个显示屏数量1个通讯电话5部19电气系统变压器容量：1900kVA输入电压10 kVA20压缩空气系统容量372 m3/h+36.6 m3/h储气罐2.4m321二次通风系统流量8.83 m3/s风管直径600mm22台车型式门式数量7节23盾尾油脂系统型式气动注脂泵流量6L/min24通讯系统型式电话通讯、视频监控、工业网及远程数据监视25其它供电系统一次：10kV，机内：400V级/230V级人闸保压装置空气自动调节装置（全气动控制）188南昌1号线一期一标段盾构技术方案 1.2综述1.2.1简介(1) 本技术规格书中包括有关土压平衡式盾构机的技术细节。(2) 土压平衡式盾构机用于挖掘隧道，适合粘土、粉质粘土、砂土、砂卵石、岩等多种地质。(3) 刀盘的土仓内充满流塑状泥土，以保持开挖面的稳定。(4) 根据掘进时不同地质条件变化,需向土仓或螺旋输送机注入添加剂，保证渣土的流塑性。(5) 控制原理在于挖掘量和排出量保持合理的动态平衡。本盾构机通过控制推进速度、闸门的开口度、螺旋输送机转速相匹配来实现。1.2.2设计标准本盾构机按照以下规范及标准设计：(1) 日本工业规格(JIS)(2) 隧道标准基准书(盾构运转方法)和解释(日本土木工程学会)(3) 劳动安全卫生规则(4) 日本电机工业会标准规格(JEM)(5) 日本电气学会电气规格调查会标准规格(JEC)(6) 电机设备技术标准(7) 日立造船公司标准1.3机械设备规格机械设备类型：土压平衡式1.3.1盾构机壳体01) 开挖直径6310 mm02) 壳体外径前盾6260 mm中盾6260 mm盾尾6260 mm03) 盾尾内径6060 mm04) 盾尾间隙30 mm05) 总长度(不含工作台和螺旋输送机)9170 mm06) 盾壳前部厚度45 mm中部厚度32 mm后部厚度100 mm材质(前部和中部)Q235A材质(后部)Q345B07) 盾尾刷钢丝刷3道供脂自动(12点)08) 铰接装置铰接角度铰接角度:最大2.0铰接方向各方向铰接推力30000kN1.3.2推进装置01) 推进速度08.0 cm/min02) 作业面单位面积推力1,251 kN/m203) 总推力38500 kN04) 操作盘所有油缸伸长型05) 压力控制分4个区控制，各油缸也可单独控制1.3.3刀盘装置01) 支撑方式中间支撑方式02) 驱动方式变频电机驱动03) 装备扭矩高扭矩模式5724kNm(01.25rpm)(=23.3)高速模式57242020 kNm (1.253.5rpm)(=23.38.3)04) 转速01.253.5 rpm05) 旋转方向顺时针或逆时针06) 超挖装置方式液压油缸驱动仿形刀数量1把软土仿形刀1把滚刀超挖刀最大超挖量100 mm软土100mm滚刀1.3.4螺旋输送机01) 型式轴式，内径800mm02) 驱动方式液压马达驱动03) 扭矩77.5 kNm04) 转速021rpm05) 排土开口径向出土06) 排土能力300 m3/h07) 其它设备排土闸门液压控制螺旋叶片伸缩行程1,000 mm， 液压控制入口闸门液压控制08) 蓄能器（用于闸门紧急关闭）60 L21MPa1pc1.3.5管片拼装机01) 型式环形02) 管片重量最大 4.2 t/块（1500mm管片）03) 转速0.3/1.5 rpm04) 起吊力150 kN05) 推力210 kN06) 平移行程+600，-250mm07) 带声音的警示灯1个08) 回转范围顺时针和逆时针各210度(带限位开关)1.3.6动力装置(1) 液压泵名 称种 类流量 (L/min)压力(MPa)数量备注推进系统柱塞泵93331-铰接系统柱塞泵15351管片拼装机系统柱塞泵38211与螺旋机闸门系统共用仿形刀系统柱塞泵27211-螺旋机回转系统柱塞泵243.5/136212-(2) 