盾构机技术参数.docx

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盾构机技术参数

TB880E隧道掘进机

一、概述

TB880E型隧道掘进机由德国维尔特（Wirth）公司制造。

TBM880E型隧道掘进机为开敞式硬岩掘进机，适用于硬岩的一次成型开挖。

隧道掘进机的英文为“TunnelBoringMachine”，所以隧道掘进机又简称为“TBM”。

TBM集机、电、液、气、仪于一体，采用微电脑全程监控操作。

采用TBM施工，无论是在隧道的一次成型、施工进度、施工安全、施工环境、工程质量等方面，还是在人力资源的配置方面都比传统的施工工法有了质的飞跃，实现了隧道施工工厂化作业。

该机曾用于18.46km的西康铁路秦岭隧道施工，最高月进度达528.1m。

在6113m长的西安南京铁路磨沟岭隧道的施工中，创造最高日掘进达41.3m，最高月掘进达573.9m的国内新记录。

TBM具有优良操作性能，其主要特点是使用可靠性的内外凯（Kelly）机架。

TBM主机主要由刀盘、刀盘护盾、主轴承与刀盘驱动器、辅助液压驱动、主轴承密封与润滑、内部凯式、外部凯式与支撑靴、推进油缸、后支撑、液压系统、电气系统、操作台、变压器、行走装置等组成。

外凯机架上装有X型支撑靴；内凯机架的前面安装主轴承与刀盘驱动，后面安装后支撑。

刀盘与刀盘驱动由可浮动的仰拱护盾、可伸缩的顶部护盾、两侧的防尘护盾所包围并支承着。

刀盘驱动安装于前后支撑靴之间，以便在刀盘护盾的后面提供尽量大的空间来安装锚杆钻机和钢拱架安装器。

刀盘是中空的，其上安装许多刮板和铲斗，将石碴送到置于内凯机架中的输送机上。

后配套系统为双线轨道及加利福尼亚道岔系统，装有主机的供给设备与装运系统，石碴的运输通过矿车运出。

后配套系统由若干个平台拖车和一个皮带桥组成，皮带桥用来联接平台拖车与主机，平台拖车摆放在仰拱上的轨道上。

前进时皮带桥被TBM后端拉着，在掘进过程中后配套平台拖车是固定的，在掘进结束时被两个液压油缸牵引。

在后配套系统上，装有TBM液压动力系统、配电盘、变压器、总断电开关、电缆卷筒、除尘器、通风系统、操纵台、皮带输送系统、混凝土喷射系统、注浆系统、供水系统等。

另外在TBM拖车上还安装有钢拱架安装器、仰拱块吊装机、超前探测钻机、锚杆钻机、风管箱、辅助风机、除尘器、通风冷却系统、机器通讯系统、数据处理系统、导向系统、瓦斯监测仪、注浆系统、混凝土喷射系统、高压电缆卷筒、应急发电机、空压机、水系统、电视监视系统等辅助设备。

