【導(dǎo)讀】南昌1號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案中鐵三局集團(tuán)有限公司

　　

【正文】 后部分用鉸接油缸連接，可以上下左右彎曲，在鉸接部設(shè)置有密封。 在前盾 部分設(shè)有安裝刀盤(pán)及刀盤(pán)支撐的結(jié)構(gòu)，在土倉(cāng)面板 (倉(cāng)壁 )下部安裝有螺旋機(jī)。 鉸接環(huán)上配置有推進(jìn)油缸 22 根，鉸接油缸 20 根，在盾尾部位設(shè)有管片拼裝機(jī)、后方工作平臺(tái)。 盾構(gòu)機(jī)內(nèi)還設(shè)有 管片拼裝工作 平臺(tái)、液壓及電氣設(shè)備裝置、計(jì)測(cè)裝置、人行閘、注入管等附屬裝置。 主機(jī)直徑 盾 尾 直徑由管片外徑（ D0）、盾尾間隙 (δ )以及盾殼厚度 (t)決定。 管片外徑 D0為 6000mm； 根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算， 復(fù)合地層同步注漿槍必段內(nèi)置，帶清洗雙液注漿槍需 盾殼厚度 t 為 105mm（ 45mm+60mm） ； 盾尾間隙 δ 由管片的偏移量（計(jì)算得 5mm） 、管片真圓度 (一般設(shè)計(jì)要求 15mm)和拼裝間隙 (實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)得到 10mm)組成，為 5+15/2+10=,為保證管片拼裝，取25mm。 計(jì)算 盾尾 直徑最小為 D=D0+2（ t+δ ） =6260mm。 盾構(gòu)機(jī)前盾、中盾及尾盾直徑都為φ 6260mm。 主機(jī)長(zhǎng)度 盾構(gòu)機(jī)主機(jī)長(zhǎng)度對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制非常重要，主機(jī)長(zhǎng)度越短，越易于姿態(tài)控制和操作，同時(shí)也降低成本、節(jié)約投資。因此 ,主機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能減少無(wú)用空間，按最小尺寸進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 36 盾構(gòu)機(jī)主機(jī)主要尺寸見(jiàn)圖 41。 表 41 主機(jī)主要尺寸列表 各部名稱 尺 寸 備注 刀盤(pán) 中心魚(yú)尾刀 /中心滾 刀 390mm/150mm 1180mm 軟土 940mm 滾刀 確保切削效果和強(qiáng)度 盤(pán)體厚度 740mm 刀盤(pán)與前盾殼體間隙 50mm 前盾 土倉(cāng)寬度 950mm 1655mm 土倉(cāng)長(zhǎng)度確保土砂南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 37 驅(qū)動(dòng)安裝部分 705mm 攪拌均勻度，并利用壓力平衡的實(shí)現(xiàn) ,驅(qū)動(dòng)安裝部分參考驅(qū)動(dòng)安裝長(zhǎng)度。 中盾 （ 含鉸接環(huán) ） 刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)尾部空間 2775mm 確保刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置和推進(jìn)油缸的安裝空間。 推進(jìn)油缸長(zhǎng)度 后部 推進(jìn)油缸伸展長(zhǎng)度 520mm 3560mm 管片的組裝，推進(jìn)油缸的前伸長(zhǎng)度 ,盾尾刷的形狀構(gòu)造的必要長(zhǎng)度。 管片組裝長(zhǎng)度 2100mm 管片與盾殼重疊（密封）長(zhǎng)度 940mm 盾構(gòu)機(jī)主機(jī)總長(zhǎng) 9170mm（軟土中心魚(yú)尾刀） 8930mm（巖層中心單刃滾刀） 8780mm（不含刀具） 含中心魚(yú)尾刀高度，不含工作平臺(tái)及螺旋輸送機(jī) 盾構(gòu)機(jī)主機(jī)長(zhǎng)度 （不含刀具） 與外徑的合適比例為 L/D=～ ，本機(jī) L/D 為 8780/6260 = 是最佳長(zhǎng)度。 