盾构机可靠性及适应性评估方案

1、中铁九局集团有限公司，盾构机可靠性及适应性评价方案，中铁九局集团有限公司Xi地铁4号线15标段项目管理部，2015年8月，内容，一、Xi地铁4号线15标段盾构隧道初步岩土工程勘察报告编制说明，1.1选择依据1.1.1。1.1.2投标、投标文件、工程合同、设计文件和图纸等。Xi地铁4号线15号线盾构区间施工。1.1.3合同要求的技术规范、规程和标准，以及国家、陕西省、xi市、Xi地铁公司和行业现行的相关技术规范和标准。1.1.4实施Xi地铁4号线15标段施工组织设计方案。1.1.5施工现场的实际情况。1.1.6公司与屏蔽制造商之间的技术交流和成功合作经验。1.1.7公司和项目人员长期从事各种地质

2、条件下的各种盾构施工和地铁施工经验，并借鉴Xi地铁1号线和2号线积累的盾构施工经验。1.2适用范围：凤城卢九站-文景路站和文景路站-行政中心站盾构区间。1.3选择的目的是根据“技术领先、设备可靠、经济适用”的指导思想，根据Xi地铁4号线15号线盾构区间施工的特点、重点和难点，以及盾构机性能对地质条件的适应性，选择盾构机。为了使盾构机的功能更好地适应本标段的盾构施工，特编制本方案，并邀请所有专家给予指导。第二章，工程概况及水文地质条件，2.1标段线路设计概述，凤城卢九站文井路站平面图，2。项目概况及水文地质条件，文井路站行政中心站剖面图，2。Xi地铁4号线TJSG-15合同段工程概况及水文地质条

3、件，包括两站两段，即文井路站、凤城九路站、行政中心站-文井路站、文井路站-凤城九路站土建工程施工。本标段起止里程为YDK 27.134.938 29.588.25，总跨度为2453.312米，左线盾构隧道长度为1751.863延米，右线盾构隧道长度为1725.035延米。隧道线间距为13.5米，断面线纵向最大坡度为28，最小坡度为2，最小曲线半径为350米，最小竖曲线半径为3000米。沿线建筑众多，管线众多，交通流量密集，穿过白桦林，如5号楼、2号楼、地下车库、1号楼。2.工程测量和水文地质条件；2.工程测量和水文地质条件。根据钻探，勘探深度50.0米范围内拟建场地底层主要为第四系沉积，即全新

4、统人工填土(Q4ml)、冲(Q4ol)黄土状土、粉质粘土、粉细砂、中砂、粗砂、砾石砂和上更新统。根据调查结果，地下水位埋深为13.90 16.50米，水位高程为364.98 367.98米。根据调查和区域地质资料，覆盖层为第四系松散层。 含水层主要由强透水粉细砂、中砂、粗砂、砾石砂和弱透水粘性土组成，潜水含水层底板埋深大于80m。 发现该场地上部有少量滞水，含水层主要为黄土状土中的砂质夹层及黄土状土的粉质粘土层和底土层，厚度一般为1 2m。该区潜水补给来源主要来自地下径流和大气降水的入渗补给。这个地区的地下水总量。流向与地形一致，从东南流向西北。该地区潜水的排水方法是人工抽水。项目概况及水文地

5、质条件，各地质标准贯入值，2。项目概况及水文地质条件，【凤城卢九站-文井路站】区间：中砂、粗砂、粉砂、砾砂、粉质粘土(969米)，【文井路站-行政中心站】区间：中砂工程风险点初步识别，包括文井路站凤城卢九站，2。行政中心站文景路站、2。项目概况及水文地质条件，桦林位于2号，距1号楼CFG桩底约4.5m，距右线隧道及地下车库最近处12.9m。隧道顶部与建筑基础之间的距离为白桦林位于地下车库，隧道顶部穿过建筑与建筑基础之间的距离为12.9米2。项目概述和水文地质条件，2#桦林，街道商店，1#桦林，2。项目概述和水文地质条件，V街交叉口，地下建筑，从隧道顶部到底部的净距约为4.9m，2。项目概况及水

6、文地质条件，管道的实际位置位于右侧隧道的北侧，在当地部门和左右二层之间，埋深约6.8m。项目概述和水文地质条件。连接通道也是废水泵房，已在隧道外加固。当盾构到达这里时，将打开仓库检查刀具的磨损情况，并连接连接通道的加固区域。二。项目概述和水文地质条件。应对工程危害的措施本项目为重大危险源。根据设计图纸和公司穿越其他建筑物的经验，采取了以下措施：1。在护盾进入建筑群之前，护盾要彻底检修。预先选择一个没有重要建筑物的地面来维护盾构，同时维护盾构的配套设施。2.刀盘土仓压力高于普通地层施工，土仓压力参数根据地表监测结果不断调整，将沉降控制在允许范围内。3.要求从同步注浆压力和注浆量两方面保证管片与地

