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1、盾构机技术规格书6250mm土压平衡盾构型号ZTE6250技 术 规 格 书黑龙江科技大学王龙2020年9月本投标书中包含的保密资料。未经作者的许可不得复制、扩散。 工程地质概况1.1工程概况xx地铁1号线xx段xx路xx路站区间，线路由xx路站出发由北向南，沿规划xx大道敷设，最终到达xx路站。区间长度317.071m。计划盾构机自xx路站出发，至xx路站调头，而后返回至xx路站接收。xx路站xx路站区间线路由xx路站出发由北向南，沿规划xx大道敷设，最终到达xx路站。区间长度582.911m。计划盾构机自xx路站出发，至xx路站调头，而后返回至xx路站接收。1.2工程地质xx地区地层发育不

2、全，除东部变质岩出露外，xx盆地巨厚的陆相碎屑沉积，侏罗系、白垩系至第三系“红层”厚达数千米。岩性为泥岩、砂岩。上部大部分为上更新统、全新统粘土层覆盖，局部有火山岩出露。本标段线路地形基本平坦，总体地势为自北向南逐渐降低，自然地面标高在8.9412.48m之间。区间隧道穿越粘土层，其工程特征详细如下：粘土层：灰黄色黄褐色，硬塑可塑，中压缩性，含铁锰结核，局部铁锰结核富集，切面光滑、有光泽，干强度高，该层连续分布。粉质粘土1层：灰黄色，硬塑可塑，中压缩性，含少量铁锰结核，切面较光滑、稍有光泽，干强度中等，该层透镜体形式分布。区间沿线分布的特殊性岩土主要包括膨胀土。1.3水文地质地下水类型为上层滞

3、水（一），水位埋深2.50m，水位标高为9.41m，观测时间为2010年8月，含水土层主要为粉质粘土填土层。设计依据及标准本规格书是根据本工程所提供的设计条件及地质条件所设计的，并依据以下通用标准进行设计GB9969.1-1998 工业产品使用说明书JGJ46-1988 施工现场临时用电安全技术规范GBl61791996 安全标志使用导则GBT1570611995 机械安全基本概念与设计通则第1部分：基本术语、方法学 GBT15706. 21995 机械安全基本概念与设计通则第2部分：技术原则与规范GBl67541997 机械安全急停设计原则GBT1685511997 机械安全控制系统有关安全

4、部件第1部分设计通则GBT1788821999 机械安全进入机器和工业设备的固定设施第2部分：工作平台和通道 GBT1788831999 机械安全进入机器和工业设备的固定设施第3部分：楼梯、阶梯和护栏 GBT1788841999 机械安全进入机器和工业设备的固定设施第4部分：固定式直梯GBl820912000 机械安全指示、标志和操作第l部分：关于视觉、听觉和触觉信号的要求GBl820922000 机械安全指示、标志和操作第2部分：标志要求GBl79452000 消防应急灯具GBl34951992 消防安全标志GBl56301995 消防安全标志设置要求GB60701985 起重机械安全规程G

5、Bl21581990 防止静电事故通用导则GB2894-2008 安全标志及使用导则GB15052-1994 起重机械危险部位与标志GB15630-1995 消防安全标志设置要求JB6028-1998 工程机械安全标志和危险图示通则GB/T16710.1-1996工程机械噪声限值GB/T17771-1999 土方机械落物保护结构实验室试验和性能要求GB/T309693 城市区域环境噪声标准NAS1638污染等级标准GB50150-1991 电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB50168-1992 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范GB50169-1992 电气装置安装工程接地装置施工及

6、验收规范GB50170-1992 电气装置安装工程旋转电机施工及验收规范GB50171-1992 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范GBJ149-1990 电气装置安装工程母线装置施工及验收规范GB 3811-83起重机设计规范CG/T 284-2008 5m-7m土压平衡盾构机标准（软土）DG/T08-2063-2009 地铁土压平衡盾构机技术规程GB50446-2008 盾构法隧道施工与验收规范GB50157-1999 地铁设计规范GB50299-1999 地下隧道工程施工与验收规范GB50308 1999 地下铁道轻轨交通工程测量规范中华人民共和国安全生产法GB16379