电机名 称输出(kW)极数(P)电压/频率数量备 注推进系统754380V/50Hz1IP55铰接系统1141IP55管片拼装机系统18.541IP55(与螺旋机闸门系统共用)仿形刀系统1141IP55螺旋机回转系统9042IP55(3) 油箱容量用 途数 量总容量备 注推进系统12,800L与其它系统共用1.3.7液压油缸名 称推力(kN)行程(mm)工作压力(MPa)数量总推力(kN)推进油缸1,7502,150332238,500铰接油缸1,500220352030,000管片拼装机提升油缸105650212210管片拼装机平移油缸105850211105管片拼装机调节油缸3515074-仿形刀油缸165150212-出土闸门油缸165800212-螺旋机前闸门油缸65425212-螺旋机伸缩油缸1051,000214420壁后注浆口关闭油缸37120214-牵引油缸4406001414401.3.8液压马达名 称输出扭矩(kNm)工作压力(MPa)数 量备 注管片拼装机回转驱动6.5412.02带制动器螺旋输送机驱动8.6221.02-1.3.9刀盘驱动电机组名称输出扭矩(kNm)功 率(kW)极数(P)电压（V）数量备 注变频电机组73.138.675438010变频电机1.3.10后续台车台车尺寸（mm）宽高长左 侧右 侧No.1 1,1002,7507,500A液泵、A液箱控制室No.21,1002,7506,000B液泵、B液箱、泡沫发生器、污水箱润滑油脂泵，盾尾密封油脂泵，空压机，蓄能器No.31,1002,7507,500膨润土泵液压动力站No.41,1002,7507,000膨润土箱变频柜No.51,1002,7506,000水箱、水泵控制柜No.61,1002,7507,500空压机、储气罐、空气过滤器高压柜No.71,1002,7506,000-电缆存放1.3.11其它(1) 供脂装置01) 注脂泵泵驱动方式电机驱动流量0.21 L/min工作压力21 MPa电 机电源0.75kW/4极电压380V油脂罐40 L数 量1套02) 供脂泵泵流量1.3 L/min工作压力4 MPa电 机电源0.4kW/4极电压380V/50Hz容 器200L桶数 量1套(2) 带球阀的加泥、加泡沫注入管位 置尺 寸数 量刀盘辐条1.5英寸5仓 壁2英寸6螺旋输送机2英寸3(3) 壁后同步注浆管注入材料单双液型管路位置盾尾壳板内部A液管尺寸直径1.5英寸B液管尺寸直径3/8英寸清洗管尺寸1英寸出口孔尺寸40mm出口关闭油缸37kNx120mm数 量4套(4) 带球阀的注浆管位 置尺 寸数 量备 注仓 壁2英寸6-前盾体2英寸6上部中盾体2英寸8全周(5) 旋转接头名 称规 格数 量备 注01) 液压管路3/8英寸21MPa4仿形刀02) 供脂管路3/8英寸21MPa2仿形刀03) 泥浆和泡沫注入管路1.5英寸1MPa4刀盘辐条(6) 刀具种类名 称数 量01) 刮刀8902) 边缘刮刀1203) 内周先行刀1704) 外周先行刀1205）滚刀（单刃）1806）仿形刀（软土、岩层各一）207) 中心刀108）周边刀609）刀盘背后保护刀1210）耐磨板1套(7) 盾尾刷自动油脂注入装置名 称规 格备 注01) 注入泵1台-02) 驱动方式气动-03) 空气压力7bar-04) 分配器12个-05) 分配器的空气软管20A25m1根-06) 至主机的供脂软管50A25m1根-07) 空气压缩机610L/min8.5 bar160L1台7.5kW4P380V1台-08) 油脂箱搬运用葫芦吊5 kN1套手动式(8) 人闸项 目规 格01) 型式2室型02) 内径超过 0.95 m/1.5 m03) 长度约2.9m04) 工作压力最高 0.3MPa05) 数量1个(9) 