土压平衡盾构机技术规格及要求解析.docx

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土压平衡盾构机技术规格及要求解析

土压平衡盾构机技术规格及要求

1.土压平衡盾构机（以下简称盾构机）技术要求的说明

1.1盾构机技术要求以南昌轨道交通工程、周边环境及地质条件要求，兼顾满足南昌轨道交通其他线路区间、周边环境及地质条件要求及各项施工条件。

1.2本技术要求为南昌轨道交通3号线盾构区间掘进的盾构机最低技术规格和施工要求。

1.3本技术要求对盾构机部件结构不作具体的规定，但其必须满足本标准对盾构机所需的功能、性能、配置等要求。

1.4本技术要求仅限于主要部件、总成、系统的功能、性能、配置等，未描述部分应自动满足南昌轨道交通3号线工程、周边环境及地质条件。

2.新机技术规格要求

2.1整机

Ø盾构机技术规格必须满足南昌轨道交通3号线工程、周边环境及地质条件要求，兼顾满足南昌轨道交通其他线路区间、周边环境及地质条件要求及各项施工条件。

Ø盾构机的各项安全性能指标必须满足国家及南昌地区相关安全使用和施工规范要求。

Ø盾构机应满足南昌地铁三号线管片规格：

外径Φ6000mm，内径Φ5400mm，宽度1200/1500mm，纵向螺栓分度36°。

Ø盾构机最大推进速度应≤80mm/min。

Ø盾构机最小掘进转弯半径应≤250m；适用隧道纵向坡度应≥±45‰。

Ø盾构机最大工作压力应≥0.5Mpa。

Ø盾构机主要部件及总成使用寿命应≥10km或10000小时。

Ø盾构机主要部件应采用世界知名厂商品牌及产品。

Ø盾构机主要结构件材料应采用国内知名厂商品牌及产品。

2.2刀盘

Ø2.2.1基本结构

Ø刀盘支腿数量≥4个，≤6个。

Ø宜采用复合式刀盘，刀盘开口率应≥30%。

Ø复合式刀盘滚刀的安装刀座宜采用单楔块方式。

软岩刀具的安装可采用螺栓紧固或销轴安装方式。

Ø刀盘应配置仿形刀，仿形刀有效伸出量应≥100mm，仿形刀伸出量可在主控室设定和控制。

Ø刀盘喷口数量应≥5个，且分布合理；泡沫喷口和膨润土喷口采用单管单泵，其中独立的泡沫喷口≥3个，独立的膨润土喷口≥2个。

喷口装置总成必须可从刀盘背部抽出更换。

喷口应设有防冲击防磨损保护装置。

Ø刀盘必须配置盘体磨损检测装置，≥2个；应配置刀具磨损检测装置，≥2个。

Ø刀盘主动搅拌棒≥4根。

Ø2.2.2刀盘耐磨保护

Ø复合式刀盘面板应敷焊耐磨复合钢板；外圈梁外圆表面后端应配置一整圈宽度≥60mm的硬质合金保护刀耐磨环，其余耐磨环可采用HARDOX材料或复合耐磨钢板；外圈梁后端表面应敷焊耐磨复合钢板。

Ø辐条式刀盘刀梁应敷焊耐磨耐磨网格，外圈梁外圆表面后端应配置一整圈宽度≥60mm的硬质合金保护刀耐磨环，其余耐磨环可采用HARDOX材料或复合耐磨钢板；外圈梁后端表面应敷焊耐磨复合钢板。

