1、TM634PMX 土壓平衡盾構機CONTRACT FOR THE SUPPLY OFEPB SHIELD MACHINE(MODEL:TM634PMX)技術規格書制造商：日本國株式會社小松制作所 KOMATSU LTD.目 錄1. 盾構機設計與功能描述21.1. 本機的設計特點21.2 盾構機功能31.2.1盾體41.2.2 切削刀盤51.2.3 刀具類型和刀具的配置說明81.2.4 切削刀盤驅動裝置131.2.5 推進裝置181.2.6 螺旋輸送機及保壓泵碴系統191.2.7 皮帶輸送機221.2.8 管片運輸機構及管片拼裝機221.2.9 鉸接裝置241.2.10 仿行刀裝置261.2.1

2、1 盾尾密封271.2.12 盾尾油脂注入系統271.2.13 同步注漿系統281.2.14 添加劑、聚合物、泡沫注入系統301.2.15 雙倉人行閘土倉自動壓力調整裝置331.2.16 超前探測、注入管351.2.17 懸臂操作臺351.2.18 后續臺車351.2.19 液壓設備361.2.20 電氣設備371.2.21 數據采集存儲和傳輸系統381.2.22 測量設備（ROBOTEC） 421.2.23 故障自診斷報警聯鎖系統46 2 盾構機主要參數表472.1 主要參數472.2 盾構機主要液壓部件和保壓泵碴裝置、人閘性能參數502.3 后配套臺車上安裝的設備明細表531. 盾構機設計

3、與功能描述通過對本工程地質的詳細分析、盾構機的要求以及結合我公司以往的施工經驗，本標段將采用鉸接式土壓平衡盾構機，本盾構機具有以下這些特點，能最大限度地滿足本工程的要求。1.1本機的設計特點u 盾構機為能滿足從砂層到軟土層的土壓式平衡盾構。在土倉內上下左右配置了4個具有高靈敏度的壓力傳感器，通過自動土壓系統中的PLC能將土倉內的土壓傳送到操作臺上的觸摸顯示屏顯示，并且能自動地與設定土壓進行比較，調節螺旋機的轉速，土壓過高過低都會在操作臺上報警，因此操作人員能很好地控制土壓平衡，減少地面沉降。u 刀盤結構為輻條加面板型,便于刀具的布置及受力，結構堅固、強度高、剛性大、耐磨程度高，刀盤開口率40。

4、 u 刀盤的設計及刀具的配置選擇及布局合理，具有足夠的壽命。u 盾構機采用8臺55kW變頻電動機驅動，具有較大的扭矩和多檔轉速，可適應不同地層的掘進需要。u 具有良好可靠的加泥、泡沫注入系統，用于開挖面、土倉及螺旋機中土體的改善。設有自動控制的膨潤土及添加劑注入設備和管路，刀盤上有5個注入口能對開挖面的土體進行充分的改善，并且在土倉胸板處、人行閘處及螺旋輸送機上也設置若干個膨潤土及添加劑的注入口，從而達到改善碴土性質。u 推進油缸和鉸接油缸布置具備良好的糾偏性能，保證能在不均勻地層中的軸線控制。u 螺旋輸送機采用有軸帶式，后部尾部處排土，具有二道閘門，且螺旋輸送機前端葉片及前筒體堆有耐磨材料，

5、抗磨性能優越。u 具有超前鉆探加固的能力，容易在地質復雜區段對前方地層進行超前鉆探，甚至注漿加固。u 具有良好可靠的同步注漿注入系統，能及時充填管片與地層的間隙，減小沉降。同步注漿注入系統即可以采用單液漿，也可以采用雙液漿。u 管片拼裝機通過輔助措施可以在盾尾密封刷位置進行管片安裝，便于在隧道內實現盾尾密封刷的更換u 具有雙倉式氣壓人行閘設計，設置土倉自動調壓裝置，保證更換刀具的便利及人員的安全，以適應土層中的換刀及處理障礙物要求。u 盾構機主機的密封裝置（刀盤驅動密封及盾尾密封等）在較高水土壓力狀態下具有良好的密封功能。u 電氣和液壓元件質量可靠、響應迅捷，防水性能好，適應隧道內的高溫、高濕

6、工作環境。u 具有應對緊急突發事件的能力，如緊急停電時螺旋機出土閘門可以通過操作臺邊上的開關關閉，并且在主機內及操作室內的操作臺上各有1個緊急停止開關。u 控制系統的自動化程度高且具有連鎖功能，減少了勞動強度和錯誤操作的發生。u 盾構機具有故障自診斷及故障內容顯示功能，方便維修人員的檢修。u 具備高精度的盾構機導向測量系統。配備有由美國Trimble 公司生產的5603光波自動全站儀，導向精度高，能實時反映盾構機的當前位置和理論位置，并提供調整指示。1.2. 盾構功能盾構機設備總重量約為330t，總長度為58.405m。分盾構機主機和后配套設備兩大部分，后配套設備分別安裝在5節后續臺車上。盾構

7、機前部是旋轉切削刀盤，工作時，在推進油缸的作用下可以對開挖面雙向（順時針，逆時針）切削，在土層中通過安裝在切削刀盤上的切削刀、刮刀、先行刀等刀具將開挖面上的土體切削下來送入土倉，然后與注入土倉中的添加材料攪拌后以塑流性土體的形式通過螺旋輸送機排出。主機由前殼體和后殼體構成鉸接盾構，是用鋼板焊接而成的園型筒體，在內部焊有筋板、環板等一些加強板，具有耐土壓、水壓的強度。盾構機殼體和盾尾殼體是由管片的外形尺寸、盾構機殼體在施工時所受的載荷以及對應于隧道最小曲率半徑而決定的，本機盾尾間隙為30mm。前后殼體由鉸接油缸聯接，上下左右可彎曲，在鉸接部分設有防水密封（鉸接密封）。在切口環部分裝有切削刀盤驅動

