盾构主要部件组成及功能描述要点.docx

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盾构主要部件组成及功能描述要点

地铁盾构主要部件功能描述

盾构是一个具备多种功能于一体的综合性设备，它集合了隧道施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能。

盾构施工的过程也就是这些功能合理运用的过程。

盾构在结构上包括刀盘、盾体、人舱、螺旋输送机、管片安装机、管片小车、皮带机和后配套拖车等；在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、自动导向系统及通风、供水、供电系统、有害气体检测装置等。

1、刀盘和刀具

刀盘：

根据北京地铁特殊地质条件设计。

辐条式刀盘，开口率约为50%。

6个刀梁。

刀梁及隔板上有5路碴土改良的注入孔（泡沫、膨润土、水注入管路）。

刀盘表面采用耐磨材料或堆焊耐磨材料，确保刀盘的耐磨性。

刀盘具有正反转功能，切削性能相同。

刀具：

中心鱼尾刀1把，先行刀36把、主切刀82把（高64把、低18把），保径刀24把；合计：

143把。

另配超挖刀2把。

2、盾体

盾体钢结构承受土压、水压和工作荷载（土压3bar）。

盾体包括：

前盾、中盾、盾尾。

●前盾

前盾又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。

隔板上面设人舱、球阀通道、四个搅拌器。

前盾上有液压闭合装置，可以关闭螺旋输送机的前闸门。

前盾的隔板上装有土压传感器。

●中盾和盾尾

中盾又称支承环，前盾和中盾用螺栓联接，并加焊接联接。

中盾内布置有推进油缸、铰接油缸和管片安装机架。

中盾的盾壳园周布置有超前钻孔的预留孔。

中盾和盾尾之间通过铰接油缸连接，两者之间可以有一定的夹角，从而使盾构在掘进时可以方便的转向。

盾尾安装了三道密封钢丝刷及8个油脂注入管道、8根内置的同步注浆管道（4根正常使用4根注浆管为备用）。

3、主驱动系统

主驱动机构包括主轴承、八个液压马达、八个减速器和安装在后配套拖车上的主驱动液压泵站。

刀盘通过螺栓与主轴承的内齿圈联接在一起，刀盘驱动系统通过液压马达驱动主轴承的内齿圈来带动刀盘旋转。

主轴承采用大直径三滚柱轴承，外径2820mm。

4、推进系统

盾构的推进机构提供盾构向前推进的动力。

推进机构包括32个推进油缸和推进液压泵站。

推进油缸按照在圆周上的区域分为四组，顶部3对油缸一组、左侧4对油缸一组、右侧4对油缸一组、底部5对油缸一组。

油缸的后端顶在管片上以提供盾构前进的反力。

推进系统油缸分组控制如图所示，其中4个位置的油缸装有位移传感器。

5、螺旋输送机

螺旋输送机采用带轴式后出碴门，安装于前盾的底部，伸入土舱的一段焊接有耐磨片。

螺旋输送机通过二个液压马达带二个减速机周边驱动，其转速范围可以在0~21rpm内无级调速，可以很好的控制出土量和控制土舱的土压力。

为了提高碴土的流动性，可以向螺旋输送机周边的孔注入膨润土或泡沫。

螺旋输送机最大输送粒径为250mm。

6、皮带输送机

皮带机用于将螺旋输送机输出的碴土传送到盾构后配套的碴车上。

皮带机布置在后配套拖车的上面。

7、管片安装机构

管片安装机安装在盾尾，有6个自由度，有遥控和线控两种方式。

管片吊机及管片转运小车：

管片（共6块）由2个管片运输车由洞外运送到洞内后，首先由管片吊机吊起放置到管片转运小车上，然后由管片转运小车送到管片安装机能够抓到的位置。

管片转运小车一次可以存放3块管片。

8、人舱

人员舱是人员出入土舱进行维修和检查的转换通道，出入土舱的工具和材料也由此通过。

人员舱有两种状态：

无压模式（非工作状态）；加压模式（工作状态）。

人员舱包括主舱和材料舱（3+2），它们由压力门隔开。

进入土舱具有一定的危险性。

进入人员舱的工作人员必须经过身体检查，并接受相关的专业技术培训。

9、拖车

后配套拖车用以安装液压泵站、注浆泵、砂浆罐及电气设备等。

拖车行走在专用轨道上，拖车之间用拉杆相连。

每节拖车上的安装设备如下表：

拖车号

主要安装设备

设备桥

皮带机、管片吊机、管路、泡沫发生器

1＃

控制室、注浆泵、砂浆罐、小配电柜、泡沫发生装置

2＃

主驱动系统泵站、膨润土罐及膨润土泵

3＃

主配电柜、泡沫箱及泡沫泵、油脂站

4＃

两台空压机、风包、主变压器、电缆存放区

5＃

水管卷筒、储风筒、皮带机卸碴点

10、液压系统

液压系统是盾构为各主要执行元件提供动力并执行的关键系统，主要包括主驱动、推进（铰接）、螺旋输送机、管片安装机、辅助系统、循环过滤冷却系统等，液压系统的元器件全部采用国际知名品牌的产品，元器件质量可靠性能稳定，保证了液压系统的可靠性。

