盾构机选型设计生产协同制造规范（征求意见稿）

1T/HNMES23-2023盾构机选型设计生产协同制造规范本文件规定了盾构机选型、关键部件选型、主要技术参数设计、生产制造与组装、运输。本文件适用于圆形断面盾构机。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T3766液压传动系统及其元件的通用规则和安全要求GB/T5000.3重型机械通用技术条件第10部分：装配GB/T5226.1机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件GB6067-85起重机械安全规程GB6388运输包装收发货标志GB/T10205液压缸GB/T10595带式输送机GB/T13306标牌GB/T34650-2017全断面隧道掘进机盾构机安全要求GB/T34651-2017全断面隧道掘进机土压平衡盾构机GB/T35019-2018全断面隧道掘进机泥水平衡盾构机GB50150电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范GB50150电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB50825-85起重吊运指挥信号JB/T11861-2014盾构机切削刀具JISA8201-1993盾构机规范的标准格式CJ/T284-2008φ5.5m~φ7m土压平衡式盾构机(软土)3术语和定义3.1土压平衡盾构机earthpressurebalanceshieldmachine以渣土为主要介质平衡隧道开挖面地层压力、通过螺旋输送机出渣的盾构机。[来源：GB/T34354-2017，定义2.8]3.2泥水平衡盾构机slurryshieldmachine以泥浆为主要介质平衡隧道开挖面地层压力、通过泥浆输送机出渣的盾构机。[来源：GB/T34354-2017，定义2.8]3.3开挖直径excavationdiameter2T/HNMES23-2023刀盘旋转一周，最外端新刀（不包括超挖刀）刀刃形成的轨迹直径。3.4装机功率installedpower整机用电设备额定功率的总和，不包括后配套台车以外的设备功率。3.5最大工作扭矩maximumworkingtorque刀盘在工作转速范围内，主驱动单元可输出的可持续工作的最大扭矩。3.6脱困扭矩breakingouttorque刀盘在负载作用下无法转动时，主驱动单元所能够短时输出的最大扭矩。3.7螺旋输送机screwconveyo采用螺旋叶片将渣土从土仓向后方输送的装置。3.8带式输送机beltconveyorsystem利用摩擦驱动以连续方式运输渣土的带式输送机，由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置、传动装置等组成。3.9泥浆循环系统maximumworkingtorque用于泥水平衡盾构机，为泥水仓输送泥浆并通过管路排出渣土，参与开挖面压力平衡控制的系统，主要由泵、阀、传感器、管道及延伸装置等组成。[来源：GB/T34354-2017，定义2.81]4选型4.1选型界限4.1.1应满足隧道支护要求。4.1.2应满足本工程隧道施工长度和线路走向要求。4.1.3配套设备应与盾构机的开挖能力配套。4.2选型原则4.2.1应满足施工安全要求，宜对工程地质、水文地质有较强的适应性。4.2.2在安全可靠的情况下，应统一考虑技术先进性和经济的合理性。4.2.3应满足隧道外径、长度、埋深、施工场地、周围环境等条件。4.2.4应满足安全、质量、工期、造价及环保要求。4.2.5后配套设备能力应与设备掘进主参数匹配，应具有施工安全、结构简单、布置合理和易于维护保养的特点。4.3选型依据4.3.1隧道的工程建设要求、水文地质条件。