8、裝置，在土倉壁下部裝有螺旋輸送機、中部裝有人行閘。在支撐環部分的內周安裝有推進油缸22只、鉸接油缸16只、管片拼裝機。在盾尾部分安裝有懸臂操作臺、盾尾密封等。在盾構機內還設有檢查維修時用的臺面、液壓、電氣儀器、計量儀器、注入管等附屬裝置。在車架上安裝有完成盾構機各種動作的動力、液壓、電氣、控制、測量設備、管路等。1.2.1盾體盾體是用鋼板焊接而成的園型筒體，在內部焊有筋板、環板等一些加強板，具有足夠的耐土壓、水壓的強度和剛度，抵擋周圍土體壓力。盾體由前體、中體和盾尾三大部分組成，盾構機前體前部安裝有刀盤，盾構機本體內安裝有刀盤驅動裝置、推進油缸、鉸接裝置、螺旋輸送機、拼裝機、氣壓人行閘、工作平

9、臺、電氣系統、液壓、同步注漿、加泥及添加劑管路等裝置。并可保護在盾構機內工作的人員和設備的安全。1）、 前體前體分隔為開挖區和土倉區，刀盤前面為開挖區，用于對開挖面土層的掘削，前體的土倉倉壁板和刀盤之間構成一個土倉區，用于堆積刀盤切削下來的碴土，通過推進油缸及螺旋機對這些碴土進行加壓，使加壓后的碴土土壓作用于開挖面上，維持開挖面上未開挖土體的穩定。同時土倉區還起到在更換刀具或檢查開挖面時保護進倉作業人員安全的作用。前體的倉壁上下左右安裝有4個土壓傳感器，能及時反映土倉內的壓力狀況，使操作手在掘進過程中能夠根據事先設定好的土壓力很好的控制地面沉降和隆起。在前體倉壁的不同高度位置上設置了許多注入口

10、，可用于注入各種添加材料、壓縮空氣和水。在前體外周設置了10個固定注入口，胸板上設置了8個可擺動的注入口，可以對前方的土體進行超前鉆探和加固。倉壁的中心位置設有氣壓人行閘，為進倉檢查、換刀和維修提供方便。為了更好地適應軟弱地質情況，防止地面的沉降，前體直徑與盾尾直徑相同為6340mm。螺旋輸送機取土口設在倉壁的下方，是碴土排出口。2）、 中體中體的內部焊接有加強環和H型架，保證其具有很高的強度和剛度。為推進油缸、鉸接裝置和管片拼裝機提供安裝基礎推進油缸安裝在中體上，在轉彎時推進油缸與管片的軸心線不會受前體彎曲的影響繼續保持平行，管片的受力狀況好。3）、 盾尾在盾尾殼體上設置同步注漿管和盾尾油脂

11、注入管，并設置3道盾尾密封刷將盾構部與外部圍巖可靠分隔。在盾尾設置了4處8根同步注漿管（4根A液，4根B液漿管），盾尾間隙30mm，拼裝管片處。見圖1.2.11。盾尾焊接3排盾尾密封刷，形成了2個空腔，通過6處12根盾尾油脂管注入盾尾密封材料，能有效地防止地下水和同步注漿材料進入隧道內，保持注漿壓力的穩定，防止地面沉降。當盾尾殼體上的注漿管路堵塞時，可以將長方型開孔處的蓋板拆下，而后將注漿管的連接接頭拆下，對管路進行疏通。圖1.2.11 盾尾同步注漿管路和盾尾密封刷布置示意圖1.2.2切削刀盤 根據天津地區的地質情況，刀盤結構設計充分考慮淤泥層、砂層等軟土地質的掘進要求：u 具有足夠的剛度和強

12、度用于支撐開挖面和承受掘進中的推力及扭矩。u 盡可能保證盤面上有足夠的刀具數量、種類和合適的安裝位置，有效開挖，并且保證足夠的壽命。u 合適的刀盤開口率（40）以保證碴土進入土倉的順暢性。u 刀盤配置較多的先行刀，提高主切削刀及刀盤的耐磨性。u 刀盤上合理配置5個添加劑注入口，保證添加劑均勻的注入到開挖面。1）、刀盤主體為面板式，鋼板焊接結構刀盤為輻條面板型（6根輻條加封板），中間支持方式，在各輻條及面板上設置了切削刀具及先行刀，可以順時針或逆時針回轉對開挖面進行掘削的構造。對本工程中的粘土、砂層等土質都能很好地適應。輻條數與盾構機直徑成比例增加，一般說，輻條之間的刀盤外周長多設定在2.54.

13、5m左右。如果輻條寬度過大，刀盤前開挖面掘削下的廢棄土就增加，可能會產生過壓密，面板和刀具的磨損也要增加。并且，考慮到如果在粘性土層中施工，可能會產生粘性土粘附在刀盤及縫隙上從而引起堵塞，因此，輻條設計為6條。設定開口幅度550mm，開口率40%。刀盤主體結構由輻條、面板、側板、筋板、外緣板、后蓋板、耐磨合金條和支撐梁焊接而成，整體性強。為了防止中央部位的堵塞，在有限中央部位盡可能增加開口。見圖1.2.2-1圖1.2.2-1刀盤結構圖刀盤前面5個添加劑注入口設有橡膠逆流防止閥（單向閥）（見圖1.2.22），以防止管路被泥砂堵塞，在人行閘內的中心旋轉接頭后部留有液壓快速接頭，其構造能承受高壓油，

