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南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术规格书技术规格书 No No A 1A 1954954 00 00 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 目录目录页码页码 1 1 工程参数工程参数5 1 11 1隧道概况隧道概况5 1 21 2地质状况地质状况5 1 31 3管片设计管片设计6 1 41 4工程概况及地质剖面图工程概况及地质剖面图6 2 2 总体总体方案方案8 2 12 1泥水加压平衡盾构机泥水加压平衡盾构机8 2 1 1基本技术原理 气垫调节原理8 2 1 2泥水加压平衡盾构机技术10 2 22 2穿黄工程的盾构机基本设计穿黄工程的盾构机基本设计14 2 2 1基本设计14 2 2 2使用寿命14 2 32 3主要性能主要性能14 2 42 4泥水加压平衡盾构机的技术优势泥水加压平衡盾构机的技术优势16 2 4 1降低堵塞的风险16 2 4 2减少前闸门区域多种堵塞的危险17 2 4 3障碍物的去除17 3 3 技术参数表技术参数表18 3 13 1扭矩曲线扭矩曲线22 4 4 盾构机主机盾构机主机24 4 14 1盾体盾体24 4 24 2超前钻机管线超前钻机管线25 4 34 3推进油缸推进油缸25 4 44 4盾尾盾尾25 4 4 1盾尾润滑系统26 4 4 2盾尾密封刷的寿命27 4 4 3盾尾注浆管28 4 54 5气闸设备气闸设备29 4 5 1人闸29 4 5 2压缩空气调节30 4 64 6碎石机碎石机31 4 74 7出口格栅出口格栅31 4 84 8前闸门前闸门32 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 00目录第 页2 4 94 9刀盘刀盘32 4 9 1设计32 4 9 2刀盘结构33 4 9 3钢结构33 4 9 4刀具33 4 9 5钢结构的耐磨保护36 4 9 6磨损监测系统36 4 9 7中心冲刷36 4 9 8刀具布置37 4 104 10刀盘驱动刀盘驱动37 4 10 1旋转驱动 主轴承38 4 10 2主驱动密封系统 见图纸 A 1954 05 38 4 10 3密封润滑40 4 10 4齿轮油润滑40 4 10 5主驱动控制40 4 10 6安全设施40 4 114 11管片安装机管片安装机40 4 11 1概述41 4 11 2真空吸盘系统 参见图 A 1954 97 41 4 11 3控制42 4 11 4互锁 安全42 4 124 12盾构机上的材料运输盾构机上的材料运输43 4 12 1膨润土泥浆循环43 4 12 2盾构机上的冲刷循环44 4 12 3测量装置45 5 5 后配套系统后配套系统46 5 15 1概述概述46 5 25 2原理 原理 结构结构及及设备设备 46 5 35 3管片装卸管片装卸46 5 3 1管片吊机46 5 3 2喂片机46 5 45 4电气及安全设备电气及安全设备47 5 4 1供电变压器47 5 4 2配电柜47 5 4 3电容补偿48 5 4 4刀盘驱动电机48 5 4 5控制室49 5 4 6单独控制面板51 5 4 7控制系统51 5 4 8电缆51 5 4 9电机51 5 4 10接地52 5 4 11电压52 5 4 12插座52 5 4 13照明52 5 4 14安全装置52 5 4 15通讯和闭路电视系统53 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 00目录第 页3 5 55 5液压设备液压设备53 5 5 1过滤和冷却53 5 5 2管路53 5 5 3监控53 5 65 6油脂设备油脂设备54 5 6 1盾尾密封油脂泵54 5 6 2主驱动油脂泵54 5 75 7注浆系统注浆系统54 5 7 1概述54 5 7 2单液注浆系统54 5 7 3人工操作模式55 5 7 4自动操作模式55 5 7 5技术参数56 5 7 6双液注浆系统57 5 85 8后配套设备后配套设备58 5 8 1管路延伸系统58 5 8 2排水系统59 5 8 3冷却回路59 5 8 4压缩空气设备59 5 8 5通风系统60 5 95 9数据采集系统数据采集系统60 5 9 1数据处理61 5 9 2操作数据的显示62 5 9 3测量数据的评估62 5 105 10盾构机上的数据显示盾构机上的数据显示63 5 10 1掘进 注浆64 5 10 2刀盘64 5 10 3泥水回路65 5 10 4错误信息66 5 115 11导向系统导向系统67 5 11 1SLS T APD 系统67 5 11 2盾尾间隙测量系统 SluM 68 5 11 3掘进偏差报警功能69 5 11 4纠偏69 6 6 其它设备其它设备70 6 16 1超前钻机超前钻机70 6 26 2气体检测系统气体检测系统72 7 7 隧道内的泥浆回路隧道内的泥浆回路73 7 17 1概述概述73 7 1 1泥浆泵的类型73 7 27 2设备描述设备描述74 7 2 1隧道内的排泥泵74 7 2 2进泥泵74 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 