铁建重工盾构机生产车间实习参观报告

1、铁建重工盾构机生产车间实习 参观报告中南大学资源与安全工程学院城市地下空间工程生产实习报告第5页铁建重工盾构机生产车间参观时间：2015年7月22日星期三阴转晴地点：中国铁建重工集团有限公司现场指导：刘工 作为城地专业的在校本科生，地下隧道的开挖也可能是我们将来工作的一个方 面，而在科技高度发达的今天，运用人工进行地下隧道的开挖，已经是一个不 现实的事情，盾构机的兴起正好解决了这一问题。所以对于我们而言，认识、 了解、接触盾构机是一个必要的学习过程。因此我们今天的实习地点就是中国 铁建重工集团有限公司，这是一家集高端装备研究、设计、制造、服务于一体 的专业化集团，而盾构机就是铁建重工所设计、生

2、产众多工程设备中的一种。 关于盾构机，我只从书本和音像资料中看到过，所以带着对该盾构机的种种好 奇，我们来到了中国铁建重工集团有限公司。在集团大门前，我们认识了这次负责领队的刘工，刘工康这次参观的安排 简单告诉了我们，分为两个部分，一是铁建重工的企业介绍，二是对盾构机生 产车间的实地参观。在刘工的带领下我们进入了铁建重工集团的内部。（一）中国铁建重工集团有限公司简介我们在刘工的带 领下来了一个二楼的 会议厅，在这里柳工将 为我们进行铁建重工 的企业介绍，之后在进 行生产车间的参观。中国铁建重工集 团有限公司（简称铁建 重工）隶属于世界500强排名79位的中国铁图X铁建重工建股份有限公司，是集高

3、端装备研究、设计、制造、服务于一体的专业化集团， 拥有盾构/TBM行业首个国家认定企业技术中心和国内首个地下工程装备技术研 究中心，是国家火炬计划重点高新技术企业，2013年中国工程机械30强排名第 17位，在湖南、四川和甘肃等地建立了多个研究制造基地。铁建重工瞄准“世界一流、国内争先”的目标，坚持“自主创新，科研兴 企”战略，实施“原始创新、集成创新、协同创新、持续创新”模式，坚持“科 技创新时空，服务引领未来”的理念，走创新型、服务型和哑铃型道路，积极 发挥建筑施工行业优势，充分利用中国铁建长期积累的施工技术与施工经验， 通过“原始创新、集成创新、协同创新和持续创新”的自主创新模式，加强“

4、产、学、研、用”的结合，掌握了多项具有世界领先水平和自主知识产权的核心技 术，打造了以盾构机/TB M为核心的特种地下工程装备、轨道系统装备和高端服 务业务的产业格局，承担国家科技计划 10余项，拥有产业核心专利技术 200多 项。铁建重工拥有国内生产能力最大、设备最全、工艺最先进的盾构/TBM专业生产线，自主研制的高端盾构广泛应用在国家重点工程，其优良的性能、复杂 地质条件的适应性和高可靠性，得到了用户的广泛认可，2013年国内盾构市场占有率比第一；世界首创研发的斜井双模式全断面掘进机改变了传统的煤矿矿 井建设模式，推动施工方式升级换代；自主研制的具有世界领先水平的矿山法 隧道机械服务于我国

5、高铁施工现场；自主研发的预切槽隧道施工成套设备，全 面提升了传统隧道施工技术；拥有世界上最先进的道岔、弹条扣件、闸瓦生产 线，其产品广泛使用在京沪、武广、沪杭等高速铁路，同时，还出口到美国、 加拿大、韩国、澳大利亚等国家，打造了中国隧道施工和轨道交通行业最具有 影响力的自主品牌。（二）铁建重工企业产品在刘工的介绍后，我们初步了解了铁建重工已经打造了以盾构机/TBM为核心的特种地下工程装备、轨道系统装备和高端服务业务的产业格局。而除了一 盾构机为代表的掘进机这一大类工程装备，铁建重工还包括了道岔产品系列、 弹条扣件和闸瓦系列、电气化制品系列组成的轨道设备和HZS系列混凝土搅拌站、HPS系列混凝土