14、如果注入口被堵塞時，可接上油壓管路，通過所設置的一套液壓疏通裝置，用油泵向刀盤加泥系統管路加注最大為14MPa左右的液壓油進行疏通，工程效果很好。 圖1.2.22中間及周邊處注入閥詳細結構2）、刀盤對開挖面的支護性能土壓平衡盾構機其原理主要是依靠土倉中的受壓碴土與開挖面水土壓力保持平衡，但刀盤面也可以起到一定的平衡開挖面穩定的作用，因此，刀盤60的面積可用于支撐開挖面的穩定。但當開挖面失穩時刀盤支撐面積只是起到遲緩坍塌的作用，并不能真正支撐開挖面的穩定，所以在整個施工過程中必須要在土倉中建立穩定的土壓以平衡開挖面的水土壓。3）、改善砂層的塑流性、止水性的結構及措施為了改善砂層掘進中碴土的塑流性

15、、止水性差，采用以下結構及措施：（1）、配置自動泡沫和添加劑注入系統，可根據需要向開挖面注入泡沫和膨潤土及其他聚合物，改善碴土的流動性。詳見1.2.14、添加劑、聚合物、泡沫注入系統。 （2）、在刀盤盤面和土倉壁處設置了共計9個注入口，其中刀盤5個、土倉壁4個添加劑注入孔，可充分全面地向開挖面和土倉注入泡沫及其他添加劑。（3）、為了防止砂層流塑性、止水性差的現象發生，刀盤開口的設計使碴土進入土倉的通道流暢；土倉空間較大，中心障礙物少，表面平滑，可有效增加添加劑與碴土的混合效率。（4）、刀盤上設有攪拌棒，外周5個、內周2個，可以隨著刀盤一起轉動，輔以倉壁上2個的固定攪拌棒可起到攪拌碴土的功能，對

16、土倉中的廢棄土體進行強制攪拌，使注入在開挖面上或土倉中的添加材料（加泥、水、氣泡）與切削下來的土體在土倉中進行充分的攪拌，提高土體的塑性流動性，使在園滑土倉中的廢棄土體具有良好的流動性和止水性。4）、刀盤的抗磨損性能刀盤設計充分考慮了地層對刀盤具有較大的磨損性，因此，在刀盤上配置了先行刀、在刀盤外周磨損距離較多的部位堆焊了大量的網格狀耐磨硬質合金，如刀盤面板外周、攪拌棒、刀盤邊緣板和滾刀刀座等處；安裝有刀盤外周保護刀具，大大提高了刀盤的耐磨性能，延長其使用壽命。1.2.3刀具類型和刀具的配置說明1）、刀具類型：切削刀、刮刀、先行刀在刀盤上配置了用于軟土層切削的刀具包括正面切削刀、周邊刮刀、中心

17、切削刀、先行刀，見圖1.2.31、圖1.2.32、圖1.2.33、圖1.2.34，可以切削各類軟土。 圖1.2.31 正面切削刀 圖1.2.32 周邊刮刀 圖1.2.3-3 中心切削刀圖1.2.3-4 先行刀刀具超硬刀片材質采用類似與JISM3916（日本標準）規定的礦山工具用超硬刀片材質。2）、刀具布置及其作用在刀盤上配置了安裝了66把先行刀及12把周邊先行刀，先行刀高于面板110mm，比主切削刀（80mm高）高30mm，切削時，先對開挖面進行切削，以減輕對主切削刀及面板的磨損。主切削刀配置78把，周邊刮刀12把，刀具的布置一般是將刀盤分成內、中、外3部分，其主切削刀配置見下圖1.2.35，

18、內部1條掘削軌跡上配置1把切削刀，中間部1條掘削軌跡上配置2把切削刀及外周部1條掘削軌跡配置3把切削刀；66把先行刀配置見下圖2，內部1條掘削軌跡上配置1把先行刀、中間部1條掘削軌跡上配置1.5把先行刀外周部1條掘削軌跡配置2把先行刀，最外周1條掘削軌跡配置3把先行刀，另外在最外周配置了12把周邊先行刀，通過這樣的配置可以大大減輕刀具及面板的磨損，并且能有效的保證開挖直徑。見圖1.3.25、1.3.26。根據小松公司的實績，1條軌跡配置n把切削刀的場合，與1條軌跡配置1把切削刀相比，摩擦系數K為n-0.333倍。例如，n=3的場合，摩擦系數K= n-0.333=0.69倍，刀具壽命為1/0.6

19、9=1.45倍。1.2.35主切削刀的配置1.2.36 先行刀的配置3）、主切削刀、刮刀的更換切削刀、刮刀的安裝采用輻條二側螺栓連接設計，方便作業人員在刀盤背后（土倉內）進行刀具的拆裝工作，無需暴露在沒有支撐的開挖面上，充分保證換刀人員的安全。與在刀盤正面安裝的形式相比，背裝式的設計也為刀具的更換提供了較大的作業空間，使刀具的更換速度得以明顯的提高。從土倉內向刀盤方向看，刀具的安裝形式見圖1.2.3-7。圖1.2.37切削刀、刮刀安裝形式刀具更換必須是在開挖面能自立的條件下進行，如果換刀所處的地層無法自立，就需要對土體進行加固，使換刀處土體能自立。刀具的更換時間可參考切削刀盤累計轉數表的顯示值

20、，求出掘削距離，以及通過掘進過程中推力、扭矩增大，推進速度極低，開挖聲音異常等現象來判定，但，由于地層的復雜性，很難準確地從上述原因中判定刀具的磨損狀況。1.2.4切削刀盤驅動裝置 1）、刀盤驅動形式采用變頻電機驅動方式驅動裝置由固定部分、回轉部分、三排園柱滾子軸承和密封部分、變頻減速電動機等構成，固定部分用螺栓栓接在盾構機切口環殼體上。刀盤驅動裝置是由 字型斷面的鋼板焊接構造而組成，在內部安裝高精度、大負荷的三排園柱滾子軸承和二種型式的密封圈。由8臺55kW變頻減速電機和小齒輪構成，通過三排園柱滾子軸承內齒，帶動三排園柱滾子軸承從而驅動切削刀盤。刀盤可順時針及逆時針回轉。三排園柱滾子軸承受切