11、注脂系统

注脂系统包括三大部分：

主轴承密封系统，盾尾密封系统和主机润滑系统。

三部分都以压缩空气为动力源。

12、碴土改良系统

盾构配有两套碴土改良系统：

膨润土系统和泡沫系统。

两者在注入口共用一套输送管路。

●泡沫系统：

用于对碴土进行改良。

泡沫系统主要由泡沫泵、高压水泵、电磁流量阀、泡沫发生器、压力传感器、管路组成，

●膨润土注入系统：

在确定不使用泡沫剂的情况下，关闭泡沫输送管道，同时将膨润土输送管道打开，通过输送泵将膨润土压入刀盘、碴舱和螺旋输送机内，达到改良碴土地目的。

泡沫及膨润土系统示意图

13、同步注浆系统

盾构采用同步注浆系统，可以使管片外面的间隙及时得到充填，有效的保证隧道的施工质量及防止地面下沉。

注浆系统示意图如下：

注浆系统示意图

14、自动导向系统

盾构安装了一套自动导向系统。

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。

DS2000自动导向系统示意图

Leica TCA1202-S型自动全站仪、工业触摸式壁挂电脑、R型和B型无线通讯控制箱、盾构姿态自动测量软件、2个电子棱镜；倾角传感器；后视棱镜组。

；

监控模块：

通过工地上的光缆或电话线可对盾构推进的状态进行实时了解和管理，实现地面对地下的管理和控制。

1、全面姿态显示：

多达十几个姿态参数的数字和图像显示，使信息更直观。

2、不同的权限管理，防止人为误差；

3、基于现场的软件界面设计和操作流程；

4、强大的设计数据计算功能；

5、智能化的纠错能力和系统管理能力；

6、全面的数据管理和历史数据查询分析功能；

7、人工测量计算功能的备选。

自动导向系统特点：

真正的无线缆作业模式：

先进的设计理念：

先进的硬件基础：

全面的信息显示：

15、电气控制系统

供电：

10KV3P50HZ

电源：

400V

控制电源：

230VAC/24VDC

照明：

230VAC

箱式变压器：

干式2台，IP55，温度监测报警和保护；

主配电：

无功补偿COSΦ>=0.9，短路、接地及二级漏保；

电机启动方式：

30kW及以上配置电机软启动器，程序防止大功率电机同时启动；

主要技术参数表

名称

技术参数

备注

管片结构

外径

6,000mm

内径

5,400mm

管片宽度

1,200mm

分布

3+2+1

纵向连接螺栓数量

16

盾体

后部被动铰接式

前盾直径

6,250mm

板厚50mm

防涌门

1个

剪式

中盾直径

6,240mm

板厚40mm

长度（前盾和中盾）

4,280mm

盾构最小水平转弯半径

300m

最大工作压力

3bar

土压传感计

5个

人舱人闸门

DN600

盾尾直径

6,230mm

板厚40mm

盾尾长度

3,700mm

油脂管数量

8个（2×4）

密封

3排钢丝刷

注浆口

4个+4个备用

通径50mm,单液

推进油缸缸径/杆径－行程

260/180－2,100mm

数量

2×16

分组

4组

上、下、左、右

推力

36,493kN

30Mpa

最大推力

42,575kN

35Mpa

最大推进速度

80mm/min

最大伸出速度

160mm/min

所有油缸空载

缩回速度

3,400mm/min

铰接油缸缸径/杆径－行程

180/80-150

数量

14个

超前注浆管

6个DN100

刀盘

辐条式

刀盘开挖直径

6,280mm

旋转方向

左/右

刀具

中心鱼尾刀1把，先行刀36把、保径刀24把、主切刀82把，；合计：

143把。

另配超挖刀2把。

泡沫喷嘴数量

4个

中心回转接头

1个

5泡沫通道+4液压通道

主驱动

液压驱动

液压马达数量

8个A6VM250

额定扭矩

4,761kNm

最大脱困扭矩

5,718kNm

转速

0～1.86rpm

功率

630kW

2×315kW

主轴承型式

三排滚柱内齿圈式

主轴承外径

2,820mm

主轴承计算寿命

15000h

根据ISO281L10

管片拼装机

中间回转式

抓紧系统

机械式液压抓紧

自由度

6

回转速度

0～1.7rpm

比例控制

旋转角度

+/-200°

比例控制

举升油缸行程

1,000mm

比例控制

纵向移动行程

2,000mm

比例控制

控制装置

无线控制

备有线控操作的电缆连接接头

遥控器

HBC总线式

包含推进油缸、喂片机操作按钮

人员舱

双舱式

直径

1,600mm

工作压力

3bar

人数（容纳）

3+2

主舱/副舱

螺旋输送机

有轴螺旋式

直径

800mm

功率

160kW

最大脱困扭矩

230kNm

30Mpa

转速

0到21rpm

无级调速

螺旋伸缩

行程1,000mm

驱动

