盾构关键参数计算
第七节 关键参数的计算
1．地质力学参数选取
YCK21+037.233的相关地层数据，见地质剖面，隧道拱顶埋深32.5m ，盾构机38.75m ，地下稳定水位7-7-1所示。
地质要素表
表7-7-1
构的推力、扭矩校核计算如下：
2.盾构机的总推力校核计算：
土压平衡式盾构机的掘进总推力F ，由盾构与地层之间的摩擦阻力F 1、刀盘正面推进阻力F 2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F 3组成，即按公式
F=( F 1+F 2+F 3).K c
式中：K c ——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1
计算可按公式 F1= *D*L*C
C —凝聚力，单位kN/m 2 ，查表7-7-1， 取C= 30.6kN/m 2
L —盾壳长度，9.150m D —盾体外径，D=6.25m
得： F
1
=π*D*L*?C=3.14159?6.25?9.15?30.6
＝ 5498 kN
2.2 水土压力计算
D——盾构壳体计算外径，取6.25m；
L——盾构壳体长度，9.15m；
p
e1
——盾构顶部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。
qf
e1——盾构机拱顶受的水平土压；qf
e1
＝λ×p
e1
p
e2
——盾构底部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。
qf
e2——盾构底部的水平土压。qf
e2
＝λ×p
e2
qf
w1
——盾构顶部的水压
qf
w2
——盾构底部的水压λ——侧压系数，取0.37；
计算qf
e1 qf
e2
qf
w1
qf
w2
p
e1
＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2
p
e2
＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8
＝726.2 kN/m2
qfe1＝0.37×609.2
＝225.4 kN/m2
qfe2＝0.37×726.2
＝268.7 kN/m2
qf
W1
＝(32.5-2.5) ×9.8
＝294 kN/m2
qf
W2
＝294+6.25×9.8
=355.3 kN/m2
2.3 盾构机前方的推进阻力F
2
作用于盾构外周和正面的水压和土压见图7-7-2所示。
按水压和土压分算公式计算，将以上各项代入公式得：F
2
= 17539.5 kN
2.4 盾尾内部与管片之间的摩阻力F
3
F
3
=μ
c
.ω
s
μ
c
——管片与钢板之间的摩擦阻力，取0.3
ω
s
——压在盾尾内的2环管片的自重
F
3
=0.3×2×(3.1416/4)(62－5.42)×1.5×2.5×9.8
=118.46 kN
计算盾构机的总推力F
F=( F
1
+F
2
+F
3
).K
c
K
c
取1.8
F=(5498 +17539.5+118.46) ×1.8
= 32770.7 kN
2.5 盾构机总推力的经验计算
《日本隧道标准规范<盾构篇>》，根据大量工程实践的统计资料，推荐单位面积上的推力值为：
F
j
=1000 kN/m2～1300 kN/m2
则选型盾构机的总推力F应为
F=(π/4)×6.252(1000～1300)
=(30679.69～39883.60) kN
2.6 结论
选型盾构机的推力为36000kN，它大于校核计算值32770.7kN，又控制在经验值范围内，说明该盾构机的推力值合理。
3 盾构机刀盘扭矩校核计算
图7-7-2盾构机受力示意图
2
3.1．计算条件
选取地质条件同前，由于该地段埋深较大，考虑土体的自成拱效应，土压力计算按2倍的盾构直径按水土分算进行。
3.1.1 天然地基的强度、地压、水压
天然地基的抗压强度（查表） P= 500 kN/m2
盾构中心的水平土压 Pd= 107.7kN/m2
盾构中心的水压 Pw= 324.7kN/m2
上部垂直土压 P0= 232.5kN/m2
盾构上部的水平土压 P2= 86.0kN/m2
盾构下部的水平土压 P3= 129.3kN/m2
下部垂直土压 P0'= 349.5kN/m2
3.1.2 摩擦系数
滚刀盘和天然地基之间的摩擦系数μ= 0.3
刀面和天然地基之间的摩擦系数μ1= 0.15
滚动摩擦系数μ2= 0.004
滚刀密封装置和钢板之间的摩擦系数μ3= 0.2
3.1.3 滚刀盘
装备的扭矩 Tn= 7340kN-m
开挖速度 V= 4.0cm/min
刀盘的旋转 Nc= 1.15r/min
刀盘的外半径 Rc= 3.14m
刀盘的宽度 lk= 0.544m
刀盘的重量 G= 50t (assumed)
刀盘与工作面的接触率ξ= 72%
径向滚柱的半径 R
= 1.65m
1
= 1.7m
推力滚柱的半径 R
2
= 2.2m
刀环的内直径 d
1
= 3.4m
刀环的外直径 d
2
3.1.4 滚刀密封装置
密封装置的推力 Fs= 1.5kN/m
密封装置的附件 No. 1 2 3 4
密封装置的数量 ns 3 3 1 1
密封装置的半径 Rs 1.05 1.7 1.1 1.7 3.2 滚刀盘的阻力扭矩
T1:切削扭矩
T2:旋转枢纽轴承所承受的、与滚刀重量成比例的阻力扭矩
T3:旋转枢纽轴承所承受的、以对应滚刀推力负荷的阻力扭矩
T4:密封装置的摩擦扭矩
T5:滚刀盘的正面摩擦扭矩
T6: 滚刀盘外沿所承受的摩擦阻力扭矩
T7:滚刀盘的背面摩擦扭矩
T8:滚刀驱动部位的剪切扭矩
T9:滚刀轴的搅拌扭矩
3.2.1 切削扭矩（T1）
=(1/2)P*h*Rc2
h:切削深度=V/Nc、r0=Rc×100
T1=(1/2)×500.0×(4/1.15)×(3.14×100)2/105=857.4 kNm
3.2.2 旋转枢纽轴承所承受的、与滚刀重量成比例的阻力扭矩(T2)
T2=G*ｇ*R1*μ2
=50×9.8×1.65×0.004
=3.23kNm
3.2.3 旋转枢纽轴承所承受的、以对应滚刀推力负荷的阻力扭矩(T3)
T3=Wr*R2*μ2
推力负荷“Wr”应该如下表示
Wr=ξ*π*Rc2*Pd +（π/4）(d
22-d
1
2)Pw=72/100×π×3.14×3.14×107.7+
(π/4)(3.40×3.40-2.20×2.20)×324.65 =4115.4kN
T3=4115.4×1.7×0.004
=28kNm
3.2.4 密封装置的摩擦扭矩(T4)
T4=2π*μ3*Fs(ns1*Rs
12+ns2*Rs
2
2+ns3*Rs
3
2+ns4*Rs
4
2)
=2π×0.2×1.50×(3×1.05×1.05+3×1.65×1.65
+1×1.10×1.10+1×1.70×1.70)
=29.4kNm
3.2.5 滚刀盘的正面摩擦扭矩(T5)
T5=2/3*ξ*π*μ1*Rc3*Pd
=2/3×72/100×π×0.15×3.14×3.14×3.14×107.7
=753.8kNm
3.2.6 滚刀盘外沿所承受的摩擦阻力扭矩(T6)
T6=Rc*2π*Rc*lk*μ*Pr
Pr: 滚刀盘周围的平均地压
Pr=(P0+P0'+P2+P3)/4
=(232.5+349.5+86+107.7)/4
=193.9kN/m2
T6=3.14×2π×3.14×0.544×0.3×193.9
=1960.4 kN-m
3.2.7 滚刀盘的背面摩擦扭矩(T7)
当滚刀盘旋转、而腔地压同时作用于滚刀盘的背面时，进行滚刀盘的背面摩擦扭矩的计算。T7=2/3*ξ*π*μ1*Rc3*1.0*Pd
=2/3×72/100×π×0.15×3.14×3.14×3.14×1.0×107.7
=754.2kN-m
3.2.8 滚刀驱动部位的剪切扭矩(T8)
T8=2/3*π*τ*Rc3(1-ξ)
τ: 土层切削时的剪切阻力（kN/m2）
利用滚刀盘在滚刀腔搅拌含水的出碴，使之和淤泥混合起来。
然后就获得了“改性粘土”
此时，“改性粘土”可以大致如下进行规定为：
C=10.0 kN/m2、内摩擦角φs=5.0°,σ=Pd
τ=C+σtanφs
=10.0+107.7×tan5°
=18.5kN/m2
T8=2/3×π×18.5×3.14×3.14×3.14×(1-72/100)
=335.9 kNm
3.2.9 滚刀轴的搅拌扭矩(T9)
T9=2R
cb *B
cb
*l
cb
*τ*N
cb
=2×3.00×0.60×0.90×18.5×4
=239.8kNm
3.3 需要的扭矩（T）和装备的扭矩
T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8+T9
=857.4+3.23+28+29.4+753.8+1960.4+754.2+335.9+239.8
