(完整版)盾构机选型方案

• 盾尾间隙的验算：
• 如下图假设极端情况下，安装完管片后弯外侧管片前部管片间隙为0 ，管片拼装为标准直线性,管片长度为1.5m，推进千斤顶行程2m。 dmax（极限状态盾尾间隙）=0.075m*2；L（管片切入量）=2.325M；
d max L管片切入量

L盾构机长 Rmin
Rmin 8.117 2.325 125.8m 0.15
盾构采用VMT公司SLS-T激光导向系统，盾构的姿态可以随时反映在操作 室内，从而可以对盾构的姿态随时进行灵活的调整，保证盾构在软硬 不均地段掘进保持良好的盾构姿态。
二、盾构选型及适应性分析
• 对曲线段施工的适应性
本标段工程的工程最小曲线半径为300m，盾构机的设计最小转弯 半径为采用1.5m管片时250m，同时我司采用1.5m宽的管片顺利通过广 州地铁四号线盾构区间最小曲线半径300m段，隧道质量符合施工规范 要求,而本标段管片为1.2米宽，因此本盾构机完全能满足本工程最小 曲线半径的要求。
一、工程概况
• 【南昌火车站～洪都中大道站盾构区间】右线长度为 506.960m，左线长度为504.408 m。隧道埋深7.6m～10.3m。 区间平面位置主要位于铁路八村住宅小区，下穿及侧穿房 屋18栋。
• 火车站~洪都中站区间主要穿行于3-2细沙层、3-6圆砾层， 隧道上部主要为3-1粉质粘土层，粘土层厚度4~6米。
21
电力系统变压器 规格型号及数量
电力系统变压器
10
刀盘驱动额定扭矩
5980KNm
22
电气系统防护等级
400V 2000KVA/1台
主驱动液压泵总功率为3×315KW，主轴承驱动马达 总功率为9×105KW。刀盘最大工作扭矩为5980knm，脱 困扭矩7800knm。
主驱动结构示意图
三、盾构机相关配置
• 推进系统
盾构机推进系统包括20个推进油缸和推进液压泵站。 推进油缸在圆周上的区域分为四组。通过调整每组油 缸的不同压力和流量，控制推进速度来对盾构进行姿态调 整。 推进油缸最大总推力3200t，最大推进速度80mm/min， 油缸最大行程2000mm。
• 区间隧道主要穿越地层为：3-5砾砂层、3-6圆砾层、5-11强风化泥质粉砂岩、5-1-2中风化泥质粉砂岩，隧道上部 主要为3-5砾砂层，3-1粘土层（厚度为2~3米）。
一、工程概况
一、工程概况
二、盾构选型及适应性分析
根据本标段工程的工程条件、地质特点、工期及施 工要求，结合类似工程盾构的选型经验和南昌、广州、深 圳地铁既有盾构工程的盾构类型，以及我公司多年的地铁 施工及盾构应用经验，我们认为在本工程适宜采用德国海 瑞克复合型盾构机。该盾构机须具备超前注浆系统、聚合 物注入系统，人仓保压系统、主动铰接系统，加泥加泡沫 等渣土改良系统、超挖装置等辅助工能。
• 2、2015年6月15日根据专家组评审意见对《盾构选型方案》 进行修改完善。
• 3、2015年6月27日业主组织专家到我司盾构维修基地对盾 构进行考察并形成专业的考察报告。
• 4、本次会议对完善后的盾构选型方案再次进行评审。
目
录
• 工程概况
• 盾构机适应性分析
• 盾构机相关配置
• 刀盘刀具优化方案
三、盾构机相关配置
• 盾体
盾体包括三个主要组件：前体、中体和盾尾。
前体又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。 在前体的隔板上安装有土压传感器用以监测土仓内的土压，以便在土 压平衡模式下及时对土仓内的土压进行反馈和调节。
中体又称支撑环，主要安装伸出平台、主推千斤顶及铰接千斤顶， 后部链接盾尾
在上面假设的情况下盾构机的盾尾间隙能满足最小半径为125.8米的拐弯 半径。
反推之，根据本标段最小拐弯半径300m，盾构拼装管片长度为1.2m（按 不利情况推进千斤顶行程为1.7米，即管片切入盾体长度按1.5米计算）。
d max 8.117 2.325 0.0629m 300
此时拼装完成的管片弯内侧有间隙62.9mm，弯外侧有间隙150-62.9 = 87.1 mm，由以上推算过程可以看出本标段拟用两台盾构机完全能满足足 本标段转弯半径为300m时的盾尾间隙。
