盾构机的主要部件及技术参数.docx
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盾构机的主要部件及技术参数
盾构机的主要部件及技术参数
（一）盾构机主要部件
盾构机主要部件
1、盾体
综述盾体根据本工程工况设计，盾体设计为梭型，即前盾直径〉中盾直径〉尾盾直径。
盾体包括三个主要组件：
前盾、中盾、盾尾
（1）前盾
前盾由壳体、隔板、主驱动连接座、螺旋输送机连接座、连接法兰等焊接而成。
主要设计特点如下：
①切口耐磨设计及固定搅拌棒
前盾前部设计为锥形，并焊有耐磨层，增加耐磨性。
为了改善渣土的流动性，土压仓内隔板上设有两个搅拌棒，每个搅拌棒中间有一个注入添加材料通孔，加上隔板上两个加料孔共四个，其中两个搅拌棒注泡沫，另两个注膨润土。
搅拌棒强制搅拌渣土和添加材料，增加和易性。
搅拌棒表面用耐磨焊条网状堆焊，增加耐磨性。
隔板上有6个铰接式水平超前注浆孔，一个固定式水平注浆孔，满足地质水平加固的需求。
②前舱门
人舱内部压力隔板上部设有Φ600mm前舱门孔和一个前舱门。
工作人员通过前舱门进入开挖仓检查更换刀具及处理仓内问题。
③土压传感器
开挖仓内配置了6个土压传感器，可将压力信号传给PLC并直观的显示在主控室内的显示屏上。
④其它
隔板上设有一个电液通道和一个水气通道，当维修人员进入土压仓内维修刀盘或者更换刀具时，电液通道给土压仓内提供低压照明电源和焊接电源,水气通道给土压仓内提供切割部件所需的氧气和乙炔以及人员应急呼吸的新鲜空气。
此外隔板上还开有保压孔、进水孔、排水孔等，盾壳壁上设有6个膨润土接口。
（2）中盾
中盾和前盾之间采用螺栓连接，中盾主要由连接法兰、两层隔板和米字梁组成。
主要设计特点如下：
①铰接密封
中盾和盾尾之间采用被动铰接形式，设计有两道密封，一道为橡胶密封，一道为紧急气囊密封。
正常情况下，橡胶密封起作用。
在异常情况下，或者橡胶密封需要更换时，使用紧急气囊密封。
在密封环端部设置压紧块，在压紧块和橡胶密封之间设置挡条，在端部利用调节螺栓使挡条压紧橡胶密封。
压紧的程度可用拧动螺栓进行调整。
图8.1铰接机构示意图
铰接部位设有三种注入口：
A孔：
用于向铰接密封加注油脂，防止铰接密封的渗透泄漏，沿圆周有6个。
B孔：
使用气囊式密封时，从B孔向气囊注入工业气体。
C孔：
紧急情况下用于加注聚氨酯密封，沿圆周有6个。
B孔紧急气囊密封控制球阀位于中盾左侧平台下面。
②超前注浆管
沿盾壳圆周设计14根，可对地质进行注浆加固。
（3）盾尾
盾尾由铰接密封环、壳体、注浆管、油脂管和膨润土管组成。
①注浆管和油脂管
所有注浆管及油脂管路都为内置式。
每根注浆管均设置有观察孔，利于管路保护、清洗、维修。
注浆管共10根，其中6根备用。
油脂管共12根，通向两个尾刷密封室。
②盾尾密封
盾尾密封由三排密封刷组成，防止浆液漏进盾体内部。
在土压平衡状态时还有保持压力的作用。
三排密封刷形成的两个环形空间内充满油脂，每个环形空间各由6根油脂管注入。
2、刀盘
（1）刀盘设计
刀盘通过法兰与主轴承内齿圈联接，马达提供的扭矩通过减速机、小齿轮、主轴承内齿圈传递给刀盘。
刀盘速度双向无级调节。
刀盘钢结构主要由四个主刀梁和四个副梁及外圈梁组成，前面板和外圈梁含有耐磨层，保护刀盘本体。
刀盘背面有主动搅拌棒，与前盾上的被动搅拌棒一起对土仓内渣土进行搅拌。
刀盘设有渣土改良喷口，为背装可抽出式。
图8.2盾构机刀盘示意图
通过回转接头，渣土改良用的泡沫、膨润土或水被送到刀盘前面的喷口，超挖刀的动力供应也是通过旋转接头来进行的。
回转接头主要分为回转部分-转子与固定部分定子，定子通过法兰连接在主驱动驱动箱上，不能转动，转子则通过中间过渡件与刀盘连接，随刀盘一起转动。