=4962.1kNm
实际装备的扭矩应该是
Tn=7340kNm
而且其安全系数是
Tn/T=1.48
因此，盾构机具备足够的扭矩
另外，盾构刀盘扭矩也可按如下常用的经验公式计算求得：
3.4扭矩较核
按《日本隧道标准规范<盾构篇>》，根据大量工程实践的统计资料，推荐扭矩的控制标准为：T=α.D3(kN－m)
式中α—刀盘扭矩系数，土压平衡盾构机α=14～23；
D—盾构计算外径6.25m。
选用盾构的扭矩的经验值范围是：
T=(14～23)×6.253=(3417.97～5616.23)KN.m
制造商提供的计算扭矩在经验值范围内。
3.5结论
选用盾构的最大工作扭矩值为7340KN.m > 计算值4962.1 kN.m，处于经验值范围且是计算值的1.48倍。故该盾构机刀盘扭矩满足该段盾构工程的施工需要。
4 .刀盘驱动功率验算
a：刀盘功率P按下式计算
P= Tc*N/9555
式中：T
C
—刀盘驱动最大工作扭矩7340（kN?m）
N—刀盘最大扭矩时的转速1.15（r/min）
与该盾构机设计的最大扭矩相对应的转速为1.15r/min，则刀盘执行机构实际功率为：P= Tc*N/9555 = 1.15*7340000/9555 =883kN
该盾构机的刀盘驱动电机功率设计取值为900kW，满足上述计算要求。
5. 刀盘推进功率验算
盾构机最大推进功率（P T ）可按 P T =F ?V
式中F —总推力（kN ） V —最大推进速度（m/s ）
盾构机的设计总推力为34210kN ，最大推进速度按60mm/min 计，则 P T =F ?V=36000×60×10-3/60=36kW
盾构机推进功率的设计取值为50kW,满足上述计算要求。
6.螺旋输送机功率验算
螺旋输送机功率为160kW 情况下，最大扭矩105kN.m 工况下，其理论转速可达14.5r/min ，因输送机在22r/min 时的最大排土量，为270m 3/h ，则在14.5r/min 的排土量约178m 3/h ，完全可以满足施工要求。
7.盾尾内径与管片外径间隙验算(按300m 曲线半径)
曲线开挖时要求的盾尾间隙计算如下： a ：设计参数
盾尾内径D 0=6130mm 管片外径D=6000mm 管片宽度W=1500mm 曲线半径R=250m 盾尾覆盖管片的长度L=3.0m b ：盾尾间隙 理论值X=X 1+X 2
其中：X 1—为拼装管片方便并考虑到管片安装误差及偏移所取的间隙裕量。 通常，X 1的按下表选择,取X 1=30mm 。 X 2-曲线施工和修正盾构机蛇行所需的间隙。
按下图所示，可求得： 2X 2=R1-R1·COS θ， R1=R-D/2，sin θ=L/R1， 化简成：
D ＜4m
4m ≤D ＜6m
6m ≤D ＜8m 8≤D ＜11m 20m m
25mm
30mm
40mm
假设最小转弯半径R=250m，将R,D代入上式，得
X
2
≈9mm
X=X
1+X
2
=30+9=39mm
设计值X =（6080－6000）/2=40mm
这个结果说明在选定的直径和设定的250m转弯半径条件下，只要能保证有39mm的盾尾间隙即可满足施工要求。而所选盾构机的盾尾间隙设计为40mm，大于计算值。很显然，同样亦能满足施工要求的转弯半径2000m。
8.管片安装器扭矩和功率的计算：
假设前提
管片重量：40 kN
管片密封处压缩负载：50 kN/m
计算
动态扭矩C等于：40 x (De + Di)/4 = 114 kNm
De：管片外径，6.0m
Di：管片内径，5.4m
在转速为2 r/min（输送管片时的速度）
功率= C x ω/9555= 24 kw
ω：转动角速度
静态扭矩是加载于管片负荷产生的扭矩：330 kNm
转速：0.2 r/min（安装管片时的转速）
功率= C x ω/9555=6.9 kW
管片安装器所选功率为：30 kW,满足旋转和安装时的需要。
9、盾构机的运行参数计算
隧道开挖设备所能达到的掘进速度取决于很多因素，其中有些因素在设备设计者的控制范畴之外。然而，根据经验，可以使用以下方法得到近似的运行数据。
此方法建立在设备平均运行数据基础之上：
平均掘进速度40mm/min
平均衬砌环安装时间30 min
管片长度1500 mm
掘进与管片安装的转换时间 1.5 min
循环时间69 min
为了包含循环挖掘停机时间以及对沉降的特殊处理，我们估计使用系数为0.6，每个循环约120min，这样我们每个班次工作时间12小时，其中2个小时维修保养，10小时掘进，7.5 m / 12 hours，根据经验判断，第二班掘进速率与第一班差不多。两个班次工作时间内最高掘进速率为15 m / 24 hours。
第八节盾构机的运转
1. 挖掘开始
挖掘开始于启动刀盘旋转和盾构机推进，用挖出的碴土充填土仓以产生限定压力，然后螺旋输送机开始旋转与掘进速率匹配并保持限定压力。
由于很多因素影响盾构机的运行，如实际排碴效率、当时的地层条件，螺旋输送机的旋转速度等，要依据前一挖掘阶段采集的数据优化而定。
挖掘开始时的设备运行模式如下：
1.1 刀盘开始旋转，确定旋转速度，推进油缸和螺旋输送机停止运转。
1.2 开始推进，并通过控制室里的电位计逐渐提高盾构机的掘进速度。
1.3 一旦土仓里的土压达到限定土压要求，即可旋转螺旋输送机，并调整其旋转速度以保持土仓中的限定压力。
2. 挖掘过程中
在挖掘过程中，使土仓的进土量和出土量保持平衡，即土仓里填满了被挖掘的碴土。螺旋输送机要送出和土仓进土量同样数量的碴土，所以就必须仔细监控土仓中的土压和螺旋输送机的排土量。采取以下措施：
2.1 盾构机掘进速度根据保持刀盘前方稳定所需的限定压力而设定。刀盘上还要储备足够的动力，以处理突然发生的问题。
2.2 螺旋输送机的转速设定为可以排出和被挖掘泥土与注入物质相等的弃土量。在选定转速之前，要了解螺旋输送机在实际地层条件下的排碴效率。
2.3 当限定压力因为地层条件、螺旋输送机排碴效率或土仓里的混合条件发生变化而变化时，就必须再次优化螺旋输送机的转速。
2.4 如果调整螺旋输送机的转速不能使限定压力达到要求的数值时，就改变盾构机掘进速度。
以上描述，可用以帮助理解土压平衡的基本原理，但更重要的是经验，是工程特定地层条件下的盾构机的运行性能与掘进参数优化，例如：有高含量粘土的粘质地层可能会闭合刀盘开口、粘附于搅拌部件、堵住螺旋输送机，增加了刀盘扭矩和推力，最后就会大大限制了盾构机的掘进速度，此时应认真观察添加剂向刀盘前方或土仓内的注入；不管以任何方式向前推进盾构机，如果土仓里碴土的流动性条件不好，不仅会降低掘进速率，而且会导致严重的机械异常，更不准在螺旋输送机停止时推进盾构机。
3.开挖监控
3.1限定压力
限定压力有三种效果：
3.1.1 与地下水静压保持平衡，防止盾构机周围的地下水循环以及大量地下水涌入土仓干扰刀盘前方的稳定。
3.1.2平衡水平压力，防止刀盘前方坍塌。
3.1.3分担洞顶的稳定性，防止其坍塌而导致沉降，甚至危及地面。
3.2选择以下参数的最大值可以确定限定压力的数值：
3.2.1 由地下水位和隧道的相关位置给出的静水压力；
3.2.2 地层平衡应力。一般说来，完全平衡没有必要。在过高压力下操作盾构机会导致土仓严重发热，设备结构与切削刀具的严重磨损，以及刀盘和土仓卡壳的危险。为了使盾构机正常运行而有效工作，应尽可能保持低压。
3.2.3根据承压隔板上土压传感器压力显示，设定螺旋输送机的转速和推力油缸的前进速率以调整限定压力。土压传感器测出的压力比刀盘前面实际支承压力低，其差异来源于渣土通过刀盘开口时产生的压降，刀具室里混合物密度的变化以及刀盘旋转的动力效应。潮湿粘土的影响比较低，但是颗粒很大的干土影响就变得很大。
3.3土压控制
所选用的盾构机的承压隔板在不同位置上安装了4个土压传感器。在控制室里的监视屏上显示其压力，可帮助操作人员选择必需的限定压力；另外一个土压传感器安装在螺旋输送机外壳里，可向操作人员显示螺旋输送机沿途的压降，检测“栓塞”和弃土流动性的变化。如果有必要，要改变盾构机的掘进参数（泡沫或注水量，限定压力等）
●1个位于上部（顶部压力）
●2个位于水平轴（平均压力）
●1个位于下面（最大压力）
3.4挖方量的控制
开挖隧道时，尤其是在市区地下，重要的一点是严格限制地面的异常。然后，在整个工程进展中，操作人员必须检查盾构机是否按开挖路径排出泥土而没有超量。检查出土量的一般方法是清点一个挖掘行程内装满泥土的矿车数量，可在一个行程结束之际得出结果。
为了在掘进过程中及时检查弃土量并使操作人员参与，该盾构机安装了弃土称量系统，操作人员观察其中一个监视屏上显示的该行程的开挖弃土量，并与上一校准理论重量作比较验证排土量。当弃土量过大或过小时，弃土称量系统会发出警报，提醒操作人员改变掘进参数，以
避免地面发生过大的沉陷或隆起。
第九节盾构机附图
787 PE 16012：盾构机主机图
787 PE 16006: 后配套系统图
