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1、I C S9 3 0 2 0P2 1中华人民共和口J国城镇建设行业标准c _ j T2 8 4-2 0 0 8咖5 5m -,-l l l7i n 土压平衡盾构机(软土)咖5 5m 咖7i nE a r t hp r e s s u r eb a l a n c es h i e l d(s o f tg r o u n d)2 0 0 8-0 8-11 发布2 0 0 8-1 2-0 1 实施中华人民共和国住房和城乡建设部发布目次c j v2 8 4 2 0 0 8前言1 范围-12 规范性引用文件13 术语和定义一14 一般规定45 要日6 制造、安装和验收要求2 7 测试方法2 68 标
2、志、检验合格证、使用说明书3 29 包装、运输、贮存3 2附录A(资料性附录)刀盘扭矩计算法3 4附录B(资料性附录)盾构装备推力阻力计算法3 7附录C(规范性附录)检查记录表4 0刖置C J T2 8 4 2 0 0 8本标准的附录A、附录B 为资料性附录，附录C 为规范性附录。本标准由住房和城乡建设部标准定额研究所提出。本标准由住房和城乡建设部城市轨道交通标准技术归口单位建设部地铁与轻轨研究中心归口。本标准主要起草单位：上海隧道工程股份有限公司、建设部科技发展促进中心。本标准主要起草人：杨国祥、张庆风、王鹤林、杨宏燕、傅德明、虞祖艺、杨磊、黎燕、王佩明、顾德煜、石元奇、曹张良、赵洁咏、戴龙
3、森、高国跃、宓佩明、虞伟忠、黄圣、方海珍。咖5 5m 一币7m 土压平衡盾构机(软土)c _ j v2 8 4 2 0 0 81 范围本标准规定了土压平衡盾构机的要求，制造、安装和验收要求，测试方法，标志、检验合格证、使用说明书及包装、运输、贮存。本标准适用于在软土中运用的5 5m 卵m 土压平衡盾构机。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。G B1 5 0 钢制
4、压力容器G B T9 8 7 带式输送机基本参数与尺寸G B T2 9 0 0 6 5电工术语照明G B T3 7 6 6 液压系统通用技术条件G B T7 9 3 5 液压元件通用技术条件G B T1 0 5 9 5 带式输送机技术条件G B T1 3 2 8 3 工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精确度等级G B T1 5 6 2 2 液压缸试验方法G B5 0 0 1 7 钢结构设计规范G B5 0 1 5 0 电气装置安装工程电气设备交接试验标准G B5 0 1 6 8电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范G B5 0 1 6 9电气装置安装工程接地装置施工及验收规范G B5 0
5、1 7 0 电气装置安装工程旋转电机施工及验收规范G B5 0 1 7 1电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范G B5 0 2 0 5 钢结构工程施工质量验收规范G B J1 4 7电气装置安装工程高压电器施工及验收规范G B J1 4 8电气装置安装工程电力变压器、油浸电抗器、互感器施工及验收规范G B J1 4 9电气装置安装工程母线装置施工及验收规范J B4 7 3 0 压力容器无损检测J B T5 0 0 0 1 2 涂装通用技术条件J B T5 9 4 3 焊接件通用技术条件J B T1 0 2 0 5 液压缸技术条件I S O4 4 0 6：1 9 9 9 液压传动油