因刀盘在土仓内无法观测其转动位置，在回转接头尾部安装旋转编码器，工地调试期间通过校正，使得刀盘位置与主控室显示位置一致，进洞后就可通过主控室面板画面实时监测刀盘位置，在对应刀盘开口位置即可进行超前钻等工作。
（2）刀具
刀盘上安装有36把滚刀，其中中心滚刀4把，正面滚刀21把，边缘滚刀11把。
边缘滚刀可以保证对掌子面边缘的顺利开挖，从而减少对边缘刮刀的非正常磨损。
正面滚（齿）刀刀间距为90mm。
滚刀可与齿刀进行互换，可根据具体的地质情况，将全部或部分滚刀更换为齿刀。
边缘滚刀刀箱两侧焊有导流块，对边缘区域碴土进行导流，保护边滚刀刀体。
最外侧破岩轨迹上设置有两把边缘滚刀，提高外侧边缘滚刀的使用寿命。
中心滚刀与正面滚刀的极限磨损量为25mm，边缘滚刀的极限磨损量为15mm。
（3）刀盘冲刷
在主驱动隔板上设计有被动搅拌棒，搅拌棒上有开孔，具备冲水功能，冲水方向为刀盘背部和刀盘中心。
除搅拌棒上的冲水外，在驱动隔板上还有4个喷水孔，2用2备。
（4）刀盘驱动
刀盘驱动通过高强度联接螺栓安装在前盾上面，为刀盘提供扭矩。
驱动组成：
驱动扭矩的传动路线为：
马达—减速机—小齿轮—主轴承内齿圈—刀盘，小齿轮两端设有调心滚子轴承。
密封系统：
齿轮区有两个密封系统密封：
内、外密封系统负责密封齿轮箱内部油液以及对开挖仓内渣土的密封，防止渣土及灰尘进入到齿轮油箱内。
外密封为一道迷宫密封加四道唇形密封。
迷宫密封使用的是HBW（CONDAT）密封油脂，油脂直接用气动油脂泵从拖车的油脂桶里输送到注脂点；第一道和第二道之间的密封腔内注入的是EP2油脂，油脂通过环区的定距环不停地将油脂分配出去；第二道与第三道密封之间的密封腔注入的是齿轮油，能够保持一定的压力（一般设置为0.2Bar）并对密封唇口进行润滑；第三道与第四道密封之间做泄漏检测腔。
由于油脂比较粘稠，泵送不便，故使用高压缩比的气动泵泵送HBW及EP2油脂，可以产生很高出口压力，而且通过调节空气流量可以控制油脂注入量，可节约施工成本，安全可靠，故障率低。
内密封为一道迷宫密封加三道唇形密封。
第一道和第二道密封之间注EP2油脂；第二道和第三道密封之间为检测腔。
此外旋转接头、螺旋机驱动及铰接密封内注入EP2油脂进行润滑和密封。
齿轮润滑：
小齿轮区配有齿轮油循环冷却装置。
主轴承的驱动小齿轮轴承、小齿轮齿和三排滚子轴承通过喷溅润滑和压力循环润滑来实现润滑和冷却。
4、管片安装机
管片安装机包括下列组件：
拖架梁、移动架、旋转架、抓举装置。
管片安装机主要作用是安装管片。
除此之外，如果需要进行超前地质钻探可在管片安装机的预留位置上安装超前钻探设备。
管片安装机的伸缩、旋转和移动等功能都是比例控制的，可以对管片实现精确定位。
管片安装机通过遥控器进行控制。
安装机遥控器上有一个紧急制动器。
当开动安装机遥控器控制板上的紧急制动器时，安装机立即停止工作。
复位遥控器时，只能用开动启动开关来重新启动。
5、螺旋输送机
（1）综述
螺旋输送机安装在前盾的底部，螺旋输送机采用对止水性更为有利的有轴螺旋机，最大通过粒径为Φ300×560mm，螺旋机筒体内径800mm，最大出渣能力为447m3/h，驱动采用中心驱动，其圆周设有膨润土或泡沫的注入孔。
螺旋输送机设有两道下出渣闸门，可根据掘进速度在主控室控制闸门的开启度，通过调节排土量来实现土塞效应，形成良好的排土止水效果，在土压平衡模式掘进时，可起到调节土仓土压力的作用。
另外预留保压泵接口，发生喷涌时，及时关闭闸门，接保压泵调节土仓压力。
当发生螺旋轴卡住现象，可以通过控制液压马达正反转来摆脱。
必要时可打开设置在螺旋输送机筒体上的观察窗门来对壳体内部进行清理。
设置伸缩油缸，油缸行程900mm，设有土压传感器2个，渣土改良口9个，观察窗3个，螺旋轴及叶片外圆焊有耐磨合金块及耐磨层。
前闸门：
螺旋机前闸门位于土仓内，通过液压油缸来实现闸门的开启和关闭。
后闸门：
突然断电时，后闸门会自动关闭，以防止喷涌。