787 PE 16066: 刀盘间距图
787 PE 16008：刀盘，用于混合地层787 PE 16076：刀具结构图
787 PE 16 011：刀盘，用于软土
787 PE 16 036：片式刮刀图
787 PE 16 009/A：管片安装器
787 PE 16 010/A：驱动装置
787 PE 16 078：螺旋输送机液压系统图804SHCZ002：推进与铰接液压图999 SH GB 001/A：同步注浆系统原理图787 SH 160 EO 泡沫注入系统原理图
第十节管模加工精度和保证措施及相关图纸
1、管片模具
本工程使用6套管片环模具。其中4套为标准环，1套左弯环，1套右弯，每环管片模具中由6副模具组成，有3副是标准管片模具，2副邻接管片模具，1副封顶管片模具。这样，6环管模中共计36副模具在车间生产线上参与管片生产。
管片钢模具制造拟选上海隧道工程股份有限公司机械厂制造，意大利CIFA公司作为管模备选供应商。上海隧道机械厂的钢模尺寸的允许偏差见表10-1-1：
表10-1-1管模加工精度表
2、管模加工保证措施及相关图纸
2.1底模
1)底模以10mm厚的钢板通过在冷弯板上形成轮廓，并以重型钢框架承托。
2)依据混凝土自重和震动力产生的荷载计算钢结构构件的厚度。
3)底模的外边缘用一台数控机床加工，所有的部件被安装在固定架上。
4)固定架用于固定机械构件，并将这些构件焊到钢结构上。
2.2侧挡板及顶盖板
2.2.1侧挡板及顶盖板在特厚的钢板上进行加工，以便适合接缝形状（依据图纸）,构件加工后最终厚度不低于15mm。
2.2.2 侧板上设有重型铰链，螺杆式锁杆和锥形导向定位孔，可快速准确地运动。
2.2.3 钢板通过一台数控式氧气割枪进行切割。
2.2.4 所有部件均固定在台架上，点焊临时固定。
2.2.5 装配件喷砂并最终焊接。
2.2.6 然后所有的部件被送去热处理去除一切焊接应力，防止在最后精细加工时，模板出现变形。
2.2.7 精密机床用于加工接缝，例如密封带坑槽和斜倾角等。
2.3装配
2.3.1 模具在工厂通过专用台架装配。
2.3.2 在侧挡板与顶盖板之间以及他们与底板之间的铰链和轴承，在装配时定位并焊接，以便这些构件正确就位。
2.3.3 每个装配工作完成后，采用专用模片用于检测达到的精度
2.3.4 2套检测模片同模具一起提供，以确保在生产期间，模具在容许偏差内。
2.4 选择试验环测试
在工厂内进行一个混凝土环的组装试验，并进行检测，以便检查模具是否在期望的偏差内。
2.5管模的性能和特征
2.5.1 适用于2000件管片生产，无损其精度。
2.5.2 适宜于加速蒸气养护系统（最大75度）。
2.5.3 适宜于在底部装上震动器，每台钢模下部设有两个震动器接合底座。
2.5.4 每个标准模具带有12个螺栓和手孔。
2.5.5 在拱部的密封带坑槽。
2.5.6 每个模具在中部带有注浆孔。
2.6 模具尺寸检查
2.12.1 每一种类型模具配有检测仪器，用于常规尺寸检查。
1.1
2.2 通过在模板上的插入薄垫片或直接读取检查尺寸。
2.13检测仪器清单
.一套模板
.一套薄垫片
.一个10米口径检测器
.一套角模板
2.7 交付
2.15.1 首先2套模具
2003年6月15日交付前两套模具
2.15.2 后4套模具
2003年7月15日交付后四套模具，详见《第十一节》。
2.8 附图
标准块管模总图 MG/6.2D-01
3、钢模制作质量控制计划
3.1 目的
通过编制本质量计划，达到落实资源、进度和措施并对质量进行严格的控制，从而使钢模的质量满足规定的要求。
3.2 适用范围
本质量计划适用于广州地铁钢模的图纸设计、工艺制定、加工过程、质量检验等环节的指导，本产品生产结束，本质量计划即告失效。
3.3 质量目标
3.3.1 产品质量满足设计图纸的要求。
3.3.2 产品交货期满足合同的要求，并可根据顾客的要求，在协商一致的基础上进行调整。
3.4 职责
3.4.1 总工程师负责质量计划的策划、编制等组织工作，并对质量计划的适用性进行批准。
3.4.2 设计技术科、质安科、经营科、调度室参与质量计划的策划，并组织实施。
3.5 合同评审
按隧道股份有限公司机械厂正在运行的质量体系文件QG/SDJ.ZLCX.03《合同评审程序》，由经营科牵头，各部门参与，对钢模制作的合同条款进行评审，确保合同中的要求均被落实。
3.6 设计控制
按隧道股份有限公司机械厂正在运行的质量体系文件QG/SDJ.ZLCX.04.01《设计控制程序》，具体见“设计输入和设计输出简图”。（P4、P5）
3.7 文件控制
3.7.1 按AG/SDJ.ZLCX.05《文件和资料控制程序》执行。
3.7.2 还需对钢模涉及的下列文件和资料进行控制。
A 钢模制作的全套图纸。
B 钢模结构件制作质量控制计划。
C 钢模金加工、结构件及总装检测记录表。
3.8 采购
3.8.1 所有钢材均按设计图纸的要求采购。
3.8.2 对模芯的精密铸造从木模、缩水余量的加放、表面粗糙度以及几何尺寸对分包方提出严格的要求。
3.8.3 按QG/SDJ.ZLCX.06《采购控制程序》对分包方的供货质量进行检查。
3.9 产品标识和可追溯性
按QG/SDJ.ZLCX.08《产品标识和可追溯性程序》执行。
3.10 过程控制
3.10.1 针对钢模的制作特点，由设计技术科指定相应的“产品过程控制图”。
3.10.2 在优先执行“产品过程控制图”的前提下，按QG/SDJ.ZLCX.09《过程控制程序》进行。（P6）
3.11 检验和试验
3.11.1 编制《钢模结构制作质量计划》，对结构件进行重点控制，其中应控制：
A放样允许偏差的控制；
B零伯矫正允许偏差的控制；
C机械加工余量的控制；
D装配允许偏差；
E钢模焊接允许偏差的控制；
F制订钢模侧板外形尺寸检查内容；
G制订钢模端板外形尺寸检查内容；
H制订钢模底座外形尺寸检查内容；
3.11.2 对钢模的侧板、端板和底座的金加工尺寸进行检测，并列表检查。
3.11.3 对钢模的模芯棒、定位装置、定位销、紧固螺栓等的金加工质量进行控制。
3.11.4 对钢模总装过程中的关键尺寸进行列表检查，并进行三环试拼装的检测。（P7、P8）
3.11.5 按QG/SDJ.ZLCX.10《进货、过程和产品最终检验和试验控制程序》执行。
3.12 检验、测量和试验设备
按QG/SDJ.ZLCX.11《检验、测量和试验设备控制程序》执行。
3.13 检验和试验状态
按QG/SDJ.ZLCX.12《检验和试验状态控制程序》执行。
3.14 不合格品控制
按QG/SDJ.ZLCX.13《不合格品控制程序》执行。
3.15 纠正和预防措施
按QG/SDJ.ZLCX.14《纠正和预防措施程序》执行。
3.16 搬运、贮存、包装、防护和交付控制
按QG/SDJ.ZLCX.15《搬运、贮存、包装、防护和交付控制程序》和合同的规定执行。
3.17 质量记录
对设计图纸、主要部件检测表（侧板、端板和底座）、总装检测表、主要材料质量保证书和出厂合格证等，按QG/SDJ.ZLCX.16《质量记录控制程序》执行。
3.18 内部质量审核
按QG/SDJ.ZLCX.17《内部质量审核控制程序》执行。
3.19 培训
3.19.1 对钢模的生产过程技术要求进行培训。
3.19.2 对从事钢模产品质量检验的人员进行必要的培训。
按QG/SDJ.ZLCX.18《培训控制程序》执行。
3.20 服务
按QG/SDJ.ZLCX.19《服务程序》和合同的规定执行。
3.21 统计技术
按QG/SDJ.ZLCX.20《统计技术应用程序》执行。
3.22质量计划的管理
3.22.1 质量计划由总工程师批准，档案室发放。
3.22.2 与钢模设计、生产、检验有关的主要部门均属发放范围，发放时做好签收、登记工作，以便实施跟踪检查。
3.22.3 质量计划的保管
A 持有质量计划的人员应妥善保管，不得给他人随意复印，以保持现场使用经标识的有效版本。
B本次广州地铁钢模生产结束，本质量计划自行失效，由档案室负责收回。
设计输入简图
设计输出简图
盾构主要参数的计算和确定