21、削刀盤的軸向力、徑向負荷和力矩，且支撐、驅動切削刀盤的旋轉。驅動裝置構造如圖1.2.41所示。刀盤采用變頻電動機驅動具有良好的對應地質的轉速與扭矩輸出曲線，刀盤轉速在0.30.8rpm時具有恒扭矩輸出，0.81.3rpm時具有恒功率輸出，額定扭矩（100%）時為5151kN-m 525tf-m（=20.2），扭矩在120%時，為6181kN-m630tf-m（=24.2）（見圖1.2.42 刀盤扭矩與轉速輸出圖）。因此，能滿足各種地質條件對扭矩和轉速的要求。圖1.2.41 刀盤驅動裝置構造圖1.2.42 刀盤扭矩與轉速輸出圖變頻驅動具有一般液壓驅動及電動機變極驅動所不能比的優點，見表1.2.4

22、1刀盤3種驅動方式比較。刀盤驅動裝置是盾構機的最關鍵部件，特別是刀盤密封、大軸承的可靠性、安全性、壽命是至關重要的。小松公司積近40年制造2000多臺各類盾構機的經驗，完全能設計制造出滿足本工程需要的盾構機。為了防止土砂、水進入驅動裝置內，在旋轉部與固定部中間設置3道密封裝置，機械式迷宮密封、一道唇型密封（四唇型）、三道MY型密封組成，規格見表1.2.41、密封圈形式見圖1.2.43、圖1.2.44所示。根據小松公司的工程實績，對應本工程，密封具有足夠的壽命。由于密封采用丁晴橡膠和聚胺脂橡膠，為了防止在高溫下（70以上）發生物理變形，內外密封處各設置了1個溫度傳感器，當溫度超過規定值時就報警甚

23、至停機。表1.2.41 密封規格項目規格形式MY型 唇型（4唇口）材質丁晴橡膠聚胺脂橡膠數量內周（刀盤與胸板）3道1道外周（刀盤與殼體）3道1道耐壓力1MPa 圖1.2.43唇型密封 圖1.2.44 MY型密封刀盤驅動部(包括密封、大軸承、小齒輪、減速機變頻電動機組)作為一個整體組裝調試后再用螺栓固接在盾構機殼體上，這樣更能保證刀盤密封與傳動的可靠性與安全性，并且轉場、拆卸、安裝方便。見圖1.2.45。圖1.2.45刀盤驅動裝置密封部的磨損主要是密封配合面鋼板上的磨損，根據小松公司的實驗結果，在密封圈直徑2000mm、水壓1.08Mpa、轉速5rpm，MY型密封配合面的磨損，在運走距離500k

24、m時，其磨損在0.02 mm（包括殼體）以下，溫升在70以下。根據這些資料及小松公司的工程實績，對應本工程，密封具有足夠的壽命。2）、驅動軸承潤滑、密封集中潤滑裝置（1）三排園柱滾子軸承采用油浴強制潤滑，將油池中的潤滑油用泵輸出，通過濾清器把清潔的潤滑油潤滑軸承和齒輪。主軸承油潤滑系統安裝在盾體內部，齒輪油室設置在驅動系統內部，系統包括油泵、過濾器、壓力表等設備，起到循環潤滑主軸承內齒輪和小齒輪嚙合的作用，同時能對齒輪油進行過濾，保證油液的清潔度，減少設備磨損。（2）密封部分采用集中自動間斷供脂式，用泵經過分配閥間斷地向刀盤驅動密封（唇型密封及MY型密封）之間、螺旋輸送機驅動部密封處、中心回轉

25、接頭密封部分充填具有一定壓力的油脂，可通過定時器調節供給量。并且，在給油脂回路中設置了當發生異常高壓的場合，在報警的同時刀盤旋轉立即停止的聯鎖系統。3）、驅動方式比較因為大口徑盾構機內空間較大，驅動馬達空間設置限制少。為了提高效率，減低起動扭矩，簡化后方設備，改善隧道內環境等，切削刀盤采用變頻電機驅動方式，低噪音、無高溫、對施工環境的影響極少。驅動電機的變頻控制可使刀盤變速運轉，隨施工狀況和土質的軟硬進行調整，所以能廣泛對應各種土質。表1.2.42刀盤3種驅動方式比較 No項目變頻方式離合器方式液壓方式備 注1驅動部尺寸中大小如以外形尺寸為1，則1.52，22.5。2后續設備少少大需要液壓泵、

26、大油箱、冷卻裝置等，所以后續設備大。3效率 (%)0.950.90.65由于，采用電機驅動，故效率高。4起動電流小小小利用變頻起動電流小，因為切斷離合器起動，電流小，由于無負荷起動電流小。5起動力矩中中小起動力矩可以達到額定力矩的120%，約低20%。6起動沖擊小大小利用變頻，控制液壓泵排量，可以低轉速、緩慢起動。由于離合器離、合，所以沖擊大。7轉速控制、微調好差好利用變頻，控制液壓泵排量，可以控制轉速、微調。由于采用離合器，所以一般只要二種速度。8噪音小小大由于液壓系統，所以噪音大9隧道內溫度小小大由于液壓系統，功率損耗大，所以溫度大。10維護保養好好差、幾乎不要，液壓系統維護保養復雜，要求