6、液固体颗粒污染等级代号法3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3 1土压平衡盾构机e a r t hp r e s s u r eb a l a n c es h i e l dm a c h i n e由刀盘旋转切削土体，切削后的泥土进入密封土舱，在密封土舱内水土压力与开挖面水土压力取得1c j r2 8 4-2 0 0 8平衡的同时，由螺旋输送机进行连续出土、由主机和后配套组成的机电一体化设备(简称盾构)。适合在软土层中进行掘进施工。3 2软土s o f tg r o u n d通常是指抗剪强度低、压缩性高、渗透性较小的软土(粘土、砂土、砂砾等)，如松散砂性土、尚未固结的吹(冲)填土、
7、杂填土、素填土、淤泥、淤泥质土等。3 3刀盘c u t t i n gw h e e l利用刀具旋转切削土体的钢结构组合体，设置在盾构的最前端。主要由盘体、切削刀具及超挖装置组成。3 4刀盘驱动装置c u t t e rd r i v e驱动刀盘旋转的装置，主要由刀盘驱动动力装置、主轴承、土砂密封等组成。通常有液压驱动、电机驱动两种形式。3 5管片s e g m e n t隧道预制衬砌环的基本单元。管片的类型有钢筋混凝土管片、纤维混凝土管片和钢管片、铸铁管片、复合管片等。3 6管片拼装机e r e c t o r拼装管片的机械装置。能夹持或吸附管片作圆弧运动、径向运动和纵向运动等。3 7螺旋输
8、送机s c r e wc o n v e y o r输送密封土舱中土体的机械装置，主要由螺杆、筒体、驱动装置、排土闸门、紧急关闸装置等部件组成。3 8盾构壳体s h i e l d保护掘进设备和人员安全的钢结构外壳。包括切口环、支承环、盾尾三部分。3 9切口环c u t t i n gs h i e l d保持开挖面的稳定、将挖掘下来的土砂向后方移动的通道。3 1 0支承环s u p p o r ts h i e l d盾构承受土压力及主机设备荷载的受力构件。3 1 1盾尾s h i e l dt a i l盾构尾部确保管片拼装作业、壁后注浆作业等的受力构件。3 1 2盾尾密封系统t a i
9、ls k i ns e a ls y s t e m由盾尾密封和油脂加注装置等组成的系统。通常采用钢丝刷、钢板束等密封，必要时增设紧急膨胀密封。2C J T2 8 4-2 0 0 83 1 3后方台车c a r r i a g e在隧道内装载盾构掘进所需的主要由机、电、液等装备并跟随在盾构后行走的车架，也是进行各种作业的场所。3 1 4推进液压缸t h r u s tj a c k为盾构掘进提供推力的液压缸。3 1 5铰接装置a r t i c u l a t i o n以液压缸连接，可调节前后壳体姿态的装置，主要由铰接液压缸、铰接密封和止转装置等组成。3 1 6盾构外径o u t e rd
10、i a m e t e r盾构壳体的最大外径。3 1 7盾构总长t o t a ll e n g t ho fs h i e l d盾构刀盘最前点至后方台车最后点的长度。3 1 8盾构机体长度l e n g t ho fs h i e l d盾构刀盘的最前点到盾尾最后点的长度。3 1 9盾构主机质量w e i g h to fs h i e l d盾构主机部分的总质量，不包括后方台车及配套设备的质量。3 2 0盾构总质量t o t a lw e i g h to fs h i e l d盾构总长范围内所有设备及结构件质量的总和。3 2 1开口率o p e nr a t i o刀盘面板开口部分的