盾构主要参数的计算和确定 1、盾构外径： 盾构外径D=管片外径D S+2(盾尾间隙δ+盾尾壳体厚度t) 盾尾间隙δ--为保证管片安装和修复蛇行,以及其他因素的最小富余量，一般取25—40mm; 结合五标地质取多少? 2、刀盘开挖直径： 软土地层，一般大于前盾0—10mm,砂卵石地层或硬岩地层，一般大于前顿外径30mm,五标刀盘开挖直径如何确定的? 3、盾壳长度 盾壳长度L=盾构灵敏度ξx盾构外径D 小型盾构D≤3.5M，ξ=1.2—1.5；中型3.5M＜D≤9M，ξ=0.8—1.2； 大型盾构D＞9M；ξ=0.7—0.8； 4、盾构重量 泥水盾构重量=（45---65）D2，由于本线路存在线下溶土洞的可能，再掘进中能否通过此核算，盾构主机是否沉陷？ 5、盾构推力 盾构总推力F e=安全储备系数AX盾构推进总阻力F d 安全储备系数A---一般取1.5---2.0。 盾构推进总阻力F d=盾壳与周边地层间阻力F1+刀盘面板推进阻力F2+管片与盾尾间摩擦力F3+ 切口环贯入地层阻力F4+转向阻力F5+牵引后配套拖车阻力F6 盾壳与周边地层间阻力F1计算中，静止土压力系数或土的粘聚力取盾体范围内的何点的？ 刀盘面板推进阻力F2，对于泥水盾构或土压盾构土仓压力如何确定的？ 管片与盾尾间摩擦力F3中，盾尾刷与管片的摩擦系数取偏大好吗？盾尾刷内的油脂压力如何定？ 计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？ 6、刀盘扭矩 刀盘设计扭矩T=刀盘切削扭矩T1+刀盘自重形成的轴承旋转反力矩T2+刀盘轴向推力形成的旋 转反力矩T3+主轴承密封装置摩擦力矩T4+刀盘前面摩擦扭矩T5+刀盘圆周摩擦反力矩T6+刀盘 背面摩擦力矩T7+刀盘开口槽的剪切力矩T8 刀盘切削扭矩T1中的切削土的抗压强度q u如何确定？ 刀盘轴向推力形成的旋转反力矩T3 计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？ ， 刀盘圆周摩擦反力矩T6计算中，土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？ 刀盘背面摩擦力矩T7中土仓压力P W如何确定？ 7、主驱动功率 主驱动工率储备系数一般为1.2---1.5，主驱动系统的效率η如何确定？ 8、推进系统功率 推进系统功率W f=功率储备系数A W X最大推力FX最大推进速度VX推进系统功率ηW 功率储备系数A W一般取1.2---1.5, 最大推力F、最大推进速度V如何定？ 推进系统功率ηW=推进泵的机械效率X推进泵的容积率X连轴器的效率 9、同步注浆能力 每环管片理论注浆量Q=0.25X(刀盘开挖直径D2—管片外径D S2)X管片长度L 推进一环的最短时间t=管片长度L/最大推进速度v 理论注浆能力q=每环管片理论注浆量Q/推进一环的最短时间t 额定注浆能力q p=地层的注浆系数λX理论注浆能力q/注浆泵效率η 地层的注浆系数λ因地层而变一般取1.5---1.8。
盾构掘进主要参数计算方式
目录 1、纵坡 (1) 2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 (1) 2.1深埋隧道土压计算 (3) 2.2浅埋隧道的土压计算 (3) 2.2.1主动土压力与被动土压力 (3) 2.2.2主动土压力与被动土压力计算： (4) 2.3地下水压力计算 (4) 2.4案例题 (5) 2.4.1施工实例1 (5) 2.4.2施工实例2 (7) 3、盾构推力计算 (9) 4、盾构的扭矩计算 (9) 1、纵坡 隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离 如图所示：隧道纵坡=（200-100）/500=2‰ 注：规范要求长达隧道最小纵坡>=0.3%,最大纵坡=<3.0% 2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：
a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋)； b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力； c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力； d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力； e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑0.010～0.020Mpa 的压力值作为调整值来修正施工土压力； f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为： σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整 式中， σ初步设定－初步确定的盾构土仓土压力； σ水平侧向力－水平侧向力； σ水压力－地层水压力； σ调整－－修正施工土压力。 g、根据经验值和半经验公式进一步对初步设定的土压进行验证比较，无误时应用施工之中； h、根据地表的沉降监测结果，对施工土压力进行及时调整，得出比较合理的施工土压力值。
海瑞克φ8800mm土压平衡盾构机参数书讲解
TABLE OF CONTENTS TECHNICAL DATA E D I T I O N 09/2010V E R S I O N 001S -591/592 G U A N G D O N G I N T E R C I T Y R A I L W A Y L O T 3I I - 1 D O C U M E N T : 7686-001 II. Technical Data 1. Tunnel boring machine general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .II - 3 1.1Tunnel boring machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 31.2Tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 31.3Segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 4 2. Shield general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .II - 5 2.1Steel construction shield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 52.2Tailskin articulation cylinder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 52.3Advance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 52.4Man lock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 62.5Screw conveyor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 6 3. Cutting wheel general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .II - 7 3.1Steel construction cutting wheel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 7 4. Drive general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .II - 8
盾构机结构详解
盾构机技术讲座 一.盾构机结构（EPB总体结构图） 盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能，目前，盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用。其优点如下: 1. 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。 2. 能够经济合理地保证隧道安全施工。 3. 盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控制信息化。 4. 掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。 5. 地面环境不受盾构施工的干扰。 其缺点为： 1. 盾构机械造价较高。 2. 在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。 3. 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。 4. 设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。 盾构作为一种保护人体和设备的护体，其外形（断面形状）随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。（如：人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车）。而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及成本相对低廉，绝大部分盾构还是采用传统的圆形。 为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同，盾构机可分为三种类型、四种模式：