人闸和土仓的空气调节装置项 目规 格备 注01) 储气罐2.4m31个No.6台车左侧02) 空气控制器流量和压力控制1个03）过滤器1套No.6台车左侧(10) 管片运输装置项 目规 格01) 型式双梁+双梁02) 数量套03) 运输能力最大 64 kN04) 行走电机2.5kW4P380V4台05) 提升电机3.5kW4P380V4台（11）皮带输送机01) 数量1套02) 型式3铰轴连接型03) 长度约50m04) 皮带宽度800mm05) 输送速度约140 m/min06) 输送能力450m3/h（100%）07) 驱动电机37 kW4P380V1台(12）导向系统装 置数 量备 注01) 目标靶棱镜3台主机内02) 照射靶棱镜1台隧道中03) 工控机1台操作室04) 控制盘1台操作室05) 全站仪1台-06) 全站仪接口盒1台隧道中07）软件1套-导向系统由棱镜、工控机和全站仪组成。这个系统可以计算和设计出隧道轴线、盾构机姿态及管片拼环位置，如盾构机位置、方位偏差等重要的掘进数据将在工控机上显示。数据将传送到数据显示及记录系统，并可在地面监控室的系统监视器上显示。(13) 数据显示和记录系统装 置数 量备 注01）PC机2台控制室（兼用于导向系统）、地面监控配备双显示器02）彩色打印机1台地面监控室03) 软件1套-04) 接口1套隧道内，地面掘进参数如掘进行程、环数、土压、注浆量等由数据监视和记录系统均匀管理。数据将用数据和曲线两种方式显示在操作箱和地面现场办公室安装的显示器上。(14) 泥浆和泡沫注入设备名 称规 格01) 泥浆搅拌箱10 m302) 泥浆注入泵Max：240L/min1.2MPa11kW2套03) 泡沫注入系统1500NL/min2空气压缩机1台100 L/min0.4 MPa7.5 kW2台（水泵）14) 连到主机的软管、管线 2英寸2条线；1英寸2条线1/2英寸2条线添加剂注入设备安装在后配套台车上,可输出泡沫或泥浆,并送到开挖面。添加剂(泡沫或泥浆)储存在储存罐内,通过泡沫或泥浆注入泵运送到注入点。5个独立的注入点在刀盘的辐条上，每个注入点通过一条独立的管路来提供,管路通过旋转接头安装在刀盘驱动轴中心。注入也可在土仓仓壁进行。添加剂的注入量可通过变频电机的速度来控制。如有需要,螺旋输送机上也有注入管路来注入添加剂。(15) 后续台车注浆设备a) A、B液注浆系统01）台 数1套02）注入能力(A+B=220L/min)2条线03）A液泵200 L/min最大 5 MPa2台30kW2台（变频电机）04）B液泵120L/min最大1.5MPa2台1.5kW2台（变频电机）05）A液罐8.0m3 （7.5 kW1台）液位计1台06）B液罐0.5m3液位计1台b) 水清洗系统01) 数量2条线02) 水泵7.5kW2台03) 清洗水箱2.0m305）排水箱液位计0.5m306）排污泵3 kW(16) 通风设备1）型式轴流式通风机2）出口尺寸600mm3）能力530 m3/min1.2 kPa4）驱动电机22 kW50Hz380V1台5）位置6#台车(18) 流量计1）仿形刀用2台（电位器）2）螺旋机闸门用1台（电位器）(19) 可视监控系统名 称数 量备 注1）数据采集装置4拼装机，螺旋机闸门，皮带机尾部、A液箱2）数据输出装置1开关式，操作室3）电缆1从数据采集装置到操作室监视器将提供包含4个数据采集单元和1台显示器的视频监控系统。来自4个视频采集点的图像被显示在控制室内。(20) 冷却系统1）冷却装置刀盘密封用水冷套液压油箱用油冷却器2）配管7#台车至主机冷却系统为水冷方式。运行中，水通过水夹套和油冷却器带走刀盘密封和螺旋机回转液压油路的热量。水由地面上的水泵站供给，并在循环回地面时经冷却器冷却。