11、总面积(7 3 具投影面积忽略不计)与刀盘面积的比值。3 2 2盾构掘进速度a d v a n c es p e e d盾构掘进时的前进速度。3 2 3盾构装备推力t h r u s tf o r c e全部推进液压缸所能提供的最大推力。3 2 4盾构灵敏度s e n s i t i v i t y盾构壳体长度与盾构外径的比值。3 2 5盾尾间隙t a i lc l e a r a n c e衬砌环外半径与盾构盾尾环内半径之间的间隙。3 2 6建筑间隙a r c h i t e c t u r ec l e a r a n c e刀盘切削地层的直径与衬砌环外径之间的间隙。3C,I T2 8 4
12、-2 0 0 83 2 7壁后注浆s i m u l t a n e o u sb a c k f i l l i n g在盾构掘进过程中，在盾构尾部注入浆液填充建筑间隙的过程。3 2 8刀盘切削直径e x c a v a t i o nd i a m e t e r盾构掘削中心至刀盘最外缘刀刃的2 倍距离。3 2 9管片吊运机构s e g m e n ts w i n gs y s t e m将管片从管片运输小车上吊运至管片拼装机下的设备。4 一般规定4 1土压平衡盾构机构成4 1 1 盾构主机盾构壳体；刀盘和刀盘驱动装置；气闸系统；铰接装置；推进装置；管片拼装机；螺旋输送机；皮带输送机；盾
13、尾密封系统。4 1 2 液压系统4 1 3 附属系统管片吊运机构；集中润滑系统；壁后注浆系统；添加剂注入系统；导向测量系统；后方台车；冷却系统；通风系统。4 1 4 电气系统供配电系统；照明系统；控制系统；数据采集系统；检测系统。4 2 荷载盾构上的荷载可分为运作荷载及外部荷载两种。4 2 1 运作荷载运作荷载是由于机器工艺及现场运作在盾构结构内部引起的全部荷载的总称。发生在盾构的垂直及水平方向，主要来源于推进液压缸、拼装管片、切削土体、注浆压力等。运作荷载是结构设计和设备能4C 4 T2 8 4-2 0 0 8力计算的主要依据。4 2 2 外部荷载外部荷载是土压、水压、开挖面支撑压力、上覆荷
14、载、变向荷载等作为一个整体施加在盾构结构上的荷载的总称。外部荷载可分为盾构周圈荷载、盾构正面荷载和盾构变向荷载三部分。4 2 2 1 盾构周圈荷载垂直作用于盾构壳体面的外部荷载。包括土压力、水压力等。4 2 2 2 盾构正面荷载作用于盾构开挖面的土压力和水压力等荷载。4 2 2 3 变向荷载当盾构在曲线上推进或纠偏时，盾构承受与其偏心推力相平衡的地层土抗力的作用荷载。5 要求5 1 盾构主机5 1 1 盾构壳体盾构壳体设计应符合下列规定：a)盾构外径应根据衬砌环外径、盾尾间隙、盾构壳体钢板厚度确定。可按公式(1)计算：D D。+2(z+)(1)式中：D 盾构外径，单位为米(m)；D o 衬砌环
15、外径，单位为米(m)；z 盾尾间隙，单位为米(m)；盾尾壳板厚度，单位为米(m)。b)盾构机体长度(见图1)应根据地质条件、盾构的结构形式、转弯半径、衬砌环宽度、管片拼装施工形式等因素确定。可按公式(2)计算：式中：L 盾构机体长度，单位为米(m)；L。盾构壳体长度，单位为米(m)；图1 盾构长度L L。+L。+tC J T2 8 4-2 0 0 8L：刀盘长度，单位为米(m)；f 刀盘与壳体之间的间隙，单位为米(m)。c)盾构灵敏度应适应控制推进方向、纠偏和曲线掘进，宜为0 7 5 1 5。d)切口环的长度与平衡开挖面土体的效果和出土状态有关，通常为0 8 倍1 2 倍管片宽度。e)支承环的
16、长度应满足设备安装空间的需要，结构应有足够的强度和刚度。有铰接装置的盾构，其支承环应注意分割部位周围的强度和刚度。f)盾尾的长度应根据衬砌环在盾构内的组装长度和盾尾密封的形状及其道数确定，同时考虑到隧道的曲线施工等因素，应有一定的余量。盾尾的长度可按公式(3)计算(见图2)：L。一L。+c+L。+f+L。(3)式中：L。盾尾长度，单位为米(m)；L。盾构推进液压缸安装长度，单位为米(m)；c 管片拼装余量，单位为米(m)；(通常为0 1 m o 1 5 m，对于轴向插入型封顶块管片，应根据管片插入角度适当加长)；L，管片宽度，单位为米(m)；c 7 其他余量(管片在盾尾内部分的长度余量)，单位