4.3.2隧道长度、隧道平纵断面及横断面形状和尺寸等设计参数。4.3.3隧道总体条件，包括地上及地下建构筑物分布，地下管线埋深及分布，沿线河流、湖泊、海洋的分布，沿线交通情况、施工场地条件，气候条件，水电供应情况等。3T/HNMES23-20234.3.4隧道施工工程筹划及节点工期要求。4,4选型步骤4.4.1应在隧道建设要求、工程地质、工期、经济性等基础上确定盾构机类型。4.4.2应根据功能需求，对盾构主要功能部件进行详细选型设计并确定主要技术参数。4.4.3应根据盾构掘进主参数匹配配套设备。4.5设备选型及配置4.5.1根据地层的渗透系数选型a）当地层的渗透系数小于10-7m/s时，可选用土压平衡盾构。b）当地层的渗透系数在10-7m/s-10-4m/s之间时，可选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构。c)当地层的透水系数大于10-4m/s时，宜选用泥水平衡盾构机。d）根据地层渗透系数与盾构类型的关系，若地层以各种级配富水的砂层、砂砾层为主时，宜选用泥水盾构；其他地层宜选用土压平衡盾构，如图1所示。4.5.2根据地层的颗粒级配选型a）黏土、淤泥质土区，宜选用土压平衡盾构机。b）粗砂、细砂区，可适用泥水平衡盾构机，也可经土质改良后选用土压平衡盾构机。c）当岩土中的粉粒和黏粒的总量达到40%以上时，宜选用土压平衡式盾构机。4.5.3根据地下水压选型a）当水压小于0.3MPa时，宜选用土压平衡盾构机。b）当水压大于0.3MPa时，宜选用泥水平衡盾构机。4.5.4土压平衡盾构机配置4T/HNMES23-2023土压平衡盾构机主要由刀盘、主驱动单元、盾体、人舱、管片拼装机、螺旋输送机、带式输送机等部件组成；可根据应用情况选择配置制冷系统、避险舱等部件。4.5.6泥水平衡盾构机配置泥水平衡盾构机主要由刀盘、主驱动单元、盾体、管片拼装机、泥水循环系统等部件组成；可根据应用环境选择配置制冷系统、避险舱等部件。5关键部件选型5.1刀盘结构形式选型包含面板式和辐条式，应根据施工条件和土质条件等因素决定。a）在淤泥质粘土、粉质粘土、粉土、新老黄土、粘土、细中粗砂层、圆砾及小卵石层可选用辐条式刀盘。b）在土体较破碎的风化岩地层，或粒径较大的卵砾石地层，及其他需要对刀盘开口尺寸进行限制的地层，可选用面板式刀盘。5.2刀具类型选型当前刀具按切削性质分为滚动类刀具和切削类刀具。5.2.1滚动类刀具分为齿形滚刀和盘形滚刀。软岩宜采用齿形滚刀；风化的砂岩、泥岩及较硬岩宜采用盘形滚刀。5.2.2切削类刀具a）切刀：可用来切削未固结的土壤，并把切削土刮入土仓中。b）先行刀：先行刀宜超前切刀布置，可超前先切削地层以保护切刀切削到砾石或块石地层。c）边刮刀：安装在刀盘的外圈，可用于清除边缘部分的开挖渣土防止渣土沉积、确保刀盘的开挖直径以及防止刀盘外缘的间接磨损。d）仿形刀：安装在刀盘的外缘上，可通过液压油缸动作、编程控制及刀盘回转传感器进行工作。5.3刀盘驱动方式选型5.3.1定速电机驱动刀盘转速不能调节，一般不采用。5.3.2变频电机驱动起动电流小，具有发热量小，效率高、控制精确等优点，一般用于大直径土压盾构刀盘驱动。5.3.3液压驱动液压驱动具有调速灵活，控制简单、液压马达体积小、安装方便等特点，一般用于中小型土压盾构刀盘驱动。6主要技术参数设计5T/HNMES23-20236.1盾壳外径盾体外径取决于管片外径，应满足管片安装的富裕量、盾构结构形式、盾尾壳体厚度及修正蛇行时的最小余量等条件。6.2刀盘开挖直径a）在软土地层施工时，刀盘开挖直径宜大于前盾外径0mm~10mm。b）在砂卵石地层或硬岩地层施工时，刀盘的磨损较严重，刀盘开挖直径宜大于前盾外径30mm。6.3盾壳长度盾壳长度主要取决于地质条件、隧道的平面形状、开挖方式、运转操作、衬砌形式及封顶块的插入方式。