Ø2.2.3刀具配置

Ø复合式刀盘应配置滚刀或可更换撕裂刀、切刀、边刮刀；可增配撕裂刀。

外圈梁处可配置可更换或焊接的保径撕裂刀。

Ø辐条式刀盘应配置撕裂刀、切刀、边刮刀；外圈梁处必须配置可更换或焊接保径撕裂刀。

Ø复合式刀盘应配置仿形刀≥1把，并配备一定量的球齿滚刀。

Ø复合式刀盘的滚刀规格应≥17英寸，滚刀刀间距应在100~130mm范围内，滚刀刃口硬度应≥HRC55。

Ø中心刀区域以外的切刀应全覆盖开挖面，单向覆盖率应≥200%。

Ø中心刀区域以外的撕裂刀应全覆盖开挖面，单向覆盖率应≥100%。

Ø弧形边刮刀在刀盘弧形区域的单向覆盖率应≥400%，直形边刮刀单向覆盖率应≥400%。

Ø滚刀刀座除可安装滚刀外，也可安装可更换撕裂刀。

Ø除焊接撕裂刀外，其他所有刀具为固定式切刀、主刀或可更换式切刀的有机组合。

Ø2.2.4刀盘许用受力条件

Ø刀盘推力荷载按照全盘17英寸滚刀额定荷载核定，扭矩荷载按照脱困扭矩核定，共同加载进行受力分析计算。

Ø在上述推力荷载和扭矩荷载共同作用下，刀盘最大应力荷载应≤200Mpa。

Ø刀盘偏载推力荷载按照下半盘17英寸滚刀额定荷载、上半盘无荷载核定，扭矩荷载按照脱困扭矩核定，共同加载进行受力分析计算。

Ø在上述偏载推力荷载和扭矩荷载共同作用下，刀盘最大应力荷载应≤240Mpa。

Ø2.2.5刀盘结构材料

Ø刀盘结构材料级别不应低于Q345B。

2.3旋转接头

Ø旋转接头添加剂通道数量应≥5个。

Ø旋转接头液压通道应≥4个。

Ø旋转接头应设有刀盘周向位置指示装置。

Ø旋转接头添加剂密封动态压力应≥0.5Mpa，静态压力应≥1.6Mpa。

2.4土仓中心区域高压水喷射装置

Ø土仓中心隔板（或刀盘法兰板）区域应设置高压水喷射防泥饼装置。

其中中心喷射孔1个，中心周边喷射孔≥2个。

Ø高压水压力应≥1.6Mpa。

2.5主驱动

Ø刀盘驱动可采用液压驱动或变频电驱动方式。

刀盘必须可实现无级调速，可顺、逆时针转动。

Ø采用变频电驱动时，每个驱动组必须配置扭矩限制装置，宜配置一组制动装置。

Ø变频电驱动功率应≥600kW；液压驱动功率应≥630kW。

Ø主轴承应采用三排滚柱轴承，轴承直径宜≥2800mm。

Ø主轴承设计使用寿命必须≥10000h。

Ø主驱动密封压力应≥0.5Mpa。

Ø主驱动额定扭矩应≥5500kNm。

Ø主减速器设计使用寿命应≥10000h。

Ø主电机绝缘防护等级应≥IP55。

Ø主轴承润滑油系统应具备循环冷却、过滤功能。

2.6盾体

Ø盾体宜采用倒锥形设计。

Ø盾体可采用主动铰接或被动铰接方式。

Ø盾体上部应至少设置6个周向超前注浆孔，盾体下部宜设置周向超前注浆孔。

前盾隔板应至少设置5个正面超前注浆孔。

Ø推进油缸的分度能满足错缝拼装的要求，且每个分度点均应有居中的油缸对应。

Ø布置的推进油缸轴线中心宜与管片的厚度中心基本一致，油缸撑靴应不直接顶在管片接缝上，撑靴面积的压强应≤25MPa。