7、-1999中华人民共和国职业卫生标准机械设计手册化学工业出版社 第五版重型机械标准2007版GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范GB/T 11345超声波探伤方法和探伤标准 GB4028-1993 外壳防护等级（IP代码）GB4205-2003 人机界面（MMI）操作规则GB50017-2003 钢结构设计规范GB/T987-1991 带式输送机基本参数与尺寸GB/T9129-2003 管法兰连接用非金属平垫片 技术条件 JB4730-94 压力容器无损检测GB7734-87 复合钢板超声波探伤方法GB/T8162-1999 结构用无缝钢管JB/T5000.12-1998 涂装

8、通用技术条件JB/T5943-91 焊接件通用技术条件GB5005295 供配电系统设计规范 GB5005593 通用用电设备配电设计规范 GB/T2900.18-1992 电工术语 低压电器GB7552000 旋转电机 定额和性能GB5959.1-86 电热设备的安全 通用要求GB/T4942.21993 低压电器外壳防护等级 GB/T79351987 液压元件 通用技术条件 GB/T10595-1989 带式输送机技术条件 GB/T138691992 用电安全导则 GB/T14048.1-2000 低压开关设备和控制设备总则GB/T2423.393 电工电子产品基本环境试验规程GB2681

9、81 电工成套装置中的导线颜色GB268281 电工成套装置中的指示灯和按钮的颜色GB/T4728-1996 电气简图用图形符号GB4798-90 电工电子产品应用环境条件GB/T17468-1998 电力变压器选用导则 GB/T18268-2000 测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求 GB/T18858.1-2002 低压开关设备和控制设备控制器设备接口（CDI）第1部分：总则GB/T18858.2-2002 低压开关设备和控制设备控制器设备接口（CDI）第2部分：执行器传感器接口（AS-I）GB/T18858.3-2002 低压开关设备和控制设备控制器设备接口（CDI）第3部分：D

10、eviceNetGB7835-87 液压元件 通用技术条件GB/T8163-1999 输送流体用无缝钢管JB/T10205-2000 液压缸 技术条件 GB5860-86 液压快换接头尺寸和要求GB/T37662001 液压系统通用技术条件 GB/T287893 液压元件螺纹连接 油口型式和尺寸GB287986 液压缸活塞和活塞杆 动密封沟槽型式、尺寸和公差GB44389 润滑油产品标准盾构构造与配置1. 概述1.1 选型原则与方法详细分析xx地铁1号线xx段地质和水文地质条件，结合施工单位要求，参考国内外已有的类似盾构工程经验，遵循安全可靠、适用、先进、经济、环保的原则进行总体方案设计，充分

11、满足业主与施工单位对盾构各项技术性能指标和经济指标的综合要求，确保盾构安全、高效、优质及环保施工。1.2 土压平衡盾构的地层适应性一般说来，土压平衡技术（EPB 盾构）适合在含有足够的细颗粒软土地层里开挖隧道。开挖室和螺旋输送机里的混合土应呈现塑性。比较理想的颗粒尺寸的地层包括粘土、淤泥、砂以及砾石等，并且含有 25-30%的水分（如下图）。然而，根据实际的地质状况，采用土压平衡盾构，要配备必要的渣土改良系统，充分改良渣土特性，以满足土压平衡盾构施工的需要。盾构所穿越的地层中有各种不同直径及材质的管线，所以控制地表隆、陷值及隧道方向不超标尤为重要。土压平衡盾构的工作原理是通过控制土舱内已开挖渣

12、土的压力（土舱压力），使之与刀盘前方的水土压力相平衡（水压土压），达到控制地表沉降的目的。通过采取辅助措施可使地表沉降值+1cm、-3cm范围内，隧道轴线控制在上、下、左、右3cm的范围内。同时通过渣土改良使得渣土具有所要求的止水性、流动性与塑性，以便于土舱压力的控制及排土的目的。粒径分布参数与盾构选型关系示意图利用被开挖的渣土作为支承的方式可以更好地控制地表的沉降。开挖室里固体混合物（约占容积 70%以上）的巨大惯性可以阻止渣土量异常变化引起的压力变化。这种惯性能起到稳定压力变化的效果。如果地质条件良好（刀盘前方稳定、低水压） 盾构可以快速转换成敞开模式，在大气压力下掘进，由于没有反压力，通