6、喷射台车、ZJM4200掘锚机、LSJ系列连续墙、预切槽设备 组成的特种装备。而我们这次参观的生产车间是用来生产盾构机的。盾构机于1847年发明，它是一种带有护罩的专用设备。利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进， 用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。盾构机掘进的出 碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。水力盾构在工作面处有一个注满膨 润土液的密封室。澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出 土体的介质。盾构机既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾 构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水 压和地层压力的。它包括三部分：前部

7、的切口环、中部的支撑环以及后部的盾 尾。大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形 式。虽说盾构机所有成产品的统称，但是铁建重工最大的生产特点是定制化、 个性化，所有全场所有生产的工程装备没有两个是完全一样的。而再细分盾构 机的种类，又多出许多小类，包含了土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机、硬岩 隧道掘进机（TBM、双模式隧道掘进机四大种类。1. ZTE系列土压平衡盾构机ZTE系列土压平衡盾构是国家863计划重大专项和国务院16项重大技术装 备之一，是中国铁建重工集团有限公司研发最早、出厂设备最多的隧道掘进机 类型。铁建重工依托于在国内外隧道施工领域丰富的经验总结、在掘进机研

8、发制造领 域先进的系统集成和制造技术、国家大直径隧道掘进机相关科技支撑项目、湖 南省发展重型装备的科技支撑项目，经多年研发和积累，已全面掌握了土压平 衡盾构机的设计、制造和应用技术。（1）主要特点： 快速：集隧道开挖、出渣、管片衬砌支护于一体，连续快速掘进，施工 效率咼，最咼日进尺30m 优质：管片衬砌支护和施工同步注浆同时完成，隧道成型质量高。 高效：施工速度快，工期短，超挖量小，施工用人少，降低劳动强度， 降低了材料消耗。 安全：改善了劳动条件，有效的防护确保隧道施工安全，事故大大减少。 环保：施工现场环境污染小，有利于环境、生态保护。 自动化、信息化程度高，采用计算机控制、传感器、激光导

9、向、测量、 超前地质探测、通讯技术，具有施工数据采集，姿态管理，施工数据实时远传， 实现信息化施工，自动化程度高。(2)具体生产机型 常规直径土压平衡盾构机该直径范围是国内城市地铁隧道施工的主流机型，也是铁建重工产量最大的机型，开挖直径5m 8m。图X常规直径土压平衡盾构机示意图 大直径土压平衡盾构机大直径土压平衡盾构主要用于多车道施工的大直径隧道施工，开挖直径一 般为8m以上。名称参数开挖直径9330mm整机长度118m最小转弯半径300m驱动方式液动交接形式被动交接总功率3900kW图X大直径土压平衡盾构机示 意图表X ZTE9300大直径土压平衡盾构参数表 小直径土压平衡盾构机该机型为铁

10、建重工针对小型隧道的非开挖施工研发的一系列小型土压平衡 盾构机，适用于小直径隧道、涵洞和大口径管道的非开挖施工，开挖直径可在 3va- 5m之间。名称参数开挖直径3650mm整机长度65m最小转弯半径100m驱动方式液动交接形式主动/被动交接总功率785kW图X小直径土压平衡盾构机示意图2. ZTS系列泥水平衡盾构机ZTS系列泥水平衡盾构是国家863计划重大专项和国务院16项重大技术装 备之一，是中国铁建重工集团有限公司在成熟的土压平衡盾构机研发、制造和 应用技术基础上为满足国内外城市地铁隧道、引水隧道、城市地下管路共同沟、 水利水电隧道建设需求而自主开发的盾构机类型。铁建重工依托于在国内外隧

11、道施工领域丰富的经验总结、在掘进机研发制造领 域先进的系统集成和制造技术、国家大直径隧道掘进机相关科技支撑项目、湖 南省发展重型装备的科技支撑项目，经多年研发和积累，已全面掌握了泥水平 衡盾构机的设计、制造和应用技术。(1)主要特点： 快速：集隧道开挖、出渣、管片衬砌支护于一体，连续快速掘进，施工 效率咼，最咼日进尺33m 优质：采用泥水加压来平衡刀盘切削面，能使开挖面保持稳定，具有对 地层扰动小和沉降小。 高效：施工速度快，工期短，超挖量小，施工用人少，降低劳动强度， 降低了材料消耗中南大学资源与安全工程学院城市地下空间工程生产实习报告 安全：改善了劳动条件，有效的防护确保隧道施工安全，事故