二、TBM技术参数

1、外形尺寸

掘进机型号TBM880E

掘进直径8800mm

扩孔直径8900mm

外形尺寸（主机）25530×8800×8800mm（其中后部斜坡1680mm长）

掘进速度1.0m/h（饱和抗压强度260MPa时）

3.5m/h（饱和抗压强度100～120MPa时）

主机重量780000kg

2、主轴承

主轴承设计寿命25000h

主轴承使用寿命≮15000h

主轴承密封寿命≥25000h

大齿圈使用寿命≥25000h

3、刀盘驱动

主驱动动力8×430kW=3440kW

主驱动型式双速可逆电机

主驱动转速2.7/5.4rpm

主驱动扭矩（效率95%时）5800kNm

脱困扭矩8700kNm

最大推进力21000kN

步进行程1800mm

辅助驱动型式液压马达

辅助驱动转速正转0～1.0rpm，反转0～0.26rpm

辅助驱动扭矩（效率75%时）10500kNm

辅助驱动功率385kW

4、支撑系统

支撑靴数量16个

额定支撑力41000kN

最大总支撑力60000kN

接地比压1.9MPa

撑靴缸数量32个

撑缸靴（缸径×杆径×行程）300×200×800mm

5、刀具

滚刀直径432mm

滚刀数量中心刀6把，正滚刀62把，边滚刀3把

承载力25000kg/把

刀痕间距正滚刀84～31mm，边刀80～14mm

扩孔刀2把

6、变压器

变压器容量2700kVA×2

功率因素补偿1200kVA

一次线圈电压10kV

二次线圈电压690/400/230

7、后配套系统

型式双轨系统

拖车轨距2980mm

列车轨距900mm

后配套总长210m

最小转弯半径500m

斜轨坡度20‰

拖车标准长度10m

输送带宽1200mm

输送带厚11mm

输送速度0～2m/s

输送能力770m3/h

皮带桥的皮带机长26m

装碴皮带机长160m

装碴长度80m

8、TBM辅助设备

仰拱块吊机起吊能力13000kg

超前钻机工作范围摆角120°，仰角10°

超前钻机钻孔直径Φ51mm，30m深；Φ102mm，20m深

超前钻机功率55kW（由锚杆钻机动力站提供）

锚杆钻机数量、型号4台、HS300S

锚杆钻机钻孔直径Φ381mm，3.5m深

锚杆钻机功率2×55kW

风管箱储存量100m，风管直径Φ2.2m

辅助风机20m3/s，45kW，带消音器

除尘器型式湿式带增压器和消音器

除尘器型号36MRDE/RS/STD

除尘器功率100kW，10m3/s

通风冷却系统数量、型号2套、LKM2－290

通风冷却系统制冷能力2×290kW

通风冷却系统压缩机功率2×90kW

通风冷却系统风机功率2×22kW

机器通讯系统型号WSA6

数据处理系统型号WDA8

导向系统型号ZED260

瓦斯监测仪型号Exytron5010

9、后配套辅助设备

注浆系统型号MT－7557

注浆系统连续搅拌机型号HCM300E

连续搅拌机能力、功率6m3/h、5.5kW

注浆系统搅拌器型号HRW160

搅拌器容量、电机功率160L、0.75kW

注浆泵型号ZMP725

注浆泵能力160L/min（1.5MPa时），最大190L/min

注浆泵液压站型号HPU726/压力21MPa/电机功率9.2kW

湿式混凝土喷射机型号AL－277，功率30kW，能力3～14m3/h

喷射机械手型号AL－303，功率22kW

电缆卷筒容量400m

应急发电机型号P200

应急发电机功率350kVA，400V/3相/50Hz

空压机SSR－MH132型，风冷式螺杆空压机

空压机容量及功率22m3/min，132kW，风压0.85MPa

供水系统2×7.5kW＋18.5kW

排水系统22kW＋54kW

三、隧道运输系统技术参数

1、标准平板车

每台总长（挂钩中心）6200mm

平板长5500mm

总宽1800mm

轴距3000mm

平板离轨面高度600mm

平板上材料的稳定插座立柱式

车轮直径Φ350/390mm

轨距900mm

载重16000kg