27、高。11綜合評價變頻方式：在產業界普遍采用，其安全性、效率、可靠性都好。離合器方式：其安全性、效率、可靠性好。但適應土質變化的可靠性差，并且起動、反轉，速度控制差。液壓方式：其安全性、效率、可靠性差。12方式組成變頻方式： 變頻電機+減速機+驅動刀盤；離合器方式：電機+離合器（磁粉）+減速機+驅動刀盤；液壓方式： 液壓馬達+減速機+驅動刀盤。由上表可以看出采用變頻電動機驅動，傳動效率高、噪音小、發熱量小和占用較少的設備空間，并且在環境惡劣（如TBM硬巖掘進機）、刀盤啟動停止較為頻繁和在較硬的巖土中掘進時刀盤承受較大沖擊力等狀況下，變頻電動機驅動完全能滿足要求。所以選用變頻電動機驅動是較為合理的

28、，且變頻電動機驅動具有轉速連續可調的功能，便于操作人員控制。變頻器及變頻電動機是小松公司與日本東芝公司專門為盾構機使用制造的，具有啟動時電機頻率很低（解決了啟動時電流大的問題），起動力矩可達120%（最高可達150），并且能保持各驅動電機同步等特點。1.2.5、推進裝置推進系統配備了大排量、高壓力的變量泵，采用一臺45kW的電機驅動。共有22個推進油缸，無負載時可達到6cm/min的最大伸出速度；在工作壓力32.4MPa時，可產生總推力3850t，開挖面122t/m2的推進力。 盾構機推進千斤頂采用22只行程為2150 mm的油缸。安裝在中胴上，布置在盾構機殼體四周，被編為4個組，分上、下、左

29、、右可分別進行獨立控制的4個液壓區，見圖1.2.51推進油缸撐靴與管片之間距離900mm，布置及行程充分考慮了管片的構造及拼裝管片的方便。圖1.2.51 推進油缸分區示意圖推進千斤頂可按照需要單獨分別選擇。在上、下、左、右每個區域中各有一只油缸安裝測量油缸伸出長度的行程傳感器， 且四個區域各有一只正比例控制的減壓閥通過操作臺上的觸摸屏來調節每個區域中油缸的推進壓力，形成基本導向裝置系統。所配置的千斤頂長度傳感器可靠，并能在操作室內的操作觸摸屏上準確、直觀地顯示盾構機千斤頂伸縮的數值，見圖1.2.52。圖1.2.52推進油缸選擇畫面（參考圖）推進油缸撐靴與推進油缸活塞頭部是用可任意方向轉動的球鉸

30、聯接，能夠充分對應管片與盾構機的傾斜，保證撐靴平面與管片密貼。為了能使推進油缸的推力均勻地傳遞給管片，推進油缸撐靴面積要適當大些。撐靴表面有一聚安脂膠墊，千斤頂撐靴在與管片接觸時能保證推力緩和均勻地作用在管片上，確保管片襯砌環面的完整。1.2.6、螺旋輸送機及保壓泵碴系統1）螺旋輸送機螺旋輸送機形狀一般有軸式和帶式。在本工程中，考慮到在砂層中施工，所以采用對止水性更為有利的有軸螺旋機，出土口在螺旋機尾部設置了二道閘門。螺旋輸送機由1臺液壓馬達驅動，2臺功率為45kW的變量泵供油，易于變速，耐沖擊。螺旋機的最大輸出扭矩為38.9kNm，理論出土能力為191m3/h。螺旋機的輸出扭矩根據日本及小松

31、公司的工程實績，粘性土及砂性土中的扭矩系數=100200。盾構機回轉扭矩為： T =×D3 =（100200）×0.653 = 27.554.9kN-m根據上述計算及小松公司的經驗，螺旋輸送機配置扭矩： T = 38.9 kM-m (=141)排土能力：一般來說，螺旋輸送機通常所配置的排土能力是所需排土量的1.21.3倍即可。Q（m3/h）=×/4×D2×V×60×10-2其中：土砂松散率（=1.3） D：盾構機外徑（=6.34m） V：掘進速度（=6cm/min）則：Q=1.3×/4×6.342

32、5;6×60×10-2=147.7 m3/h Q =(1.21.3)×Q= 1.3×Q= 192m3/h螺旋輸送機配置的排土能力為191 m3/h，因此能滿足盾構機在最大掘進速度6cm/min時的排土要求。螺旋機的作用是出碴和調節土倉土壓力，螺旋葉片從土倉下部伸入土倉中取土，并將碴土輸送到輸送機的尾部，通過出土閘門卸在皮帶輸送機上。土壓平衡模式掘進時，在推進速度一定時，通過調節出土閘門的開啟度和螺旋機轉速的變化來實現對土倉內土壓力的調節。螺旋機轉速的控制有自動和手動操作二種。自動操作時，刀盤土倉中測出的土壓與預先設定的掘進速度及土壓進行比較，自動地調整螺

33、旋輸送機轉速（排土量），將密封土倉中的土壓保持在一定的管理值內，以最合適的土壓進行掘進管理。保證隧道開挖面的穩定性和安全性。手動操作時，用在操作臺上的電位器控制螺旋輸送機轉速（排土量）。無論自動或手動控制時，當土倉中的土壓力高于或低于預先設定的土壓力時，在操作室中的操作觸摸屏上都能報警顯示。螺旋輸送機的外殼采用分段設計，最前端焊接在盾構機前體下部，筒體外徑為711.2mm，葉片的螺距為600mm，葉片直徑650mm。螺旋機排土口有2道由液壓缸控制的出土閘門，可以通過它控制螺旋輸送機的排土量，在開啟油缸上安裝有行程傳感器，可根據掘進速度在操作盤上任意控制2道閘門的開啟度，隨時調節排土量來實現土塞