12、大大减少。 环保：施工现场环境污染小，有利于环境、生态保护。 自动化、信息化程度高，采用计算机控制、传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术，具有施工数据采集，TBM姿态管理，施工数据实时远传，实现信息化施工，自动化程度高。（2）具体生产机型 常规直径泥水平衡盾构机该直径范围是国内城市地铁隧道施工的主流机型之一，广泛应用于城市地 铁、公路、引水隧洞等施工，掘进效率高、安全可靠。开挖直径一般为5n 8n。图X常规直径泥水平衡盾构机示意图 大直径泥水平衡盾构机大直径泥水平衡盾构主要用于公路、铁路和引水隧道施工，开挖直径8m-11m。铁建重工已突破高水压、大直径泥水平衡盾构设计制造关键技术，该

13、型产 品集成了刀盘刀具适应性设计、隧道开挖面稳定、高效岩石破碎、长距离管道 快速输送与处理、大吨位管片物料快速倒运、高水压环境主驱动密封、刀盘刀 具常压更换等技术成果，可有效解决泥水平衡盾构机在掘进过程中出现的问题， 极大地减少了整机故障率，提高了掘进速度确保施工安全性。名称参数开挖直径9030mm整机长度128m最小转弯半径1350m驱动方式电驱总功率约 4000kW第7页中南大学资源与安全工程学院城市地下空间工程生产实习报告名称参数开挖直径12020mm整机长度76m最小转弯半径600m图驱动方式径泥水总功率1平衡盾构驱约 5600kW超大直径泥水平衡盾构机表 X ZTS :丿图X超大直径

14、泥水平衡盾构机名称参数开挖直径14990mm整机长度134m最小转弯半径1000m驱动方式电驱总功率约 7760kW表X ZTS超大直径12m级泥水平衡盾构参数表表X ZTS大直径15m级泥水平衡盾构参数表3. ZTT系列硬岩隧道掘进机（TBM）敞开式TBM主要适用于围岩较完整、整体性好、有较好自稳性的岩，如遇 局部不稳定围岩，可由掘进机自带的辅助设备如钢拱架拼装器、锚杆钻机、喷 射混凝土等进行衬砌支护，保证洞壁的稳定。当遇到局部软岩及破碎带，需使 用由设备附带的超前钻机及注浆设备进行超前加固，待围岩强度满足自稳要求 后再掘进。掘进过程可直接的观测到洞壁岩性的变化，有利于地质图描绘。单护盾硬岩

15、掘进机主要适用于围岩较破碎、抗压强度低、自稳性差的岩石 地质。其推进原理类似于盾构机，通过推进油缸顶紧在已拼装好的预制管片或 钢圈梁上步进前进。双护盾硬岩掘进机是一种具有较广的地质适应性的岩石地质掘进机，既适 用于稳定性良好的硬岩地层，又适用于稳定性差的软岩地层。(1)主要特点： 快速：集隧道开挖、出渣、管片衬砌支护、物料运输于一体，连续快速 掘进，施工效率高，最高日进尺 1100m 优质：采用滚刀进行破岩，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁 完整光滑。 高效：施工速度快，工期短，超挖量小，施工用人少，降低劳动强度， 降低了材料消耗。 安全：改善了劳动强度，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡

16、，事故大 大减少。 环保：施工现场环境污染小，减少了长达隧道的辅助坑数量，有利于环 境、生态保护。 自动化、信息化程度高，采用计算机控制、传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术，具有施工数据采集，TBM姿态管理，施工数据实时远传，实现信息化施工，自动化程度高。(2)具体生产机型 敞开式TBM敞开式TBM主要适用于围岩较完整、整体性好、有较好自稳性的岩，如遇 局部不稳定围岩，可由掘进机自带的辅助设备如钢拱架拼装器、锚杆钻机、喷 射混凝土等进行衬砌支护，保证洞壁的稳定。当遇到局部软岩及破碎带，需使 用由设备附带的超前钻机及注浆设备进行超前加固，待围岩强度满足自稳要求 后再掘进。掘进过程可直