17、为米(m)；L，盾尾刷安装长度，单位为米(m)。g)盾尾的内径应是衬砌环外径与2 倍盾尾间隙(应为2 0m m 4 0m m)之和。图2 盾尾长度h)盾尾壳板的厚度在变形允许范围内宜采用高强度钢板作盾尾的材料。5 1 2 刀盘和刀盘驱动装置5 1 2 1 刀盘形式分为面板式和辐条式(见图3)。刀盘的支承方式分为中心支承、中间支承和周边支承(见图4)。N 涮辎赋矿媳势a)面板式7 一黝；旗隐酽1叼图3 刀盘的结构形式b)辐条式护土二斗C J T2 8 4 2 0 0 8I-争_-F争a)中心支承b)中间支承c)周边支承图4 刀盘的支承方式5 1 2 2 刀具按形状分为T 形刀具、屋形刀具、壳形刀
18、具等；按切削功能分为切削刮刀、中心刀、周边刀、先行刀(包括壳形刀、撕裂刀)等(见图5)。a)T 形刀具懑渊)屋形刀具c)壳形刀具图5 切削刀形式5 1 2 3 应根据工程地质和水文地质条件和施工要求来选择超挖装置，分为超挖刀和仿形刀。5 1 2 4 刀盘应符合下列规定：a)刀盘形式应根据工程地质和水文地质条件确定，并应考虑盾构形式、盾构装备推力、刀盘支承方式、刀盘装备扭矩、刀盘开口率、刀具及其组合方式等因素。b)刀盘的支承方式应满足盾构直径、工程地质和水文地质条件等要求，并应考虑与排土装置的组合方式等因素。c)刀盘开口率应根据工程地质、水文地质条件、开挖面的稳定性和挖掘效率来确定其形状、尺寸、
19、配置。应按公式(4)计算：一会1 0 0 式中：。开口率；A。面板开口部分的总面积(3 J 具的投影面积忽略不计)，单位为平方米(m 2)A，刀盘面积，单位为平方米(m 2)。C J T2 8 4-2 0 0 8d)切削刀具应根据工程地质和水文地质条件、盾构外径、掘进速度、施工总长度等配置。刀具的布置应满足刀盘正反转及全断面切削的要求。e)刀具的高度需根据工程地质和水文地质条件、切削距离、掘进速度、切削转速和切人深度等因素决定。通常先行刀的高度高于切削刀。f)刀具的刃口材料宜采用硬质合金。g)超挖刀的刀头从刀盘内向盾构外侧突出，沿盾构全周方位以一定量进行超挖切削。刀头突出可采用液压缸调整的方式
20、或刀盘最外侧设置固定刀具的方式。h)仿形刀是安装了仿形机构的超挖刀。仿形机构能根据超挖量的需要，将切削刀具按仿形量轨迹伸出盾构外周进行切削。5 1 2 5 刀盘驱动装置应符合下列规定；a)主轴承应根据实际工程受力条件计算设计，寿命应满足工程要求。b)刀盘驱动部分的土砂密封应符合下列规定：1)能保护驱动轴承，避免土砂、地下水、添加剂等侵入；2)应满足能承受密封土舱内的泥土压、地下水压、添加剂注入压力和气压的要求；3)应根据覆土深度、地下水位、添加剂注入压力、施工总长度等确定其安装位置、环数、滑动速度、润滑油脂量、加油脂压力等参数，其中安装位置应根据刀盘支承方式确定(见图6)；4)采用的材质应具有
21、耐压性、耐磨损性、耐油性、耐热性；5)应对润滑脂的注入压力、注入量、渗出物取样、土砂密封温度进行监测管理。1 土砂密封；2 驱动轴承。图6 刀盘驱动部分的土砂密封的安装示意图c)刀盘装备扭矩应根据地质条件、盾构结构形式确定。通常有两种计算法：设计扭矩计算法、经验计算法。设计扭矩计算法按公式(5)、公式(6)：T K T L(S)L T，+T：+T 3+L+T 5+L(6)式中：T 1 由土体的抗剪力产生的切削阻力扭矩，单位为牛米(N m)；瓦切削刀具的切削扭矩，单位为牛米(N m)；T 3 与土体之间的摩擦阻力扭矩，单位为牛米(N m)；L 轴向荷载的扭矩，单位为牛米(N m)；T 5 径向荷