刀盘、刀具配置
刀盘主要参数
刀盘开挖直径 刀盘开口率 刀盘驱动形式
6280mm 不低于33% 液压驱动
刀盘转速
刀盘驱动马达 数量*功率
刀盘驱动额定 扭矩
刀盘驱动脱困 扭矩
0-4.5rpm 9*105KW 5980KNm 7800KNm
三、盾构机相关配置
• 刀盘和刀具
本标段两台盾构机采用的都是重型刀盘，为了适应不同地质的 开挖要求，在刀盘上可以安装滚刀、刮刀和齿刀。根据南昌一号线9 标段相同地质条件下盾构掘进的实际经验，刀盘正面全部布置刮刀和 齿刀，边缘部分滚刀合理设置为镶合金硬质刀圈滚刀，保证砂层刀盘 磨损最大的边缘位置的抗磨性。在其他原有配置滚刀位置设置羊角刀， 刀盘四周倒角斜坡位置合理增设保径刀及耐磨加焊层适当加厚，从而 增加刀盘的整体耐磨性。
• 软岩、软土的适应性
盾构在土仓压力隔板的不同高度位置安装了五个土压 传感器，可以对土仓内不同位置的土压随时进行监控；螺 旋输送机的出土速度可以0～22rpm无级调速，容易精确控 制出土量。盾构在土压平衡模式下掘进时有严格的土仓压 力管理规定，通过控制系统可以对土仓压力、掘进速度、 螺旋输送机出碴速度、泡沫等添加材料的注入量等参数进 行灵活控制，确保在掘进过程能够达到良好的动态压力平 衡效果。
一、工程概况
• 【洪都中大道站～辛家庵站盾构区间】右线长度为 1177.868 m，左线长度为1201.361 m。设联络通道及泵房 一座，长度为13.5 m。隧道埋深9.5m～18.4m。
• 洪辛区间平面位置前800m主要位于顺外路下，而后300m半 径右转至上海路。线路下穿城市道路、房屋、桥梁、河涌。
南昌轨道交通2号线一期工程土建七标
盾构机选型方案 2015年7月
南昌轨道交通2号线一期工程土建七标项目经理部
南昌地铁2号线7标盾构选型方案评审过程说明
• 1、2015年5月31日本盾构选型方案经过专家评审，评审结 论为：盾构机选型合理，盾构机主要功能配置较齐全，盾 构动力配置强劲，盾构总推力、刀盘扭矩等主要性能参数 合理，经检查、勘验、维修恢复原有设计功能后，能满足 本工程的地质条件要求。
• 盾构机刀盘切削轨迹过弯能力验算： Smax为铰接油缸的行程差。根据出厂设置铰接油缸两边行程差最大时 Smax=130mm（140mm-10mm），在CAD中绘制出模型后通过1、2、3号 点做同时通过三点的圆，量取圆半径为R=189.665m。
此时线路的半径R=189.665+6.250/2=192.8m，计算过程中把刀盘、前、中 、后体的外径都考虑为6.250，而实际情况是刀盘直径为6280、前体直径 6250、中体6240、后体6230，盾构机具有更大的开挖截面和更小的中后 体，所以盾构机在不开启超挖刀的情况完全能通过本标段300转弯半径的 弯道，而且开启超挖刀的情况下很容易造成超挖，加剧地面沉降。
•
外置土仓喷射枪
盾构机类型及型号
序号
部件名称
1
主机长度
2
最小转弯半径
3
最大爬坡能力
南昌轨道交通2号线土建七标盾构机主要参数表
6280复合式土压平衡盾构机
参数
序号
部件名称
参数
7500mm 250m
13
掘进速度Vmax
80mm/min
14
螺旋输送机功率、直 径、长度
200KW,400m3/h， d=900mm,L=12m
• 硬岩的适应性
刀盘上可布局超硬耐磨滚刀和齿刀将会较大的提高刀 具的破岩能力，有效的提高盾构机的工作效率，并能显著 的降低刀盘、刀具的磨损，减少换刀次数。本标段工程内 的岩石强度为7.20～9.40Mpa属于软岩，海瑞克盾构机破
岩能力为200Mpa，S457、S458完全能满足本区间破岩要求。
二、盾构选型及适应性分析
高分子材料注入系统：盾构机配备两套高分子材料注入系统，通 过输送泵将高分子材料注入土仓，进行渣土改良。
注入材料均可进行单独控制。
刀盘 土压传感器
盾构
泡沫改良示意图
后配套
盾壳
膨润土系 统接口
压缩空气
泡沫发生器
Mห้องสมุดไป่ตู้
`
泡沫剂泵
回转 机构
M
水泵
泡沫剂箱 水箱
螺旋输送机