00目录第 页4 7 2 3密度测量仪75 8 8 服务服务77 8 18 1装箱单装箱单77 8 28 2工地组装工地组装78 9 9 其它文件其它文件79 9 19 1供货商清单供货商清单79 9 1 1主要部件供货商清单79 9 29 2设计和制造标准设计和制造标准81 10 10 图纸图纸 82 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 00 1 工程参数 第 5 页 1 1 工程参数工程参数 1 11 1隧道概况隧道概况 工程距离郑州市 30 公里 盾构机将在北岸竖井内始发 穿越南岸竖井 掘 完最后 800 米 直至隧道完成 穿黄隧道工程是南水北调工程的一部分 穿黄隧道计划分成两部分 长度分 别约为 3 450 米和 800 米 隧道总长约 4 250 米 隧道计划使用两台盾构机进行平行开挖 隧道用途 输水隧道 两段隧道区间将使用盾构机进行施工 最大隧道坡度 4 91 最后一段 最大竖曲线半径 800m 1 21 2地质状况地质状况 整条隧道线路位于黄河水位以下 土壤具透水性 最大水压预计为 4 5 bar 最大埋深 35 米 在线路上将遇到各种地质情况 包括 Q4 中砂层 大约占 25 中砂层 部分为粗砂和砂质砾石晶体 Q4 1 Q4 上部砂层 大约占 40 上部砂层 和下部粉质壤土 Q2 粉质壤土 大约占 34 其它状况 其它状况 在中砂层 可能出现粒径达 10cm 的卵石或更大的孤石 较高石英含量使砂 具有磨砺性 硬粘土层正好位于隧道下面 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 00 1 工程参数 第 6 页 1 31 3管片设计管片设计 内径 7 900mm 外径 8 700mm 长度 1 600mm 分布 4A 2B 1K 搭接长度 1067mm 参见图纸 A 1954 79 最大管片重量 6 5 吨 1 41 4工程概况及地质剖面图工程概况及地质剖面图 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 00 1 工程参数 第 7 页 粘土粘土Q2壤土壤土 Q41砂土砂土Q42砂土砂土 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 002 TBM 总体方案第 8 页 2 2 总体总体方案方案 2 12 1泥水加压平衡盾构机泥水加压平衡盾构机 2 1 12 1 1基本技术原理基本技术原理 气垫调节原理气垫调节原理 刀盘在膨润土中旋转 开挖隧道 挖掘的碴土与膨润土悬浮液混合 刀盘旋 转的盾体区域被称为开挖舱 压力舱板将它与盾体的其它常压区域分隔开来 开挖舱内的土压和水压被膨润土吸收 从而避免不受控制的土壤的进入 并 保证了隧道开挖面的稳定 使用该系统 在良好的操作和注浆条件下 能够把沉降控制在较小的范围 开挖舱被一个称为分隔舱板的钢板分隔成两个区域 泥水加压平衡盾构机 气垫调压舱 膨润土对隧道开挖面的支撑膨润土对隧道开挖面的支撑 膨润土悬浮液通过气垫对隧道开挖面施加压力从而实现支撑作用 对开挖面 施加的压力的控制由压缩空气控制单元进行 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 002 TBM 总体方案第 9 页 泥水加压平衡盾构机 通过气垫加压实现支撑作用 气垫调节舱内的压缩空气气垫产生支撑压力并将该压力传至膨润土悬浮液从 而调节液位高度 受压后的悬浮液 其液位则刚好高过机器轴线的位置 承压悬浮液产生的支持压力传输到开挖舱 这时 整个开挖舱内完全充满承 压的膨润土悬浮液 开挖舱内悬浮液的波动将被精确控制以保持平衡状态 气垫调节功能气垫调节功能 空气压力能够在高工作压力范围内自由 安全地调节 压缩空气调节器通过 气垫来补偿膨润土液位压力的差值从而使该压力保持平衡 压缩空气调节系统的功能 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 002 TBM 总体方案第 10 页 调节器调节作用的实现无需电力 因此能够持久提供支撑压力 两个独立的 调节器单元被安装来防止可能出现的干扰 并用于维保停机阶段和断电情况 高压电缆延伸时 hI d 2 5 3 4 1 76 PPdh SUII PI PPh SOII 隧道掌子面支持压力的分布 1 膨润土Pl空气压力 2 膨润土液位Pso顶部悬浮液压力 3 压缩空气气垫Psu底部悬浮液压力 4 压力舱板 悬浮液密度 5 分隔舱板D盾构直径 6 支撑区域hl承压舱高度 7 处于大气压力下的区域 隧道开挖面的支持压力从上到下增加 呈梯形 调节器上显示的调节压力 为在压缩气垫调节下膨润土液位处的支持压力 2 1 22 1 2泥水加压平衡盾构机技术泥水加压平衡盾构机技术 泥水加压平衡盾构机技术是最安全 最先进的隧道开挖技术 在不稳定地质 状况 高工作压力的情况下 泥水加压平衡盾构机的以下几方面的技术能够 保证隧道的安全开挖 碴土运输碴土运输 膨润土泥水的传输和支持压力的控制 气垫 彼此分开 开挖舱内的膨润土 渗入泥饼 不断更新 挖掘的碴土与靠近出渣管 左 右 的膨润土混合 在底部产生涌流效 应从而使碴土易于流动 压力舱板上部和中部的其它冲刷点将使开挖舱内集中的整体流量和新鲜 