22、载的扭矩，单位为牛米(N m)；T 6 搅拌棒搅拌扭矩，单位为牛米(N m)；L 刀盘所需扭矩，单位为牛米(N m)；K t 扭矩安全系数；T 刀盘装备扭矩，单位为牛米(N m)。具体计算参见附录A。经验计算法按公式(7)：T a D 3 1 0 4式中：T 一刀盘装备扭矩，单位为牛米(N m)；D 盾构外径，单位为米(m)；Q T2 8 4-2 0 0 8n 扭矩系数。(扭矩系数a 根据盾构直径、土质等不同而不同。土压平衡盾构机的a 通常为1。4 4 2 3)。5 1 2 6 刀盘转速应根据地质条件、施工要求确定，应为0 5r m i n 1 5r m i n。5 1 3 气闸系统5 1 3
23、 1 气闸分为人行闸和材料闸两种，主要由压力容器、加减压管路系统、监控、通讯、报警和照明等设备组成。用于施工抢险、排除设备故障、更换磨损刀具等作业。5 1 3 2 气闸系统应符合下列规定：a)气闸的加、减压管路布置应便于安装。阀门通讯讯号和仪表设置应便于操作人员操作。压力表应能显示相应各部位的实际压力；b)人行闸的外舱和内舱均应设置独立的加、减压管路系统，在人行闸外有专人对其变压进行操作；c)材料闸的尺寸应满足材料、设备和工具等进出的要求。5 1 4 铰接装置5 1 4 1 铰接装置可根据隧道线路调整盾构姿态，在隧道轴线曲率半径小于4 0 0r n 时采用。5 1 4 2 铰接装置应符合下列规
24、定：a)铰接液压缸的行程应满足隧道轴线曲率半径要求，最大推力应能克服前后壳体姿态变化引起的阻力；b)铰接密封应由集中润滑系统注入润滑油脂，并保持一定的密封压力。5 1 5 推进装置5 1 5 1 推进装置主要由推进液压缸、顶靴等组成。5 1 5 2 推进装置主要靠推进液压缸顶在已拼装好的隧道管片上向前推进或调整盾构姿态。推进液压缸应有足够的推力克服盾构推进过程中所遇到的最大阻力，并留有一定余量。5 1 5 3 推进装置应符合下列规定：a)应选用重量轻、耐久性好、结构紧凑的液压缸，宜选用高压液压缸。b)推进装置布置应满足盾构掘进所需推力的要求和管片拼装要求。c)推进液压缸通常布置于盾构壳板内侧，
25、并确保管片不偏心受力且不受损。d)推进液压缸配置时，推进液压缸轴线平行于盾构轴线，也可采用倾斜配置。e)推进液压缸的推力和数量应根据盾构外径、总推力、管片结构和隧道路线等因素确定。f)顶靴的结构应确保推力均匀分布在管片的端面上，中心宜偏离推进液压缸中心线(见图7)。g)推进液压缸行程应根据管片宽度及一定的余量(通常为1 0 0m m 1 5 0r a m)来确定。位于封顶块的推进液压缸，需根据管片插入方法来确定行程。h)推进液压缸的工作速度应根据掘进速度和施工效率确定。当全部液压缸在系统额定流量下工作，推进液压缸的工作速度通常为3 0m m m i n 1 0 0r a m r a i n。9
26、C _ J T2 8 4-2 0 0 81 推进油缸；2 顶靴中心线；3 盾尾密封；4 村砌环；5 衬砌环中心线；6 推进油缸顶块；7 推进油缸中心线。图7 推进液压缸顶块的偏心(e)设置i)盾构的装备推力通常采用阻力计算法或经验计算法，由两者综合考虑确定。装备推力阻力计算法按公式(8)计算：F k，(F，+F：+F。4-R+F 5+F e+F 7)(8)式中：F 盾构装备推力，单位为千牛(k N)；F，盾壳和土体之间的摩擦阻力或粘附阻力，单位为千牛(k N)；F z 盾构正面阻力，单位为千牛(k N)；F 3 管片和盾尾密封之间的摩擦阻力，单位为千牛(k N)；F 4 盾构切口环刃口的切人阻
27、力，单位为千牛(k N)；F。变向阻力(曲线施工、纠偏、变向用稳定翼、挡板阻力等)，单位为千牛(k N)；F。牵引后方台车的前进阻力，单位为千牛(k N)；F 7 由切削刀盘引起的轴向阻力，单位为千牛(k N)；，阻力安全系数，(考虑装备余量通常取2)。具体计算见附录B。装备推力经验计算法按公式(9)计算：F F 7 A(9)式中：F 盾构装备推力，单位为千牛(k N)；，开挖断面单位面积的推力，单位为千牛每平方米(k N m 2)，宜不小于10 0 0；A 开挖断面面积，单位为平方米(m 2)。5 1 6 管片拼装机5 1 6 1 管片拼装机通常有盘式和中心简体式(见图8、图9)。盘式拼装机