34、效應，形成良好的排土止水效果，在土壓平衡模式掘進時，可起到調節土倉土壓力的作用。在涌水較多的場合，可以通過先將第1道閘門關閉，第2道閘門開啟將碴土存放在出口處，然后將將第2道閘門關閉，第1道閘門開啟，把碴土排放出，該種方法在廣州過新造海時使用，取得較理想的效果。排土閘門的液壓系統中設有蓄能應急裝置，在突然斷電，液壓泵停止工作的情況下，可以啟動蓄能裝置，關閉排土閘門。在螺旋機前中后開有3個維修門，方便工作人員對螺旋機的維修和障礙物的排除。螺旋輸送機的筒體上開有3個添加劑注入孔，必要時可以往里注水和添加劑，降低碴土的粘性，減少出土阻力，提高出土效率。螺旋軸采用驅動端固定，另一端浮動的支撐形式，取土

35、端的外殼焊接有耐磨合金條，螺旋葉片邊緣焊有硬質合金塊，葉片受碴土摩擦的一面堆焊有硬質合金條紋，這些設計使得螺旋機具有較好的耐磨性能。見圖1.2.61。圖1.2.61 螺旋輸送機耐磨材料布置示意圖1.2.7、皮帶輸送機皮帶輸送機用于將螺旋機送來的碴土轉運到后部拖車的尾部裝在碴土列車上，為了防止皮帶機在輸送含水量大的棄土時，棄土向下滑，盡可能將皮帶機角度設計小。由一臺18.5kW電機驅動，帶650mm，皮帶機運行速度130m/min，理論運輸量為280m3h，滿足碴土輸送的要求。皮帶機上設置有鋼絲繩牽拉式緊急停止裝置，起到保護維修人員安全的作用。1.2.8、管片運輸機構及管片拼裝機管片運輸通過單、

36、雙軌梁進行。單軌梁上的電動環鏈葫蘆將管片從管片運輸車上吊起可將管片放在儲存區，在拼裝時，通過雙軌梁上的電動環鏈葫蘆將管片從管片儲存區吊起運輸到管片拼裝機下部，通過拼裝機完成管片的拼裝。 1）、管片運輸機構從第一節臺車后部到前部設置管片運輸單軌梁，設置單軌梁行走小車，配置具有起吊5T重量的電動環鏈葫蘆1只，其作用是將管片從管片運輸車上卸下，并放置在隧道內第一節臺車前行走速度為10 m/min，起升速度分為1.0m/min和4.0m/min；第一節臺車前部和盾構機之間設置管片運輸雙軌梁，設置雙軌梁行走小車，配置具有起吊2.8T重量的電動環鏈葫蘆2只，其作用是將管片從管片儲存處運送到拼裝機頭下部，行

37、走速度為10 m/min，起升速度分為0.75m/min和3.2m/min兩個檔位；單、雙軌梁運輸機構采用鏈輪鏈條行走，設有限位裝置以防止行走小車脫落軌道。2）、 管片拼裝機盾尾間隙 =30mm 管片拼裝機整體外形為一圓環狀，旋轉角度范圍為±200°。除旋轉外，其余動力和油箱等裝置均安裝在拼裝機懸伸臂上，主要用于管片的拼裝。管片拼裝機具有6個自由度，包括前后移動、旋轉運動、伸舉運動和繞管片自身的三軸旋轉運動。見圖3.2.8.21、圖3.2.8.22。 液壓馬達圖3.2.8.21 拼裝機1平移油缸提升油缸回轉油缸擺動油缸支撐油缸圖3.2.8.21 拼裝機2管片拼裝機回轉由液壓

38、馬達驅動，具有常閉制動功能，角度限位控制開關，防止產生人為的設備事故（1）、拼裝機的動力和油箱等裝置安裝在拼裝機的結構件上（懸臂梁等）。（2）、拼裝機回轉有高速及低速二擋速度，可切換。（3）、管片拼裝機具有有線和無線操作功能。可通過有線或無線操作盒進行操作，拼裝管片作業時可以在安全的地方邊觀察邊進行操作。（4）、管片拼裝機旋轉時伴有警笛聲和警燈閃動。設計充分考慮了以安全第一的原則。1.2.9、鉸接裝置鉸接油缸安裝在前后殼體上、鉸接處有防水密封，可使前后盾構最大左右彎曲1.5度、上下彎曲1.0度。1） 鉸接裝置的類型為推進油缸安裝在后殼體上，單道密封,能耐1MPa壓力。鉸接裝置是將盾構本體前后2

39、部分用16個294t液壓油缸連接成一個整體；通過液壓油缸的行程之間的差來彎曲盾構本體的一種裝置。通過液壓油缸的動作，能在上下、左右方向上調整盾構本體彎曲角度。2） 鉸接裝置上下、左右方向的彎曲角度全部通過16個鉸接油缸進行，在上下鉸接方向與其他廠家采用銷軸形式不同也是采用鉸接油缸進行，可以靈活的進行糾偏角度的操作，確保較大的角度。見1.2.91。左右彎曲左右彎曲 上下彎曲上下彎曲其他公司豎銷方式小松公司全方向油圧方式圖1.2.91鉸接形式3）在前后殼體連接部位，采取防止土砂、水等浸入的密封措施。前體與中體通過鉸接油缸相連，可使盾構在掘進中轉過較大的角度，前體與中體的鉸接部分設置有一道密封，在密

40、封處中體上涂有一層特殊涂料，鉸接密封可耐1MPa水壓，能夠保證開挖過程中地下水不會由此處進入到盾構內部。見圖1.2.92 。圖1.2.92 鉸接裝置4）鉸接裝置是為順利進行曲線施工的一種輔助手段，在進行曲線施工時，一定要與推進油缸的單側推進、錐形管片的使用、超挖的實施共同進行，以實現所定的曲率半徑。5）鉸接油缸行程可通過上下左右（No.3、7、10及12）4個油缸行程檢測裝置在操作盤上顯示。6）鉸接動作：（1）在曲率半徑R150m時，鉸接角度1.5o，油缸行程差為122mm，刀盤超挖37m。（2）在鉸接動作中，如超出鉸接范圍時，聯鎖機構起動，這時只能進行將彎曲狀態返回工作范圍的操作。操作盤上的