Ø土仓隔板上的膨润土注入口应≥于2个，泡沫注入口应≥2个。

Ø前盾隔板下部螺旋输送机进口两侧应设置各1个聚合物注入喷口装置及防喷涌装置。

Ø盾体上应设计有盾壳外膨润土注入孔装置，注入口的数量应≥10个。

Ø土压传感器设计数量应≥5个，且上部传感器位置不低于盾体顶部1m，其中上部及两处可更换土压传感器设置。

Ø土仓压力隔板上应预留各种功能孔，包括带压进仓所需风、水、电通道，聚合物孔、改良加水孔等。

Ø盾尾刷应≥3道，盾尾油脂每腔注入口数量≥于6路。

盾尾密封系统应具有自动及手动注脂的功能。

尾刷密封压力≥1.0Mpa。

Ø尾盾同步注浆管宜采用内置式，必须配置有高压水清洗装置。

注浆口≥4个点位，每个点位应有2路注浆管，一用一备。

除此外，尾盾顶部宜再布置1路或2路注浆管。

Ø盾体切口外圆表面应敷焊宽度≥50mm、厚度≥5mm的满堆焊耐磨层。

土仓底部前盾内表面90°范围内应敷焊耐磨耐磨网格。

2.7人舱

Ø人舱必须采用双舱形式，主舱容纳人数≥2人，副舱可容纳2人。

Ø土仓上部仓门应设计为向人舱方向开启。

Ø人舱宜在前盾的上部布置；应配置成熟的全气动压力调节装置；在网电断电时系统仍能正常工作，确保带压换刀时仓（舱）内人员安全撤离。

Ø人舱的最大工作压力应≥0.45Mpa。

Ø人舱内应设有刀具运输轨道。

2.8螺旋输送机

Ø螺旋输送机直径应≥700mm，宜采用尾部驱动。

Ø宜采用轴式螺旋叶片，螺旋输送机出渣口必须配置双闸门。

闸门关闭时的密封压力≥0.3Mpa。

Ø螺旋输送机配置的添加剂注入孔≥3个，其中包含聚合物喷口装置。

Ø螺旋输送机应至少前后各配置1个土压传感器

Ø螺旋输送机必须配置前闸门。

螺旋输送机应具有伸缩功能。

Ø螺旋输送机设计应≥15个节距。

Ø螺旋输送机前端叶片轴3m长度范围内应配置耐磨合金块,其余叶片也应采取相应的耐磨措施。

螺旋输送机前中段筒体内壁应设置有耐磨板，后段筒体内壁也应采取相应的耐磨措施。

Ø螺旋输送机应配置保压泵接口或防喷涌装置接口。

Ø螺旋输送机出料闸门必须具备停电紧急关闭功能。

2.9管片拼装机

Ø管片拼装机宜采用中心回转式。

Ø管片拼装机必须有6个自由度，纵向行程≥2000mm，并能满足在隧道内更换两道尾刷的要求。

Ø管片拼装机旋转角度应≥±200°。

Ø管片拼装机最大旋转速度应≥1.8r/min。

Ø管片拼装机必须有无线控制装置，并预留有线接口。

Ø管片拼装机提升力≥24kN，旋转扭矩≥270kNm。

Ø管片拼装机与连接桥之间应设置人行通道，内侧应设有高度不低于1m的栏杆。

Ø管片拼装机应设置尽可能方便的管片拼装操作平台和相应的栏杆。

Ø管片拼装机必须具备无线、有线控制功能。

2.10管片吊机

Ø管片运输系统应配置单、双梁吊机。

Ø管片吊机行走装置宜采用链轮链条驱动方式，应满足最大纵坡50‰的使用。