28、通常以挡轮、托轮定位；中心筒体式通常以大轴承来定位。同时还有提升、平移、管片夹持装置等。5 1 6 2 管片拼装机应符合下列规定：a)应根据盾构的型式及管片结构的质量和尺寸等因素确定。】0c J T2 8 4-2 0 0 8图9 中心简体式拼装机b)管片拼装机的设计应以运转平稳、动作准确、安全可靠、操作方便为原则。c)管片拼装机的性能应满足下列要求：1)提升力应为1 5 倍2 倍的最大管片质量；2)平移力应为2 倍5 倍的平移阻力；3)平移距离应根据管片的宽度、封顶块插入的形式、纠偏等因素综合考虑；4)回转速度通常有低速和高速两挡，也可在o 1 5r r a i n 范围无级调速；5)回转驱动
29、装置应带有液压或其他形式的制动器；6)旋转角度不小于土2 0 0。；7)应具有不小于4 个自由度的特性。d)夹持装置通常采用机械连接式，也可选用真空吸盘式，其构造应满足可安全、迅速地抓住管片并能调整管片的姿态，孔、销重合容易，结构简单。5 1 7 螺旋输送机5 1 7 1 螺旋输送机按螺旋叶片形状可分为轴芯式和带式两种(见图l O)；按出土部位可分为轴向出土和径向出土(见图1 1)。5 1 7 2 螺旋输送机应具有运送土舱中的土体、止水和调整出土量以达到土压平衡等功能。5 1 7 3 螺旋输送机应符合下列规定：a)设计时必须考虑工程地质和水文地质条件以及盾构直径、盾构掘进速度等条件参数。】1c
30、 j T2 8 4 2 0 0 8矽 矽a)轴芯式图1 0 轴芯式和带式的螺旋输送机b)带式蛔拶a)径向b)轴向图1 1径向出土和轴向出土螺旋输送机b)螺旋输送机输送能力应符合下列规定。1)每小时刀盘切削量应按公式(1 0)计算Q f=D：q 6 0(1 0)4式中：Q 每小时刀盘切削量，单位为立方米每小时(m 3 h)；D。刀盘切削直径，单位为米(m)；矶最大推进速度，单位为米每分(m r a i n)。2)螺旋叶片外径应按公式(1 1)计算并圆整：。：K 0 语式中：D：螺旋叶片的外径估算值，单位为米(m)；K 0 物料综合系数(通常取0 0 8)；Q 每小时刀盘切削量，单位为立方米每小时
31、(m 3 h)C，装置倾斜角校正系数，(见表1)。表1 装置倾斜角校正系数倾斜角卢0。0。母5。5。口1 0。1 0。1 5。1 5。1。5 1 9 盾尾密封系统(1 3)“(1 4)5 1 9 1盾尾密封的钢丝刷和钢板束密封的材料应具有足够的弹性和耐腐蚀性，在推进液压缸摩阻力反复作用及管片变形条件下应保持防水功能。5 1 9 2 盾尾密封系统应符合下列规定：a)盾尾密封的设计高度主要由盾尾间隙确定，其密封工作范围通常为2 0m m 4 0m m；b)盾尾密封应能够承受由土压和水压产生的压力，以及注浆压力；c)盾尾密封安装的道数应根据盾构外径、地质条件、施工过程中是否须更换盾尾密封等条件确定，
32、通常不小于3 道。5 2 液压系统5 2 1 液压设备的选择应符合下列规定：a)应选择耐久性高、效率高、低噪音的机械设备；b)应考虑密封结构的强度以及活塞杆可能出现的失稳；c)液压元件的选择应按G B T7 9 3 5 执行。5 2 2 液压系统分为刀盘驱动系统、推进系统、螺旋输送机系统、管片拼装机系统、注浆液压系统等，液压系统的设计除应按G B T3 7 6 6 执行外，还应符合下列规定：a)切削刀盘系统应设置一个与推进系统联锁的安全回路，确保在刀盘停止转动时报警并同时停止盾构推进，待压力恢复正常后再行推进；b)推进系统应采用防止推进液压缸回缩的控制阀；c)螺旋输送机系统应能根据密封土舱内的