三种类型： （1）软土盾构机； （2）硬岩盾构机； （3）混合型盾构机。 四种模式： （4）开胸式； （5）半开胸式（半闭胸式、欠土压平衡式）； （6）闭胸式（土压平衡式）； （7）气压式。 软土盾构机适应于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩。刀盘只安装刮刀，无需滚刀。 硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整，只安装滚刀，不需要刮刀。 混合盾构机适应于以上两种情况，适应更为复杂多变的复合地层。可同时安装滚刀和刮刀。 气压盾构是在加气压状态下的施工模式，即可用于泥水加压式盾构机，也可用于土压平衡式盾构机。
盾构关键参数计算
第七节 关键参数的计算 1．地质力学参数选取 MCZ3-HG-063A 7-7-1，作为该标段盾32.5m ，盾构机壳体计算38.75m ，地下稳定水位2.5m 。 地质要素表 表7-7-1 隧道基本上在<4－1>、<5Z-2>和<6Z-2>地层中穿过，为相对的隔水地层。按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下： 2.盾构机的总推力校核计算： 土压平衡式盾构机的掘进总推力F ，由盾构与地层之间的摩擦阻力F 1、刀盘正面推进阻力F 2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F 3组成，即按公式 F=( F 1+F 2+F 3).K c 式中：K c ——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1 计算可按公式 F1= *D*L*C C —凝聚力，单位kN/m 2 ，查表7-7-1，
取C= 30.6kN/m2 L—盾壳长度，9.150m D—盾体外径，D=6.25m 得： F 1 =π*D*L*?C=3.14159?6.25?9.15?30.6 ＝ 5498 kN 2.2 水土压力计算 D——盾构壳体计算外径，取6.25m； L——盾构壳体长度，9.15m； p e1 ——盾构顶部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e1——盾构机拱顶受的水平土压；qf e1 ＝λ×p e1 p e2 ——盾构底部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e2——盾构底部的水平土压。qf e2 ＝λ×p e2 qf w1 ——盾构顶部的水压 qf w2 ——盾构底部的水压λ——侧压系数，取0.37； 计算qf e1 qf e2 qf w1 qf w2 p e1 ＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2 p e2 ＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8 ＝726.2 kN/m2 qfe1＝0.37×609.2 ＝225.4 kN/m2 qfe2＝0.37×726.2 ＝268.7 kN/m2 qf W1 ＝(32.5-2.5) ×9.8 ＝294 kN/m2 qf W2 ＝294+6.25×9.8 =355.3 kN/m2
海瑞克土压平衡式盾构机分析
海瑞克土压平衡式盾构机分析 盾构机的工作原理 1．盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 2．掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 3.管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的最大直径为6.28m，总长65m，其中盾体长8.5m，后配套设备长56.5m，总重量约406t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN?m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 1.盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。 前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。 前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后
盾构关键参数计算
第七节关键参数的计算 1．地质力学参数选取 根据广州市轨道交通三号线详勘阶段汉溪～市桥 盾构段Ⅱ段的岩土工程勘察报告，汉溪站南～市桥站北 区间隧道中，左线及右线的工程地质纵断面图，选择右 线里程YCK21+037.233处地质钻孔编号为MCZ3-HG-063A 的相关地层数据，见地质剖面图7-7-1，作为该标段盾 构机选型关键参数设计和校核计算的依据。该段面地表 标高为27.41m，隧道拱顶埋深32.5m，盾构机壳体计算 外径6.25m，盾壳底部埋深38.75m，地下稳定水位2.5m。 其它地质要素如表7-7-1所示。 地质要素表表7-7-1 代号地层厚度S （m） 天然密度 ρ（g/cm3） 凝聚力 C（KPa） 底层深度 H（m） <4－1> 粉质粘性土12.0 1.95 20.3 12.0 <5Z-2> 硬塑状残积土13.0 1.88 26.0 25.0 <6Z-2> 全风化混合岩、块石土14.0 1.91 30.6 39.0 隧道基本上在<4－1>、<5Z-2>和<6Z-2>地层中穿过，为相对的隔水地层。按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下： 2.盾构机的总推力校核计算： 土压平衡式盾构机的掘进总推力F，由盾构与地层之间的摩擦阻力F 1 、刀盘正面推 进阻力F 2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F 3 组成，即按公式 F=( F 1 +F 2 +F 3 ).K c 式中：K c ——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1 计算可按公式 F1= *D*L*C C—凝聚力，单位kN/m2，查表7-7-1，
取C= 30.6kN/m2 L—盾壳长度，9.150m D—盾体外径，D=6.25m 得： F 1 =π*D*L*?C=3.14159?6.25?9.15?30.6 ＝ 5498 kN 2.2 水土压力计算 D——盾构壳体计算外径，取6.25m； L——盾构壳体长度，9.15m； p e1 ——盾构顶部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e1——盾构机拱顶受的水平土压；qf e1 ＝λ×p e1 p e2 ——盾构底部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e2——盾构底部的水平土压。qf e2 ＝λ×p e2 qf w1 ——盾构顶部的水压 qf w2 ——盾构底部的水压λ——侧压系数，取0.37； 计算qf e1 qf e2 qf w1 qf w2 p e1 ＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2 p e2 ＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8 ＝726.2 kN/m2 qfe1＝0.37×609.2 ＝225.4 kN/m2 qfe2＝0.37×726.2 ＝268.7 kN/m2 qf W1 ＝(32.5-2.5) ×9.8 ＝294 kN/m2 qf W2 ＝294+6.25×9.8 =355.3 kN/m2
盾构选型及参数计算方法