自重3500kg

数量17台

2、搅拌罐

容量6.0m3

宽1800mm

高（平板至罐顶）1800mm

载重12000kg

自重3200kg

动力18kW电动液压驱动

数量4台

3、仰拱块车

总长（挂钩中心）6300mm

平板长5750mm

总宽1800mm

轴距3000mm

仰拱块固定半圆弧床

车轮直径Φ350/390mm

轨距900mm

载重12000kg

自重3500kg

数量4台

4、钢拱架/钢轨车

总长（挂钩中心）6300mm

总宽1800mm

轴距3000mm

平台离轨面高度560mm

车轮直径Φ350/390mm

轨距900mm

载重16000kg

自重3300kg

数量4台

5、矿车

容量20m3

总长（挂钩中心）7600mm

总宽1600mm

转向架中心距5000mm

车轮直径Φ350/390mm

轨距900mm

载重33000kg

自重7500kg

数量36台

6、人车

容量18人

总长（挂钩中心）5500mm

车厢长4800mm

车宽1500mm

高度1700mm

轴距2800mm

车轮直径Φ350/390mm

轨距900mm

自重3400kg

数量4台

7、45t机车（秦岭隧道南口）

重量45000kg

轨距900mm

总长6850mm

宽度1800mm

高度2400mm

轴距3000mm

车轮直径Φ1000mm

最小转弯半径40m

最大车速1档18km/h，2档28km/h，直接档33km/h

数量6台

8、35t机车（秦岭隧道北口）

重量35000kg

轨距900mm

总长6500mm

宽度1700mm

高度2400mm

轴距2600mm

车轮直径Φ860mm

最小转弯半径30m

最大车速1档15km/h，2档33km/h，直接档38km/h

数量5台

四、TBM主要结构简介

1、刀盘

刀盘结构见图1，刀盘为焊接的钢结构件，由两半圆通过螺栓联接后再焊接成一体，以便于运输。

刀盘上的滚刀为背装式，刀座为凹式，这种结构的刀盘安装刀具方便，并且刀盘与掌子面的距离保持最小，能有效地防止在断层破碎地质条件下刀盘被卡住。

沿着刀盘圆周安装的刮板和铲斗将切削石碴从底部输送到顶部，然后沿着碴槽落到输送机的碴斗上。

敞开式铲斗与刮板向刀盘中心延伸一定距离，使得大量的石碴在落到底部之前进入铲斗，减少了石碴的二次挤压和铲斗刮板的额外磨损，刮板是用螺栓联接的可更换的耐磨板。

刀盘支承在主轴承上，用液压膨胀螺栓与轴承的旋转件相连。

刀盘支撑在刚性定位的内凯机架与液压预载的仰拱护盾上，在岩层变化时，刀盘不会下落和摆动，从而保持刀盘的轴线位置不变，确保滚刀在各自的切缝中，减少作业时的振动和滚刀的磨损。

刀盘配备有一套喷水系统，用以对掌子面的灰尘进行初步控制，也用以使滚刀冷却。

通过内凯机架上的人孔可以进入刀盘的内部，通过刀盘上的人孔可以进入掌子面。

2、刀盘护盾

刀盘护盾见图2。

刀盘护盾由液压预载的抑拱护盾和三个可伸缩的拱形护盾组成。

刀盘护盾从刮板至隔板遮盖着刀盘，提供钢拱架安装及锚杆安装时的安全防护，防止大块岩石堵塞刀盘。

并在掘进时或掘进终了换步时，支撑住掘进机的前部。

护盾通过油缸联接带动隔板，护盾随刀盘浮动。

护盾上的预载油缸承受刀盘及驱动装置的重量，保持护盾与隧道仰拱相接触，并将石碴向前推动进行清理。

图2：

TBM880E掘进机刀盘护盾示意图

1—顶部护盾2—侧护盾3—临时支承

3、主轴承与刀盘驱动

主轴承是一个双轴向径向式三维滚柱轴承，见图3。

刀盘驱动有两套动力，见图4。

轴承内圈上的内齿圈是轴承的组成部分，刀盘用液压膨胀螺栓与内齿圈相联接。

刀盘由相同的8套刀盘驱动装置共同经由内齿圈驱动。

驱动小齿轮由两个轴承支承，小齿轮的传动轴2通过齿形联轴节3与水冷式双级行星减速器8相联，然后通过摩擦式离合器6与驱动电机7相连。

正常作业时，刀盘由双速水冷电机7驱动，电动机装于两外凯机架之间，双速可逆式电机允许刀盘在不稳定的软弱围岩地质条件下半速驱动，在不利的条件下为了刀盘脱困允许电机反转。