后闸门必须定期手动注脂以保证其正常工作。
（2）驱动/密封系统
采用中心驱动方式，主要包括低速大扭矩马达、减速机、圆锥滚子轴承等。
螺旋轴采用驱动端固定，另一端浮动的支撑形式，螺旋机采用前后共采用五道唇型密封保护驱动装置，通过驱动箱圆周上的几个孔用递进式分配阀将油脂持续注入。
油脂由拖车上的油脂桶泵送供应，同时也用于刀盘驱动的润滑。
密封采用TM系列的专用密封。
为保证人员的安全，螺旋机后闸门手动球阀在保养期间必须关闭，以排除闸门意外移动的可能性。
6、人舱
在进行保养和检查工作时，人员和材料通过人舱被运进充满土压的开挖仓。
人舱包括主舱和辅舱，两舱横向连接，之间有舱门连通。
通过前盾隔板上的门可以由主舱进入开挖仓。
辅舱的作用是在出现紧急情况时出入。
主舱最多可以进3人，辅舱最多可以进2人。
主舱和辅舱均可独立操作，内部都配有以下设备：
通讯系统、排气阀和通风阀、时钟、气压计、温度计、供暖设备。
正常情况下，出入人舱都由专人来操作。
人舱外还配有：
记录仪、压力表、流量表。
人舱压缩空气是通过安装在拖车上的空气压缩机提供的，供应管路上还配有相应的滤清器和安全阀。
7、后配套系统
（1）综述
后配套系统包括设备桥和拖车，其上装有保证盾构正常工作的各系统装置，管线。
主要包括冷却水系统，压缩空气系统，液压泵站，注浆系统，润滑系统及供配电系统，还包括皮带输送机出渣系统及管片转运系统等。
拖车通过设备桥与托架梁连接，随盾构主机前进。
拖车在铺设的拖车轨道上前行，在设备桥下部留有空间用来铺设拖车前行所需轨道。
拖车为门架式结构，中间可供编组列车通过，编组列车将管片、砂浆、油脂、轨道等运入，同时将渣土运出。
（2）设备桥
设备桥为桁架结构，架设在托架梁和1号拖车上，前端通过拖拉油缸与托架梁连接，后端通过销轴与拖车1连接。
在设备桥上布置着各种管线，同时还布置了皮带输送机和管片吊机。
设备桥长度和强度预留了安装二级螺旋的能力，如果需要安装二级螺旋，需在设备桥底部增加支撑装置。
（3）皮带输送机
皮带输送机将螺旋机排出的渣土带到后配套编组列车的渣车上。
皮带输送机布置从设备桥到5号拖车的尾部，皮带机的张紧装置和驱动装置安装在5号拖车上。
（4）管片吊机
管片吊机的功能是从管片车上将管片吊运到管片运输小车上。
管片吊机的轨道为双梁布置，从1号拖车到设备桥的前方。
吊机包括两个电动葫芦和驱动装置。
管片吊机控制盒设置一个行走档，慢速\快速两个提升档。
（5）管片运输小车
管片运输小车放置在设备桥下部，能够将管片吊机运送过来的管片临时存储，并能将管片转运到管片安装机能够抓取到的范围内。
它在牵引链的作用下随主机前进。
（6）一号拖车设备布置
一号拖车左侧安装有主控室、HBW密封油脂、EP2油脂，右侧布置有砂浆罐、注浆泵。
（7）二号拖车设备布置
二号拖车左侧安装有盾尾油脂、膨润土罐、膨润土泵、膨润土保压罐，右侧布置有液压泵站。
（8）三号拖车设备布置
三号拖车左侧安装有泡沫系统、水系统泵站，右侧布置有主配电柜。
（9）四号拖车设备布置
四号拖车左侧安装有空压机、储气罐，上部有通风系统二次风机，右侧布置有变压器，高压开关柜。
（10）五号拖车设备布置
五号拖车左侧安装有污水系统、配电柜。
上部安装有皮带机渣土出口，右侧为电缆箱。
（11）六号拖车设备布置
六号拖车左侧为预留位置，上部安装有储风筒及其起吊装置，右侧安装有有2个水管卷筒。
二、盾构机的主要技术参数
盾构机的主要技术参数如下表所示：
表8.1盾构机主要技术参数表
主部件名称
细目部件名称
参数配置
备注
工程概述
地质类型
中、微风化板岩、砂岩、砾岩、泥岩、灰岩
管片内径
5400mm
管片外径
6000mm
管片宽度
1500mm
管片分块
3+2+1
管片纵向连接螺栓数量
10
总体设计
盾构型号
ZTE6250
整机设计寿命
≮10km
主机长度
8735mm
含刀盘