7、层之间的空隙得到严密填充，并坚持根据监测和测量来指导施工。4.加强对地表和建筑物的监测，并将测量结果及时反馈给盾构操作室，指导盾构施工参数的控制。5、在盾构掘进过程中，应有人检查盾构的铰接密封和盾尾密封，发现有泄漏立即处理。6.要求控制每圈盾构出渣量并建立出渣记录，包括两个记录，一个是地下盾构司机，另一个是地面龙门吊司机。两项记录应逐环核对，如有异常应及时处理。7.防止“喷涌”。在十几米的富水砂层中，土仓内的水土压力很高，排渣时容易发生“涌水”。一旦水土压力释放，刀盘前方的工作面将会塌陷，地面将会大大下沉。8.采用孔内预注浆加固。第三章是盾构选型分析。盾构机具有开挖系统、造渣系统、渣土改良系统

8、、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、测量导向系统、视频监控系统等基本功能。根据本工程的设计需要，增加了先进的灌浆装置。本标段隧道施工中的问题及控制难点1。盾构掘进在长距离中砂层中，刀具磨损严重2。螺杆机在砂层中磨损严重；3.隧道地层主要为中砂。当改进效果不好时，堵塞刀盘仓的风险较高；4.如果对富水砂层的掘进控制不好，很容易发生涌水，盾尾和铰链密封也很容易泄漏。5.通过细砂层的掘进扭矩和推力大，保持了土仓压力，控制了地面沉降。因此，盾构掘进盾构机开挖直径基本参数：6280毫米前盾尺寸：6250毫米中盾尺寸：6240毫米盾尾尺寸：6230毫米总长：约84米总质量：约500吨最大推进速度：

9、80毫米/分钟最大推力：3991吨逃逸扭矩：8100纳米最小转弯半径：250米最大爬升能力：50。地质适应性(1)合理设计刀盘和排渣系统，添加泡沫、膨润土、聚合物等辅料。改善炉渣，可有效控制工作面和表面的稳定性，减少刀盘、刀具和螺旋机的磨损，防止炉渣喷涌。(2)合理选择掘进参数和施工方案，可有效延长刀具寿命，降低换刀风险。(3)具有局部气压平衡系统和人员舱，可有效降低换刀风险，避免地面加固带来的不必要的麻烦。设备本身的可靠性选用知名屏蔽制造商的产品，配置合理，在性能、质量和使用寿命方面满足工程要求。以下是制造商在类似工程中生产的盾构机的成果：第三章盾构选型分析、第三章盾构选型分析、第三章盾构选

10、型分析、第三章盾构选型分析、目标设计根据我标段的地质和水文条件、我司的施工难点以及Xi地铁的相关要求，我司与中铁装备协商，对盾构机进行了如下目标设计：刀盘本标段地层主要为1。采用的旗帜是刀头，开口率为55%，盘面分布均匀，渣滓流动顺畅，能有效减少刀头的“滞后磨损”，从而有效减少刀头的磨损。开挖面上的土压力类似于土压力的测量，有利于土压力的控制。2.刀盘采用6扭腿、6主梁、6副梁结构，主梁采用方形结构，扭腿和副梁采用圆管结构，较好地改善了结构受力状况。通过有限元分析，对应力较大的部位配置了足够的材料，经过有限元分析和复核，刀盘结构的最大综合等效应力为160兆帕，能够满足本标段刀盘的应力要求。3.

11、刀头为液压驱动，配有9组液压马达，驱动功率为945kw，额定扭矩为6650KNm，逃逸扭矩为8100KNm，可满足大砂层驱动扭矩的要求。第三章盾构选型分析，第三章盾构选型分析，搅拌棒设计：四根搅拌棒分布在三个不同的半径上，当刀盘旋转时，它们与前盾构隔板上的两个被动搅拌机一起用力搅拌土仓中的土，使加入的物料(泥浆、 水和泡沫)注入开挖面或土仓中，可与切土充分搅拌，提高土壤磨损检测：刀盘设有四个磨损检测装置，可及时判断刀盘磨损情况，防止刀盘本体磨损损坏。 在第三章盾构选型分析中，为满足Xi安富水砾石层的掘进要求，选择了以下主轴承作为主传动：1。直径为3061毫米，由双列滚柱轴承支撑。最大使用推力负