微动时由液压马达4驱动，用以使刀盘旋转到换刀位置以便更换滚刀或进行维修保养作业。

图4：

TBM880E掘进机刀盘驱动示意图

1－内齿圈2－传动轴3－齿形联轴节4—液压马达5－齿形联轴节

6—摩擦式离合器7－双速水冷驱动电动机8－双级水冷行星减速器

4、主轴承密封与润滑

主轴承密封由三个唇式密封构成，此密封又用迷宫式密封保护。

迷宫式密封由自动注油系统进行清洗净化，见图5。

主轴承齿圈和驱动小齿轮为强制式机械润滑。

装备有润滑泵、滤清器、电子监测系统。

润滑脂润滑系统、机油润滑系统与刀盘驱动系统相互联锁，当润滑系统失效时，刀盘自动停止转动。

行星减速器注入部分润滑油、为飞溅式润滑。

5、内凯机架

内凯机架见图6，内凯机架是一个箱型截面焊接结构，其上有淬火硬化的滑道、以供外凯机架的轴承座在其上滑行。

图6：

TBM880E掘进机内凯机架

前后外凯机架由推进油缸使之滑动。

内凯机架为刀盘导向，将掘进机作业时的推进力和力矩传递给外凯机架。

内凯机架联接刀盘轴承、驱动装置与后支撑，内凯的尾部与后支撑相联，内凯的前部联接着主轴承座。

内凯机架前端设有一人孔，可由此通道进入刀盘，内凯机架内有足够的空间，用以安置皮带机。

6、外凯机架与支撑靴

见图7，外凯机架连同支撑靴一起沿内凯机架纵向滑动，支撑靴由32个液压油缸操纵，支撑靴分为两组，每组由8个支撑靴组成，在外凯机架上“X”形分布，前后外凯机架上各有一组支撑靴。

16个支撑靴将外凯机架牢牢地固定在掘进后的隧道内壁上，以承受刀盘的扭矩和掘进机推进力的反力。

前后支撑靴能够独立移动以适应不同的钢拱架间距。

图7：

外凯机架与支撑靴

7、推进油缸

作用在刀盘上的推进力，经由内凯机架、外凯机架传到围岩。

外凯机架是两个独立的总成，各有其独立的推进油缸。

前后外凯分别设4个推进油缸，最大工作压力为33MPa，总推力为21000kN。

后外凯机架的推进油缸将力传到内凯机架，前外凯机架则将推进力直接传到刀盘驱动装置的壳体上。

掘进循环结束时，内凯的后支撑伸出支撑到隧道底部上，外凯的支撑靴缩回，推进油缸推动外凯向前移动，为下一循环的掘进准备。

8、后支撑

后支撑与内凯机架相连，位于后外凯机架的后面，见图8。

后支撑通过液压油缸控制伸缩。

后支撑缩回时，内凯的位置能够在水平和垂直方向上调整，以调整TBM的隧道中线。

9、皮带桥

皮带桥直接装在TBM主机的后面，支承在平台拖车上，它搭桥以加大下面的作业空间，以便安装仰拱块和铺设钢轨。

皮带桥内装有皮带机系统和通风系统、仰拱块吊机、材料提升系统。

10、拖车

后配套门架式拖车每节长约10m，在轨距为2980mm的仰拱钢轨上拖行。

在拖车上，装有TBM液压动力系统、配电盘、变压器、总断电开关、电缆卷筒、除尘器、通风系统、操纵台、皮带输送系统、混凝土喷射系统、注浆系统、供水系统及其它辅助设备。