13、常在这种情况下能够达到最佳的掘进速度。1.3 土压平衡盾构总体设计土压平衡式盾构是我国大多数城市地铁隧道施工的主要盾构类型，通过加强刀盘耐磨设计、优化刀具配置与布局、配置先进的碴土改良与可靠的关键部件密封与润滑等设计手段，大幅度拓展了土压平衡盾构的应用范围，根据土压平衡盾构的设备配置、功能布局及结构型式该设备能够适应的工程地质类型主要有软土（包括可塑粘土层、硬塑粘土层粘土、淤泥等）地层、砂层（粉砂、细砂、中粗砂层）、砾石层、卵石层、硬度不超过50MPa的岩层及软硬不均的复合地质等。同时设备配备有足够的扭矩及推力储备，适应在复合地层中掘进扭矩和推力的需求；配备密封性能较好的后部驱动单闸门螺旋结构

14、，可在富水、涌水地段施工时可有效地防止喷涌发生。复合式土压平衡盾构总体设计方案主要针对xx地铁1号线xx段相应施工区间工程地质和水文条件，重点在以下几个方面进行设计和考虑：（1）总体功能与布局：具备隧道开挖、排土与管片衬砌三大主要功能和碴土改良、同步注浆、油脂润滑与密封、通风与冷却、气体保压、物料运输、姿态控制、数据采集八大辅助功能；具备敞开式、半敞开式和封闭式掘进模式,盾构总体布局充分考虑人机工程学和模块化设计，满足盾构始发、快速过站、洞内拆机及改造维修的便利性要求，整机寿命不小于10km。（2）刀盘：刀盘型式为复合式（4辐条+4面板），开口率约45%，采用优质高强度钢板和耐磨材料焊接，本标

15、段刀盘配置鱼尾中心刀、切刀、贝壳刀等，可提高刀盘在软土地层的适应性，同时刀盘具备磨损检测与超挖功能。（3）主驱动：大扭矩液压驱动，最大扭矩6300kNm，主轴承采用原装进口高可靠性三排圆柱滚子轴承，轴承寿命大于10000小时, 密封设计承压能力4.5bar，无级调速。（4）螺旋输送机：设计最大排土能力350m/h,满足盾构最大推进速度下的碴土输送；后部液压马达驱动，空心轴设计，提高了驱动轴刚度，降低了驱动阻力；采用精湛的螺旋叶片制作工艺和优质的耐磨材料，确保掘进效率和施工安全。（5）碴土改良：碴土改良是复合式土压平衡盾构的重要功能，通过向碴土注入泡沫、膨润土或水等添加剂，增加碴土的流动性，降低

16、碴土的透水性，达到堵水、减磨、降扭及保压的效果，对平衡、维持开挖面的稳定有重要作用。刀盘上布置有6个注入口，土舱隔板上分布有4个注入口，螺旋输送机共分布有8个注入口。 （6）土压控制：土压控制是保持隧道开挖面稳定、控制地表沉降的主要手段，通过土舱隔板和螺旋输送机上安装土压传感器，利用总线控制技术与PID控制算法，并配合地面测量数据对比，实现对土舱压力实时监测与调整，正常施工情况下满足地面最小沉降量控制目标要求。（7）盾构转弯半径和爬坡能力：通过合理的设计盾体长度、盾尾间隙、铰接油缸行程等参数，精确控制盾构推进系统和铰接系统相互配合动作，满足盾构最小转弯半径250m和爬坡能力30的施工要求。2.