盾构选型及参数计算方法 1.1、序言 盾构是一种专门用于隧道工程的大型高科技综合施工设备，它具有一个可以移动的钢结构外壳（盾壳），盾构内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置，进行土层开挖、碴土排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作，使隧道结构施工一次完成。它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，从松散软土、淤泥到硬岩都可应用，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～10倍。较长地下工程的工期对经济效益和生态环境等方面有着重大影响，而且隧道工程掘进工作面又常常受到很多限制，面对进度、安全、环保、效益等这些问题，使用盾构机无疑是最好的选择。些外，对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采用盾构法施工，也具有十分明显的技术和经济优势。 采用盾构法施工，盾构的选型及配置是隧道施工中关键环节之一，盾构选型应根据工程地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。盾构的选型及配置是一种综合性技术，涉及地质、工程、机械、电气及控制等方面。 1.2盾构机选型主要原则 1.2.1盾构的选型依据 盾构选型主要应考虑以下几个因素： 1）工程地质、水文条件及施工场地大小。 2）业主招标文件中的要求。
3）管片设计尺寸与分块角度。 4）盾构的先进性、适应性与经济性。 5）盾构机厂家的信誉与业绩。 6）盾构机能否按期到达现场。 1.2.2 盾构的型式 1）敞开式型盾构 敞开式型盾构是指盾构内施工人员可以直接和开挖面土层接触，对开挖面工况进行观察，直接排除开挖面发生的故障。这种盾构适用于能自立和较稳定的土层施工，对不稳定的土层一般要辅以气压或降水，使土层保持稳定，以防止开挖面坍塌。有人工开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。 2）部分敞开式型盾构 部分敞开式型盾构是在盾构切口环在正面安装挤压胸板或网格切削装置，支护开挖面土层，即形成挤压盾构或网格盾构，施工人员可以直接观察开挖面土层工况，开挖土体通过网格孔或挤压胸板闸门进入盾构。根据以往大量工程经验，通常都将挤压胸板和网格切削装置组合在一起安装在盾构上，形成网格挤压盾构。这种盾构适用于不能自立、流动性在的松软粘性土层、尤其是对隧道沿线地面变形无严格要求的工程。当盾构采用网格开挖时，应将安装在网格后面的挤压胸板部分或大部分拆除，利用网格孔对土层的摩擦力或粘结力对开挖面土层进行支护，当盾构向前推进时（一般是盾构穿越江湖、海底或沼泽地区），应将挤压胸板装上，盾构向前推进时，可将土体全部
海瑞克盾构机基本参数
海瑞克土压6.3m盾构基本参数 名称技术参数备注 管片设计 外径6米 内径5．4米 管片宽度1．5米 数量5+1 盾体 前体 6.25x6.25x2.9米86.5吨 中体 6.24x6.24x2.58米80吨 前盾数量1个 中盾数量1个 直径6．25米不计耐磨堆焊层 长度(前体和中体) 4．68米螺栓连接并带密封盾构类型土压平衡 300米 盾构最小水平转弯 半径 最大工作压力3BAR 土压传感器(数量) 5个 气闸连接法兰1个 1个 螺旋输送机连接法 兰 盾尾 6.23x6.23x3.61米30吨 盾尾数量1个 型式绞接 长度3．61米 密封3排钢丝刷 注浆口4个DN50,单管 推进油缸液压 数量30个10组双缸+10组单缸分组数量4组 推力34 210KN 最大300BAR 行程2米 工作压力300BAR 伸出速度80mm/min 所有油缸 绞接油缸 类型被动式 数量14个 行程150 mm 刀盘 6.28x6.25x2.6米65吨 数量1个 形式装配有滚刀式 直径6．28米
旋转方向左/右 刀具配置4把17寸中心双刃滚刀，32把17寸单刃滚刀，28把齿刀（250 mm 宽），8组边刮刀（1组两把）。 8个 刀盘上泡沫喷嘴数 量 中心回转体1个 刀盘驱动 数量1个 形式液压驱动 液压马达数量9个 额定转矩6000KNm 最大脱困扭矩7150KNm 转速0~4.5转/分 功率945KW 3x315KW 主轴承形式固定式 人闸 数量1个 形式双仓 直径1．6米 工作压力3BAR 测试压力4．5BAR 额定人数（容纳）3+2 主仓/副仓 管片安装器 管片安装器及行走 5．0x4.0x3.8米22吨 梁 数量1个 形式中心回转式 抓紧系统机械式 自由度6个 旋转角度+/—200度比例控制 管片宽度1．2/1．5米 纵向移动行程2米比例控制 控制装置无线、有线控制 螺旋输送机 形式双螺旋转、有轴式 1号螺旋输送机13.4x1.2x1.4米23吨 长度13．4米 直径800mm 功率160KW 最大扭矩198 KNm 拖困扭矩225 KNm 转速1~22转/分无级调速 285方/时100%充满时 最大出土量（理论 值）
盾构机操作及参数控制
盾构机操作及参数控制 目前，住总集团大多采用德国海瑞克盾构机、日本小松及日立盾构机，现就其小松盾构机操作情况及参数控制作如下总结： 1 开机前准备 1) 检查延伸水管、电缆连接是否正常； 2) 检查供电是否正常； 3) 检查循环水压力是否正常； 4) 检查滤清器是否正常； 5) 检查皮带输送机、皮带是否正常； 6) 检查空压机运行是否正常； 7) 检查油箱油位是否正常； 8) 检查脂系统油位是否正常； 9) 检查泡沫原液液位是否正常； 10)检查注浆系统是否已准备好并运行正常； 11)检查后配套轨道是否正常； 12)检查出碴系统是否已准备就绪； 13)检查盾构操作面板状态：开机前应使螺旋输送机前门应处于开启状态，螺旋输送机的螺杆应伸出，管片安装模式应无效，无其它报警指示； 14)检查测量导向系统是否工作正常； 若以上检查存在问题，首先处理或解决问题，然后再准备开机。 15)请示技术负责人并记录有关盾构掘进所需要的相关参数，如掘进模式，土仓保持压力，线路数据，注浆压力等； 16)请示设备机修负责人并记录有关盾构掘进的设备参数； 17)若需要则根据技术负责人和设备机修负责人的指令修改盾构参数； 2 开机 1)确认外循环水已供应，启动内循环水泵； 2)确认空压机冷却水阀门处于打开状态，启动空压机； 3)根据工程要求选择盾尾油脂密封的控制模式，即选择采用行程控制还是采用压力控制模式；
4)在“报警系统”界面，检查是否存在当前错误报警，若有，首先处理； 5)将面版的螺旋输送机转速调节旋扭、刀盘转速调节旋扭、推进油缸压力调节旋扭、盾构推进速度旋扭等调至最小位； 6)启动前后液压泵站冷却循环泵，并注意泵启动是否正常，包括其启动声音及振动情况等。以下每一个泵启动情况均需注意其启动情况； 7)依次启动润滑脂泵（EP2）、齿轮油泵、HBW 泵、内循环水泵； 8)依次启动推进泵及辅助泵； 9)选择手动或半自动或自动方式启动泡沫系统； 10)启动盾尾油脂密封泵，并选择自动位；至此，盾构的动力部分已启动完毕，下面根据不同的工序进一步进行说明。 3掘进 1)启动皮带输送机 2)启动刀盘 根据测量系统面版上显示的盾构目前旋转状态选择盾构旋向按钮，一般选择能够纠正盾构转向的旋转方向； 选择刀盘启动按扭，当启动绿色按钮常亮后。并慢慢右旋刀盘转速控制旋钮，使刀盘转速逐渐稳定在 2rpm 左右。严禁旋转旋钮过快，以免造成过大机械冲击，损机械设备。此时注意主驱动扭矩变化，若因扭矩过高而使刀盘启动停止，则先把电位器旋钮左旋至最小再重新启动； 3)启动螺旋输送机 慢慢开启螺旋输送机的后门； 启动螺旋输送机按钮，并逐渐增大螺旋输送机的转速； 4)按下推进按钮，并根据 ZED 屏幕上指示的盾构姿态调整四组油缸的压力至适当的值，并逐渐增大推进系统的整体推进速度； 5)至此盾构开始掘进； 4土仓压力调整 1)如果开挖地层自稳定性较好采用敞开式掘进，则不用调正压力，以较大开挖速度为原则； 2) 如果开挖地层有一定的自稳性而采用半敞开式掘进，则注意调节螺旋输送机的转速，使土仓内保持一定的渣土量，一般约保持 2/3左右的渣土。
海瑞克盾构机技术说明
目录 隧道掘进机的技术说明 5.1 概述 (3) 5.2 功能（EPB盾构） (4) 5.2.1 土料挖掘 / 推进 (5) 5.2.2 控制 (6) 5.2.3 管环拼装周期 (7) 5.3 技术数据/总览 (8) 5.4 操作步骤 (16) 5.4.1 进入开挖室 (16) 5.4.2 人行气闸 (19) 准备和注意事项 (19) 加压 (21) 加压步骤 (22) 加压图 (24) 通过通道室加压（加压附加人员） (26) 附加人员加压图 (27) 卸压 (28) 卸压步骤： (29) 卸压图 (31) 对一个人员的紧急卸压图 (33) 紧急情况下，通道室和主室内应分别采取的措施 (36) 紧急情况卡卡样 (37) 5.4.3 将开挖工具送入压力室 (39) 5.4.4 拼装管环 (40) 5.4.5 回填 (42) 通过尾部机壳进行回填 (42) 灌浆泵的工作原理 (43) 5.4.6 压缩空气供给 (45) 工业用空气 (45) 压缩空气调节 (46) 5.4.7 发泡设备说明 (47) 安装设计 (47) 设备功能 (48)