膨润土的重新分配达 混合到最佳状态 高涌流效应和安装在出渣管前 面的冲刷管避免了碴土粘结的危险 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 002 TBM 总体方案第 11 页 检查 维保阶段的隧道掌子面和开挖舱 通过开挖舱底部的出渣管 挖掘的碴土将被泵送出开挖区域 而不会影 响对开挖面支持压力的监测 悬浮液类型悬浮液类型 在粘性地质状况下 水和膨润土悬浮液都可以用于泥水加压平衡盾构机 的操作中 膨润土悬浮液产生的渗入泥饼对隧道开挖面进行支撑 尤其在粗颗粒的 土壤和 或非粘性土壤地质状况 受到压缩空气施压的渗入泥饼保证了人员能够安全进入开挖舱进行机器 检查和维修保养工作 渗入泥饼 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 002 TBM 总体方案第 12 页 位于隧道掌子面的泥饼 保证人员安全进入开挖 舱进行检查 保养工作 压力控制压力控制 泥水加压平衡盾构机的开挖区域设计为一个双舱构造 开挖舱为前舱 气垫调压舱为后舱 工作舱 气垫用来控制调节支撑压力 该压力由压缩空气系统精确地进行控制 开挖舱内的受压悬浮液通过分隔舱板门与调压舱的悬浮液相连 开挖舱 内完全充满受压的悬浮液后就会产生支撑压力 传输到膨润土悬浮液的支撑压力精确率为 0 1bar 泥浆回路内的压力浮动变化将被准确 迅速平衡 泥水加压平衡盾构机开挖隧道掌子面支持压力的控制 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 002 TBM 总体方案第 13 页 隧道开挖隧道开挖 泥水加压平衡盾构机技术能够保证支撑压力的精确率为 0 1bar 在 隧道开挖过程中 外界压力的变化不会对开挖面的稳定造成影响 见上 图 隧道开挖过程中 传统泥水盾构机 单舱 开挖舱内支持压力较大的变 化会带来隧道开挖面不稳定情况及发生塌陷的危险 见下图 传统泥水盾构的掌子面支持压力控制 支持压力较大的变化将导致基床不稳 a 盾构机基床不稳定 b 管片衬砌的基床不稳定 气垫调压舱及开挖舱通道气垫调压舱及开挖舱通道 维保工作在处于大气压下的气垫调压舱内进行 例如在检修筛选器 格 栅 碎石机或出渣管 或移开障碍物 在高压情况下 工作人员通过安装在压力舱板上的人闸可以安全地进入 气垫调压舱 基本上无需为检查刀盘而对隧道开挖面进行土体改良 但该措施实施与 否取决于地质状况 如可能 承压渗入泥饼和一个通过气垫调节技术 精确控制的液位降低步骤可以保证人员能够安全进入开挖舱 在检修工作中 气垫控制降液位调节越精确 坍塌的危险就越小 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 002 TBM 总体方案第 14 页 2 22 2穿黄工程的盾构机基本设计穿黄工程的盾构机基本设计 2 2 12 2 1基本设计基本设计 根据穿黄隧道工程的招标文件 基本设计如下 最大开挖速度为 40mm min 最高日掘进速度 12 环 最高月掘进速度 480 米 完好率 90 所有开挖所需要的盾构机设备的设计 例如推进油缸的伸出速度 注浆 泥 浆回路 都将根据性能要求来确定 2 2 22 2 2使用寿命使用寿命 在盾构机操作和维保作业都符合海瑞克公司的文件规定的情况下 除了易 损件外 主要部件都是为长距离隧道开挖作业 10 公里以上 设计的 主轴承及部件 变速箱等 的寿命在最大推力下为 10 000 小时 在正常工 作状况下其可靠性为 99 2 32 3主要性能主要性能 根据穿黄隧道工程的要求 设计有如下主要特点 1 刀盘 重载型结构以满足该项目的要求 大尺寸耐用刮刀以适应砾石地质状况 中间部分专门设计的大碴土出口易于粘性土壤中碴土的流动 主要 用于粘土 专门的刀具设计增加刀具寿命 中心冲刷系统可以减少刀盘阻塞的风险 尤其在粘性土壤中 装配了可靠的磨损检测装置以监测刀具的磨损情况 先行刀具可以降低对刮刀的直接磨损 独特的刀盘设计 例如专门的刀具设计 较大开口率 可以增加刀具的 寿命从而减少换刀的次数 2 主驱动 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 002 TBM 总体方案第 15 页 带有特殊压力装置的密封系统满足 6 bar 高工作压力的要求 整体式的结构保证了主驱动的刚性 有脱困功能的大范围扭矩在刀盘被阻塞的情况发生时使刀盘脱困 主轴承寿命 大于 10 000 小时 3 盾体 符合欧洲标准 经过验证的气闸设计满足安全压缩空气和 或潜水员 操作需要 钢结构设计适合预期的地质和水压状况 气垫调压功能的泥水加压平衡盾构机技术保证了对开挖面的精确的 支撑 可靠 耐用的大碎石机可以破碎较大石块 精确的冲刷系统减少了开挖舱内 工作舱内碴土粘结或大量碴土沉积 的情况 最佳的通道设计保证了维保工作的顺利进行 入口格栅阻止大块的碴土等进入泥浆管路 该格栅尺寸是根据泥水 管路可以接受的碴土尺寸确定的 4 盾尾 钢结构的设计适应预计的水压和土压 专门设计用于高工作压力的密封系统 包括 4 排钢丝刷和 1 道应急 密封 止浆板 5 后配套系统 吊机和液压油箱的设计适应预计的坡度 4 91 在辅助轨道上运行 保证了后配套系统的安全操作 最佳的通路设计保证了维保工作的顺利进行 预留一个管片车运载 4 片管片的运输空间 