17、刀盘2 2.1 刀盘概述为了满足该标段隧道工程的地质要求，对刀盘做了针对性的设计，刀盘主要特点如下：复合型刀盘可以提供对工作面的机械支撑；刀盘体结构由4个主辐条以及4个面板组成；刀盘可实现双向旋转（左/右）；为适应该工程地质条件，对刀具进行了有针对性的加强设计；所有可拆式刀具可以从刀盘背面进行更换；鱼尾中心刀、切刀、边缘刮刀、贝壳刀、保径刀、导流刀的刀具组合对隧道掌子面进行全断面切削。刀盘面板和刀盘外缘焊有耐磨Hardox钢板，提高了刀盘的整体耐磨性能；刀盘具有除中心大开口外还有16个渣土开口（8个主要的连续大开口以及8辅助小开口）；刀盘渣土开口设计为锥形结构有利于渣土顺畅流入开挖舱；大的刀盘

18、开口率有利于渣土尽快流入开挖舱，减少渣土对刀盘、刀具的磨损（总开口率约45%）。六通道回转接头可提供六路单独的泡沫对渣土进行有效的改良。2.2 刀盘钢结构及耐磨保护刀盘钢结构采用通过质量检验的合格的Q345C材料制作，4个刀盘辐条由70mm的厚钢板拼焊成十字形箱体。刀盘整体强度满足本项目要求;刀盘整体刚度满足本项目要求；刀盘边缘采用倒角过渡以防止渣土堆积；刀盘面板及刀盘外缘等易磨损区域，通过以下措施提高刀盘钢结构的耐磨性能：刀盘面板上焊有10mm厚的高性能耐磨的HARDOX钢板。刀盘外缘焊有50mm厚的高性能耐磨的HARDOX钢板；其余部分堆焊高性能耐磨材料；2.3 刀具根据隧道工程的地质条件

19、要求，对刀具进行了特殊的加强设计以延长刀具的使用寿命。2.3.1 鱼尾中心刀刀盘中心区域焊接1把鱼尾刀；刀刃采用大尺寸的耐磨硬质合金设计，可延长刀具使用寿命；鱼尾中心刀刀高450mm,可改善土体切削和搅拌效果。2.3.2 切刀 切刀是专门制作的，特点如下：刀具宽度为160mm，刀间距为150mm；-切削轨迹有10mm重合度，有利于保护刀具边角以及减少磨损；-减少开挖时粉末状渣土的产生（并减少堵塞的危险）；-开挖强度高达25Mpa，可以开挖始发竖井和中间竖井的混凝土凝固块；-可以处理带有砾石土壤的地质状况。高度耐磨的刀体；耐磨保护：刀体上堆焊层可以防止刀体受到渣土的冲刷磨损；大尺寸的双排耐磨硬质

20、合金设计可延长刀具使用寿命；在靠近刀盘边缘区域，增加了刀具布置的数量。2.3.3 边缘刮刀边缘刮刀的主要作用如下：清理外围开挖的渣土；保证开挖直径的精度；防止刀盘外缘的直接磨损。边缘刮刀设计包括：刀刃设计成三排大尺寸的耐磨合金；双排螺栓紧固使刀具受力均匀；高耐磨的刀体；后部和前部的堆焊耐磨层防止刀身的磨损；其它部位均有耐磨材料堆焊。2.3.4 保径刀在刀盘外围部分焊有8把保径刀，保径刀的作用是保护刀盘的外缘，降低对刀盘外缘的直接磨损。保径刀设计包括：高质量的双排耐磨合金刀刃；高耐磨的刀体。2.3.5 贝壳刀在刀盘的正面布置有66把贝壳刀，贝壳刀可对掌子面碴土进行剥离破碎，改善刀盘前方碴土的流动

21、性。贝壳刀的针对性设计特点如下：刀刃采用两端大合金与中间三排合金的组合设计，刀高为160mm，刀宽为60mm；刀体四周堆焊耐磨层可以防止刀体受到碴土的冲刷磨损。2.3.6 导流刀刀盘外围部分焊有8把导流刀，导流刀采用大尺寸耐磨合金设计，作用是保护边缘刮刀刀座和刀盘外周过渡区。刀盘开口溜槽设计 除了上面所述的保护措施外，刀盘上还专门设计了溜槽以帮助渣土的流动。这样可以有效地减少磨损和疲劳。溜槽的设计大体上是逐步向刀盘后部倾斜以减轻渣土附着在槽上的倾向,避免刀盘堵塞。尤其在刀盘中心，加大了开口率。2.4 刀具布置刀具布置如下：一把鱼尾中心刀；66把贝壳刀；56把切刀；16对边缘刮刀（左右各8对）；