Ø管片吊机起吊应设置双速，提升高度必须满足装载不低于3片重叠管片的管片车自由出入及管片装卸。

Ø管片吊机必须配置无线和有线两种控制方式。

Ø管片吊机提升力≥32×2kN，单梁≥50kN。

2.11皮带输送机

Ø皮带输送机带宽应≤800mm，最大带速应≤3m/s。

Ø皮带机斜坡段倾角必须≤10°。

Ø皮带机驱动功率应≥37kW，宜采用变频控制。

Ø皮带机应设置有效的刮泥、清洗、调偏装置，同时还应有打滑报警、防跑偏装置、张紧装置和紧急停止装置，起到对设备保护作用和防止意外情况的发生。

2.12后配套拖车及连接桥

Ø后配套拖车和连接桥应设计为可拆装式，以便于现场组装或盾构机到达后可以顺利地在到达井内完成拆卸。

Ø后配套拖车和连接桥的各个部位都必须与隧道内壁有不小于100mm的安全距离。

Ø后配套设备安装应适应车站标准段边墙距隧道轴线≤2.15m的要求，满足后配套设备不需拆卸（可移动）就能满足始发及维保要求。

Ø后配套拖车在安装设备后的内净空尺寸与编组列车的最大横断面外形尺寸的单边左右侧间隙≥100mm。

顶部间隙≥200mm。

Ø第一节拖车前端应设置防溜车装置。

Ø安装设备后后配套拖车必须设置从后端至主控室的人行通道，人行通道可拐弯。

人行通道最窄处的横向尺寸应≥600mm，高度应≥2000mm。

人行通道底板应设有防滑设置。

主控室处的人行通道最窄处的横向尺寸应≥450mm。

Ø后配套拖车在电瓶车司机操作侧边、司机头部高度处的所有结构或设备的空隙处应设置防护档板类装置，防止司机头部伸入。

Ø后配套拖车应预留安装紧急发电机位置。

2.13推进系统

Ø推进油缸行程应≥2000mm。

Ø推进油缸应至少分为4组分区，每组必须设有一个带行程传感器的油缸，行程传感器应采用内置式。

Ø推进系统单位面积推力（总面积为开挖横断面面积）≥1200kN/㎡。

Ø推进油缸与靴板的连接必须设有万向铰接装置。

Ø采用被动铰接方式的推进油缸径向弹性支撑卡板宜设置为可移动卡板。

2.14铰接系统

Ø如果采用被动铰接，铰接油缸的主动拉力不小于10000kN；如果采用主动铰接，主动铰接推力≥最大推力的75％。

Ø铰接油缸应至少设置4根带传感器的油缸，传感器应采用内置式。

Ø铰接密封承压能力应≥0.5Mpa。

铰接密封至少应设置手动注脂孔装置。

Ø铰接密封后端必须设置聚氨酯等添加剂注入孔装置。

2.15注浆系统

Ø同步注浆泵应采用双活塞泵。

Ø砂浆储存罐应至少不小于6.5m3，具备搅拌功能。

Ø注浆泵出口最大压力应达到6Mpa。

Ø同步注浆能力应满足在最大掘进速度时，注浆填充率≥200%的要求。

Ø注浆系统应采用至少四点的注浆点位，并能自动控制。

Ø每根注浆管路应配置压力传感器，每个分支管路出口均应配置压力和流量显示及数据采集装置，操作控制在主控室内进行，注浆量可以累积计算显示，并可在数据采集系统中记录每环及累积的实际注浆量，且注浆管道应设置冲洗装置。