高压聚合物系统 (48) 5.5 隧道掘进机各部件 (49) 5.5.1 盾构 (50) 概述 (50) 前部盾构 (50) 中间盾构 (51) 尾部机壳 (51) 推力缸 (51) 盾构关节油缸 (52) 5.5.2 人行气闸 (53) 5.5.3 刀盘驱动装置 (55) 原理 (55) 旋转工作机构系统，主轴承 (55) 齿轮润滑 (55) 密封系统 (56) 5.5.4 拼装机 (57) 技术说明 (57) 支架梁 (57) 行走机架 (58) 旋转机架 (58) 带抓取头的横向行走装置 (59) 旋转机架的动力提供 (60) 安全设备 (60) 5.5.5 螺旋输送机 (61) 一般说明 (61) 伸缩缸 (61) 前部闸阀 (61) 前部闸阀 (62) 驱动装置 / 密封系统 (63) 安全装置 (63) 5.5.6 后援装置 (64) 一般说明 (64) 桥 (65) 龙门架1 (66) 龙门架2 (67) 龙门架3 (69) 龙门架4 (70) 龙门架5 (72)
盾构关键参数计算
第七节关键参数的计算 1. 地质力学参数选取 根据广州市轨道交通三号线详勘阶段汉溪～市桥 盾构段Ⅱ段的岩土工程勘察报告，汉溪站南～市桥站北 区间隧道中，左线及右线的工程地质纵断面图，选择右 线里程YCK21+037.233 处地质钻孔编号为 MCZ3-HG-063A 的相关地层数据，见地质剖面图7-7-1 ， 作为该标段盾构机选型关键参数设计和校核计算的依 据。该段面地表标高为27.41m ，隧道拱顶埋深32.5m ，图7-7-1 计算断面地质剖面图盾构机壳体计算外径 6.25m ，盾壳底部埋深38.75m ，地下稳定水位 2.5m 。其它地质要素如表7-7-1 所示。 代号地层地质要素表 厚度S 天然密度凝聚力C 表7-7-1 底层深度（m）ρ（g/cm 3）（KPa ）H（m） <4 －粉质粘性土 12.0 1.95 20.3 12.0 1> <5Z-2> 硬塑状残积土13.0 1.88 26.0 25.0 <6Z-2> 全风化混合岩、块石土14.0 1.91 30.6 39.0 隧道基本上在<4－1>、<5Z-2> 和<6Z-2> 地层中穿过，为相对的隔水地层。按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下：
2. 盾构机的总推力校核计算： 土压平衡式盾构机的掘进总推力F，由盾构与地层之间的摩擦阻力F1、刀盘正面推进阻力F2 、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F3 组成，即按公式 F=( F 1 +F 2+F 3).K c 式中：K c——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1 计算可按公式 F1= *D*L*C C—凝聚力，单位kN/m 2 ，查表7-7-1 ， 取C= 30.6kN/m 2 L—盾壳长度，9.150m D—盾体外径，D=6.25m 得：F1= *D*L* C=3.14159 6.25 9.15 30.6 ＝5498 kN 2.2 水土压力计算D— —盾构壳体计算外径，取 6.25m ； L——盾构壳体长度，9.15m ； p e1——盾构顶部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天 然密度ρ值计算。 qf e1——盾构机拱顶受的水平土压；qf e1 ＝λ×p e1 p e2——盾构底部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天 然密度ρ值计算。
盾构机参数
随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，其中土压平衡式盾构机在上海、南京、广州等地铁施工中有着较为出色的表现，笔者以日本小松公司Φ6340盾构机为例，结合施工中的一点经验与理解，对其控制原理和参数设置等做简要总结。 控制原理 土压平衡式盾构机的土压控制是PID自动调节控制，切削刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先设定值时，土仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。 土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进中的土压进行实时监视，土压计监测到的数值传送到PLC，PLC计算出测量值与设定值之间的差值E，通过PID 控制，自动调整螺旋机转速，使E值趋向于零，当E值大于零时，PLC发出指令，增加螺旋机转速，提高出土量直至土仓内土压重新达到新的平衡状态，反之当E值小于零时，PLC 会降低螺旋机转速，以减少偏差。以保持土仓内土压平衡，使盾构机正常掘进。 主要参数 抽样周期：PID 演算处理的时间间隔，周期越短，动作越连续，但增加了单位时间的处理次数，因此PID以外的控制变慢，不需要细微变动时，可延长周期。 过滤系数：用来除去输入模拟值上的高频成分，数值越大，则过滤效果越强，系统反应也就越迟钝。 比例常数P:为了提高系统灵敏度，使土压保持在一定范围，把计测值与设定值的差值E 乘以一个系数，所得结果再与目标值相比较，这个系数就是比例常数P，P 值越大，调控效果越好。 积分时间I：系统引入比例常数后，PLC调控螺旋机的输出操作量mv=P*E, 也就是偏差被放大了P倍，这样当系统产生偏差时，可能会使螺旋机转速突然增大或减小了许多，形成超调现象，于是又反过来调整，这就引起螺旋机转速忽大忽小，形成振荡。为了消除振荡，引入积分环节，使操作量mv 在积分时间内逐渐完成，即螺旋机转速平稳变化，直到消除偏差。积分时间越小，调控效果越好。 微分时间：根据偏差变化率de/dt 的大小，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，可以克服因积分时间太长而使恢复滞后的缺点。 参数设定 参数设置分为两步，第一步是在设备组装完毕，无负荷的状态下进行的一次调试，第二步是在掘进开始，土层稳定后，根据土层状况和操作习惯进行的微调。 1、无负荷调试 （1）比例系数P，首先不执行 I和D，I调至数值上限，D设定为 0,这样系统只执行比例动作P，变动土压目标值，制造约0.01 － 0.03Mpa 的系统偏差,接下来逐渐增大 P 值，使螺旋机转速逐渐增大，当 P 值上升到一定值时，螺旋机的旋转速度会出现大幅度地反复升降，即系统形成振荡，我们把出现振荡时P 值的 85% － 90% 设定为系统的比例系数。 （2）积分时间I，比例系数确定后，调节积分时间I，变动土压目标值，制造一个系统偏差，观察螺旋机回转速度以怎样的速度变化，继续加一定的偏差时，系统向偏差减小的方向增加或减小操作量，操作量的变化程度随积分时间I的变化而变化，此时可以根据操作人员的操作习惯来确定积分时间，一般来说，I在数值上为P值的70% 左右。 （3）微分时间D，在盾构机PID 控制中，管理对象是土仓内的土压，如果掘进速度一定，则土压与切削土量减排土量之差的时间累积成正比，另一方面，系统的控制对象是螺旋机转速，而螺旋机转速同单位时间的排土量成正比，这样从系统输入来看，系统的输出是
盾构机司机操作流程及参数控制
盾构机操作流程及参数控制1开机前准备 1) 检查延伸水管、电缆连接是否正常； 2) 检查供电是否正常； 3) 检查循环水压力是否正常； 4) 检查滤清器是否正常； 5) 检查皮带输送机、皮带是否正常； 6) 检查空压机运行是否正常； 7) 检查油箱油位是否正常； 8) 检查脂系统油位是否正常； 9) 检查泡沫原液液位是否正常； 10)检查注浆系统是否已准备好并运行正常； 11)检查后配套轨道是否正常； 12)检查出碴系统是否已准备就绪； 13)检查盾构操作面板状态：开机前应使螺旋输送机前门应处于开启状态，螺旋输送机的螺杆应伸出，管片安装模式应无效，无其它报警指示； 14)检查ZED导向系统是否工作正常； 若以上检查存在问题，首先处理或解决问题，然后再准备开机。 15)请示土木工程师并记录有关盾构掘进所需要的相关参数，如掘进模式（敞开式、半敞开式或土压平衡式等），土仓保持压力，线路数据，注浆压力等； 16)请示机械工程师并记录有关盾构掘进的设备参数； 17)若需要则根据土木工程师和机械工程师的指令修改盾构参数； 2 开机 1)确认外循环水已供应，启动内循环水泵； 2)确认空压机冷却水阀门处于打开状态，启动空压机； 3)根据工程要求选择盾尾油脂密封的控制模式，即选择采用行程控制还是采用压力控制模式； 4)在“报警系统”界面，检查是否存在当前错误报警，若有，首先处理；
