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盾构机可靠性及适应性评估中铁二十二局集团有限公司成都地铁5号线一、二期工程土建12标2017年3月1日第一部分工程概况第二部分设备参数及配置第三部分可靠性及适应性分析第四部分总结第一部分工程概况1.1骑龙站~警官学院站骑龙站~警官学院站区间由骑龙站向南，沿剑南大道东侧绿化带敷设，下穿人行天桥及栏杆堰小河，最后进入警官学院站，采用盾构法施工，设计里程YDK40+729.404~YDK41+885.000。最小平面曲线半径R=1000m，纵断面为V字坡，最大坡度28‰，隧道最大埋深21.8m，管片外径6000mm，内径5400mm。区间穿越的地层主要为泥岩地层、砂卵石地层。人行天桥栏杆堰小河第一部分工程概况1.2骑警区间地质情况左线隧道长1108.079m，其中全断面砂卵石地层占13%，上软下硬地层占54%，全断面泥岩地层占33%；骑警区间右线隧道长1050.387m，其中全断面砂卵石地层占8%，上软下硬地层占40%，全断面泥岩地层占52%。第一部分工程概况1.3工程难点（1）盾构始发端与接收端为中风化、卵石复合地层，地层反应灵敏，扰动后成拱强度低且有时效性，容易造成土壤损失，造成塌方；（2）卵石地层孔隙率大，渗透性强，易造成水土流失和洞门封堵困难；（3）地层中含个别漂石，无法顺利进入土舱或排出，有可能会被动开仓，停机开舱增加施工成本，影响工期；（4）砂卵石地层土体改良难度大，地层中富集的石英矿物对刀盘、刀具、螺旋机、盾体磨损严重；（5）卵砾石地层中细颗粒含量少，难以形成有效的土塞，加上地下水富集，螺旋输送机易喷涌，给文明施工带来困难；（6）泥岩地层破碎后黏粒含量多，渣土流塑性差，刀盘易结泥饼，影响掘进速度。（7）本区间上软下硬地层占较大一部分，施工中容易出现盾构抬头、管片破损、渗漏等现象。第二部分设备参数及配置2.1总体设计总体设计盾构型号ZTE6250整机设计寿命≮10km盾体长度约8m整机长度约84m整机总重约500t适应最小平曲线半径250m适应最小竖曲线半径1000m适应最大坡度40‰2.2刀盘刀盘结构形式复合式开挖直径6280mm开口率约33%中心刀具4把双联齿刀（刀高187.5mm，刀具距90mm）齿刀和滚刀可以互换正面滚刀20把（18寸圈，刀高187.5mm，刀间距100mm）边缘滚刀11把（18寸圈）切刀36把（刀高140mm，刀间距200mm）边缘刮刀8对（左右各4对）磨损检测2个液压式超挖刀1把（滚刀）液压回转接头6路泡沫+液压+电气刀盘钢结构采用Q345C高强度钢板焊接而成，为四辐条+四面板的辐板式设计，支撑方式为中心支撑。复合式设计可以提供对掌子面的机械支撑，同时可防止大粒径孤石进入土舱阻塞螺旋输送机。刀盘开口率为33%，开口处的纵深方向采用倒锥形设计即“严进宽出”的结构，有利于渣土的纵向流动，提高渣土的流动效率，继而降低滞磨率。第二部分设备参数及配置刀盘上配置有滚刀、切刀、边缘刮刀、超挖刀、贝壳刀、导流刀等刀具。每种刀具都进行了针对性的加强设计以延长其使用寿命。第二部分设备参数及配置耐磨设计：DZ368/DZ369盾构机刀盘采用正面母材上加覆12.5mm的复合耐磨板，而大圆环外周则配以镶嵌合金的耐磨板，用以提高刀盘的耐磨性能。渣土改良设计：加强了中心区域的渣土改良点和冲洗口布置，提高中心区域的渣土流动性能。防结泥饼设计：减少中心区域切刀数量，原1、2号切刀轨迹上刀具数量各减少2把，以降低泥岩地层掘进施工过程中出现刀盘中心区域“结泥饼”的风险。第二部分设备参数及配置2.3主驱动主驱动主轴承型式3排圆柱滚子轴承主轴承直径3020mm主轴承设计寿命≮10,000h驱动形式液驱液压马达数量8驱动功率3×315kW转速0-3.44rpm额定扭矩6848KN*m最大扭矩8691KN*m主轴承密封型式外4内2唇型橡胶密封主轴承密封润滑方式自动集中润滑DZ368/DZ369盾构机驱动主要侧重于低速高扭矩条件下的稳定运转。由于地况复杂还应重点考虑驱动系统的抗冲击和密封性能。第二部分设备参数及配置特点：①抗冲击，扭矩大（见扭矩-转速曲线图）、脱困性能好。②采用了4道外密封2道内密封，逐级增压，保证了密封性能及其稳定性。③内外密封环采用表面淬火处理,主轴承密封寿命大于10000小时。第二部分设备参数及配置2.4螺旋机第二部分设备参数及配置螺旋机类型后部中心驱动螺旋筒内径920mm最大扭矩178kNm最大转速19rpm最大能力450m3/h叶片结构钢板冲压式螺旋轴长度11.655m通过粒径350mm×590mm耐磨性除了在螺旋轴前三节叶片、筒内壁和轴堆满10mm耐磨焊，前三节叶片外周镶嵌合金耐磨块，其余叶片和轴堆焊耐磨网格；剩余所有叶片周边堆焊5mm厚耐磨层，并在前端节内筒壁堆耐磨焊；闸门特点螺旋机出碴门应急关闭系统具有手动自动双功能，可在自动关闭系统失效时手动关闭，且可开关1.5次；出碴门为双闸板式，闸门密封安全耐用第二部分设备参数及配置特点：①DZ368/DZ369采用大排量马达后部中心驱动，以保证螺旋机有较高的扭矩储备。