考慮了盾構(gòu)機(jī)的多地質(zhì)適應(yīng)性，本方案盾構(gòu)機(jī)選型為加泥式復(fù)合土壓平衡盾 構(gòu)機(jī)。 適應(yīng)粘土、巖石及軟硬不均地質(zhì)，宜選用輻條式復(fù)合刀盤(pán) 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 38 本工程刀盤(pán)按照復(fù)合刀盤(pán)設(shè)計(jì)，中心魚(yú)尾刀可與中心滾刀互換，正面強(qiáng)化先行刀也可與滾刀互換，滾刀與可更換先行刀均采用背裝式， 刮 刀與邊緣刮刀均采用側(cè)裝栓接式，可實(shí)現(xiàn)背后換刀，外周先行刀為焊接式，周邊刀及刀盤(pán)背面保護(hù)刀是加強(qiáng)刀盤(pán)盤(pán)體耐磨保護(hù)用刀具，采用焊接式。 采用輻條式刀盤(pán)，設(shè)置較大刀盤(pán)開(kāi)口率 %，在不同地質(zhì)，通過(guò)不同刀具的刀具配置，可實(shí)現(xiàn)在軟土地層（圖 42）和復(fù)合地層（圖 43）的順利掘進(jìn)。 圖 42 軟土地層刀盤(pán)布置圖 (本工程投標(biāo)刀盤(pán) ) 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 39 圖 43 復(fù)合地層刀盤(pán)布置圖 刀盤(pán)結(jié)構(gòu) 刀盤(pán)結(jié)構(gòu)形式一般分為有面板型和輻條型兩種。 此次刀盤(pán)的設(shè)計(jì)原則：刀盤(pán)設(shè)計(jì)和刀具布置能適應(yīng)本工程地質(zhì)條件；并且具有高效及減少刀具二次磨損的特點(diǎn)。 本刀盤(pán)開(kāi)口率為 %，切削下來(lái)的渣土能夠順利的進(jìn)入土倉(cāng)，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖： 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 40 圖 44 刀盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 適應(yīng)本工程地質(zhì)刀盤(pán) 刀盤(pán)結(jié)構(gòu)取決于地層條件、作業(yè)面的穩(wěn)定程度及掘進(jìn)效率。本機(jī)采用12 根輻條結(jié)構(gòu)，開(kāi)口率為 % 。軟土地層刀盤(pán)刀具布置見(jiàn)圖 42，圖 45，圖 46，同時(shí)，更換滾刀后可用于復(fù)合地層掘進(jìn)，復(fù)合地層刀盤(pán)刀具布置見(jiàn)圖 43，圖 46， 圖 48。 本工程初裝刀具布置如下 (見(jiàn)表 42)： 表 42 軟土地層刀盤(pán)刀具配置表 (本工程初裝刀具 ) 刀盤(pán)采用 12根輻條式復(fù)合刀盤(pán) ， 初裝刀具為軟土刀具，開(kāi)口率為 40。 5% 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 41 刀具類型 數(shù) 量 備 注 01) 刮刀 88 寬 : 150 mm 厚 : 115 mm 安裝高度 100mm 02) 邊緣刮刀 12 寬 : 200+200+150 mm（扇形） 厚 : 115 mm安裝高度 100mm 03) 強(qiáng)化先行刀（可更換） 31 寬 : 300 mm 厚 : 62mm 安裝高度為 150mm 04) 強(qiáng)化先行刀（固定式） 17 寬 : 300 mm 厚 : 62mm 安裝高度為 130mm 04) 外周強(qiáng)化先行刀 12 寬 : 300 mm 厚 : 62mm 安裝高度為 175mm 05) 中心魚(yú)尾刀 1 寬 : 1270 mm 厚 : 100mm 安裝高度為390mm 06) 