中国铁建重工盾构机被动铰接系统的研究与应用

仅等于作用于盾构机后部壳体上的土体摩擦阻力。 对 于 1 台直径 6.28 m 的盾构，主动型的铰接千斤顶设计 载荷通常可达 32 000 kN，几乎达到推进千斤顶的推力， 而被动型的则不到 8 000 kN，仅为主动型的 1/ 4 。
由于主动型的铰接千斤顶载荷大，其外形尺寸也 大，布置的数量相对较多，使得盾构机的内部空间较 为拥挤，并且液压系统的油压很高，液压油容易泄漏， 因此需采用超高压液压元件。 而被动型的铰接千斤顶 载荷小，其外形尺寸也小，布置的数量相对较少，盾构机 的内部空间就显得宽敝，液压系统的油压较低， 因此采 用中高压液压元件即可，且对维护保养工作十分有利。
左线采用中国铁建重工生产的 DZ001 盾构。 盾构 由区间风井始发，线路沿圆明园西路向北依次下穿清河、 南水北调盾构输水管、五环路匝道桥，到达车站接收。
1 盾构被动铰接系统分析 施工使用的盾体直径 D=6.25 m，长度 L=8.165 m，
盾构灵敏度 L/D 达到 130，难以在曲线段施工。 为了提 高盾构操作性能 ，将其分成前后两个部分，中间用千 斤顶连接，形成铰接装置（见图 1），这样可使盾构前后 弯曲，以适应曲线段的掘进。
主动型的推进千斤顶固定在盾构机的后部，其顶 推点与管片中心线的偏心距较小。 被动型的推进千斤 顶中心线与管片中心线的角度会产生变化，一般都将 推进千斤顶缸体前端架设在摆动支承上，以减少推进 千斤顶中心线与管片中心线的偏心距，但尽管如此，其 偏心距还是比主动型的大。
两种形式的铰接装置都可以进行水平方向和垂 直方向的弯曲，但从弯曲的角度来看，主动型的较大， 最大可达 9 °，可以适应小半径的曲线操作；而被动型的 弯曲角度则较小，一般≤3 °，但对城市地铁隧道来说， 由于水平曲线的半径一般都在 300 m 以上，2 °的弯曲 角度就已足够。
根据盾构推进千斤顶在盾构上固定位置的不同 ，
2 0 16 年增刊（1）（4 月） 第3 4 卷
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施工技术篇
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
铰接装置可分为主动型和被动型两种 。 1）主动型：依靠铰接千斤顶的主动伸缩使得盾构
前后部分发生弯折。 盾构推进千斤顶固定在盾构机的 后部 （见图 2），推进千斤顶的推力作用在盾构机的后 部再通过铰接千斤顶传递到盾构机的前部。
北 京 地 铁 16 号 线 08 标 段 肖 家 河 站—西 苑 站 区 间线路左线全长 2424.118 m。 根据总体工筹安排，区 间左 BK17+064.500—左 BK18+918.009 采用盾构法施 工 ；在 BK18+918.009—BK18+949.609 处 设 置 区 间 明 挖 风井（兼做联 络通道 ），采 用 明 挖 法 施 工 ，左 BK18+ 949.609—左 BK19+485.000 采用 矿山法施 工 ，距 离 西 苑站端约 539 m 处设置停车渡线段。 该区间共设联络 通道 3 座，盾构段总长 1 853.5 m。 施工场地位于永定 河冲洪积扇中上部，地貌类型为第四纪冲洪积平原，第 四纪沉积韵律较为明显。 地层由人工填土层和第四纪 沉积的黏性土、粉土、砂土、碎石土、第三纪基岩及侏 罗纪九龙山组基岩构成。 地面以下 52 m 深度范围内的 地层按其沉积年代及工程性质可分为人工填土层、新 近沉积层和第四纪沉积层。 区间深度范围内地下水位 主要为基岩裂隙水和第四纪松散层孔隙水，地下水的 赋存介质主要为卵石层，类型为上层滞水、潜水、层间潜 水或承压水。 北京市西郊的冲积扇顶部的潜水是冲洪 积扇中下游承压水的主要补给来源，承压水的含水层 主要为砂类土、圆砾卵石地层，夹有若干层黏性土隔水 层。 排泄方式主要为人工开采，受地下水开采控制，承 压水的径流方向指向区域性地下水位降落漏斗中心。 由于地下水的开采导致地下水位的降低，当低于含水层 时顶板处成为层间水。 承压水的动态比潜水稍有滞后。
进千斤顶的推力是相同的，都为： fT= fz+ fq+fh。
式中 ： f z 为盾构机刀盘正面阻力； fq 为盾构机前部壳体 上的土体摩擦阻力；fh 为盾构机后部壳体上的土体摩 擦阻力。
2）铰接千斤顶的载荷 f J 对于主动型 f J = f z + f q；对于被动型 f J = f h 。 可以看出，被动型铰接千斤顶的载荷要小Leabharlann Baidu多，它
施工技术篇
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中国铁建重工盾构机被动铰接系统的研究与应用
龙刚
（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司， 北京 100044）
摘 要：介绍了盾构设备铰接的分类和机理，并结合北京地铁 16 号线 08 标段肖家河站—西苑站盾构区间的施工进行了
说明，可为今后类似工程提供参考。
关键词：盾构；铰接；设备选型
中图分类号： U 455.39
文献标志码： B
文 章 编 号 ：1009-7767（2016）S1-0141-03
Applied Research of Passive Articulated System of CRCHI Shield Machine
Long Gang
图 2 铰接机构中盾构千斤顶的后部固定
2）被动型：依靠外力使铰接千斤顶伸缩 ，从而使 盾构机前后部分发生弯折。 盾构推进千斤顶油缸的后端 顶紧在盾构机的前部，油缸的前部搁置在摆动支承上 （见图 3），推进千斤顶的推力直接作用在盾构机的前部。
图 3 铰接机构中盾构千斤顶的前部固定
2. 2 不同铰接类型的特点与对比 1）推进千斤顶的推力 f T 从图 2 和图 3 中可以看出，对于两种铰接形式，推
图 1 铰接装置
在盾构前后结合处装有密封圈，以防止地下带压 泥水侵入。 2 道密封圈之间可注入油脂，使其既能提高 密封效果，又能延长密封圈的使用寿命。 此外，盾构还 装有紧急充气密封圈，当正常密封圈失效时，可对紧 急充气密封圈充气，靠气压封堵外部泥水。 铰接千斤顶 的两端分别和盾构前后部用铰销连接起来。 由于铰接 千斤顶沿盾构圆周布置，其两端的铰销处都装有球铰， 因此可以保证铰接千斤顶轴线与盾构机轴线之间具 有 一 定 的 摆 动 角 度 [1] 。 2 铰接类型及对比 2. 1 铰接类型