泥水管道的延伸可靠而清洁 6 泥水循环 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 002 TBM 总体方案第 16 页 最佳的冲刷循环降低堵塞 物料堆积的危险 在刀盘中间区域 开挖 舱和吸浆管附近 专门类型的泥浆泵有最佳的安全系数以确保长距离隧道开挖操作中 的渣土的运输 耐磨设计适应砂质磨损地质状况 2 42 4泥水加压平衡盾构机的技术优势泥水加压平衡盾构机的技术优势 泥水加压平衡盾构机的操作 气泡调节原理 有如下优点 在不稳定的 混合土层中能够安全地进行隧道开挖掘进 能够在高压状态下安全地进行隧道开挖掘进 减少地面受到影响的危险性 沉降 超挖 坍塌等 对格栅 岩石破碎机区域的维保更加容易 泥水管路和保护格栅被堵塞的危险减小 断电时 例如高压电缆延伸时 和泥水回路停止运转时 管路延伸 进 行维保等 有效的隧道掌子面压力支撑 减少大的障碍物 漂石等 进入排泥管 岩石破碎机的危险 人员能够安全进入格栅 岩石破碎机区域进行维保工作 2 4 12 4 1降低堵塞的风险降低堵塞的风险 通过以下措施降低堵塞的风险 格栅 阻止过大的物体进入排泥管线 专门的冲刷系统 开挖舱和吸浆管 较大的管道直径 另外 通过气垫调节可以针对进泥 排泥管的泄漏 堵塞安全地采取相应的 行动 排泥管排泥管 如果发生排泥管 泵的泄漏 堵塞 要求停止泥水回路 关闭阀 在关闭阀的 过程中 气垫舱将作为过剩的膨润土的临时存储罐 膨润土进入气垫舱而不 会对开挖面的调节带来任何影响 进泥管进泥管 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 002 TBM 总体方案第 17 页 如果发生进泥管 泵的泄漏 堵塞 在使用压缩空气关闭泥水回路的阀门的短 暂时间内 调节气垫将代替新鲜膨润土 这样就保证了在此紧急状况下对隧 道掌子面的支撑 泥水加压平衡盾构机技术作为隧道开挖操作原理是最安全 的 它不会带来任何副作用 泥浆管的冲刷 逆向冲刷模式 泥浆管的冲刷 逆向冲刷模式 在盾体区域集成的一个旁通装置对盾构机上的泥浆管进行冲刷 反向冲刷模 式 以除去可能的堵塞 2 4 22 4 2减少前闸门区域多种堵塞的危险减少前闸门区域多种堵塞的危险 使用了先进的技术来保证开挖物料到吸浆管的良好流动 例如 底部区域的专门几何形状及 90o圆角渐变 碎石机区域的强烈的冲刷 可调的膨润土喷嘴 如果前闸门区域发生严重的堵塞 渣土沉淀 将使用气垫调节舱和开挖舱之 间的连接管路以保证对开挖面的调节 该连接管路只有在前闸门关闭时才关 闭 其它时候都处于开放状态 2 4 32 4 3障碍物的去除障碍物的去除 对于岩石破碎机不能处理的障碍物要由人员进入开挖舱去除 气闸系统将给在压缩空气下进行的操作提供一个安全的环境 压力舱板上安 装了必要的接口以给工具提供动力 一旦障碍物移开并且尺寸减小就可以通 过气闸系统运出或由岩石破碎机进行处理 请参见图纸 A 1954 87 和图纸 A 1954 78 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 003 盾构机技术参数表第 18 页 3 3 技术参数表技术参数表 盾构机技术参数表 设计依据 设计依据 隧道参数 隧道长度 2 x 4 250m 隧道内径 7 900mm 隧道外径 8 700mm 管片宽度 1 600mm 管片重量最大 6 5 吨 管片数量 4A 2B 1K 搭接长度为 2 3 管片长度 主部件名称主部件名称细目部件名称细目部件名称参参 数数 盾构类型泥水加压平衡式 主机长 10 97m 综述 盾构及后配套总重 1166t 开挖直径9 000mm 新滚刀 9 030mm 类型中间支撑 闭式 旋转接头1 个 用于膨润土 液压管 电气线路 中心冲刷装置1 个 200m h 开口率35 先行刀27 把 与刮刀高度差为 30mm 齿刀6 把 与刮刀高度差为 30mm 刮刀76 把 多个钨质嵌刃 铲刀16 把 仿形刀1 把 带软土刀具 滚刀2 把 双刃 17 刮刀磨损检测装置3 个 刀盘 换刀方式背装 驱动型式电动变频驱动 实现同步调速 主驱动类型中间支撑式 主轴承寿命10 000 小时 连接形式螺栓固定式 电机10 台 总功率 1 100kW 主轴承类型3 排滚柱轴承 密封形式4 道外密封 2 道内密封 外密封最大工作压力 6bar 最大扭矩 1 8 876kNm 最大扭矩 2 5 547kNm 脱困扭矩 9 467kNm 旋转速度 0 2 6rpm 刀盘驱动 旋转方向顺时针 逆时针 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 003 盾构机技术参数表第 19 页 驱动方式液压 类型颚式 安装位置调压舱 功率 30kW 碎石机 最大破碎粒径 500mm 前盾直径 钢板厚度9 000mm 不计耐磨层 80mm 中盾直径 钢板厚度 8 985mm 50mm 压缩空气调节系统2 套 其中 1 套备用 调压舱的调压精度 0 1bar 压力舱板1 个 分隔舱板1 个 碎石机冲刷头1 个 前闸门1 个 液压控制 盾尾直径 钢板厚度 8 970mm 60mm 盾尾类型固定式 钢丝刷密封数量4 道 紧急膨胀密封数量1 道 油脂管 通径 30mm3 x 10 条 注浆管 通径 50mm4 条 集成在盾尾内 注浆管 通径 30mm4 