41、顯示燈：方向修正不可閃亮。（3）因鉸接量和曲率半徑的關系是計算值，所以，在施工時必須要邊測量確認曲率半徑及曲線長度邊進行曲線施工。7）能達到的最小轉彎半徑見圖1.2.93。圖1.2.93能達到的最小轉彎半徑1.2.10仿形刀裝置：在刀盤中安裝仿形刀，可以進行盾構機外周部位（大于盾構機外徑）的超挖。表1.2.10-1 仿形刀規格項目規格數量2只推力294kN/只 30tf/只最大超挖量125mm （高于殼體）超挖設定范圍22.50節距超挖量用流量計設定節距1)、仿形刀實際使用只需一只即可，為安全起見，設置了二只，其中最大超挖為125mm。 2)、仿形刀的動作范圍與行程可在運行操作臺上顯示并可任意

42、設定。圖1.2.10-1仿形刀裝置1.2.11、盾尾密封盾尾密封設在盾構機殼體最尾部，能防止土砂、水及同步注漿材的侵入。采用耐久性好的鋼絲刷型盾尾密封，安裝有3道。1.2.12、盾尾油脂注入系統盾尾油脂是為了提高盾尾密封的止水效果，這種油脂能止水、防止注漿材流入的作用，由于鋼絲刷和油脂的柔軟性，對管片安裝產生的不平、曲線部變壓等也有止水效果。另外，也有防止盾尾鋼絲刷摩耗的作用。但是在水壓或盾尾注漿壓力（大于0.3Mpa）直接作用于鋼絲刷時，尾封會反轉，造成盾尾注漿材浸入盾尾密封處凝固，從而失去止水效果。設置氣動油脂注入系統，在盾構機推進過程中根據需要向盾尾鋼絲刷中注入油脂。在水壓較高的情況下，

43、盾構機在推進過程中需不間斷地向盾尾鋼絲刷中注入具有一定壓力的油脂，防止盾尾鋼絲刷反轉。由于油脂的不斷充填，可以獲得充足的止水效果。盾尾油脂的注入，通過泵的間歇運轉和注入閥的開關來實現。本裝置由設在NO.2后續臺車（右）上的注入泵，裝在盾構主機內的電動球閥、壓力表、配管、高壓軟管等構成。盾尾處的各個注脂分管路上安裝電氣控制的閥門，裝有壓力控制裝置，并且能自動或手動控制。盾尾油脂可自動和手動操作，盾尾油脂注入量可根據地質條件進行設定。油脂注入可以在觸摸屏上進行。見圖1.2.121圖1.2.121盾尾油脂操作畫面1.2.13、同步注漿系統同步注漿通過注漿管路、注漿泵及控制系統來實現。盾構機掘進的同時

44、，通過同步注漿系統將漿液同步注入管片和開挖洞身之間的環形間隙之中，以提高隧道的防水性，防止施工區域地表沉降。另一方面，由于充填及時，對剛拼好的幾環管片的支撐和承托作用加強，減小了管片移動的可能性，從而減少管片在推力作用下開裂和錯臺的可能。小松公司為了滿足國內各施工單位對壁后注漿的不同要求以及由于各工程地質條件的不同需要采取單液或雙液注漿的情況，在設計盾構機壁后注漿系統時，采用了既能單液注漿也能雙液注漿的設計，見圖1.2.131同步注漿系統圖及圖1.2.132 盾尾同步注漿管路和盾尾密封刷布置示意圖。1） 系統配置了1個4.1m3左右的漿液箱，內有攪拌葉可以對漿液進行攪拌及給A液活塞泵喂料， 1

45、個1 m3左右的B液（水玻璃）箱和螺桿泵，可分別通過管路連接到盾殼上的4個注漿點。在盾殼上設置4點注漿點，每1點上有3根管路， 1根20mm的管路為B液漿管路，并且在緊靠出口處與1根45mm的A液(或單液漿)管路相連，第3根為清洗管路，清洗管路清洗水通過加泥系統擠壓泵來提供。2） 單液注漿時，只需用雙作用活塞泵將儲存在攪拌裝置中的單液漿通過管路泵送到盾殼上的同步注漿點既可。3） 雙液注漿時，雙作用活塞泵將儲存在具有攪拌裝置中的A液漿，螺桿泵將儲存在B液箱中的B液漿同時通過各自的管路向盾殼上的同一注漿點泵送，在盾殼靠近出口處混合然后進入管片壁后。4） 注漿完清洗時，通過清洗管路尾部的小油缸伸出將

46、靠近出口處的活塞將注入口堵住，一：防止清洗水進入管片壁后稀釋注漿材料；二：與A液漿管路及B液漿管路形成回路，可分別清洗。5） A液活塞泵、B液螺桿泵通過變頻器進行控制，可分別改變A液，B液注漿量。整套系統由程序自動控制注入量和注漿壓力，注漿時，砂漿的流量和壓力受到嚴格的監控，以防過大的壓力造成地面隆起。注漿量可根據盾構機推進速度均勻注入。6） 為了能夠適應不同的注漿量和壓力要求，注漿量和壓力可以在控制操作觸摸屏上進行人工調整，見圖1.2.132。7） 同步注漿4路A液注漿管道設置了4個注漿壓力傳感器、壓力表及氣動球閥。B液注漿總管上設置了1個注漿壓力傳感器，4路B液注漿管道設置了4氣動球閥。圖