1.4电气仪表规格1.4.1电源用 途电 压（V）频 率（Hz）相 数（）供给电源10,000 VAC503动力用380V AC3其他动力220 VAC3照明用220V AC1控制用100VAC/24VDC1仪器用100 VAC24V DC1-1.4.2接地工程（1）二次侧的接地工程，从控制盘向主机或后续台车配线，原则上各后续台车间统一接地连接，台车上设备在所在台车接地，有特殊要求的场合设计参照有关规定进行设计。（2）二次侧的接地线，全部保持与接地母线同电位。1.4.3配线使用场所类 别电 压(V)使用材料隧道电缆动力、照明380/220控制100/24管片拼装机接线箱24拖链专用1.4.4启动方式电机容量启动方式380V系统01) 37kW以下直接启动02) 37kW以上星-三角启动03) 变频电机变频启动1.4.5控制盘、操作盘名 称数 量IP备 注01) 操作室内的操作盘143包括仪表盘、变换器盘02) 动力控制盘15503) 线路连接盒1套5504) 机内控制盘15505) 机内操作盘155盾构机推进油缸操作盘06) 管片拼装机遥控器155无线型07) 管片拼装机无线接受盒155另配有线的便携式悬吊开关盒08）变频操作盘1551.4.6低压变压器用 途规 格相数数量备 注容 量电压V1/V2控制用15kVA380/220、100单相1-1.4.7电源插口及照明器具等名 称数量规 格01) 动力用插口53P+E,AC380V，30A1个，15A4个02) 照明用插口52P+E,AC220V， 15A5个03) 荧光灯6AC220V，20W(用于机内)04) 荧光灯25AC220V，40W(用于后续台车)05) 带电池荧光灯2AC220V，20W,(用于机内)06) 带电池荧光灯4AC220V，40W，(用于后续台车)07) 带信号报警器警示灯4(用于管片机转动、人闸、皮带机)1.4.8高压变压器 名 称规 格01) 容量1,900 kVA02) 一次电压10,000 V03) 二次电压380/220 V04) 相数3相05) 数量1台高压初级电10,000V通过电缆从地面送到变压器后降低为二级电压。真空断电器(VCB)和漏电保护断电器(ELCB)分别安装在变压器初级和次级端，在电路过电流或漏电时保护电路。1.4.9电容补偿柜项 目规 格01)容量120 kvar02)电压/频率380V/50Hz03)相数三相三线型04)数量1 套1.4.10仪器仪表清单名 称仪 器显示方式数 量01) 推进油缸行程和速度传感器行程计:数字(02,150mm)速度计:模拟(0150mm/min)4套02) 仿形刀行程流量计模拟(0150mm)2套03) 闸门行程流量计模拟(0700mm)1套04) 仿形刀控制旋转编码器数字1套05) 刀盘总旋转数旋转编码器数字1套06) 螺旋输送机转数旋转编码器模拟(020rpm)1套07) 推进压力压力传感器模拟(040MPa)1套08) 俯仰角-滚动角电位计 (5)模拟 (5)2套09) 刀盘电机电流电流计模拟1套10) 铰接油缸行程传感器行程:数字(0220mm)4套11) 螺旋输送机回转压力压力传感器模拟(040MPa)1套12) 土仓压力应变仪模拟(0500kPa)可更换：4套13) 总推力压力传感器模拟(038,500kN)1套14) 驱动马达温度温控开关指示灯10套15) 刀盘转速旋转编码器0-1.51 rpm1套16) 刀盘密封温度温度计数字4套17) 油箱温度铂电阻指示灯1套18) 油箱液位液位计指示灯1套19) 管片拼装机旋转角限制开关1套20) 螺旋输送机前闸门限制开关2套21)工作平台状态限位开关（管片回转限制用）4套1.4.11土压和排土量控制装置用 途规 格01) 输入数据螺旋输送机转速螺旋输送机闸门开口率土压推进油缸速度02) 设定数据目标土压输送效率系数泥浆注入系数03) 输出数据螺旋输送机转速螺旋输送机闸门开度信号警报04) 控制方式PID1.5外观如果没有特别指定，按下列的原则油漆：1、 预处理。