条 集成在盾尾内 注浆管 通径 10mm4 条软管 分别位于 30mm 注浆管内 盾体 包括盾尾 盾尾间隙 40mm 最大总推力 60 344kN 油缸数量 2x14 个 其中 4 个带有压力测量和内置的 行程测量系统 油缸尺寸 280 240mm 油缸行程 2 300mm 工作压力 50 350 bar 最大推进速度 60mm min 最大回缩速度 1 600mm min 行程传感器测量精度 0 5mm 压力传感器测量精度 0 1bar 推进系统 推进油缸分区数量4 区 舱室数量2 个 直径 1 600mm 容量3 2 人 1 付担架 舱门数量4 个 标准按欧洲安全标准 EN 12110 设计 工作压力 6 bar 人舱 测试压力 6 75 bar 单液系统 注浆泵数量2 套 KSP12 双活塞泵 总能力 20m h 砂浆罐容量8m 带搅拌器 同步注浆系统同步注浆系统 最大注浆压力 30 bar 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 003 盾构机技术参数表第 20 页 压力传感器数量4 个 注浆管路4 条 双液系统 A 成分泵4 x Allweiler 螺杆泵 总能力 20m h A 成分罐 8m B 成分泵4 x Allweiler 螺杆泵 总能力 6m h B 成分罐 1m B 成分罐更换设备1 台 压力传感器4 4 流量计4 4 注浆管路4 条 4 条 类型中心回转式 液压驱动 CEN 标准 类型中心回转式 液压驱动 欧洲 CEN 标准 额定起吊能力 72KN 最大起吊能力 100KN 抓取系统真空吸盘式 驱动方式液压 自由度 6 移动行程 2 300mm 可以拆装最后安装的一环管片和 前两排盾尾密封刷 旋转角度 200o 纵向移动速度 0 8m min 控制方式无线遥控 和有线遥控 用于紧急状况 控制调节方式比例阀调节 旋转速度 0 1rpm 管片拼装机 超前钻机安装位置和接 口 与选定的钻机匹配 型式真空吸盘式 额定起吊能力 72kN 最大起吊能力 100kN 行走速度 变频调速 0 40m min 提升速度 变频调速 0 10m min 管片吊机 控制方式有线控制 型式 SLS APD 精度2 秒 管片预选程序配备 盾尾间隙自动测量系统配备 纠偏程序配备 导向系统 掘进偏差警示功能配备 彩色摄像头数量2 台 监视系统 彩色显示屏数量1 个 后配套拖车数量3 节 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 003 盾构机技术参数表第 21 页 允许列车通过尺寸 宽 x 高 1 8m x 2 8m 能力 45m h 水管卷筒规格 数量DN80mm x 40m 水管长度 2 个 工业水罐1 个 5m3 冷却水系统 调节水罐1 个 1m3 容量75kw 13 8m min 8 bar 储气罐 1m 空气压缩机 噪音 68dB 盾尾油脂泵 1x 200L HBW 油脂泵 1x 60L 油脂站 主驱动润滑油脂泵 1x 200L 排污系统潜水式排污泵 一台 50m h 电机驱动 安装在管片拼装区 域 风管储存箱数量2 个 100m 风管储存能力 隧道通风 隧道里的风管直径 1 400mm 风机1 台 带消声器 盾构机上的风管直径 700mm 通风速度0 5m s 瑞典标准 SIA 196 二次通风 通风能力 90000m h 送泥流量 1 000m3 h 送泥密度 Max 1 10ton m3 送泥管直径 TBM 上 300mm 排泥流量 1 100m3 h 排泥密度 Max 1 28ton m3 排泥管直径 TBM 上 300mm 泥水舱压力传感器数量1 个 调压舱压力传感器数量1 个 泥浆管延伸装置型式伸缩式 泥水循环 泥浆管延伸装置长度可延长 8m 的泥浆管 型号 Warman 10 8 功率 400kW 数量2 台 扬程 73m 排量 1 000m3 h 送泥泵 允许通过的最大粒径 180mm 型号 Warman 10 8 功率 450kW 数量3 台 扬程 74m 排量 1 100m3 h 排泥泵 允许通过的最大粒径 180mm 初次电压10kV 10 电气系统 二次电压 400V 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 003 盾构机技术参数表第 22 页 变压器一个 2 500kVA 硅油型 系统保护等级 IP55 主轴承变频电机保护等 级 IP67 泥浆泵变频电机保护等 级 IP67 控制电压 24V 照明电压 230V 应急照明电压 24V 频率 50Hz 10KV 高压电缆规格 型号3 120 3 70 3 或者 3x95 3x50 3 刀盘主驱动 1 100kW 仿形刀 18 5kW 推进系统 90kW 管片安装机 90kW 破碎机 30kW 注浆泵 30kW 砂浆储存罐及搅拌器 9kW 真空泵 2 x 2 2KW 泥浆泵的冷却水泵 1 5kW 液压辅助系统 喷嘴 液压球阀 前闸门 55kW 多管油脂泵 0 37kW 电缆卷筒 2 2kW 水管卷筒 2x2 2kw 液压油和齿轮油过滤 泵 5 5kW 主轴承润滑 7 5kW 管片吊机 15kW 排水泵 12kW 冷却水系统 37kW 空压机 75KW 二次通风机 30kW 泥浆管铺管吊机 4 0kW 送泥泵 400kW x 2 800kW 