盾构机配置计划、选型方案及保证措施

盾构机配置计划、选型方案及保证措施1盾构机配置及订货、到货计划1）盾构机配置根据招标文件要求和本投标文件对本项目的总体筹划及工期安排，计划配置盾构机20台，其中Φ6480土压平衡复合盾构机18台，Φ6480泥水平衡盾构机1台，Φ12200泥水平衡盾构机1台。根据计划安排，各台盾构机根据投入使用的时间至少提前1个月运送进场，确保盾构区间按计划掘进施工。2）盾构机订货及到货计划我公司将在中标后，国内外知名盾构机厂家进行设计联络，启动采购订货及到货计划，所有盾构机在投入使用前2个月完成厂内组装调试并通过验收，投入使用前至少1个月运抵施工现场。盾构机订货及到货计划见表2。表2盾构机订货及到货计划表盾构机编号计划订货时间开始生产时间生产周期完成厂内验收时间计划到货时间备注1#2017.12.262018.1.26240d2018.9.222018.10.22泥水平衡6#2017.9.282017.10.28240d2018.6.242018.7.24土压平衡大盾构2017.5.202017.6.20360d2018.6.142018.7.14泥水平衡10#2017.10.62017.11.6240d2018.7.32018.8.3土压平衡11#2017.10.62017.11.6240d2018.7.32018.8.3土压平衡12#2017.11.62017.12.6240d2018.8.22018.9.2土压平衡14#2017.5.72017.6.7240d2018.2.12018.3.1土压平衡15#2017.4.52017.5.5240d2017.12.302018.1.30土压平衡17#2017.7.272017.8.27240d2018.4.232018.5.23土压平衡18#2017.10.202017.11.20240d2018.7.172018.8.17土压平衡19#2017.11.202017.12.20240d2018.8.162018.9.16土压平衡2盾构机选型1）选型依据盾构机选型主要依据招标文件、施工规范及相关标准，盾构隧道的外径、长度、埋深、地质条件、围土岩性、土体的颗粒级配、地层硬稠度系数、土层渗透率及弃土容重等特征以及线路的曲率半径、沿线地形、地面及地下构筑物等环境条件，以及周围环境对地面变形的控制要求，结合掘进和衬砌等诸因素，从安全性、可靠性、适用性、先进性、经济性等方面综合考虑，选择能尽量减少辅助施工并能保持开挖面稳定和适应围岩条件的机型，对盾构类型、驱动方式、功能要求、主要参数、辅设设备配置等进行选择。地质复杂，岩层变化频繁，且不同岩层强度变化较大，在施工过程中，部分盾构区间在施工过程中突然遇见高强度辉绿岩，造成施工进度推进缓慢，且对盾构刀盘磨损严重，造价提高较大。2）盾构机形式选择（1）区间地质条件复杂、地下水文较高，主要穿越了淤泥质粉质粘土层、卵石层、强风化石英岩层和中风化石英岩，饱和抗压强度标准值49.4MPa，最大值123MPa。区间沿线商业、住宅密集，且区间下穿房屋、老虎滩湾、污水暗渠等建构筑物，本区间最大风险点为盾构下穿老虎滩湾，盾构穿越面存在渗透系数50-150m/d的卵石层，且场地地下水与海水连通，结合1、2号线施工经验，和初勘成果，根据泥水平衡盾构机性能及特点，并借鉴跟本工程地质条件相似的其他在建地铁施工经验，本工程拟采用泥水平衡盾构机组织施工。（2）海区间，隧道顶板土层主要为淤泥、卵石及粘土层、全强风化白云岩和全强风化板岩；洞身穿越穿越的岩层主要为中风化辉绿岩，中风化白云灰岩，中风化白云灰岩，中风化钙质板岩，中风化板岩和石英岩。