三、盾构机相关配置
• 同步注浆系统
• 盾尾同步注浆系统配有2台液压驱动的注浆泵，每台注浆泵有2根注浆 管进行同步注浆，盾尾共有4组注浆管，每组两根，一根备用。
激光导向系统示意图
四、刀盘刀具针对性方案
1.刀盘主要对其周边 进行优化，正面堆焊高 强度耐磨网纹；
2.在与周边滚刀轨迹 同一高度位置增加6把保 径刀。
四、刀盘刀具针对性方案
螺旋机防磨损措施
螺旋叶片偏磨部分补焊 NM400A耐磨块，上层用 耐磨焊丝堆焊网纹
套筒内侧敷焊钨合金耐磨 层
螺旋机防磨损处理
二、盾构选型及适应性分析
• 对地层软硬不均、变化频繁等特殊地段的适应性
当盾构在软硬不均地段掘进时，盾构由于前面刀盘的受力不均而 发生姿态不易控制的现象。为此盾构推进系统的油缸在圆周方向分为 四组，每组可以单独调整其推力和流量从而改变盾构前行的姿态趋势；
盾构的中体和前盾为分组控制主动铰接连接，可以通过分区调整主动铰 接油缸行程差来进行姿态的动态调整；
三、盾构机相关配置
• 刀盘、刀具配置
刀盘包括焊接结构件和刀架。刀盘表面焊接有耐磨网纹。通过 刀盘旋转，挖出的碴土从刀盘的8个开口导入土仓。刀盘的后部开 口设计向内倾斜，有利于导入碴土。焊接的8条搅拌臂可以使碴土 改良添加剂和挖出的碴土在刀盘后面进行充分的搅拌。通过9个液 压马达驱动。刀盘设计为双向旋转，转速范围为0～4.5rpm无级调 节。中心旋转体设置有通往刀盘面板的管路5条，可以单独灵活设 置为水、泡沫剂、膨润土的输送管注入。
• 注浆过程可以全程自动控制注浆和人工手动调整，设计最大注浆压力 16bar。
注浆系统示意图
三、盾构机相关配置
• SLS-T激光导向系统
• 盾构机配备一套VMT公司的SLS-T APD导向系统。本系统能 够对盾构在掘进中的各种姿态、以及盾构的线路和位置关 系进行精确的测量和显示。操作人员可以及时的根据导向 系统提供的信息，快速、实时地对盾构的掘进方向及姿态 进行调整，保证盾构掘进方向的正确。
前体和中体通过12个主动铰接油缸连接。铰接密封为海瑞克传统 的密封形式，由气囊橡胶挤压式密封组成。
盾尾安装了三道密封钢丝刷及二套油脂入管道。另外盾尾布置有 4组每组2根内置的同步注浆管道。
三、盾构机相关配置
• 主驱动系统
主驱动机构包括主轴承、9个液压马达、9个减速器 和安装在后配套拖车上的3个主驱动液压泵。
螺旋输送机图
三、盾构机相关配置
• 渣土改良系统
盾构机配有两套碴土改良系统：泡沫系统、高分子材料注入系统。 两者都有单独的管路输送至土仓内，可以根据需要分别在刀盘面板、 土仓隔板及螺旋机注入渣土改了材料。
泡沫系统：盾构机配有一套泡沫发生系统，用于对碴土进行改良。 泡沫系统主要由泡沫泵、高压水泵、电磁流量计、泡沫发生器、压力 传感器、管路组成。
推 进 系 统 油 缸 分 布 图
三、盾构机相关配置
• 螺旋输送机配置
螺旋输送机由一个液压马达驱动，在0~22rpm范围内无级调速， 正反转运行，可以很好的控制出土量。
螺旋输送机功率200KW、直径d=900mm、长度L=12m,额定出土量 400m3/h。
在土仓壁与螺旋机连接处设有前闸门，螺旋机后端设有出土闸门。 出土闸门设有闸门紧急关闭系统。在螺旋机的不同位置截面设有注入 孔，可以向螺旋输送机圆周的孔注入膨润土或泡沫。
二、盾构选型及适应性分析
• 埋深的适应性
根据海瑞克公司提供的盾构参数初步计算可知盾构有 足够的复合承载能力和推进力、刀盘扭矩储备比理论值都 大许多，土仓有足够的土压承受能力及土压调节能力；主 轴承密封（最大可承受5.0bar土压力）和盾尾密封的特殊 设计完全可以满足本区间隧道施工的需要。
二、盾构选型及适应性分析
4.2%
15
推进系统油缸数量
20个单缸
4
最大设计水压力
5bar
16
推进系统油缸行程
5
刀盘开挖直径
17
人舱舱室数量
6
刀盘开口率
不低于33% 18
电力系统初次电压
2000mm 双舱 10KV±10%
7
刀盘驱动形式
液压驱动
19
电力系统二次电压
8
刀盘转速
0-4.5rpm
20
9
刀盘驱动马达数量*功 率
9*105KW