排泥泵 450kW x 3 1 350kW 备用功率 150kW 功率 总功率 3921 37kW 3 13 1扭矩曲线扭矩曲线 扭矩曲线如下 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 003 盾构机技术参数表第 23 页 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 24 页 4 4 盾构机主机盾构机主机 4 14 1盾体盾体 盾体钢结构设计能够承受预期的水压和土压 盾体主体 前面刃口至与盾尾的连接处 为分块设计 详见附图 A 1954 85 盾体采用螺栓和销子连接 所有的法兰盘都进行了机加工以保证精度 整个法兰盘面 每对法兰盘之间均设有密封槽 钢材质量 Q345B 16MnR S355J2G3 或类似 组装螺栓等级 质量 10 9 钢材 34 Cr Ni Mo 6 或类似 该设计方便组装 不会给钢结构带来破坏 以便将来能够多次组装 分隔舱板将盾体分隔为两个舱室 前舱即开挖舱包含刀盘 其中充满了给开 挖面和后舱提供 压力平衡 的流体 后舱也包含气垫加压的流体 两个舱 室间的通道为隔板上防水性的闸门 而从盾构机内部的常压部分到压力舱室 的通道是气闸 包括人闸和紧急气闸 通过这些通道 就可以对刀盘进行维 护作业 在舱板的后部有下面的装置 一个气闸 安装主驱动的机加工法兰盘 推进油缸前部固定装置 泥浆管接头 冲刷喷嘴 水管 压缩空气管 电气 液压管 给工具供应动力如液压锤等 等连 接管 连接到刀盘区域的排水系统 关于减少工作舱渣土堆积和结块的理念 集成冲刷喷嘴的定子和转子 工作舱壁上的冲刷喷嘴 90 角圆形渐变 有利于物料流动 刀盘主驱动是用机械的方式通过法兰盘连接在压力舱板上 扭矩通过驱动单 元的螺栓直接传递到盾体上 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 25 页 4 24 2超前钻机管线超前钻机管线 从盾构机上进行钻探工作需要一些倾斜和水平的超前钻机管线 通径 100mm 装配有阀件 为了确定可否增加管线的数量 在设计阶段将进一步研究超前钻机管线的 布置情况 4 34 3推进油缸推进油缸 盾体的前进由操作分组的推进油缸来完成 每一组油缸均可独立控制压力进 行操纵 这样可避免引起管片移位或产生损坏的压力过载 在控制室里 司 机可以看到数字显示的每组油缸行程及压力 油缸的布置避开了管片接缝 所有的油缸撑靴均为球形绞接式以避免造成管片裂缝或损坏 推进油缸顶在压力舱板后部 油缸活塞杆端缸体由一个橡胶轴承支撑 这样 这些油缸从管片到压力舱板 之间就可以不受侧向力的作用 推进油缸设计为双缸 每对油缸均有独立的撑靴 所有的油缸被分成 4 组 在推进时 可以独立调节 4 组油缸的压力 总的推进速度由一个总流量控制 阀来调节 推进油缸系统设计最大推进速度为 60mm 分钟 根据计算 最大总推力约为 60 000kN 并有安全余量 4 44 4盾尾盾尾 将根据预测的水压和土压来设计盾尾的钢结构和密封系统 关于详细信息 请参阅图纸 A 1954 64 和 A 1954 65 该结构使用厚钢板来保证盾尾结构的刚度以承受工作压力 盾尾为多块焊接结构 为了便于运输及工地组装 盾尾与盾体是通过焊接 的方式连接的 注浆管和油脂管均集成在盾壳里以避免由于堵塞而带来的损 坏 处于管片拼装状态下 在盾尾内时 或 阻碍物如石块 在盾尾之外时 盾尾密封由 4 道密封钢刷和 1 道紧急密封组成 一道止浆板将会安装在盾尾尾部 可以在一定程度上阻挡注入的浆液进入盾 壳外部的空隙 防止尾盾尾部与砂浆粘结在一起 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 26 页 4 道钢刷及 1 道紧急密封图 盾尾包括 盾尾包括 4 道钢刷密封 1 道紧急密封 4 条通径 50mm 的注浆管 用于单液注浆 4 条通径 30mm 的注浆管 A 管 每条还包含一根通径 10mm 的软管 B 管 用于双液注浆 10 x3 条通径 25mm 的油脂管 进行清洁作业的维保口 一排约 270 的止浆板 紧急密封由受弹簧片保护的膨胀密封组成 当膨胀密封运作时 使用压缩空 气 气囊把弹簧片压向管片达到密封的作用 紧急密封的作用是在进行前 面密封刷的更换时可以保护管片安装区域 防止水等流到盾构机内 4 4 14 4 1盾尾润滑系统盾尾润滑系统 盾尾润滑系统的作用是不断地泵送盾尾油脂到尾尾密封刷之间形成的腔室里 在压力下 随着盾体的向前移动 油脂在密封刷和管片之间形成一层油膜 在保持压力 防止水或其它物质进入盾体的同时 也可以保证盾尾密封的寿 命 气动盾尾密封润滑油脂泵安装在后配套系统上 将油脂桶里的油脂打到密封 腔里 在盾尾区域 每一个油脂腔都有油脂注入管 在掘进期间油脂的注入是不间 断的 油脂分配阀可以通过时间和压力控制循环动作 时间可以在控制面板上通过 PLC 预先设置 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 27 页 压力优先于时间 也就是说一旦达到预先设定的压力值 即转向下一个阀运 作 不管时间是否到达 不管怎样 一旦时间到达即转向下一个阀动作 润滑系统由控制室控制 有自动和人工两种模式 如果润滑油脂罐空了 油脂泵会自动停止动作并发送一错误信息到控制室 