整机长度
约84m
整机总重
约450t
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
35‰
装机功率
约1720kW
刀盘
结构形式
复合式
开挖直径
6280mm
开口率
35%
中心刀具
17"双联滚刀4把，刀间距90mm
正面滚刀
17"滚刀21把，刀间距95mm
边缘滚刀
17"滚刀11把
其中偏心滚刀4把
切刀
42把，间距150mm
按宽切刀重新设计
边缘刮刀
8对
左右各4对
双刃超挖滚刀
1把（具备仿形功能）
刀具高差设置
滚刀高出面板175mm；
切刀高出面板140mm；
边缘刮刀高出面板140mm。
磨损检测
1个，刀具磨损检测距离面板130mm
回转接头
6路泡沫+6路液压+6路电气
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
转速
0-3.44rpm
额定扭矩
6848kNm@280bar
最大扭矩
8691kNm@350bar
功率
3×315kW
主轴承密封型式
外4道，内2道，唇形密封
主轴承密封润滑方式
外密封自动集中润滑，内密封手动定期润滑
最大工作压力
4.5bar
盾体
前盾直径、钢板厚度/材质
Φ6250mm，50mm/Q345B
中盾直径、钢板厚度/材质
Φ6240mm，40mm/Q345B
盾尾直径、钢板厚度/材质
Φ6230mm，40mm/Q345B
盾尾间隙
30mm
压力传感器
7个（土舱6个，螺旋输送机1个）
盾尾密封
3道钢丝刷+1道止浆板
推进系统
推进油缸数量
30
推进油缸规格
220/180-2100mm
（缸径/杆径-行程）
推进油缸分区
4区（上3、下5、左4、右4）
位移传感器数量
4
内置式
额定推力
36,493kN@300bar
单组
最大推力
42,575kN@350bar
最大推进速度
80mm/min
最大外伸速度（空载）
140mm/min
所有油缸
管片安装模式下最大回缩速度
2,092mm/min
用一对油缸
铰接系统
铰接型式
被动铰接
铰接油缸数量
14
铰接油缸规格
180/80-150mm
（缸径/杆径-行程）
最大收缩力
10000kN@350bar
位移传感器数量
4
内置式
水平最大转向角度
1.3°
垂直最大转向角度
1.3°
密封型式
1道橡胶密封＋1道紧急气囊密封
润滑方式
自动润滑
人舱
舱室数量
2个
容量
3人＋2人
直径
1600mm
舱门数量
3个
最大工作压力
3bar
盾尾密封油脂系统
泵站形式
气动
管路数量
2×6根
压力传感器数量
12
注入点分布
6处
供脂压力
48MPa
进气压力为6bar时
油脂集中润滑系统
泵站形式
气动补油+电动注入
油脂泵供脂压力
26.4MPa
进气压力为6bar时
HBW油脂密封系统
泵站形式
气动
供脂压力
38.4MPa
进气压力为6bar时
螺旋输送机
类型
轴式
驱动方式
液压马达驱动
筒体内径
820mm
最大扭矩
178kNm
最高转速
19rpm
功率
200kW
最大能力
350m3/h
节距
630mm
叶片结构
钢板冲压
伸缩结构形式
套筒式
伸缩油缸行程
1000mm
驱动密封润滑方式
3道唇型密封，自动润滑
出渣方式
下部出渣
出渣门形式
双闸门（对开）
防涌门形式
1个剪式
允许最大通过粒径
300×590mm
维保口数量
5个
皮带输送机
驱动类型
电机驱动
驱动功率
37kW
数量
1个
皮带宽度
800mm
皮带长度
约125m
速度
最高2.5m/s
最大能力
450m3/h
倾斜角度
11°
同步注浆系统
盾尾上管路布置形式
内置式
注浆管路数量（含备用内置注浆管）
2×4根
注浆泵数量
2台双柱塞泵
注浆泵型号
施维英KSP12
能力
2×12m3/h
储浆罐容量
8m3
储浆罐两端轴承润滑方式