门架式拖车的下层空间，通行矿车、载人客车、材料车、牵引机车等。

装碴台为双轨装碴系统，可容两列车装碴，每个列车的组成一般有10节矿车、3节材料车、1节人车和1节机车，列车总长约117m。

11、导向系统

导向系统由装在TBM上的两个激光靶和装在隧道洞壁上的激光器组成，激光靶装于刀盘护盾背后，由一台工业电视监视器进行监视，监视器将TBM相对于激光束的位置传送到操作室的显示器上。

当机械换步时，操作人员根据这些信息对TBM的支撑系统进行调整。

12、数据处理系统

数据处理系统监视和记录以下数据：

日期与时间、掘进长度、推进速度、每一循环的行程长度与持续时间、驱动电机的电流、驱动电机的接合次数、推进油缸压力、支撑油缸压力。

记录数据被显示和贮存，任何时候都能读取和打印。

贮存的数据能制成柱状图或饼状图。

13、除尘系统

除尘系统装于后配套拖车的前端，吸尘管与内凯及刀盘护盾相连，在刀盘与掌子面之间形成负压，使得TBM前约40%的新鲜空气进入刀盘与掌子面之间，防止含有粉尘的空气逸入隧道。

除尘器的轴流风机吸入的含尘空气穿过一有若干喷水嘴的空间，湿尘吹向除尘器的集水叶片后、灰尘高度分离，流向装有循环水泵的集尘箱沉淀。

14、锚杆钻机

共有4台锚杆钻机，2台位于刀盘护盾后面，在内凯机架旁边；另外2台位于后支撑靴后面，在内凯机架旁边。

锚杆钻机在机器掘进时能进行锚杆的安装。

每台钻机的凿岩机滑道装在外凯机架上，前2台凿岩机能覆盖隧道顶部150°范围，并可沿TBM纵向滑移一个行程的长度。

后2台凿岩机能覆盖隧道底部150°范围，并可沿TBM纵向滑移一个行程的长度。

锚杆钻机钻孔直径为38mm，钻孔深度为3.5m，每个动力站的功率为55kW，供2台凿岩机使用。

15、超前探测钻机

超前探测钻机用在TBM前面打探测孔，打探测孔时，TBM必须停止掘进。

超前钻机能钻Φ51mm、深31m的孔，也能钻Φ102mm、深20m的扇形管棚孔。

超前钻机装于外凯机架上、前后支撑靴之间，钻孔时，移动至TBM护盾的外边、以微小的仰角在TBM前方钻孔。

锥形引导能适应整个刀盘护盾导向和稳定钻杆。

超前钻机的动力由锚杆钻机的动力站之一提供。

16、钢拱架安装器

钢拱架安装器可在TBM掘进过程中进行作业，在刀盘后面进行钢拱架的预组装和安装。

钢拱架安装器由以下部分组成：

在刀盘护盾后面的预组装槽、液压驱动的牵引链、在内凯上纵向移动的平台、钢拱架提升与伸展用的液压油缸。

钢拱架安装器由装在刀盘护盾后面的控制台直接操作，由TBM的液压系统提供动力。

17、仰拱块吊机

仰拱块吊机沿设备桥下的双轨移动，它吊起仰拱块运向安装位置。

仰拱块吊机可以沿水平、垂直方向移动。

移动方式是链传动。

起吊能力为13吨。

18、注浆系统

注浆系统装于TBM后配套上，由HCM300型螺杆式连续搅拌机、HRW160型搅拌器、ZMP725型双作用注浆泵及液压站组成。

注浆系统把拌合砂浆用于仰拱块的灌浆、混凝土粘接、岩石的压力注浆及断层的稳固。

19、混凝土喷射系统

采用阿立瓦（Aliva）混凝土喷射系统，装于TBM后配套上，由2台AL－277型30kW湿式喷射机、2台0.55kW液体计量泵、2台AL－303型混凝土喷射机械手组成。

20、空压机

采用132kW风冷式螺杆空压机，型号为SSR－MH132。

该空压机作为混凝土喷射机及风动工具作业的风源。

能力为22m3/min，风压为850kPa。