17、接的观测到洞壁岩性的变化，有利于地质图描绘。整机长度m约190整机重量t约 1500最小转弯半 径m500适应的最大 坡度上坡2°、下 坡2°换布时间minV 5掘进行程mm1800刀盘重量t约 160t开挖直径mm7930mm最大扩挖量mm单边50mm装机功率kW5000kW表X 8m级敞开式TBM参数表 第9页油缸顶紧在已拼装好的预制管片或钢 圈梁上步进前进。单护盾TBM单护盾硬岩掘进机主要适用于围岩 较破碎、抗压强度低、自稳性差的岩石地 质。其推进原理类似于盾构机，通过推进图X单护盾TBM分项目名称单位设备型号ZTE7565斜井长度约2745m, 5°下坡盾

18、体长度9300mm最小转弯半径500m最小竖曲线半径600m1000m 52下坡设计坡度120%。T7舟井绘古怒70 AmmL 亠.”/-r-t 、/. r、 r-r*.-一. 丿、1转护7m级单护盾0»m装机功率3314.57kW双护盾TBM双护盾硬岩掘进机是一种具有较广的地质适应性的岩石地质掘进机，既适 用于稳定性良好的硬岩地层，又适用于稳定性差的软岩地层。严仲予二_豐1竺兰倨nutncwt ” ” ” 二”r! a,L i a亠 t - = I wwaai, A |1炳 t m冲列l曙勒奶血WrtTJbpl H丽wry Lfe"c啊才晦2 下6甘 14击購申 Kiru

19、ygrTunfiiflg/c卫航显刼址TBII图X双护盾TBM示意图细目部件名称单位主机长10.5m整机长度145m最小转弯半径500m刀盘分块数量3块开挖直径6540mm换刀方式背装式总功率2860kWTI I 住舷 1 Tr 14表X 6m级双护盾TBM参数表这种结合的两种作业模式均使 用封闭压力系统，对掌子面提供支 撑，其主要区别在于支撑介质的构成 和特性、渣土清运方式以及开挖仓的 设计。对于直径超过9米的大型掘进 机，可以在开挖仓的仰拱部分同时安 装螺旋输送机和泥水环路。但对于小 直径机型则不可行，也就是说，变更 掘进作业模式需要花费时间，并且会产生费用。如果需在泥水环路的入口 格栅前

20、加装碎石机，则花费的时间和开 支将会更多。因此，只有在具体项目值名称单位开元模式土压平衡/泥水平 衡模式开挖直径6280mm整机长度105m最小转弯半径250m驱动方式液驱铰接形式被动交接总功率1500kW表X 土压平衡/泥水平衡参数表中南大学资源与安全工程学院4. ZT系列双模式隧道掘进机铁建重工依托于在国内外隧道施工领域丰富的经验总结、在掘进机研发制 造领域先进的系统集成技术、国家 863大直径隧道掘进机科技项目和湖南省科 技支持项目，全面掌握了双模式隧道掘进机的设计、制造和应用技术。根据不同的地质条件，铁建重工专业的研发团队能提供最具地质适应性、使用 经济性和可靠性的设计方案，并能及时提

21、供优质的售后服务和技术咨询。 土压平衡/泥水平衡双模式隧道掘进机得花费如此巨大的工夫时，才会采用土压平衡式和泥水平衡式的结合机型 土压平衡/TBM双模式隧道掘进 机土压平衡式盾构机的螺旋输送机安装在仰供部位，它可执行常规的封闭式土压平衡作业，也可执行敞开式作业。开挖仓和螺旋输送机不是全部充满，这种情况下，在掌子面不会形成支撑压力，而螺旋输送机仅用于清运渣土。作为备用方案，可在机器中心安装一条附带可收缩式集渣环的皮带输送机。这种方案要求在刀盘设置额 外的转换机构，而螺旋输送机在敞开式作业模式下要部分收缩。土压平衡式 和敞开式的结合机型可以设计为模块|图X 土压平衡/TBM双模式隧道掘进机第11页

22、中南大学资源与安全工程学院城市地下空间工程生产实习报告化基本结构，也可以设计为螺旋输送机和中心皮带输送机并用的机型。（三）盾构法施工盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中 推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开 挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部 加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。1. 盾构法施工的基本条件在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即： 线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井； 隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于 6m

23、且不小于盾构直径； 相对均质的地质条件； 如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m； 从经济角度讲，连续的施工长度不小于 300m2. 盾构法施工特点（1）优点： 安全开挖和衬砌，掘进速度快； 盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强 度低。 不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施； 穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工 中没有噪音和扰动； 在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优 越性。（2）缺点： 断面尺寸多变的区段适应能力