场区内包含人工堆积填土、软土和风化岩等不良地层，溶洞、风化槽等不良地质体。局部存在较破碎强风化岩体，隧道所穿岩体均呈中强透水性，地下水与海水呈连通状态，强风化岩层地段具备土压掘进条件的地段仅占6.1%，综合上述分析，该跨海区间岩土条件，盾构机应既能通过强透水性软岩地层，又能适应长距离较硬岩的掘进，根据泥水平衡盾构机性能及特点，并借鉴跟本区间工程地质条件相似的过海隧道工程的施工经验，本工程拟采用泥水平衡盾构机组织施工。（3）结合1、2号线施工经验，和初勘成果，其他盾构区间主要穿越地层为：强、中风化辉绿岩、强、中风化石英岩、石英岩夹板岩、强、中风化板岩、全风化板岩、碎石、粉质粘土、素填土、中风化石灰岩、强风化页岩、较软岩中风化白云岩及较硬岩中风化石灰岩交错出现，岩层强度平均为30~40Mpa，部分中风化辉绿岩强度最大值达到135Mpa。复合型盾构可以通过改制、更换刀具、组装等技术，达到该地质条件下的掘进要求，为加快施工进度，降低施工风险，采用土压平衡复合式盾构。3盾构适应性设计1）大直径泥水盾构适应性设计（1）白云岩、板岩、辉绿岩和石英岩层中掘进①盾构机采用较大的驱动功率，刀盘配置19寸滚刀，采用90mm的刀间距布置，最外边刀轨迹布置2把滚刀。使破碎角裂纹贯通的重叠度增大；主驱提供恒扭矩最大转速1.3r/min，最高转速2.2r/min，在贯入度一定条件下可获得较大的掘进速度。刀盘开口率约33%，在整个盘面均匀分布。②主驱动额定扭矩18802kNm，驱动功率2750kW，脱困扭矩达25947kNm。③主轴承设内外密封，外密封4道，内密封2道，以应对海底施工可能出现的较高水压。（2）跨海区间场地内主要的不良地质作用为岩溶，盾构机设计时配备超前钻机系统，适用于软、硬岩地层，超前钻机是多用途的，可以进行旋转模式或旋－冲击模式，可钻35～89mm的孔径，最大钻进深度可达40m。当确定盾构机前方有溶洞时，超前钻往前钻探，通过钻入钻杆的长度确定溶洞的大致尺寸和距盾构机刀盘的距离，以采取相应的措施，保证施工安全。（3）盾构长距离在岩层中掘进①确保刀具的高耐磨性所有刀具均采用碳化钨刀具，先行刀和切刀均采用双层碳化钨刀刃，并设计有耐磨齿。②采用双层刀具的设计。在刀盘上除正常设计刀具外，在其下方设计另外一层备用短刀具，当一层刀具磨损后，第二层刀具自动补位，以延长盾构机的掘进长度。③采用伸缩刀设计，把备用的刀具收缩至刀盘以内，当外侧刀盘磨损殆尽时，通过特定的机械装置，把隐藏的刀具激活伸出，继续工作。2）其他适应性设计（1）掘进施工耐磨设计盾构长距离在岩层中掘进，且有辉绿岩、石英岩存在，施工过程中刀具和刀盘的磨损是需要重点考虑的问题。刀盘面板采用贴焊耐磨复合钢板配以耐磨网格保护，设置了磨损检测装置，检测刀盘刀具是否受到非正常磨损。泥水盾构体内的泥浆管采用耐磨钢管。盾构机采用较大的液压驱动功率：刀盘配置安装18寸刀圈的17寸滚刀，采用90mm的刀间距布置，最外边刀轨迹布置2把滚刀。使破碎角裂纹贯通的重叠度增大；主驱最高转速4.5r/min，在贯入度一定条件下可获得较大的掘进速度。刀盘开口率约32%，在整个盘面均匀分布。（2）沉降控制针对性设计为减小软弱地层掘进时盾体周围地层的变形，盾构机设双液注浆系统，可根据施工需要调整同步注浆的凝结时间，减小隧道上部土体的沉降。在盾体四周配置填料注入装置，及时填充盾构机开挖面与盾体之间的间隙。（3）盾构机“脱困”针对性设计盾构设计中采用增加主动推力与减少盾体与周围土体摩擦系数相结合的办法。