22、8把保径刀；8把导流刀；1把超挖齿刀，带仿形功能。2.5 磨损检测装置刀盘安装一个刀盘体磨损检测装置。液压式的磨损检测装置安装在刀盘体内。采用液压检测方式，当液压系统失压时，会发出警报信号；磨损检测装置为可更换式，磨损后可以从刀盘背面进行更换。2.6 回转接头回转接头设计为6通道泡沫+6通道液压+6通道电气形式。回转接头内部密封采用特殊的旋转密封设计；3.盾体盾体主要分为前盾、中盾和盾尾及一些附件如人员舱等，结构主要材质为Q345B，能够承受预期的水压和土压。3 3.1 前盾前盾设计有连接主驱动、螺旋输送机等的接口，布置有方便设备维护和检修的盾体内行走平台。前盾与中盾采用10.9级高强度螺栓连

23、接；连接法兰面通过机加工来保证精度，法兰面之间通过O型圈来密封。前盾隔板与刀盘体之间形成一个密闭的土舱，通过控制土舱的压力来满足开挖面的稳定。隔板有预留接口，可以注入水、泡沫、膨润土等添加剂，另外专门设计有开挖舱内维修所用的电气接盒、水气接盒。隔板上的四根被动搅拌棒以及刀盘上的两根主动搅拌棒一起搅拌土舱内渣土以及添加水、泡沫、膨润土等，使其充分混合均匀。刀盘保养和检修时，螺旋输送机叶片轴收回，防涌门关闭防止喷涌。以下是前盾内设计的接口以及安装的设备：一套泥土舱保压系统一套主驱动减速机冷却器一个主驱动齿轮油泵四根中空被动搅拌棒（用于搅拌开挖舱内渣土，孔径Rp2预留口可注入渣土改良剂）一个人员舱连

24、接法兰一个DN600的人舱前舱门一个防涌门（防止水从螺旋输送机进口大量涌出）一个水气接盒（直径DN180，可通入压缩空气、氧气、工业水、切割气等，并设置有一路预留水气通道）一个电气接盒（直径DN180，可通入两路液压油，并设置有五路电缆通道）5只土压传感器（上部1只，中部2只，下部2只）10个以上的Rp2的预留接口（注入水、渣土改良剂等）6个Rp2径向润滑孔（前盾壳体上，注入膨润土等以减小盾壳与土层的磨擦，或临时止水）不少于4个DN80预留口（安装刀闸阀）4个Rp1的预留接口（分布在螺旋输送机进口周围，可注入止水添加剂等）两处DN125预留接口（配有刀闸阀）3.2 中盾中盾内布置有32根推进缸

25、，分16组双缸。盾体有14根铰接油缸以及支撑管片拼装机的H架。在中盾盾壳圆周均匀布置6个Rp2的径向润滑孔，当需要时可以通过这些预留孔注入膨润土等以减小盾壳与土层间磨擦系数，或实施临时止水。中盾内设计有左右平台和连接桥以方便设备维护、检修。左右平台上安装推进油缸、铰接油缸控制阀组以及主轴承润滑油脂存储桶等设备。3.3 超前注浆沿中盾壳体分布有12根超前注浆管预留口，通径为DN100（如下图所示），用以超前加固地层。锚杆钻机可通过事先设计的接口安装在管片拼装机抓举头上进行钻孔，从而方便快捷地实现超前注浆。图3.1超前注浆管示意图3.4 推进系统推进系统包括32根推进油缸，分顶部、底部、左部、右部

26、四个组。在推进时，推进油缸撑靴作用到管片端面提供盾构前进的反推力，推力传递到前盾与中盾连接法兰面上，然后由前盾把推力传给主轴承，最后再传给刀盘。四组油缸的压力可以独立调节，而总的推进速度由一个总流量控制阀来调节。推进油缸系统设计最大推进速度为80mm/min。根据计算，最大总推力约为42570kN/350bar，并有安全余量。通过调整每组油缸的不同推进压力和速度可实现盾构纠偏和调向。推进系统油缸的分组如图下所示，其中4个位置的油缸安装有位移传感器，通过油缸的位移传感器可以计算出盾构实时姿态。推进油缸活塞杆前端与撑靴通过球轴承和蝶形弹簧连接，油缸可以在侧向力的作用下自由转动4。推进油缸固定在中盾