在油漆以前，钢材底表面先除锈。2、 盾构机主机外表面进行2次防锈底漆，刀盘涂成红色或客户要求颜色。3、 盾构机内面及后续台车等辅助装置进行1次防锈底漆、1次面漆。 面漆颜色为白色； 液压钢管配管为与面漆一样颜色、油漆1次；4、 电气、液压设备依照生产厂家的颜色标准。5、 工程名、文字写在盾构机主机一侧的表面。6、 除橡胶软管，所有的管路按功能油漆不同的颜色。1.6检查1.6.1工厂完工检查1）最终验收在工厂组装结束后，在权威工程师出席的情况下，进行外观、尺寸及无载荷动作试验，并提交检查报告。检查项目及合格标准依据另行规定的检查标准。2）零件检查液压油缸、液压泵及液压马达等，根据需要，提交试验结果书(由各设备厂家提供)。1.6.2现场完工检查如果分割运输，那么现场安装完成后，在权威工程师参与下，进行无载荷动作试验。盾构设备的主要部件生产厂家序号部位配件名称生产厂家备注1主驱动部分主轴承日本ROBALLO进口2行星减速器德国KPM /日本住友进口3变频电机东元/ABB/日本东芝进口4变频器RockWell/日本东芝/日本三菱进口5润滑油脂泵德国贝克/美国LD及相当厂家进口6主轴承密封日立造船进口7刀具初装刀具聊城天工/山东瑞钻/青岛好泰8螺旋输送机驱动马达美国伊顿/波克兰进口9耐磨材料厂家北京四创10液压泵美国伊顿/波克兰进口11土压传感器日本日立/E+H等进口12液压传感器日本日立/E+H等进口13铰接液压系统铰接油缸无锡恒立/天津尤瑞纳斯合资密封为进口铰接液压泵美国伊顿/波克兰进口14推进液压系统推进油缸无锡恒立/天津尤瑞纳斯合资密封为进口15推进液压泵美国伊顿/波克兰进口16其它液压件及附件液压软管美国伊顿/美国盖茨/意大利双威进口17液压阀件伊顿/力士乐/哈威/贺德克进口18电气部分变压器ABB/宝胜/法国施耐德进口19功率补偿器ABB/宝胜/法国施耐德进口20配电柜元器件三菱/富士/欧姆龙进口21PLC元器件三菱进口22注浆系统注浆泵日本菄邦工机进口23管片拼装机齿圈华隧通24驱动装置美国伊顿/波克兰进口25液压马达美国伊顿/波克兰进口26液压件伊顿/力士乐/哈威/贺德克进口27激光导向系统全站仪徕卡/天宝进口28激光接受靶徕卡/天宝进口29集成和软件日立造船-HST/演算工房进口30计算机研华/特制31操作系统主操作计算机戴尔32空调机国内知名品牌33管片运输系统起吊电葫芦法兰泰克/KITO进口34盾尾密封系统盾尾油脂泵佰杰（德国）/ARO（美国）/YAMAHA(日本)进口35人闸空压机复盛及相当厂家36压缩空气调节装置日立造船进口37泡沫系统日立造船38膨润土系统膨润土泵瑞申及相当厂家39皮带输送机驱动电机SEW合资41托辊及钢结构唐山冶金机械厂42皮带青岛橡胶六厂43通风系统风机及风管山西巨龙44储风筒架华隧通45刀盘、盾体、拼装机、后配套台车及连接桥等钢结构华隧通 第二章 盾构设计与功能描述本投标盾构机为铰接式复合土压平衡式盾构机，本设备满足南昌地铁本工程项目提出的要求外，并进行了多地质适应性设计。本盾构机主要由下列一些装置构成： 盾构机主机 刀盘 驱动 盾壳 螺旋输送机 推进系统 铰接系统 盾尾密封装置 管片运输安装系统 添加剂注入系统 人闸 注浆装置 集中润滑系统，盾尾注脂密封系统 液压系统 后续台车 电气系统 导向系统 仿形刀控制说明2.1盾构机主机主机是由刀盘、前盾、中盾、铰接环和盾尾构成的铰接式盾构机。前部分由刀盘、土仓和驱动安装部位组成，后部分由铰接环和盾尾组成，前、后部分用铰接油缸连接，可以上下左右弯曲，在铰接部设置有密封。在前盾部分设有安装刀盘及刀盘支撑的结构，在土仓面板(仓壁)下部安装有螺旋机。铰接环上配置有推进油缸22根，铰接油缸20根，在盾尾部位设有管片拼装机、后方工作平台。