5)将面版的螺旋输送机转速调节旋扭、刀盘转速调节旋扭、推进油缸压力调节旋扭、盾构推进速度旋扭等调至最小位； 6)启动前后液压泵站冷却循环泵，并注意泵启动是否正常，包括其启动声音及振动情况等。以下每一个泵启动情况均需注意其启动情况； 7)依次启动润滑脂泵（EP2）、齿轮油泵、HBW 泵、内循环水泵； 8)依次启动推进泵及辅助泵； 9)选择手动或半自动或自动方式启动泡沫系统； 10)启动盾尾油脂密封泵，并选择自动位；至此，盾构的动力部分已启动完毕，下面根据不同的工序进一步进行说明。 3掘进 1)启动皮带输送机 2)启动刀盘 ?根据ZED 面版上显示的盾构目前旋转状态选择盾构旋向按钮，一般选择能够纠正盾构转向的旋转方向； ?选择刀盘启动按扭，当启动绿色按钮常亮后。并慢慢右旋刀盘转速控制旋钮，使刀盘转速逐渐稳定在2rpm 左右。严禁旋转旋钮过快，以免造成过大机械冲击，损机械设备。此时注意主驱动扭矩变化，若因扭矩过高而使刀盘启动停止，则先把电位器旋钮左旋至最小再重新启动； 3)启动螺旋输送机 ?慢慢开启螺旋输送机的后门； ?启动螺旋输送机按钮，并逐渐增大螺旋输送机的转速； 4)按下推进按钮，并根据ZED 屏幕上指示的盾构姿态调整四组油缸的压力至适当的值，并逐渐增大推进系统的整体推进速度； 5)至此盾构开始掘进； 4土仓压力调整 1)如果开挖地层自稳定性较好采用敞开式掘进，则不用调正压力，以较大开挖速度为原则；
盾构施工关键参数的计算
3.195 45°+ 27° 2 B1= 2 + R 45° -K 0φ H B e · у + B H -K0φ · B1·у C 1-e φ 5.71 φ° 盾构施工关键参数的计算 1）计算依据 盾构掘进机选型主要性能参数的计算，根据工程和水文地质情况、盾构机厂商提供的结构和性能参数，参考有关资料进行。 2）计算内容 盾构机的主要参数计算主要为土压平衡工况下盾构机推力和扭矩的计算。 ?在软土中推进时，盾构机所需推力的计算 地质参数选取： 岩土容重γ=2.0t/m3 岩土内摩擦角φ=27° 土的粘聚力 C=30Kpa=3.0t/m2 覆盖层厚度最大：H max=20.3m；最小H min=10.0m 地面上置荷载 Po=2t/m2 水平侧压力系数λ=0.62 盾构掘进机外径 D=6.39m 盾构掘进机总长 L=7.755m 盾构掘进机总重 W=300t 管片每环的重量 W g=19.29t 水平垂直土压之比 K o=1 由于隧道沿线的埋深差别不大，最大处为20.3m，最小为10.0m，因此，计算最大埋深处的松动土压和两倍盾构掘进机直径的全土柱高产生的土压，并取其中的较大值作为作用于盾构掘进机上的土压计算： 松动高度计算：
1×tg27° 0-1×tg27°× 5.71 )(20.32.002+ e 20.3( )5.71-1×tg27°× ×1-e 3.05.71×2.0.5.71 (1- ) h = =7.08m ) ( . 式中： 松动土压P S P S =γh 0 =2×7.08=14.16t/m 2 两倍盾构掘进机直径的全土柱土压： P q =γh 0 式中：h 0=2D=2×6.39=12.78m P q =γh 0 =2×12.78=25.56t/m 2 由于P q ＞P S 所以，取P q 计算。 P o = P q +2=25.56+2=27.56 t/m 2 P o1= P o +W/（D ·L ）=27.56+300/（6.39×7.755）=33.61t/m 2 侧压力计算： P 1 =P o1λ=33.61×0.62=20.84 t/m 2 P 2 = （P o +γD ）λ =（27.56+2.0×6.39）×0.62=25.01 t/m 2 盾构掘进机的推力由盾构掘进机的外壳与土体之间的摩擦阻力F 1、刀盘承受的主动水平压力引起的推力F 2、土的粘接力引起的刀盘
海瑞克盾构机电气系统概述
海瑞克盾构机电气系统概述
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海瑞克盾构机电气控制系统概述 李剑祥 （中铁六局集团有限公司深圳地铁2号线项目部广东深圳 518056） 摘要：对海瑞克土压平衡盾构机电气控制系统进行概述，并分别对其配电系统、可编程控制系统和计算机控制及数据采集分析系统三个部分的设计进行总结，以加深对其整个电气控制系统原理的理解。 关键词：电气系统配电系统可编程控制系统计算机控制及数据采集分析系统 0 海瑞克盾构机电气系统简介 盾构机是一种集机械、液压、电气和自动化控制于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备，其技术先进、结构庞大。如果把机械部分比喻成人的四肢，那么液压系统比喻成人的血液系统，则电气控制系统就是人的神经系统。当前盾构机电气控制系统均采用世界上最先进、可靠的技术以保证系统稳定可靠地运行。海瑞克盾构机电气控制系统分为配电系统、可编程控制系统和计算机控制及数据采集分析系统三个部分。下面对该三个部分进行介绍。 1 配电系统 盾构施工是参考工厂式的流程化作业施工，盾构机的配电系统设计原则也是参照工厂供配电原理设计的。配电系统分为高压系统和低压系统，其用电设备列表如下： 序号用电设备设备容量备注 1 刀盘驱动945kW 2 超挖刀7.5kW 3 推进系统75kW 4 管片安装机45kW 5 螺旋输送机250kW 6 皮带输送机22kW 7 注浆泵30kW 8 砂浆储存罐的搅拌器7.5kW 9 液压油过滤泵11kW 10 主轴承润滑4kW 11 管片吊机2x2kW 12 排水泵12kW 13 冷却水系统7.5kW 14 二次通风机11kW 15 空压机110kW
盾构机参数设定
土压平衡式盾构机控制原理与参数设置 随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，其中土压平衡式盾构机在上海、南京、广州等地铁施工中有着较为出色的表现，笔者以日本小松公司Φ6340盾构机为例，结合施工中的一点经验与理解，对其控制原理和参数设置等做简要总结。 控制原理 土压平衡式盾构机的土压控制是PID自动调节控制，切削刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先设定值时，土仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。 土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进中的土压进行实时监视，土压计监测到的数值传送到PLC，PLC计算出测量值与设定值之间的差值E，通过PID控制，自动调整螺旋机转速，使E值趋向于零，当E值大于零时，PLC发出指令，增加螺旋机转速，提高出土量直至土仓内土压重新达到新的平衡状态，反之当E值小于零时，PLC 会降低螺旋机转速，以减少偏差。以保持土仓内土压平衡，使盾构机正常掘进。 主要参数 抽样周期：PID 演算处理的时间间隔，周期越短，动作越连续，但增加了单位时间的处理次数，因此PID以外的控制变慢，不需要细微变动时，可延长周期。 过滤系数：用来除去输入模拟值上的高频成分，数值越大，则过滤效果越强，系统反应 也就越迟钝。 比例常数P:为了提高系统灵敏度，使土压保持在一定范围，把计测值与设定值的差值E 乘以一个系数，所得结果再与目标值相比较，这个系数就是比例常数P，P 值越大，调控效 果越好。 积分时间I：系统引入比例常数后，PLC调控螺旋机的输出操作量mv=P*E,也就是偏差被放大了P倍，这样当系统产生偏差时，可能会使螺旋机转速突然增大或减小了许多，形成超调现象，于是又反过来调整，这就引起螺旋机转速忽大忽小，形成振荡。为了消除振荡，引入积分环节，使操作量mv 在积分时间内逐渐完成，即螺旋机转速平稳变化，直到消除 偏差。积分时间越小，调控效果越好。 微分时间：根据偏差变化率de/dt 的大小，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，可以克服因积分时间太长而使恢复滞后的缺点。 参数设定 参数设置分为两步，第一步是在设备组装完毕，无负荷的状态下进行的一次调试，第二步是在掘进开始，土层稳定后，根据土层状况和操作习惯进行的微调。 1、无负荷调试 （1）比例系数P，首先不执行I和D，I调至数值上限，D设定为0,这样系统只执行比例动作P，变动土压目标值，制造约0.01 －0.03Mpa 的系统偏差,接下来逐渐增大P 值，使螺旋机转速逐渐增大，当P 值上升到一定值时，螺旋机的旋转速度会出现大幅度地反复升降，即系统形成振荡，我们把出现振荡时P 值的85% －90% 设定为系统的比例系数。 （2）积分时间I，比例系数确定后，调节积分时间I，变动土压目标值，制造一个系统偏差，观察螺旋机回转速度以怎样的速度变化，继续加一定的偏差时，系统向偏差减小的方