周边驱动

驱动马达

A6VM160二个

配有减速机

输送量

380m³/h

理论

出料口门

1个

后出料

土压传感计

2个

前后各一个

最大粒径

250mm

后配套设施

单侧限宽2100（主控室和注浆罐除外）

后配套结构

连接桥+5节拖车

轨距2080mm，碴车轨距900mm

喂片机

存放3块管片

冗余设计

管片吊机

双梁2个

皮带机

带宽800mm

最大输送量450m³/h

高压电缆托盘

1个

液压系统

液压泵站

4.5m³

包括过滤器和油箱

主驱动泵

500ml/r两台

功率控制

工业水循环系统

1套

内循环，液压油外循环冷却

外循环泵

用户提供

管道增压泵

1台

管片冲洗泵

1台

污水隔膜泵

1台

污水输送泵

1台

污水罐

3m³

1个配有液位传感器

同步注浆系统

单液注浆

同步注浆泵

2台

KSP12流量

注浆能力

2×12m³/h

压力传感器

4个

砂浆罐

容量6m³带搅拌

配自动润滑系统

膨润土系统

膨润土罐

4m³带气动搅拌

膨润土泵

10m³/h

变频可调式配有流量传感器

泡沫系统

1套

泡沫发生器

4路

水泵

1台

7m³/h

泡沫泵

1台

300l/h

工业空气

空压机

2台

37kW

高压空气储存罐

1m³

保压系统

2套气动自动控制系统

DN65,在盾体内

油脂润滑系统

气动

型号统一

电动多头泵

1台

林肯

递进分配阀

1套

林肯

液压油冲洗检测主驱动密封

1套

盾尾油脂密封系统

气动

型号统一

控制模式

压力、行程和手动

压力传感器

8个

HBW油脂密封系统

气动

型号统一

齿轮分配阀

1个

齿轮油循环系统

强制润滑

配有循环过滤、冷却、温控装置

螺杆泵

1套

最高压力160bar

磁性过滤器

1套

换热器

片式水冷

二次通风系统

DN600风管

通风管储存装置

2个

DN1000风管,100m储量

水管延伸

3路

水管挂架有效延伸长度12m

导向系统

两棱镜式

力信自动导向系统

自动全站仪

Leica TCA1202-S型

精度2”

管片排序系统

有

导向系统集成

电控系统

控制室

1个

带空调

主副配电柜

1个

功率因数补偿器

0.90

集成

高压开关

集成

初级电压/次级电压

10kV/400V

变压器

1,600kVA（800+800kva）

箱式变压器

控制电压

24V/230V

照明电压

230V

阀工作电压

24V

工作频率

50Hz

系统绝缘保护

IP55

PLC

S7-400

西门子

闭路电视系统

4个摄像头和1个显示屏

显示屏为彩色

有害气体检测

便携式和固定式各一套

便携式进舱使用

数据采集系统

1套

主要功率配置

功率大于30kw

采用软启动器

刀盘驱动系统

630kW

2×315kW

盾构推进系统

90kW

管片拼装机

55kW

辅助系统

0kW

和推进系统串联

注浆系统

0kW

和管片拼装系统串联

液压油过滤系统

15kW

齿轮润滑系统

4kW

螺旋输送机

160kW

工业水循环系统

40kw

清水泵、污水泵、高压冲洗泵

泡沫系统

18kW

同步注浆搅拌系统

8kW

皮带机

30kW

二次通风

0kW

空压机

74kW

管片吊机

10kw

电源插座及工地用电

75kW

其他

60kW

合计

1,269kW

主要关键部件厂家

序号

部件

厂家

1

主轴承

德国罗特艾德

2

液压油缸

力士达

3

液压油管

alfagma

4

液压泵

Rexroth

5

液压马达

Rexroth

6

液压阀

Rexroth、hawe、bucher

7

液压站电机

ABB

8

变频器

ABB

9

注脂泵

德国林肯

10

主轴承密封

JM

11

主驱动螺栓

德国Junge

12

主驱动减速机

布雷韦尼

13

螺旋减速机

布雷韦尼

14

管片减速机

布雷韦尼

15

其他减速机

sew、nord

16

压力传感器

Wika、kobold、HUBA

17

流量传感器

E+H

18

变压器

天津特变电工

19

功率补偿器

天津特变电工

20

电气元器件

SIEMENS、施奈德、abb

21

电控柜

德国威图

22

控制电缆

德国缆普

23

PLC

SIEMENS

24

管片吊机

法兰泰克

25

注浆泵

施维英

26

导向系统

上海力信

27

人舱

烟台宏远

28

空压机

优耐特斯

29

泡沫泵

德国Allweiler

30

膨润土泵

耐驰

31

刀具

聊城天工

32

主要钢板

舞阳钢铁