周邊刀 6 長(zhǎng) :350mm 寬 :80 mm 高 : 80 mm 07) 背面保護(hù)刀 6 寬 : 175 mm 高 : 100 mm 厚 :66mm 08) 仿形刀 1 柱狀軟土仿形刀， 09) 超挖刀 1 巖層用 10) 周邊耐磨板 1 套 刀盤(pán)外周 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 42 圖 45 軟土地層 刀盤(pán)刀具布置圖 圖 46 刮刀布置展開(kāi)圖 復(fù) 合地層刀盤(pán) 復(fù)合地層刀盤(pán)刀具配置如下 (見(jiàn)表 43)： 表 43 復(fù)合地層刀具配置表 刀具類型 數(shù) 量 備 注 01) 刮刀 88 寬 : 150 mm 厚 : 115 mm 安裝高度 100mm 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 43 02) 邊緣刮刀 12 寬 : 200+200+150 mm（扇形） 厚 : 115 mm 安裝高度 100mm 03) 外周強(qiáng)化先行刀 12 寬 : 300 mm厚 : 62mm安裝高度為 175mm 04) 強(qiáng)化先行刀（固定式） 17 寬 : 300 mm厚 : 62mm安裝高度為 130mm 05) 單刃滾刀 27 17” 滾刀（φ 432mm）安裝高度為 150mm 06) 中心滾刀 8 17” 滾刀（φ 432mm）安裝高度為 150mm 07） 周邊刀 6 長(zhǎng)： 350mm 寬 :80 mm 高 : 80 mm 08） 背面保護(hù)刀 6 寬 : 175 mm 高 : 100 mm 厚： 66mm 09） 仿 形 刀 2 1 把軟土 +1 把滾刀 10） 周邊耐磨板 1 套 刀盤(pán)外周 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 44 圖 47 滾刀布置展開(kāi)圖 圖 48 刮刀結(jié)構(gòu)圖 刮刀 根據(jù)刀片材質(zhì)， 考慮到本工 程大多在軟弱的土質(zhì) （大部分在砂層中掘進(jìn)） 中使用，特別是在 砂 層 、圓礫 中，并且參照許多同類土質(zhì)的施工實(shí)例，因此采用韌性及耐磨性優(yōu)越的 E5 材質(zhì)， 并且考慮盾構(gòu)機(jī)的重復(fù)使用及切削刀磨損而進(jìn)行更換的情況，在結(jié)構(gòu)安裝上考慮采用螺栓聯(lián)接的形式，以便在維修及切削刀具磨損較嚴(yán)重時(shí)，可以方便地更換。 刮刀的位置見(jiàn)圖 4切削軌跡見(jiàn)圖 46 以及刮刀的形狀見(jiàn)圖 48。 中心魚(yú)尾刀 本工程刀盤(pán)初裝刀具為 中心 魚(yú)尾刀 ， 采用整體結(jié)構(gòu)，能夠從前方與中心滾刀互換。采用大型中心魚(yú)尾刀 使 ，加大對(duì)中心土體的攪拌 ，并有效防止了刀盤(pán)前方結(jié) “ 泥 餅 ” ；同時(shí)因?yàn)榈侗P(pán)中心區(qū)域首先被挖掘， 起定心作用， 有利于控制盾構(gòu)機(jī)的方向。 中心刀高度為 390 mm，寬度為 1270 mm，如圖 49。 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 45 圖 49 中心魚(yú)尾刀（不含聯(lián)接裝置） 圖 410 先行刀結(jié)構(gòu)圖（不含聯(lián)接裝置） 正面先行刀 刀盤(pán)初裝為正面強(qiáng)化先行刀，不帶滾刀，可實(shí)現(xiàn)與滾刀互換。均采用背裝式，便于土倉(cāng)內(nèi)的刀具更換作業(yè)。采用砂卵石強(qiáng)化先行刀，安裝高度為 150mm（可更換） /130mm（固定式） ，寬度為 300mm，厚度為 62mm（如圖410）。 邊緣刮刀 本 工程邊緣刮刀采用雙刃片結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)型設(shè)計(jì)，具有有效保護(hù)刀盤(pán)徑向尺寸和切削土體作用。如圖 510。 