盾构机内还设有管片拼装工作平台、液压及电气设备装置、计测装置、人行闸、注入管等附属装置。2.1.1主机直径盾尾直径由管片外径（D0）、盾尾间隙()以及盾壳厚度(t)决定。管片外径D0为6000mm；根据强度计算，复合地层同步注浆枪必段内置，带清洗双液注浆枪需盾壳厚度t为105mm；盾尾间隙由管片的偏移量（计算得5mm）、管片真圆度(一般设计要求15mm)和拼装间隙(实际施工经验得到10mm)组成，为5+15/2+10=22.5mm,为保证管片拼装，取25mm。计算盾尾直径最小为D=D0+2（t+）=6260mm。盾构机前盾、中盾及尾盾直径都为6260mm。2.1.2主机长度盾构机主机长度对盾构机姿态控制非常重要，主机长度越短，越易于姿态控制和操作，同时也降低成本、节约投资。因此,主机设计时尽可能减少无用空间，按最小尺寸进行方案设计。盾构机主机主要尺寸见图4-1。表4-1 主机主要尺寸列表各部名称尺寸备注刀盘中心鱼尾刀/中心滚刀390mm/150mm1180mm软土940mm滚刀确保切削效果和强度盘体厚度740mm刀盘与前盾壳体间隙50mm前盾土仓宽度950mm1655mm土仓长度确保土砂搅拌均匀度，并利用压力平衡的实现,驱动安装部分参考驱动安装长度。驱动安装部分705mm中盾（含铰接环）刀盘驱动尾部空间2775mm确保刀盘驱动装置和推进油缸的安装空间。推进油缸长度后部推进油缸伸展长度520mm3560mm管片的组装，推进油缸的前伸长度,盾尾刷的形状构造的必要长度。管片组装长度2100mm管片与盾壳重叠（密封）长度940mm盾构机主机总长9170mm（软土中心鱼尾刀）8930mm（岩层中心单刃滚刀）8780mm（不含刀具）含中心鱼尾刀高度，不含工作平台及螺旋输送机盾构机主机长度（不含刀具）与外径的合适比例为L/D=1.01.5，本机L/D为8780/6260 =1.40是最佳长度。2.2刀盘适应粘土、岩石及软硬不均地质，宜选用辐条式复合刀盘考虑了盾构机的多地质适应性，本方案盾构机选型为加泥式复合土压平衡盾构机。本工程刀盘按照复合刀盘设计，中心鱼尾刀可与中心滚刀互换，正面强化先行刀也可与滚刀互换，滚刀与可更换先行刀均采用背装式，齿刀与边缘刮刀均采用侧装栓接式，可实现背后换刀，外周先行刀为焊接式，周边刀及刀盘背面保护刀是加强刀盘盘体耐磨保护用刀具，采用焊接式。采用辐条式刀盘，设置较大刀盘开口率40.5%，在不同地质，通过不同刀具的刀具配置，可实现在软土地层（图4-2）和复合地层（图4-3）的顺利掘进。图4-2 软土地层刀盘布置图(本工程投标刀盘)图4-3 复合地层刀盘布置图2.2.1刀盘结构刀盘结构形式一般分为有面板型和辐条型两种。此次刀盘的设计原则：刀盘设计和刀具布置能适应本工程地质条件；并且具有高效及减少刀具二次磨损的特点。本刀盘开口率为40.5%，切削下来的渣土能够顺利的进入土仓，具体结构见下图：图4-4 刀盘结构简图2.2.2适应本工程地质刀盘刀盘采用12根辐条式复合刀盘，初装刀具为软土刀具，开口率为40。5%刀盘结构取决于地层条件、作业面的稳定程度及掘进效率。本机采用12根辐条结构，开口率为40.5% 。软土地层刀盘刀具布置见图4-2，图4-5，图4-6，同时，更换滚刀后可用于复合地层掘进，复合地层刀盘刀具布置见图4-3，图4-6，图4-8。