标准土压平衡盾构机配置20个推进油缸，最大推力为3600t；标准直径泥水盾构机配置16个推进油缸，最大推力为4257t；大直径泥水盾构机配置22个推进油缸，最大推力为13982t。设盾壳膨润土泥浆注入系统，在中盾与尾盾四周各有6个膨润土管路，向盾体外表面注入膨润土泥浆，减少砂层掘进过程中盾体的摩擦阻力。（4）防止“喷涌”针对性设计螺旋输送机的出料口采用两道闸门设计，掘进中可根据施工要求改变门开度，调整螺旋输送机内土塞密实度，从而起到防喷涌、喷水效果；另外在出渣口预留保压泵接口，发生喷涌时，及时关闭闸门，接保压泵调节土舱压力；必要时采用高分子聚合物填充土舱。（5）富水透水性强地层及带压作业保障措施针对性设计针对富水地层，主轴承设内外密封，外密封4道，内密封2道，以应对可能出现的较高水压。当地层富含地下水且不能降水时，需带压进舱换刀作业。为防止地层气密性差，难以保压，无法实现带压作业，配置了渣土改良膨润土系统，在带压换刀作业时能更好的利用膨润土泥浆进行开挖面的泥浆封堵，保证气密性。4盾构机参数表1）泥水平衡盾构机主要性能参数设计（1）Φ12200mm泥水盾构机主要参数设计见表3，主机设计见图1。表3Φ12200mm泥水盾构机主要参数表主部件名称细目部件名称参数综述盾构机类型混合式泥水平衡盾构机盾体前盾直径12170mm中体直径12160mm尾盾直径12150mm推进系统推进油缸6组行程3000mm总推力139820KN人闸人闸操作压力6.0bar直径1800mm副舱室容量2人主舱室容量4人泥水循环设备碎石机颚式碎石机最大粒径800mm负载频率Max2permin刀盘刀盘直径12200mm开口率33%面板及周边耐磨保护WNM400双刃滚刀直径19″单刃滚刀直径19″刮刀宽度250mm超挖刀行程50mm主驱动主轴承类型三排滚柱式主轴承直径5600mm最大扭矩24067kNm脱困扭矩25947kNm总功率2750kw泥水回路泥浆泵P2.1泵类型Warman14/12G泵容量2000m³/h安装功率750kw泥浆管直径450mm收集箱容量12m³排水泵类型4/3DD-AH工业用气系统空压机1功率55kw流量8.7m³/min工作压力10bar空压机2功率90kw流量14m³/min工作压力10bar图1Φ12200mm泥水平衡盾构机主机设计图（2）Φ6480mm泥水盾构机主要参数设计见表4，主机设计见图2。表4Φ6480mm泥水盾构机主要参数表主部件名称细目部件名称参数综述盾构机类型混合式泥水平衡盾构机盾体前盾直径6450mm中体直径6440mm尾盾直径6430mm推进系统推进油缸4区行程2200mm总推力42575KN人闸人闸操作压力4.5bar直径1600mm副舱室容量2人主舱室容量3人泥水循环设备碎石机颚式碎石机最大粒径450mm负载频率Max2permin刀盘刀盘直径6480mm开口率32%面板及周边耐磨保护WNM400双刃滚刀直径18″单刃滚刀直径18″刮刀宽度160mm刀具磨损检测装置液压式主驱动主轴承类型三排滚柱式主轴承直径3000mm额定扭矩5531kNm脱困扭矩6613kNm总功率945kw泥水回路泥浆泵P2.1泵类型Warman14/12G泥浆管直径300mm收集箱容量12m³排水泵类型4/3DD-AH工业用气系统空压机功率55kw流量10m³/min工作压力8bar表2Φ6480mm泥水平衡盾构主机设计图2）土压平衡盾构机性能参数设计Φ6480mm土压盾构机主要参数详见表5。