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 46 圖 411 邊緣刮刀結(jié)構(gòu)圖 周邊刀和刀盤(pán)背面保護(hù)刀 為了進(jìn)一步對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行保護(hù)，特在刀盤(pán)外圈表面處設(shè)置有 6 把周邊刀，可有效地保護(hù)外周耐磨板和刀盤(pán)外圈，在刀盤(pán)外圈背面同時(shí)設(shè)有 12 把背面保護(hù)刀，能有效保護(hù)刀盤(pán)與盾構(gòu)之間砂土對(duì)刀盤(pán)背面的磨損。周邊刀如圖412，刀盤(pán)背面保護(hù)刀如圖 413。 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 47 圖 412 周邊刀 圖 413 刀盤(pán)背面保護(hù)刀 中心滾刀（ 8 把單刃滾刀） 復(fù)合地層掘進(jìn)時(shí)，刀盤(pán)中心刀具采用為 8刃中心滾刀，滾刀規(guī)格為 17” ，滾刀間距為 90mm，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 414。 圖 414 中心滾刀示意圖 專門(mén)對(duì)刀盤(pán)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì)。滾刀采用 17” 單刃滾刀，刀盤(pán)破巖石能力達(dá) 150Mpa以上。 本盾構(gòu)機(jī)推力為 38500kN，扭矩為 5724kNm（脫困扭矩為 6868kNm），最高轉(zhuǎn)速為 ， 盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)均能應(yīng)對(duì)極硬巖石，在 配置鑲齒硬質(zhì)合金刀圈后，盾構(gòu)機(jī)最高可應(yīng)對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度為 250MPa 的巖石。 滾刀破巖 機(jī)理為推力通過(guò)刀刃滾壓巖石，在相鄰兩刀刃間形成貫穿裂南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 48 縫，使巖石脫落，形成“飛碟”狀或片狀石塊。 日立造船滾刀具有如下特點(diǎn)： 178。允許載荷： 250kN 178。材質(zhì)：特殊工具鋼 178。允許磨損量： 20mm 178。允許線速度： 150m/min 178。最小轉(zhuǎn)動(dòng)力： 30N178。 m 圖 415 滾刀結(jié)構(gòu)圖 滾刀結(jié)構(gòu)示意圖如圖 415， 滾刀 布置詳見(jiàn)圖 43 和圖 47 。 為便于糾偏及轉(zhuǎn)向，本機(jī)刀盤(pán)設(shè)置 1 把軟土仿形刀和 1 把滾刀超挖刀，行程均為 150mm，可用于方向修正、曲線施工時(shí)的超挖：可操作仿形刀，僅對(duì)需要超挖的部分進(jìn)行挖掘。也可以根據(jù)行程以及位置（角度）的設(shè)定，隨著刀盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)進(jìn)行超挖。詳見(jiàn)圖 416 和圖 417。 圖 416 滾刀超挖刀 圖 417 軟土仿形刀 南昌 1 號(hào)線一期一標(biāo)段盾構(gòu)技術(shù)方案 49 支撐方式一般分為中心支撐方式和中間支撐方式，其特點(diǎn)如下： 表 44 支撐方式比較 中心支撐方式 中間支撐方式 ? 4m 以下的外徑使用的業(yè)績(jī)多 ? 刀盤(pán) 受偏載荷 較大 。 ? 刀盤(pán)密封直徑小。 ? 有一部分土砂不能挖出。 ? 倉(cāng)壁中心部設(shè)有中心軸，機(jī)內(nèi)空間小。 ? 6ｍ以上外徑使用的業(yè)績(jī)多。 ? 刀盤(pán)受力均勻， 適用于高載荷、偏載荷作業(yè)。 ? 刀盤(pán)密封 直徑大且復(fù)雜 。 ? 土倉(cāng)排土性能良好。 ? 機(jī)內(nèi)空間