自动集中润滑
压力传感器数量
4只
砂浆搅拌器
叶片外径
870mm
转速
12r/min
泡沫系统
管路注入口数量
刀盘6个+螺旋输送机8个+隔板2个
泡沫发生器数量
6个
混合液泵数量
6个
最大泡沫注入量
6×1.2m3/h
控制方式
自动/手动
膨润土系统
刀盘上注入点
和泡沫注入点一致
膨润土泵流量
15m3/h
柱塞泵
膨润土罐容积
6m3
膨润土泵数量
2台
膨润土泵功率
15kW
管片拼装机
额定抓举能力
120kN
转动扭矩
300kNm
静扭矩
430kNm
类型
6自由度，齿圈式，机械抓取
驱动方式
液压驱动
移动行程（隧道轴向）
2000mm（满足更换前两道盾尾刷）
提升行程（隧道径向）
1200mm
旋转角度
±200°
旋转速度
0～1.3rpm（速度可调）
控制方式
无线控制（预留有线控制接口）
管片吊运系统
型式
双梁式
行走驱动
链轮链条驱动
起吊能力
2×5t
行走速度
10m/min
起吊速度
低速0.75m/min，高速3.2m/min
控制方式
摇控+线控
喂片机
存放3块管片
冗余设计
导向系统
型式
激光靶式DDJ
测量精度
2秒
自动全站仪
LeicaTS15-A
监视系统
摄像头数量
4台
显示屏数量
1
后配套
拖车数量
1节设备桥＋6节拖车
连接桥长度
12.6m
允许列车宽度
1500mm
后配套拖车
轨行式，轨距2080mm
水循环系统
冷却系统形式
内循环水冷却
水管规格
DN80
水管卷筒
双水管卷筒
延伸水管数量
3路（工业水用双水管卷筒，污水用水管挂架）
外循环水流量
50m3/h
水管卷筒有效延伸长度
≮20m
排污系统
盾体内
隔膜泵
最大能力
50m3/h
拖车上
渣浆泵
最大能力
16m3/h，扬程50m
污水罐容量
4m3
排污管规格
DN80
空气压缩系统
空压机
2×55kW
空压机排量
9.3m³/min
额定压力
8bar
储气罐
1m³
供气分配网
后配套每节拖车上
初次过滤器
有
自动保压系统
PID系统（手动排气）
自动保压系统数量
2套（其中一套为备用）
二次通风系统
风管直径
φ600mm
通风管储存装置
2个
二次风机功率
15kW
有害气体检测系统
便携式和固定式各一套
固定式：
CO、O2、CH4、H2S
便携式进舱使用
液压系统
油箱容量
4.5m3
液压油
矿物油VG46
过滤功率
15kW
电力系统
初次电压
10kV/50Hz
二次电压
230V/400V
变压器数量
箱式变压器1台
变压器
（1250+800）kVA
电气系统防护等级
IP55
功率因素（配备功率因素补偿器）
CosØ=0.9
电缆存放区
1个（不含电缆）
可以存放800m电缆
消防
灭火器数量
18个
控制和通讯
可编程控制器PLC
西门子S7-400
显示器
2个
语音通讯
6部电话
远程通讯方式
光纤传输
数据采集系统
操作系统
Win7professionalsp1
CPU型号
酷睿i3-330E
CPU频率
2.13G
存储介质（内存/硬盘）
2GB/250GB
功率配置
刀盘驱动系统
3×315kW
刀盘补油泵
30kW
先导控制泵
7.5kW
盾构推进系统及辅助系统
90kW
管片拼装机及注浆系统
55kW
管片吊运系统
2×7.5kW
液压油过滤系统
15kW
主驱动润滑系统
4kW
膨润土泵
2×15kW
离心水泵（增压泵）
15kW
污水泵
15kW
螺旋输送机
200kW
螺旋输送机补油
30kW
泡沫系统
6×1.5+1.1kW
同步注浆砂浆罐搅拌
7.5kW
皮带输送机
37kW
二次通风
15kW
空压机
2×55kW
电源插座及工地用电
75kW
其他
60kW
合计
约1720kW（仅设备上）
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