24、差； 新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。 工人的工作环境较差。3. 盾构法施工步骤盾构施工方法由以下几个步骤组成：在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固； 将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶； 用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道； 将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以 采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。盾构法施工中，其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌，也可采用挤 压混凝土圆形衬砌，必要时可再浇筑一层内衬砌，形成防水功能好的圆形双层衬砌。lOrf毗"毗 5盾 构 法 施 工 概 貌4. 盾构法施工工

25、序采用盾构法施工时，首先要在隧道的始端和终端开挖基坑或建造竖井，用作盾构及其设备的拼装井（室）和拆卸井（室），特别长的隧道，还应设置中间 检修工作井（室）。拼装和拆卸用的工作井，其建筑尺寸应根据盾构装拆的施m骨炳郴殲进睜堆门工要求来确定。拼装井 的井壁上设有盾构出洞 口，井内设有盾构基座 和盾构推进的后座。井 的宽度一般应比盾构直 径大1.62.0米，以满 足铆、焊等操作的要求。 当采用整体吊装的小盾 构时，则井宽可酌量减 小。井的长度，除了满 足盾构内安装设备的要图X扩径盾构法求外，还要考虑盾构推进出洞时，拆除洞 封板和在盾构后面设置后座，以及垂直运输所需的空间。中、小型盾构的拼装井长度，还

26、要照顾设备车 架转换的方便。盾构在拼装井内拼装就绪，经运转调试后，就可拆除出洞口封 板，盾构推出工作井后即开始隧道掘进施工 (图X)o盾构拆卸井设有盾构进口, 井的大小要便于盾构的起吊和拆卸。其他施工主要有土层开挖、盾构推进操纵与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压注 等。这些工序均应及时而迅速地进行，决不能长时间停顿，以免增加地层的扰 动和对地面、地下构筑物的影响。(1) 土层开挖在盾构开挖土层的过程中，为了安全并减少对地层的扰动，一般先将盾构 前面的切口贯入土体，然后在切口内进行土层开挖，开挖方式有： 敞开式开挖。适用于地质条件较好、掘进时能保持开挖面稳定的地层。 由顶部开始逐层向下开挖，可按每环衬

27、砌的宽度分数次完成。 机械切削式开挖。用装有全断面切削大刀盘的机械化盾构开挖土层。大 刀盘可分为刀架间无封板的和有封板的两种，分别在土质较好的和较差的条件 下使用。在含水不稳定的地层中，可采用泥水加压盾构和土压平衡式盾构进行 开挖。 挤压式开挖。使用挤压式盾构的开挖方式，又有全挤压和局部挤压之分。 前者由于掘进时不出土或部分出土 ，对地层有较大的扰动，使地表隆起变形，因 此隧道位置应尽量避开地下管线和地面建筑物。此种盾构不适用于城市道路和 街坊下的施工，仅能用于江河、湖底或郊外空旷地区。用局部挤压方式施工时 要根据地表变形情况，严格控制出土量，务使地层的扰动和地表的变形减少到最 低限度。 网格

28、式开挖。使用网格式盾构开挖时，要掌握网格的开孔面积。格子过 大会丧失支撑作用，过小会产生对地层的挤压扰动等不利影响。在饱和含水的 软塑土层中，这种掘进方式具有出土效率高、劳动强度低、安全性好等优点。(2) 推进操纵与纠偏推进过程中，主要采取编组调整千斤顶的推力、调整开挖面压力以及控制 盾构推进的纵坡等方法，来操纵盾构位置和顶进方向。一般按照测量结果提供 的偏离设计轴线的高程和平面位置值，确定下一次推进时须有若干千斤顶开动 及推力的大小，用以纠正方向。此外，调整的方法也随盾构开挖方式有所不同： 如敞开式盾构，可用超挖或欠挖来调整；机械切削开挖，可用超挖刀进行局部 超挖来纠正；挤压式开挖，可用改变进土孔位置和开孔率来调整。(3) 衬砌拼装常用液压传动的拼装机进行衬砌(管片或砌块)拼装。拼装方法根据结构 受力要求，可分为通缝拼装和错缝拼装。通缝拼装是使管片的纵缝环环对齐，第15页中南大学资源与安全工程学院城市地下空间工程生产实习报告拼装较为方便，容易定位，衬砌圆环的施工应力较小，但其