盾尾油脂压力控制 4 4 24 4 2盾尾密封刷的寿命盾尾密封刷的寿命 影响其寿命的因素较多 高质量的盾尾刷 初装油脂的填充质量 在井下安装好盾尾密封刷 进行负环管片拼装前 一般需要在密封刷里人工填充一种特别粘稠 化学稳定性好的油脂 如 WR90 这种油脂的作用是充满密封刷钢丝之间 钢丝与钢板间的间隙 并把它们粘结在一起 这样 每一排密封刷就连成了一个整体 可以防 止水或其它杂物进入 也可以防止盾尾油脂从密封刷之间直接压入后面 的空腔里 形成浪费 能否填充完全将直接影响到密封刷的寿命和油脂 的消耗量 连续的油脂注入及油脂质量 管片衬砌质量好 衬砌表面质量 没有裂纹 管环拼装的质量好 没有错台 砂浆注射的压力应保持在预先设定的范围内 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 28 页 浆液类型的选择 注浆过程应避免损坏密封刷 对盾构机的良好操纵等 由于本项目的特点是地质复杂 水压大 掘进距离长 使用中应当提前考虑 如何进行安全 高效的尾刷更换 4 4 34 4 3盾尾注浆管盾尾注浆管 注浆管集成在盾尾钢结构里 共布置在 4 个位置 每个位置均有一个单液注 浆管道和一个双液注浆管道 参见图 A 1954 64 A 1954 65 双液注浆的 B 成分钢管内置于 A 成分管内 详见下图 为了防止 B 成分管过分偏离 A 管中心 影响混合效果 在 B 管出口部分的 外部焊有螺旋状的钢丝 在保证 B 管位置的情况下 螺旋状的钢丝还可以 改善出口处的流动状况 增强混合效果 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 29 页 注浆管的清洗 一旦注浆管堵塞 可以使用高压清洗器进行清洗 对于单液注浆管 可以在拆除注浆软管和检修窗口后 插入高压清洗头分段 清洗 高达 200 300bar 的高压水可以快速把管路清洗干净 清洗位置如 下图所示 对于双液注浆管 前面部分可以采用与单液管一样的方式清洗 后面部分必 须在打开 B 管的连接座 取出 B 管后才能清洗 如果只是 B 管清洗 只需 要更换 B 管即可 如下图所示 4 54 5气闸设备气闸设备 4 5 14 5 1人闸人闸 双舱人闸双舱人闸 一个双舱人闸与压力舱板的法兰相连 门的密封采用唇密封 人闸的形状和 尺寸与盾构的设计相适应 双舱人闸有两个部分 紧急舱和主舱 紧急舱可以用于进入主舱 通过主舱 可以进入气垫调压舱 主舱设计容纳 3 人 紧急舱可容纳 2 人 紧急舱的作用是在需要时 在降压 状态下 通过它可以进入主舱 该设计允许在压缩空气状况下进行最佳的快 速 安全的操作 请参阅图纸 A 1954 08 注浆口检修口 B 管连接座B 管 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 30 页 设备设备 人闸按照欧洲气压工作条件下的技术和工作标准 EN 12110 进行配置 人闸 包括下面的设备 进入人闸的压缩空气阀 阻尼器 压力表 时钟 温度计 椅子 照明 包括应急照明 压力记录仪 加热器 电话机 等等 测试测试 按照欧盟规范由 T V 技术控制委员会 在德国进行初步测试 水压试验 结构检测 海瑞克公司获得了中国国家质量监督检验检疫总局颁发特种设备制造许可证 可以进行气闸系统的生产 4 5 24 5 2压缩空气调节压缩空气调节 压缩空气调节器安装在盾体内 用于调节工作舱内的支撑压力以及气闸 用 于气闸操作 的空气压力 空压机 调节器 压力传感器 控制阀 PID 调节 压力传感器安装在开挖舱 随时检测压力值 压力调节器比较测得值与设定 值 然后控制进气阀修正支撑压力 压缩空气系统只调节进气 如果开挖舱 过压 则通过卸压阀卸压 调压系统精度为 0 1bar 0 01Mpa 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 31 页 精确的工作面支撑压力调节是通过操作员控制泥浆循环系统的进 出量及 Samson 调压系统来实现的 Samson 系统包括两个压力调节阀 一个升压 另一个减压 同时 安装有两套调节系统 一套是工作系统 另一套是备用系统 一旦工 作系统出现故障 备用系统马上可以启用 压缩空气调节系统是全气动操作装置 如下图所示 红色表示为工作线路 蓝色表示为备用线路 1 为调压气垫 3 为调压器 2 为压力采集单元 4 为气动控制进气阀门 5 为气动控制排气阀门 调压舱的压力通过 2 由 1 处获得 然后传递到 3 3 把获得的压力与设定的 压力进行对比 如果采集的压力小于设定的压力 则通过 3 进气阀门 4 打 开 对 1 进行加压 否则打开排气阀 5 进行排气 所以 1 内的压力始终是 在设定的压力值上下波动 4 64 6碎石机碎石机 安装在吸入格栅前 分隔舱板之后 液压驱动颚式破碎机能够使用人工和自 动模式进行操作 其能够破碎的岩石粒径可达到 500mm 在工厂验收的过程 中 将使用花岗岩对碎石机进行一个破碎试验 参见图 A 1954 09 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 32 页 4 74 7出口格栅出口格栅 重载型格栅安装在搅拌器后面 泥浆管入口前面 格栅开口约为 160mm x 160mm 其前部焊有耐磨材料 格栅可以限制大粒径物料进入到泥浆循环系统 