33、土压信号与设定的土压力值比较，并控制螺旋输送机的转速；d)液压系统除设置卸荷回路外，应设置冷却系统；e)液压油的黏度指数应大于9 0，并与密封材料相容性好，且应具有良好的润滑性、防锈防腐蚀性、抗乳化性、抗氧化性和物理、化学稳定性，并具有不可压缩性；f)液压系统的清洁度应高于I s O4 4 0 6：1 9 9 9 中表1 规定的1 8 1 5 级。5 3 附属系统5 3 1 管片吊运机构5 3 1 1 管片吊运机构按起吊梁的形式可分为单梁式和双粱式(见图1 2)；按行走小车的行走方式可1 3C I T2 8 4-2 0 0 8分为齿轮齿条式、链轮链条式和摩擦滚轮式；按功能可分为纯起吊运输式、双
34、功能式(即管片吊运机构兼作拉杆梁)(见图1 3)。a)单粱式b)双梁式图1 2 按起吊梁的形式分a)纯起吊运输式b)双功能式图1 3 按起吊梁的功能分5 3 1 2 管片吊运机构的性能参数包括起吊力、适应坡度、升降速度、最小起吊高度、行走小车行走速度、行走小车最大行走距离。5 3 1 3 管片吊运机构应根据盾构形式和规模、隧道线路(曲线和坡度)和管片形式等确定。5 3 2 集中润滑系统5 3 2 1 集中润滑系统主要包括油脂泵、分配阀、油泵等。润滑方法包括稀油润滑和干油润滑等。5 3 2 2 润滑系统的设计应符合下列规定：a)选择适当的润滑油、脂的种类；b)针对不同部位选择适当的注入方法；c)
35、应设置多重报警装置，显示工作状态，确保注入油脂工作正常以及润滑部位有足够量的油脂；C 3 T2 8 4-2 0 0 8d)润滑设备须按规定的方法定期、定量加注指定的润滑油脂；e)系统元器件须经出厂标定，应具有较高的可靠性。5 3 2 3 集中润滑应包括以下部位：a)刀盘驱动的轴向土砂密封和径向土砂密封；b)盾构铰接处的土砂密封；c)螺旋输送机螺杆支承的轴承、密封；d)刀盘驱动轴承；e)中心回转接头。5 3 3 壁后注浆系统5 3 3 1 壁后注浆设备应根据盾构的直径、施工长度、注浆材料、注入时间、注浆方法、注浆量等确定，并能将注浆材料均匀填充到盾尾空隙处，且易于清洗维护。主要包括：材料贮藏设备
36、、计量设备，拌浆设备，贮液槽、注浆泵、注入管、注人控制装置、记录装置等。5 3 3 2 注浆系统可通过衬砌管片上的注浆孔注浆，也可通过盾构上的注浆管注浆。其中，通过注浆管注浆分为注浆管外置式注浆和注浆管内置式注浆(见图1 4)。a)注浆管外置式注浆b)注浆管内置式注浆1 注浆管；2 盾构壳体。图1 4 通过盾构上的注浆孔注浆方式5 3 3 3 注浆量应根据盾构施工建筑间隙、地层条件、隧道线路和盾构掘进方式等因素确定，应按公式(1 5)计算：Q 一(D；d：)z A4式中：Q 注浆量，单位为立方米(m 3)；D。刀盘切削直径，单位为米(m)；d；衬砌环外径，单位为米(m)；卜一回填注浆段长度，单
37、位为米(m)；注浆率(应取1 5 0 2 5 0)。5 3 4 添加剂注入系统5 3 4 1添加剂注入系统由设在后方台车的搅拌系统、螺杆泵、泡沫发生器、管路、控制系统和盾构主机上的切削刀盘、密封土仓、螺旋输送机等的外加剂注人口构成(见图1 5)。1 5C j T2 8 4-2 0 0 81 切削刀盘；2 密封土舱；3 管路；4 中心回转接头；5 螺旋输送机；6 泡沫发生器；7 驱动装置；8 搅拌箱；9 后方台车；1 0 螺杆。图1 5 添加剂注入系统5 3 4 2 应根据开挖土质、盾构直径、刀盘支承方式、刀盘面板的形状等条件确定注入口的位置、口径和数量。注人口应设有单向止回装置，防止泥沙倒灌。