27、支撑环板上的油缸固定板内，并垫有橡胶内衬。掘进时，油缸上的侧向力可以通过蝶形弹簧以及橡胶内衬的弹性变形来缓冲平衡，从而防止因管片推偏而开裂损坏 。顶部推进缸左侧推进缸右侧推进缸图3.2 推进油缸分组控制示意图3.5 铰接系统本设备为被动铰接，位置在中盾与盾尾连接处。依靠推进油缸分组控制行程和压力来实现盾构转向，铰接油缸只是被动跟随。原理如下：所有铰接油缸并联在液压回路中，直线掘进时进油口和出油口均被锁住。需要转弯时，通过每组推进油缸的行程差来调节中盾与盾尾之间的夹角，此时铰接油缸进油口和出油口相互连通，行程可自行调整，从而实现转弯。当铰接油缸行程超限时（行程小于10mm或者大于140mm）可手

28、动给铰接油缸供油，保证油缸安全。3.6 盾尾中盾和盾尾之间用14个铰接油缸连接，连接处设计有一道铰接密封和一道橡胶气囊密封，铰接密封的压紧量可调，从而保证隧道内泥砂等不进入盾构主机内。（如下图所示）图3.3 中盾与盾尾铰接结构示意图盾壳内设置同步注浆管道数量为42根共八根，四用四备。每路注浆管均有单独的砂浆传感器，在盾尾壳体处均设计有四个20050mm的清洗口，意外堵塞可以用高压水进行清洗（如盾尾注浆管油脂管示意图所示）。盾尾与管片接触的地方安装了三道密封钢丝刷，并在密封刷与管片外径形成的腔内注入密封油脂，防止盾壳隧道内水或砂浆进入盾构内。油脂管数量为26根，每一根设计有单独的压力传感器。盾尾

29、尾部设置有一道止桨板，阻止砂浆流到开挖舱内。图3.4 盾尾注浆管油脂管示意图图3.5 盾尾与管片密封示意图3.7 防涌门防涌门位于隔板的底部，且由位于盾体中心左右两侧的两部分组成，两个液压油缸装在隔板后面通过连杆控制闸门。把螺旋机收缩并关闭防涌门能防喷涌现象；或更换螺旋轴时能起到隔离土舱与螺旋机筒体内腔，保证了土舱压力而令开挖面稳定。3.8 人舱人舱是盾构掘进途中进行带压作业的关键设备，它具有压力调节和安全过渡功能，当工作人员需要在不良地质条件下（如软弱地层、高渗透性地层等）进入土舱作业时可通过人舱安全地进入土舱或刀盘前方。设计标准：QY/HY005-2008盾构气压过渡舱。人舱具有主、副两个

30、舱室。主舱和前盾通过法兰连接，是带压作业的主要舱室，内部净空长度1810mm，可同时容纳3人并能放置急救担架（折叠式，约1.8m）。副舱是辅助舱，用于带压作业期间舱外物资的出入转运，另外在作业期间出现紧急情况时可作为急救舱供舱外人员进入舱内实施救助，内部净空长度1490mm，可容纳2人。人舱各舱室均配置以下系统：加减压系统（内外双向控制）、压力实时监测和显示系统、通讯系统（包括一套紧急通信系统）、消防系统、加热系统等。进入人舱的空气经过精密过滤并达到人体呼吸空气的要求。图3.6 人舱主要参数：舱室数量及容积主舱（3人）+副舱（2人），舱室直径1600mm，主舱内部长度1810mm照明2只防爆灯/舱室，额定电压24V通信系统3套（主、副舱和舱外）每套系统具有紧急通信和常规通信功能压力级别设计压力3bar舱体水压试验的测试压力为4.5bar舱门形式3扇，矩形600800mm气压压紧密封，密封材料为硅橡胶空气系统2台螺杆空压机，9.3m/min，额定压力8bar，储气罐1 m空气加减压系统内外控制，设有流量计主要元件气动记录仪（美国Reynolds）、流量计（德国CROHNE）、声力电话（美国AMRON）、安全阀（美国apollo）、减压阀（SAMSON）等