表5Φ6480mm土压盾构机主要参数表主部件名称细目部件名称参数综述盾构机类型复合式土压平衡盾构机主机长度9.8m整机长度87m主机重量300t最小转弯半径水平250m、垂直1000m最大爬坡能力3.5%刀盘开挖直径6480mm开口率37%刮刀76把周边刮刀8把中心滚刀4把双刃仿行刀1把最大超挖量70mm正滚刀32把周边保护刀8把刮刀磨损检测装置有可更换刀具及换刀方式撕裂刀可与滚刀互换、换刀采用背装式刀盘驱动驱动型式液压驱动额定扭矩5255KNm脱困扭矩7150KNm盾壳型式铰接式前盾直径、长度、钢板厚度6462mm、2275mm、40mm盾尾直径、长度、钢板厚度6446mm、4050mm、40mm推进系统最大总推力36,000kN油缸数量20根油缸行程2100mm最大推进速度80mm/min铰接系统铰接密封型式被动铰接人舱舱室数量2个舱门数量3个单开门+1个双开门调压稳压装置SMS最大工作压力4.5bar同步注浆系统注浆管路数量（注明备用管路）2X4（其中4根备用）浆液类型单液水泥砂浆盾壳上注浆管布置形式内置式泡沫系统泡沫泵数量4个泡沫发生器数量4个注入口数量6个泥浆（膨润土）注入系统注入口数量6个刀盘上的注入点6个螺旋输送机型式轴式直径800mm输送能力420m3/h通过最大粒径500X300X300Mm皮带输送机型式电机驱动驱动功率55kW皮带宽度800mm功率刀盘驱动945kW推进系统55kW管片安装机37kW螺旋输送机200kW皮带输送机55kW空压机55kW泡沫系统5.5kW其他设备187.5kW总功率1540KW5盾构机保证措施1）盾构机进场保证措施建立以分管物资设备的副总经理主抓，物资设备部具体负责的管理体系，安排专人从盾构机的设计联络、合同签订、定货、生产、验收、运输等各个环节进行跟踪，确保各工序按照计划节点进行，确保盾构机按时进场。（1）快速反应，及早签订采购合同我公司已和国内外知名盾构机厂家进行了设计联络，初步确定了其中2～3家盾构生产厂家，一旦中标，立即签订采购合同，启动采购生产计划。（2）详细计划，驻厂监造，确保制造进度和质量制定详细的盾构机生产、验收、运输计划，签订制造合同后立即指派专人驻厂监督制造，同时制定详细的各部件采购计划并按计划实施，确保制造进度和质量。盾构机主轴承、液压系统等国外进口件尽早采购完成，确保进口件按时到位。计划单台标准盾构的整体生产工期约为240天，大直径盾构生产工期约为360天，要求厂家至少安排五个组装工位、两个预组装工位，预留运输时间为1个月，在保证质量的同时确保11台盾构机能够按时到场。（3）重要部件全程参与设计、生产管理刀盘的设计制造是影响盾构机整体性能的主要指标，盾构机制造商自行设计制造的刀盘和委外设计制造的刀盘均由我公司全程参与设计管理、生产管理、运输管理，对焊接工艺、刀具安装等重要施工环节进行派专人驻厂监造，保证生产进度和质量。（4）加强生产组织和管理采取项目管理方式，由盾构生产厂家生产部设专职项目经理，负责对单台盾构的设计生产和售后服务整体协调控制。为有效控制生产和服务，制定生产管理办法、售后服务管理办法等，并根据制度制定盾构生产流程、生产任务控制流程、出厂流程、验收流程、售后服务期间问题处理流程、质保期服务工作流程等相关详细流程，对整个生产和服务做好详细的工作安排，有效控制生产和服务环节。（5）加强质量监督和检查根据设备的制造过程，采取严格控制采购环节及供应商范围，入库验收，产品驻厂监造，产品调试完成后工厂内部验收，公司出厂验收，工地试掘进验收层层把关的方式。质量控制采取工艺实名制，根据不同情况分别设自