本工程初装刀具布置如下(见表4-2)：表4-2 软土地层刀盘刀具配置表(本工程初装刀具)刀具类型数 量备 注01)刮刀 84宽: 150 mm厚: 115 mm安装高度100mm02)边缘刮刀122宽: 200 mm厚: 115 mm安装高度100mm03)外周强化先行刀12宽: 300 mm厚: 62mm安装高度为150mm04)可更换正面先行刀27宽: 300 mm厚: 62mm安装高度为150mm05)中心鱼尾刀1宽: 1450 mm厚: 100mm安装高度为390mm06）周边刀6长:350mm宽:80 mm高: 80 mm07）背面保护刀12宽: 175 mm高: 100 mm厚:66mm08）仿型刀21把软土+1把滚刀09）周边耐磨板1 套刀盘外周图4-5 软土地层刀盘刀具布置图图4-6 刮刀布置展开图2.2.3复合地层刀盘复合地层刀盘刀具配置如下(见表4-3)：表4-3 复合地层刀具配置表刀具类型数 量备 注01)刮刀 84宽: 150 mm厚: 115 mm安装高度100mm02)边缘刮刀122宽: 200 mm厚: 115 mm安装高度100mm03)外周强化先行刀12宽: 300 mm厚: 62mm安装高度为150mm04)单刃滚刀2717”滚刀（432mm）安装高度为150mm05)中心滚刀817”滚刀（432mm）安装高度为150mm06）周边刀6长：350mm宽:80 mm高: 80 mm07）背面保护刀12宽: 175 mm高: 100 mm厚：66mm08）仿型刀21把软土+1把滚刀09）周边耐磨板1 套刀盘外周图4-7 滚刀布置展开图 图4-8刮刀结构图 2.2.4刮刀根据刀片材质，考虑到本工程大多在软弱的土质中使用，特别是在粘土层中，并且参照许多同类土质的施工实例，因此采用韧性及耐磨性优越的E5材质，并且考虑盾构机的重复使用及切削刀磨损而进行更换的情况，在结构安装上考虑采用螺栓联接的形式，以便在维修及切削刀具磨损较严重时，可以方便地更换。刮刀的位置见图4-2、切削轨迹见图4-6以及刮刀的形状见图4-8。2.2.5中心鱼尾刀本工程刀盘初装刀具为中心鱼尾刀，采用整体结构，能够从前方与中心滚刀互换。采用大型中心鱼尾刀使，加大对中心土体的搅拌，并有效防止了刀盘前方结“泥饼”；同时因为刀盘中心区域首先被挖掘，起定心作用，有利于控制盾构机的方向。中心刀高度为390 mm，宽度为1450 mm，如图4-9。 图4-9 中心鱼尾刀（不含联接装置） 图4-10先行刀结构图（不含联接装置）2.2.6正面先行刀刀盘初装为正面强化先行刀，不带滚刀，可实现与滚刀互换。均采用背装式，便于土仓内的刀具更换作业。采用砂卵石强化先行刀，安装高度为130mm，宽度为300mm，厚度为62mm（如图4-10）。2.2.7边缘刮刀本工程边缘刮刀采用弧形边缘刮刀，由2块组成，径向尺寸为480mm，双刃片结构，采用加强型设计，能有效保护刀盘径向尺寸和切削土体作用。如图4-11。图4-11 边缘刮刀结构图2.2.8周边刀和刀盘背面保护刀为了进一步对刀盘进行保护，特在刀盘外圈表面处设置有6把周边刀，可有效地保护外周耐磨板和刀盘外圈，在刀盘外圈背面同时设有12把背面保护刀，能有效保护刀盘与盾构之间砂土对刀盘背面的磨损。周边刀如图4-12，刀盘背面保护刀如图4-13。 图4-12 周边刀 图4-13 刀盘背面保护刀2.2.9中心滚刀（9把单刃滚刀）复合地层掘进时，刀盘中心刀具采用为8刃中心滚刀，滚刀规格为17”，滚刀间距为90mm，结构见图4-14。图4-14中心滚刀示意图2.2.10单刃滚刀专门对刀盘结构强度和刚度进行了加强设计。滚刀采用17”单刃滚刀，刀盘破岩石能力达150Mpa以上。滚刀破岩机理为推力通过刀刃滚压岩石，在相邻两刀刃间形成贯穿裂缝，使岩石脱落，形成“飞碟”状或片状石块。 日立造船滚刀具有如下特点： 允许载荷：250kN 材质：特殊工具钢 允许磨损量：20mm 允许线速度：150m/min 最小转动力：30Nm滚刀结构示意图如图4-15，滚刀布置详见图4-3和图4-7 。 图4-15 滚刀结构图2.2.11仿形刀为便于纠偏及转向，本机刀盘设置1把软土仿形刀和1把滚刀超挖刀，行程均为100mm，可用于方向修正、曲线施工时的超挖：可操作仿形刀，仅对需要超挖的部分进行挖掘。也可以根据行程以