②贯彻“以排为主，破碎为辅”的理念，提高携渣粒径，此外还配置有5个螺旋机检查清渣口用以检查、维修和排卡；③配置高效的渣土改良系统、稳定可靠的双出渣门、预留了聚合物注入管路。第二部分吊装设备选型2.5盾尾密封DZ368/DZ369盾构机同步注脂管设计为2×6道，每路可单独控制。承受盾体外的水压和注浆压力。盾尾油脂泵压比为80:1，出口压力最大达56MPa，供油量为110mL/次，供油压力为26.4MPa，通过一根油脂管理输送至盾尾各个油脂分管。第三部分可靠性及适应性分析3.1质量可靠①刀盘采用Q345C高强度钢板焊接而成，主体结构的正常使用寿命大于10km。②齿刀、切刀、边刮刀都采用合金设计。大大提高了刀具的耐磨性能以及耐冲击性能。③关键设备采用采用国外优质品牌产品，工作安全可靠，运行稳定。如主轴承由世界知名厂家德国罗特艾德制造，减速机由世界知名厂家德国卓仑制造，导向系统采用由瑞士徕卡生产的全站仪。第三部分可靠性及适应性分析3.2安全可靠①液压管、水管、泡沫管等管路按颜色区分，并合理布置，防止维修中发生误拆。②遵循物料运输车（管片运送和碴车运行）相分离的基本原则。③连接桥处配有有害气体监控系统，实时监测O2含量，CH4含量，CO含量和H2S含量。④人舱内照明使用24V安全电压，照明为防爆灯具，断电情况下自动使用蓄电池供电，满足2小时照明。⑤供电系统采用TN-S方式，盾构的主要接地系统与所有拖车连接，所有拖车上都有合适的接地极，盾构形成一个等位体。⑥所有电气设备、端子盒及控制箱防护等级不小于IP55。第三部分可靠性及适应性分析3.3对全断面砂卵石地层适应性①为适应含有颗粒的砂卵石地层，刀盘和螺旋机采用成熟的耐磨设计。②骑警区间砂卵石地层中可能有少量漂石，刀盘开口允许最大φ350mm粒径卵石通过。③主动搅拌棒和被动搅拌棒设计防止卵石沉积。第三部分可靠性及适应性分析③主动搅拌棒和被动搅拌棒设计可防止卵石沉积。④精确的自动保压系统，可保证在土舱压力低于设定值时自动工作，防止压力过低而导致掌子面失稳。主动搅拌棒被动搅拌棒第三部分可靠性及适应性分析3.4对全断面泥岩地层适应性①刀盘上正面布置有20把18寸滚刀和4把双联滚刀，周边布置有11把18寸边缘滚刀，对硬度较高的中风化泥岩进行破碎。②配备一台大流量增压水泵向土仓内加水，满足泥岩地层中掘进需要。③皮带机出渣口出设置一块可调式刮泥板和冲洗装置，将黏性较大的泥岩从皮带上分离，满足文明施工的要求。第三部分可靠性及适应性分析3.5对上软下硬地层适应性①刀盘钢结构采用Q345C高强度钢板焊接，前部与支腿焊接成整体，提高整体强度和刚度，满足上软下硬地层中施工可能出现的较大震动、高扭矩、大推力现象。②刀盘外缘装有1把超挖刀，最大伸出为40mm，通过行程传感器反馈、软件控制液压阀通断，可实现仿形刀的功能。在上软下硬地层中若出现盾构机向上抬头，纠偏困难时，可对中下部泥岩进行超挖。③盾尾铰接形式为被动铰接，在中盾与盾尾连接处设置有铰接油缸。上软下硬地层中掘进、骑警区间两处半径1000m的转弯、一处上下坡变坡处，盾构姿态纠偏幅度较大，这时候铰接油缸进出油相互连通，行程可自行调整，从而实现转弯。第三部分可靠性及适应性分析3.6对区间风险源适应性①配备2台同步注浆注浆泵，每台最大注浆能力为20m³/h，满足通过风险源时同步注浆的要求，能及时填充建筑间隙，减小管线及建筑物沉降。②DZ368/DZ369盾构机通过2×6道同步注脂管路向盾尾上的三道盾尾刷均匀注入盾尾密封油脂，确保下穿栏杆堰小河时河水不会进入隧道。③盾尾与中盾连接处设计有一道铰接密封和一道紧急气囊密封，保证下穿栏杆堰小河时隧道外泥砂、水等不进入盾构主机内。第三部分可靠性及适应性分析④为防止下穿栏杆堰小河、污水、雨水管道时发生喷涌而导致地面沉降，可通过隔板上的预留孔向土仓内注入高分子聚合物。⑤螺旋机出渣口出设置上下两道出料门，每道出料门的开度可调。螺旋机进料口安装一套剪式防涌门，当螺旋机因较大卵石卡死无法转动时，可关闭防涌门后，通过螺旋机上的检查口清除卵石。螺旋机上、下出渣口的动作油缸管路上分别安装一个蓄能器，盾构机发生突然断电情况时，蓄能器释放压力油，出渣口自动关闭。第四部分总结总结用于骑龙站~警官学院站区间施工的两台全新复合式土压平衡式盾构机DZ368/DZ369，是针对成都砂卵石地层和泥岩地层特点而设计制造，能够适应骑警盾构区间的地层特点，质量和安全可靠，满足区间施工要求。汇报完毕谢谢！