盾構(gòu)機(jī)總體設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u4433盾構(gòu)機(jī)總體設(shè)計(jì)案例 177291.1盾構(gòu)工法選型 1246211.2刀盤掘進(jìn)系統(tǒng) 25311.3渣土輸送系統(tǒng) 4163221.4盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng) 4193921.5管片拼裝系統(tǒng) 428401.6壁后注漿系統(tǒng) 51.1盾構(gòu)工法選型通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)在地層中，滲透率小于10?7m/s的情況下，采用土壓平衡盾構(gòu)進(jìn)行施工;當(dāng)滲透率在10?7到10?4m/s之間的情況下，采用土壓平衡盾構(gòu)或者泥水平衡盾構(gòu)進(jìn)行施工;當(dāng)滲透率大于10?4m/s的情況下，采用泥水平衡盾構(gòu)進(jìn)行施工。由于所選地段地層的滲透率在10圖4-1地層滲透性與盾構(gòu)選型的關(guān)系1.2刀盤掘進(jìn)系統(tǒng)刀盤的構(gòu)造可分為面板型和輻條型兩種，在實(shí)際使用中要考慮到施工情況及土壤情況。土壓平衡盾構(gòu)可以按土體情況使用面板和輻條型兩種類型。在土壓平衡盾構(gòu)施工中，在使用面板式刀具時(shí)，由于土壤通過刀盤板的開口流入渣土倉(cāng)，在盾構(gòu)施工過程中，土體在渣土倉(cāng)里的壓力和開挖面的土壓會(huì)形成一個(gè)壓差，而且壓降的數(shù)值很難確定，因此開挖面的土壓力很難得到很好的控制。面板式刀具的優(yōu)勢(shì)在于，可以通過刀盤的開口來限制渣土顆粒大小；它的不足之處在于，由于受到了刀盤面板的影響，挖掘面的土壓力與實(shí)測(cè)土壓力并不相同，因此很難進(jìn)行土壓管理；在此基礎(chǔ)上，由于刀盤開口大小的影響，渣土在進(jìn)入渣土倉(cāng)時(shí)不平滑、易粘結(jié)、易堵塞，而且刀具負(fù)載較大，使得刀具的使用壽命變短。在粘性土層施工時(shí)，若使用面板式刀盤，則因刀具的支承，將渣土倉(cāng)分成兩塊，刀具旋轉(zhuǎn)切割時(shí)，中間區(qū)外側(cè)的土壤流速較快，便于攪拌；在刀具的中間部分，由于切削土的粘性大，在中間部分長(zhǎng)期積累，中間部分的土壤會(huì)逐漸增加，最后形成泥餅，失去流動(dòng)性，從而導(dǎo)致開挖不暢，阻力增大，開挖面壓力不穩(wěn)定，不利于控制地表沉降。輻條式刀盤具有幾根輻條，使土壤和沙子流動(dòng)順暢，便于粘合，不易粘結(jié)；在沒有擋板的情況下，從開挖面到渣土倉(cāng)的土壓不會(huì)發(fā)生衰減，而開挖面的土壓與實(shí)測(cè)的土壓相當(dāng)，可以有效地管理土壓，從而可以有效地抑制地表的塌陷。同時(shí)，具有較低的切削載荷和較長(zhǎng)的使用壽命。采用輻條式刀盤，切削下來的渣土可直接進(jìn)入渣土倉(cāng)，而不會(huì)產(chǎn)生任何的壓力損失，而且在輻條后面還裝有攪拌片，使土壤和沙粒流動(dòng)順暢，易于控制土的壓力。結(jié)果表明，在單一的軟土地層中，如砂、土等，輻條刀盤的適應(yīng)性要優(yōu)于面板式刀盤。但是由于本標(biāo)段盾構(gòu)掘進(jìn)地層主要以密實(shí)卵石土為主，局部含有中密卵石土和實(shí)粉細(xì)砂，這就要求刀盤需要具有較強(qiáng)的破巖能力，最后采用面板式復(fù)合刀盤。這中刀盤結(jié)構(gòu)可以安裝足夠數(shù)量的滾刀，刀盤的開口率大約為36％，開口均勻分布在整個(gè)刀盤面板上，保證刀盤掘進(jìn)時(shí)，渣土就可以順利進(jìn)入渣土倉(cāng)中，從而有效的避免了中間的泥餅產(chǎn)生。盾構(gòu)機(jī)的刀盤位于整個(gè)盾構(gòu)設(shè)備的前端，刀盤的表面裝有32把單刃滾刀、安裝在刀盤中間的4把雙刃滾刀、32把刮刀、8把用于清除邊緣部分的開挖渣土的邊刮刀、8把保徑刀，29把焊接的撕裂刀，還有一把用于盾構(gòu)機(jī)的曲線行走和調(diào)整盾構(gòu)的姿態(tài)的刀具。刀盤位于盾構(gòu)機(jī)頭的最前方，刀盤與開挖面直接接觸，為了提高刀盤和刀盤周圍部位的耐磨性，在這些部位進(jìn)行了耐磨加固。將超挖刀相連接的控制裝置安裝在刀盤的中央。刀盤的設(shè)計(jì)外徑為6280mm，超出盾體外徑，目的在于減少盾構(gòu)機(jī)在前進(jìn)時(shí)盾體外部與周圍巖層的摩擦，延長(zhǎng)盾構(gòu)機(jī)的使用壽命；刀盤的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為0~3.35r/min，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，可以通過調(diào)節(jié)刀盤轉(zhuǎn)速及扭矩大小來適應(yīng)不同的地質(zhì)條件。刀盤后面的主軸承主要依賴于進(jìn)口，也是整臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵零部件，設(shè)計(jì)的時(shí)候要求壽命要大于10000小時(shí)，為保證其密封效果，主軸承的密封決定設(shè)計(jì)為三道，還要保證油脂的及時(shí)注入。刀盤上還設(shè)置有渣土改良注入孔，總共有6個(gè)注入孔，6個(gè)里面的4個(gè)注入孔為泡沫注入孔，剩下的兩個(gè)注入孔為膨潤(rùn)土注入孔。