Ø每环注浆量及累计注浆量必须实时传输至集中监控系统。

Ø应配置二次注浆系统，二次注浆系统采用双液浆，双液浆的配比可调节。

安装位置应尽量靠近设备桥。

2.16泡沫系统

Ø泡沫系统应具备自动控制功能。

Ø泡沫系统应采用单管单泵形式，回路应≥3路。

Ø泡沫系统原液注入能力≤300L/h

Ø泡沫系统每路应配置有视镜，可以通过视镜观察泡沫发泡效果。

Ø每路泡沫均应配置有流量计、泡沫流量的大小可通过流量传感器进行检测，并能显示在主控室操作页面，在数据采集系统可记录每环及累积的实际注入量。

Ø每环泡沫原液量及累计量必须实时传输至集中监控系统。

2.17膨润土系统及聚合物系统

Ø宜同时配置改良膨润土系统和盾壳外膨润土润滑系统。

Ø输送到刀盘前部的膨润土注入管路应≥2路，膨润土和泡沫能够同时注入到刀盘前部，并在主控制室内操控。

Ø膨润土系统宜采用挤压泵，挤压泵宜设置2个，其中一个为改良泵，一个为盾壳外润滑泵，可单独控制使用，也能共同用于改良或外注。

Ø应配置至少6m3膨润土罐，具备搅拌功能。

Ø膨润土系统的总注入能力≥16m3/h。

Ø聚合物注入系统能力≥600g/min。

2.18压缩空气及保压、呼吸系统

Ø应配置2台空压机，总排气量≥12m3/min。

Ø空压机出口必须配置三级过滤，第三级过滤采用活性碳过滤器。

Ø储气罐容量应≥1m3，压缩空气排气压力≥0.7Mpa。

Ø必须采用全气动式气体保压系统,气体保压系统要求一用一备，保压精度≤0.05bar

Ø应使用水冷式螺杆空压机。

2.19工业供水及冷却系统

Ø冷却系统应采用内外循环水冷却方式，内循环系统水罐液位低于警戒液位时能够报警及对相关设备进行保护。

Ø应配置高扬程增压水泵用于高压水喷射，扬程≤90m。

Ø冷却系统允许的进水温度≤28°，进水压力≥0.2Mpa，≤0.6Mpa。

Ø应配置2个水管卷筒，每个卷筒应配置40m长度水管。

Ø应配置独立的土仓加水系统，用于无水地层碴土改良。

2.20排污系统（如配置）

Ø排污水箱容量≥4m3。

Ø主机需配置污水泵，类型不限。

Ø应配置污水箱排污泵。

2.21齿轮油系统

Ø齿轮油应采用循环过滤系统，要有堵塞报警装置，必须配置热交换器。

Ø主控制室应显示油温，并具有油温报警功能。

2.22主驱动油脂密封及润滑系统

Ø宜采用HBW及EP2两种密封油脂及注入系统，HBW油脂采用流量控制，注入量不足时须报警。

Ø如采用多点注入泵，多点泵须有液位传感器，液位低时可自动启动补油泵注入，注到高液位时补油泵可自动停止。

Ø油脂系统宜采用200L油脂桶。

2.23盾尾油脂系统

Ø盾尾油脂泵应有自动计数装置。

Ø每路注入管路应设置有尾刷腔出口端压力传感器，以保证实现压力注入模式。

Ø盾尾油脂应有手动及自动2种注入模式。

Ø油脂系统宜采用200L油脂桶。

2.24二次通风系统

Ø应配置两个储风筒。

每个储风筒储存软风管长度≥100m。

Ø应配置储风筒吊机，且有安全保护绳。

Ø二次通风管直径应不小于600mm。

Ø应配置二次风机。

2.25导向系统

Ø导向系统应采用激光导向系统，且精度不低于1s。

Ø应具有机器掘进过程中即时测定机器的位置（X，Y，Z）及姿态（方位/俯仰/旋转）的装置，其检测结果在操作室显示并与设计数据进行比较，操作人员可根据显示的结果方便地控制盾构机正常作业。