6.4盾构推力盾构推进装置能力应大于盾构推进时盾壳与周围地层的阻力、刀盘面板的推进阻力、管片与盾尾间的摩擦阻力、切口环贯入地层的贯入阻力、转向阻力、牵引后配套拖车的牵引阻力，总推力一般为总阻力的1.5~2倍。6.5刀盘扭矩刀盘扭矩应大于切削土阻力扭矩、刀盘的旋转阻力矩、刀盘所受推力荷载产生的反力矩、密封装置产生的摩擦力矩、刀盘前端面的摩擦力矩、刀盘后面的摩擦力矩、刀盘开口的剪切力矩、土压内的搅动力矩等扭矩之和。6.6装机功率盾构机上的所有用电设备的额定功率的总和。6.7螺旋输送机应根据土压平衡盾构机的开挖直径及掘进速度、地质参数综合考虑边界参数来进行规格型号、功率及扭矩等参数的选择。6.8带式输送机应根据土压平衡盾构机的开挖直径及掘进速度、布置路径综合考虑进行规格型号、功率及扭矩等参数的选择。6.9泥浆循环系统应根据泥水平衡盾构机的开挖直径、掘进速度、土体参数综合考虑进行规格型号、功率及扭矩等参数的选择。7生产制造与组装6T/HNMES23-20237.1作业安全7.1.1作业人员应穿戴正确的防护用品后开展作业,操作环境应符合安全要求。7.1.2工作前应确认所使用的工具良好。7.1.3登高作业时应使用步梯、升降车等登高，不可沿设备边缘攀爬，避免交叉作业。7.1.4生产现场所有登高作业应系挂安全带，应严格按照“高挂低用”原则使用。7.1.5吊装作业前应检查起重机运行情况，确保起重设备安全可靠；吊索具及其附件应满足吊装能力要7.1.6焊接作业前应检查电焊机的管线完好，作业时应远离易燃物，同时应使用防火布进行防护。7.1.7应严格按照操作规程进行作业。7.2制造7.2.1应根据各部件设计图纸编制对应的加工制造工艺文件，可作为制造过程的技术指导文件。7.2.2应根据设计图纸及工艺文件编制过程质量控制文件，可作为制造过程的质量指导文件。7.2.3应根据部件加工周期及组装工艺流程来综合确定各部件具体加工时间。7.2.3应控制根据设计图纸及工艺文件严格控制焊接变形，应按照制造过程的质量控制文件来控制各系统部件焊接质量；7.2.4应根据设计图纸及工艺文件控制如主驱动等关键部件的加工精度，如同轴度、位置度等，以避免产生误差积累，影响安装应用。7.2.5应按照涂装要求进行涂装作业。7.3组装7.3.1预组装配电柜、泵站、主驱动及回转接头、管片拼装机等盾构机的各主要系统应根据技术资料要求进行预组装。7.3.2工位组装7.3.2.1整机工位组装时注意使用辅助手段确保各部件中心线偏移≤5mm。7.3.2.2各部件在完成工位总装后不允许单独拆卸部件内大型结构件，如管片机红蓝油缸、抓持板等。7.3.2.3大件吊装前需复核桁车起吊能力是否满足吊装需求。7.3.2.4整机上工位时应同步进行安全防护工作。7.3.2.5整机工位组装顺序一般为：后配套拖车—设备桥—中盾—前盾（含人仓）—拼装机—螺旋输送机驱动—刀盘。7.3.3后配套工位组装后配套可采用整体平置平移的方式进行工位组装,上工位前需根据整机布置图提前测量为主机部分工位组装预留合适距离。7.3.4设备桥工位组装设备桥工位组装可采用两桁车同时作业的方式进行组装，后端按图纸要求架对应拖车上，前端使用专用门型工装进行支撑，本支撑后续不再拆除。7.3.5中盾工位组装中盾上工位组装包含平置平移，翻转，立置平移三个阶段，需提前测量中盾至后配套距离，预留拼装机7T/HNMES23-2023安装位置，并将盾体支撑及钢板摆放到位。7.3.6前盾工位组装前盾上工位组装包含平置平移，翻转，立置平移三个阶段，翻转过程需主副钩配合完成，提前将盾体支撑摆放到位。7.3.7管片拼装机工位组装工位组装可采用平置平移的方式，管片拼装机上工位前提前先将管片小车与调试用管片放置于管片拼装机下。7.3.8螺旋输送机工位组装待拼装机，设备桥上工位后并将管线部分连接后进行螺旋输送机工位组装作业，螺机安装时将拼装机顶部平台需拆除并保证拼装机在靠近盾体一侧。7.3.9刀盘工位组装刀盘安装可采用立置移动的方式，刀