47、1.2.131同步注漿系統圖圖1.2.132注漿壓力及流量控制砂漿在地面攪拌站制備好，由砂漿斗運進隧道內，通過砂漿轉送泵泵送到拖車上的砂漿罐中儲存。1.2.14、添加劑、聚合物、泡沫注入系統為了能更好地改善砂層塑流性和止水性，可通過加泥系統向開挖面注入添加劑或發泡劑。由于添加泡沫劑對粘土層、砂層及含少量砂礫的地層具有很好的效果，可以有效地改善砂層的塑流性和止水性。但是，需要根據不同的地質情況和使用效果來決定添加那種添加材料。見圖1.2.141。1） 泡沫系統的功能及特點盾構機掘進管理流程：掘進土壓P切削扭矩矩繼續BU上升BU下降JS上升orSC下降JS下降orSC上升小P<POP>

48、P0大刀盤土壓力 Po 盾構機推進速度 JS 實時反饋螺旋式傳送機轉數 SC 氣泡混合率 BU 自動控制圖1.2.141為添加劑、聚合物、泡沫注入系統自動泡沫系統具有以下特點：（1）·此系統可以根據盾構掘進速度及土壓來自動控制泡沫系統。·泡沫注入率，泡沫膨脹率以及濃度可以按照要求進行調整。·可以在顯示屏上及時確認注入流量及注入壓力。（2）提高切削土的流動性 砂礫土層的場合，通過氣泡的軸承效果可以提高切削泥土的流動性，避免土倉內發生堵塞，并且減輕刀盤和螺旋機的扭矩，從而提高了盾構機推進效率。 （3）減小切削土與盾構機的粘附 硬質粘土土層的場合，可以防止切削泥土粘附在

49、刀盤面板和土倉倉壁上，從而保證了掘進能更加順暢地進行。 （4）提高切削土的止水性 細微的氣泡充填于土顆粒間隙之間中，起到提高切削土止水性的作用。同時，對防止地下水在螺旋機排土口處的噴發也有相當的效果。（5）減輕盾構機設備的損耗 氣泡具有潤滑作用，可有效降低盾構設備的磨損，特別是刀盤和刀具的磨損，延長設備的使用壽命。 （6）刀盤土壓力穩定性提高 由于氣泡具有壓縮性。可以減少刀盤土壓力的變動，從而實現刀盤穩定狀態下的順利掘進。見圖1.2.142。圖1.2.142 土壓力控制的掘進記錄在刀盤面上設置5個注入口。5只添加劑的注入口可注入泥漿材料、發泡劑和水等添加劑，可對開挖面上的土壤進行改良處理，為了

50、確保加注入的添加劑的效果。在胸板上也設有注入口向土倉中加注添加料。刀盤前面的添加劑注入口設有橡膠逆流防止閥（單向閥），以防止管路被泥砂堵塞。在人行閘內的中心旋轉接頭后部接上液壓軟管，其構造能承受高壓油，如果注入口被堵塞，可用設置的一套液壓疏通裝置，用油泵向刀盤加泥系統管路加注最大為14MPa左右的液壓油進行疏通，工程效果很好。1.2.15、雙倉人行閘土倉自動壓力調整裝置為了防備意外事態發生，在密封隔倉的胸板中央部位安裝了雙倉式氣壓人行閘裝置，分主倉和副倉，通過法蘭連接在前體的結構上。，人員可以通過人行閘出入土倉。人行閘額定使用壓力為0.3Mpa，最大壓力為0.5MPa以上。主倉長度為2.500

51、m，直徑為1.750m，能保證二人的空間，副倉950mm×1300mm×1750。見圖2.2.2.151。圖1.2.151 雙人行閘人閘內的裝置有照明燈、壓力表、氣閥、時鐘、消音器、椅子、取暖器、電話等。當人員需要進入土倉作業而開挖面無法自立時，就需要在對土倉中供入具有一定壓力的空氣，利用具有一定壓力的空氣保持開挖面的自立，此時，由于土倉內和隧道存在壓力差，人員若要進入土倉進行作業，則必須利用氣壓人行閘。作業人員在氣壓人行閘內歷經緩慢加壓過程，直到人閘內氣壓與土倉內壓力相等時，方能打開閘門進入土倉；同樣，人員離開高壓環境時也必須在人閘內經過減壓過程，同時，為了保證土倉中的壓

52、力，配置了土倉自動壓力調整裝置，見圖1.2.152。圖1.2.152人行閘及土倉自動壓力調整裝置1.2.16、超前探測、注入管考慮有斷裂帶等復雜的地質層，要能在正面進行超前探測，并且，為了防止萬一需要在掘進過程中更換刀具，砂層開挖面的不穩定性就需要在換刀時對換刀處的地層進行加固，使開挖面不會坍塌，因此，在盾構主機土艙壁部、主機前殼外周前端裝有超前探測，可以通過注入管對開挖面土體進行加固及探測。超前注漿、勘探裝置可有效的穩定開挖面，在盾構機前殼體上設置了10個2寸的固定超前注漿、勘探口，在土倉胸板上設置了8個2寸可擺動的超前注漿、勘探口，可對開挖面進行土體加固和勘探。見圖1.2.161圖1.2.161超前加固圖1.2.17、懸臂操作臺由型鋼、鋼板焊接而成，用螺栓和拉干螺絲安裝在盾構主機柱子上面，上部裝設有整圓保持裝置。操作平臺上，留有設置管片運輸雙梁、液壓軟管、電纜的空間。1.2.18、后續臺車構成型鋼、鋼板焊接構造，共5輛。主要配備如下設施：運轉操作席：本機在NO.1后續臺車（從前進方向看左側）的操作室內，設有運轉操作席，并匯集了