4 84 8前闸门前闸门 前闸门位于隔离舱板的底部 当其关闭时 用于分离两室 开挖舱和工作舱 开口的尺寸与岩石破碎机可以操作的最大粒径相符 前闸门是用液压驱动的 可以保证在工作舱里安全地进行检查和维修工作 例如 隔拦栅 碎石机 沉淀物 图纸 A 1954 10 显示了前闸门的操作 关门的一般程序如下 记录气压和泥水高度以供参考 在工作舱里降低膨润土高度至刚刚到门的 最上方 人工清洗闸门滑轮和闸门密封表面的破损和残骸 打开固定螺栓 使用液 压油缸开关闸门 然后使用固定螺栓将闸门固定 将压缩空气充入闸门密封 由 Samson 控制装置及膨润土支撑工作面 目测检查密封是否紧密 降低封闭部分压力以允许在大气中继续工作 完成工作时的泥水高度和气压应该调回到先前的平衡值 关闭从膨润土罐向工作面输送膨润土的管路 将闸门密封放气 之后 闸门将用液压油缸打开 并手动 使用固定螺栓 固定在打开位置 膨润土液面高度增加以准备再次掘进 为保证在闸门关闭时稳定的工作面调节 需要保压膨润土箱 以控制在开挖 舱中的泥水压力 膨润土保压箱与一个独立的 Samson 空气调节装置连接 4 94 9刀盘刀盘 4 9 14 9 1设计设计 为了满足穿黄隧道工程的要求 设计了如图 A 1954 73 所示的专门的刀盘 这一刀盘具有下列主要特征 软土型刀盘 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 33 页 双向旋转 左 右 重载型刀盘传力架设计 开挖舱 工作舱内设有行走梯和平台 特殊设计的刀具用来增长刀具使用寿命 适应该工程的要求 由于硬质粘土范围距离隧道轴线只有数米 所以设计了边缘滚刀数 以 开挖隧道底部的硬质粘土 特殊的先行刮刀 齿刀可以预先进行开挖以降低对刮刀的直接磨损 从刀盘后部进行更换刀具 锥形区域大的中心冲刷系统将碴土冲入开挖舱 特殊几何形状的渣土溜槽利于渣土流入开挖舱 外缘钢结构特殊耐磨保护 特殊的刀具搭接来减少对刮刀侧面的磨损 延长其使用寿命 大渣土开口利于开挖渣土向开挖舱的流动 总开口率 35 4 9 24 9 2刀盘结构刀盘结构 刀盘总体设计 闭式刀盘可以提供对工作面的机械支撑 基本设计为 4 个主要刀盘辐臂及 4 个辅助幅臂 16 个渣土开口 4 9 34 9 3钢结构钢结构 刀盘将采用通过质量检验的合格的 S355J2G3 Q345 16MnR 材料制作 辐臂设计为定制的箱体焊接而成 包括 刚度满足本项目要求 90 角渐变以防止渣土堆积 4 9 44 9 4刀具刀具 穿黄隧道工程的地质条件要求采用特殊手段来延长刀具的使用寿命 刮刀刮刀 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 34 页 刮刀是专门制作的 特点如下 大尺寸刀具 减少开挖时粉末状渣土的产生 并减少堵塞的危险 开挖强度高达 25Mpa 可以开挖始发竖井和中间竖井的混凝土凝 固块 处理带有砾石土壤的地质状况 高度耐磨的钢体 耐磨保护 刀具钢体上集成了金属硬覆层可以防止钢体受到渣土的冲刷 带有耐磨堆焊的刀具支座减少二次磨损 高效碳质多刃布置以耐受高度磨损并延长使用寿命 因为即使一个嵌刃 磨损了 下一个仍可以进行切削 刀具数量随直径的增大而增加 旋转速度随直径增加而增加 刀具的磨 损是均匀的 铲刀铲刀 采用铲刀用于软土 砾石质土壤开挖基于如下原因 清理外围开挖的渣土 保证开挖直径的精度 防止刀盘外缘的直接磨损 铲刀设计包括 高质量碳化刀刃 多位螺栓紧固使刀盘受力均匀 高耐磨刀身 后部和前部的耐磨钉防止刀身的磨损 其它部位均有耐磨材料堆焊 刀具的支撑集成在刀盘钢结构里以靠近固定螺栓 滚刀滚刀 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 35 页 在刀盘外缘区域集成了滚刀以保证对凝结块的顺利开挖 从而减少对铲刀的 意外损害 滚刀的设计包括 17 双刃滚刀 刀刃由高质量的钢制成 并有堆焊材料保护 高质量刀座 专门的密封设计和油脂适应高工作压力 齿刀齿刀 在外围部分 将在刮刀前面安装齿刀 齿刀的作用是松动刮刀前面的土壤从 而降低对刮刀的直接磨损 齿刀设计包括 高质量的碳化刀刃 2 个旋转方向进行切割 堆焊耐磨保护 通过外壳开口把渣土运输道开挖舱的可能性 从刀盘后部进行更换 如果需要可与滚刀进行更换 相同的刀座 先行刮刀先行刮刀 在正面区域 在刮刀前安装先行刮刀 先行刮刀的作用是松动刮刀前的土壤 从而降低对刮刀的直接磨损 先行刮刀设计包括 高质量的碳化刀刃 成对布置 2 个旋转方向进行切割 堆焊耐磨保护 耐磨保护块 仿形刀仿形刀 配备了 1 把可伸长仿形刀 刀具的伸缩以及工作角度的设定和控制直接在控 制室内通过程序进行 最大的伸出行程需要在开挖前用机械的方式设定 南水北调中线一期穿黄工程泥水加压平衡盾构设备采购合同 技术文件 No A 1954 004 盾构机主机第 36 页 材料溜槽材料溜槽 除了上面所述的保护措施外 刀盘上还专门设计了溜槽以帮助渣土的流动 这样可以有效地减少磨损和疲劳 溜槽的设计大体上是逐步向刀盘后部倾斜 以减轻渣土附着在槽上的倾向 用于刀盘用于刀盘低速低速旋转时的点动控制器旋转时的点动控制器 旋转刀盘来进行刀具更换需要一个点动控制面板 通过该控制面板在人闸内 来进行人工操作使刀盘低速旋转 这时 控制室内不能操作刀盘 4 9 54 9 5钢结构的耐磨保护钢结构的