12、荷为1250t，试验推力负荷为3125t，失效推力负荷为5000t，安全系数为4，有效使用寿命10000小时。2.9个额定扭矩为6650千牛米、释放扭矩为8100千牛米的液压驱动装置，可满足在砂层等扭矩要求较高的地层中驱动的要求。主传动具有较高的设备扭矩储备系数，保证在铁砂等特殊地层条件下的畅通，有效控制沉降，避免施工风险。3.最大速度为3.35转/分，可满足各种地层的刀盘速度要求。主传动采用中间支撑方式，可有效防止中心泥饼的产生。4.主轴承有4个外部密封和3个内部密封，设计压力为5巴，以确保水和土壤不会进入轴承箱。双列滚柱轴承，第3章屏蔽类型选择分析，额定至的计算刀盘扭矩计算通常可参考日本盾

13、构隧道标准规范提出的EPB盾构刀盘扭矩经验计算公式：t=T3354刀盘设备总扭矩 D3公式；D 刀头外径；3354扭矩系数，=1.2.0；13354支撑系数由刀头支撑模式决定。对于中心支撑刀头，1=0.8-1；对于中间支持模式，1=0.9-1.2；周边支护方式， 1=1.1-1.4 23354土质系数：密实泥岩， 2=0.8-1。对于固结粉土和粘土，2=0.8-0.9；对于松散砂， 2=0.7-0.8。对于软粉砂，2=0.6-0.7； 03354稳定的切削扭矩系数；土压盾构机0=14-23kn/m2。对于泥浆屏蔽，0=9-18kn/m2。根据地质条件和刀盘的结构形式，出于安全考虑，所有系数取最

14、大值，1=1.2，2=0.9，0=23KN/m2，刀盘外径计算为=24.84KN /m2，d=6.28t=D3=24.846.283=6152.2 kNm，由盾构设计。在第三章，盾构选型分析，螺旋输送机的基本配置。 由于砂层中挖出的渣土流动性差，螺杆机扭矩大，该设备配有功率为200kw的液压泵和最大扭矩为210KNm的液压马达，以提高螺杆机的输送能力。 同时，螺旋机与水平面的夹角减小到21.5，减少了渣土的垂直运输距离。螺旋机的水平角，第三章盾构选型分析、耐磨设计；由于驱动螺杆机在砂层中磨损严重，我部和厂家对螺杆机进行了针对性的设计。叶片轴的前部镶嵌有合金耐磨块，螺旋叶片面向渣的方向堆焊有一个

15、5毫米的耐磨网格。前屏蔽螺旋输送机的筒体为可更换的内套，内套涂有耐磨复合钢板，前端筒体的内表面涂有复合耐磨钢板。螺旋机上设有九个渣滓改良口，进一步改良螺旋机内的渣滓，减少渣滓对螺旋机的磨损。螺杆机的第一筒体段和第四筒体段分别设计有两个观察窗和一个观察窗，观察窗的尺寸为370，540毫米。当螺杆轴被卡住或需要耐磨修复时，可以通过观察窗进行相应的处理。耐磨块、可更换耐磨套、观察窗、第三章盾构选型分析、防涌设计：如上图所示，采用两种排渣方式，两个闸门方向相反。当两个闸门同时开启时，炉渣沿曲线流动，起到一定的减压作用，从而起到防涌作用，如上图所示；与此同时，两个大门被设立。当使用一个门时，另一个门起备

16、用作用，两个门可以独立控制。同时，下闸门具有设备故障时的紧急关闭功能。同时，螺杆前端有一个闸门，可以将螺杆机与土仓分开，方便螺杆机在隧道内的维护。渣土改良管、双闸门设计、第三章盾构选型分析、管片拼装机安装为中心回转式、液压驱动、机械抓举，由平移机构、回转机构、提升机构、提重钳、管道支架、工作平台等组成。有6个自由度。如果需要超前地质钻孔和注浆，可在管片安装机的预留位置安装超前钻孔和注浆设备，满足本工程隧道超前注浆的要求。高级灌浆孔，组装机，第3章，盾构选型分析，组合道碴和土壤改良系统的泡沫系统。为满足本标段地层要求，泡沫系统设计如下：1。护罩配有四路泡沫注入系统，单管单泵。2.泡沫系统采用单管单泵的方式，每种泡沫可以独立工作。当每个泡沫管道和喷嘴的阻力不同时，每个泡沫仍然可以按照其设定值a喷射、泡沫系统示意图、第3章盾型选择分析、泡沫喷嘴保护刀、泡沫混合罐、四个泡沫混合泵、混合电机、泡沫喷嘴工作状态、泡沫喷嘴维护状态、第3章盾