刀盤的開口率大約為36％，刀盤切削下來的渣土通過刀盤上的渣土口進(jìn)入刀盤后面的渣土倉(cāng)，通過刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)與固定的承壓密封隔板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行攪拌，密封隔板上的攪拌棒可以向渣土中加入材料，改善渣土的流動(dòng)性，最后經(jīng)過渣土倉(cāng)最底部的螺旋輸送機(jī)將改良后的渣土運(yùn)輸出去。當(dāng)然渣土倉(cāng)中還設(shè)置有土壓傳感器、泡沫的注入孔、膨潤(rùn)土注入孔以及注水孔，保證渣土倉(cāng)內(nèi)的土壓平衡，避免產(chǎn)生泥餅。1.3渣土輸送系統(tǒng)渣土運(yùn)輸系統(tǒng)主要由螺旋輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)以及運(yùn)渣車組成。螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式為液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，它的前端安裝在渣土倉(cāng)的最低端，整體安裝角度為斜向上，出口下端就是皮帶輸送機(jī)。渣土倉(cāng)中的渣土通過螺旋輸送機(jī)連續(xù)的向外運(yùn)送，通過皮帶輸送機(jī)及渣土車運(yùn)出施工地點(diǎn)。為保證渣土倉(cāng)的壓力恒定，也是保證刀盤開挖面的穩(wěn)定，螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速也是手動(dòng)調(diào)節(jié)的，除此之外為了控制渣土倉(cāng)壓力大小，在螺旋輸送機(jī)上裝有土壓傳感器用于監(jiān)測(cè)土壓變化情況。同時(shí)在螺旋輸送機(jī)內(nèi)部加入渣土改良注入孔，設(shè)置有觀察孔保證渣土運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)行。為延長(zhǎng)螺旋輸送機(jī)的使用壽命，對(duì)螺旋輸送機(jī)的螺桿進(jìn)行耐磨加強(qiáng)處理。螺旋輸送機(jī)可以使240mm的碎石排出，保證渣土順利排出。1.4盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)是盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)的動(dòng)力裝置，通過與管片的反作用力來實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的前進(jìn)。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)管片的規(guī)格采用單雙缸間隔分布對(duì)液壓缸進(jìn)行一個(gè)排列，雙缸有10組，單缸有10個(gè)，將單雙缸間隔分布的液壓缸分為上下左右四組進(jìn)行單獨(dú)控制，通過控制各組的推進(jìn)大小及推進(jìn)速度來控制盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，包括轉(zhuǎn)彎、上行及下行。設(shè)計(jì)的推進(jìn)油缸的行程全部都是2150mm，可以滿足管片的拼裝要求。1.5管片拼裝系統(tǒng)管片拼裝系統(tǒng)主要由管片拼裝機(jī)、管片運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、整圓器等組成。當(dāng)管片拼裝系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)，首先由專門運(yùn)輸管片的將管片運(yùn)輸至管片吊機(jī)下，通過管片吊機(jī)將管片放置在管片運(yùn)輸機(jī)構(gòu)上，管片運(yùn)輸機(jī)構(gòu)上最多可以放置三片標(biāo)準(zhǔn)管片，然后管片運(yùn)輸機(jī)構(gòu)將管片運(yùn)輸至管片拼裝機(jī)下。管片拼裝機(jī)形狀為環(huán)形的，通過兩根橫梁來支撐，管片拼裝機(jī)可以在橫梁上水平移動(dòng)。管片拼裝機(jī)有6個(gè)自由度，可以使得管片完成升降、移動(dòng)等動(dòng)作完成管片的定位。管片拼裝機(jī)在進(jìn)行管片拼裝的過程中，其負(fù)責(zé)舉升動(dòng)作的液壓缸的行程為1000mm，負(fù)責(zé)縱向移動(dòng)的液壓缸行程為2000mm,滿足標(biāo)準(zhǔn)管片的拼裝要求。管片拼裝機(jī)完成管片的初步定位，最終是通過螺栓方式來完成管片與管片的連接和一環(huán)管片與一環(huán)管片之間的連接。整圓器的作用在于使脫出盾尾后的管片臨時(shí)保持真圓，保證管片環(huán)與環(huán)之間螺栓連接安裝的順利進(jìn)行。并且管片拼裝機(jī)用的是比例控制閥來控制管片拼裝機(jī)完成各項(xiàng)動(dòng)作，這樣控制的精度非常高，管片拼裝的速度也快，拼裝出來的管片質(zhì)量也好，極大地提高了工作效率。1.6壁后注漿系統(tǒng)在盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)的時(shí)候，注漿泵開始工作，將漿液從儲(chǔ)漿槽抽出，通過盾構(gòu)機(jī)盾尾中的4根同步注漿管對(duì)管片外圍進(jìn)行注漿工作。注漿的目的在于①及時(shí)充填盾尾建筑物的空洞，對(duì)管片周邊的巖體進(jìn)行支撐，從而達(dá)到了對(duì)地面層降的有效控制。②在盾構(gòu)隧道工程中，凝結(jié)泥漿是盾構(gòu)隧道的首要