Ø导向系统应能将掘进过程中产生的各种数据保存在系统的数据库中以备将来分析。

2.26供电系统

Ø高压供电宜采用10kV。

变压器类型可采用油浸式或干式。

Ø次级电压根据用电设备额定电压确定。

照明电压≤36V，电控阀电压根据所采用的元件额定电压确定。

Ø应配置无功自动补偿装置，功率因数应不小于0.9。

Ø配置电缆卷筒或电缆箱，如果采用电缆卷筒，卷筒应满足容纳不小于250m电缆能力；如果采用电缆箱，电缆箱应满足容纳不小于800m电缆能力。

Ø所有用电系统采用二级漏电保护和可靠的接地，相对独立的部件总成应设置可靠的接地连接。

2.27安全及有害气体检测

Ø按照消防规范必须配备相应通用型灭火器，其中盾体内手提式灭火器数量应不小于3个，每节拖车至少配置手提式干粉灭火器1个，手提式二氧化碳灭火器1个。

Ø螺旋输送机出口位置必须配置有害气体检测装置，气体检测类型包括但不限于甲烷、硫化氢；

Ø必须配置一个便携式气体检测装置，气体检测类型包括但不限于甲烷、二氧化碳、氧气等。

2.28其它

Ø盾构应配置掘进参数的数据采集系统和地面监控系统,能将盾构的各种掘进参数实时传输至地面，便于地面进行监控。

Ø盾构应配置一套视频监控系统，在螺旋输送机出口及皮带机卸渣口各安装一部摄像头，摄像头的防护等级应不低于IP65。

Ø主控室内安装一部彩色显示器，主控制室必须配置空调。

Ø盾构应配置安全警示标识，对线缆、软管、液压元件、电气部件用标牌进行标识，各类硬管用油漆加以区别。

3.既有盾构的主要要求

采用既有盾构施工，原则上各项功能、配置及参数需参考新机要求，累计已掘进里程应低于6km，具体要求如下：

3.1根据盾构掘进阶段的故障情况，对盾构机进行动态勘验和静态勘验，并结合南昌轨道交通3号线区间施工要求，编制专项盾构机维修、改造及保养方案，在大修后需进行出厂验收。

3.2对于更换的金属结构件及零件的材料强度必须满足使用要求，重要零部件、结构件的材料必须具有性能试验报告和质量保证书。

3.3主轴承的累计掘进里程应在6km以下，使用已超过3km里程的主轴承必须检查密封、跑道的磨损情况，根据槽痕深度及范围、密封安装后的压缩量等因素采取相应的措施，且大修后必须更换主轴承的密封。

3.4检查刀盘的耐磨情况，对磨损区域进行修复至规定要求；对缺损的刀具及其紧固件、连接件必须进行补充或更换；检查刀盘变形及重要焊缝情况，根据实际情况进行修复至规定要求。

3.5检查螺旋输送机筒体及螺旋轴叶片的磨损情况，按要求进行修复。

3.6对液压油、齿轮油进行油样检测并提交检测报告。

3.7对所有管路进行疏通、检查，并视情况对损坏或变形的管路进行更换或校形。

3.8电器柜、电动机、电缆进行除尘、除湿、清洁处理，所有电缆端子紧固螺栓重新拧紧确认，对电缆孔重新密封。

4.盾构施工技术要求

4.1渣土改良

渣土改良一般要求：

①在砂层中，主要使用膨润土和泡沫剂对渣土进行改良；②在上软下硬地层除了注入泡沫剂和膨润土外，还应配合使用液态高分子聚合物（防止“喷涌”）；③在全断面岩层中应注入泡沫剂或水，以达到渣土改良的效果。

渣土改良系统的保养：

渣土改良是保证正常掘进的必备条件，一定要保证渣土改良系统的良好，掘进前一定要对渣土改良系统进行调试，系统喷口保证单向阀的完好，施工时膨润土管道要定期用高压水冲洗防止堵塞，盾壳注入系统要间断性使用，保持系统的良好。

4.2同步注浆

南昌地质富水砂层渗水强、孔隙率大，为保证同步注浆质量，控制地表沉降，要求同步注浆量足够注浆终止压力为2.0～4.0bar。

注浆压力关键指标，因为任何地层都可能存在特殊性，所以注浆压力应不小于2.0bar。

同步注浆泵也要采用单管单泵，可有效控制注浆量及注浆压力。

4.3二次注浆

为保证盾构机在富水砂层中的注浆效果，故应配置二次注浆设备，及时进行二次注浆，补充同步注浆的收缩和不足。

注浆量压力可适当比同步注浆压力大0.2-0.5bar，注浆量根据注浆压力来确定。

4.4上软下硬地层的应对措施

盾构机在上软下硬地层的掘进过程中，刀具磨损严重，较易产生盾构上飘，姿态难以控制的情况，施工中应采取渣土改良、减少刀具磨损、加大保径刀的尺寸（保证开挖直径，保持盾构的下行掘进趋势防止抬头）、降低掘进速度、合理选择管片拼装点位等应对措施。

5.附录本技术文件用词说明

在使用本技术文件时，对要求严格程度不同的用词说明如下：

5.1表示很严格，非这样做不可的用词：

正面词采用“必须”，反面词采用“严禁；

5.2表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：

正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；

5.3表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：

正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；

5.4表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词采用“可”。