38、5 3 4 3 添加剂注入系统应能按照刀盘扭矩的变动、密封土仓内的土压力、螺旋输送机的出土状态等因素调节注入的压力和流量。5 3 4 4 控制系统应设置切换装置，确保施工人员可根据实际状况选择加泥加水或加泡沫，注入管路可使用专用管路，也可采用共管形式。5 3 5 导向测量系统5 3 5 1 应遵循准确性、正确性、实用性、经济性、先进性的设计原则，系统应能够连续检测盾构的空间位置和姿态。5 3 5 2 导向测量系统应具备下列功能：a)D T A(设计轴线)管理功能；b)空间位置检测功能，包括相对D T A 的切口水平和高程偏差、盾尾水平和高程偏差；c)姿态检测功能，包括盾构相对D T A 的方位
39、角、倾斜角、旋转角；d)图形显示功能，包括盾构空间位置和姿态的实时数据和历史数据的连续曲线显示；e)测量基点校核功能；f)与盾构自动控制系统通信功能。5 3 5 3 导向测量距离为1 0 0m，测量精度小于1 5m m，校核周期为2 5m。5 3 6 后方台车后方台车的设计应符合下列规定：a)应根据隧道的断面、曲线、坡度、渣土的运出和管片的运人方式、所安装设备的数量与空间尺寸】6c j x2 8 4 2 0 0 8等条件确定，并考虑维护管理的方便；b)在陡坡施工区间，应采取足够的安全措施；c)在曲率半径小的区间，后方台车行驶需确保与管片的距离，牵引时需防止后方台车倾覆、脱轨等；d)应设置各种安
40、全设施，如安全通道和扶手、栏杆等。5 3 7 冷却系统5 3 7 1 冷却系统应能够消除设备和动力装置在盾构掘进中产生的热量，确保盾构正常运转。5，3 7 2 冷却系统应对液压系统、刀盘驱动装置中的土砂密封、大功率的空气压缩机和变频器、配电柜进行冷却：5 3 7 3 冷却器选择应符合下列规定：a)有足够的散热量；b)散热效率高；c)油液通过时压力损失小；d)结构应紧凑、坚固；e)具有一定可靠性及寿命。5 3 7 4 冷却系统的选择要符合下列规定：a)应根据系统工作液进入冷却器时的温度、流量、压力和需要冷却器带走的热量确定；b)系统应采用温度不超过3 0 的净水。5 3 8 通风系统5 3 8
41、1盾构内的通风由最后一节后方台车延伸来的通风装置持续提供新鲜空气，通过通风管传递至最前一节的后方台车处，并替换盾构机区域内的热量和废气。5 3 8 2 应根据盾构直径、送风距离、需要通风量、衬砌的施工方法以及使用的机械种类等选择合适的设备，确保隧道内安全、卫生。5 4 电气系统5 4 1 一般要求5 4 1 1 应以科学严谨、安全可靠、技术先进、经济合理、操作方便为基本设计原则，以盾构总体设计要求为功能设计依据。5 4 1 2 应考虑施工环境对设备的防护要求。电气设备外壳防护等级应符合表2 的规定。表2 电气设备外壳防护等级设备防护等级后方台车上的电气箱柜i P 5 4盾构本体的电气箱柜I P
42、 5 5变压器保护柜i P 4 5电动机I P 5 5现场传感器I P 6 5控制室内的电气箱柜l P 4 45 4 1 3 应考虑施工环境对人身安全的保护要求。低压供配电(高于安全电压的用电设备)应设置两级漏电保护。5 4 1 4 电气系统设置应合理利用盾构结构空间，便于操作和维护。5 4 1 5 盾构电气系统所选用的设备、装置、元器件、材料必须成熟可靠，适应隧道施工工况条件、符合设计要求。1 7C J T2 8 4 2 0 0 85 4 2 供配电系统5 4 2 1 供电系统5 4 2 1 1 盾构用电负荷是选择盾构电力变压器和高压开关设备的主要依据，可按公式(1 6)计算。P 一Pt 2
43、 1式中：P 盾构总用电负荷；n 盾构推进状态下运行的用电设备总数；i 盾构推进状态下运行的用电设备序列号；P。盾构推进状态下用电设备i 的有功功率k W。5 4 2 1 2 应根据施工现场所在地区实际情况调整盾构供电电压，宜采用1 0k V 电压供电。涉及人身安全、设备安全、施工安全的用电设备应设置应急供电电源。5 4 2 1 3 供电设备应符合下列规定：a)盾构电力变压器的额定容量应大于盾构用电负荷容量，且应选用难燃型变压器；b)环氧干式变压器的三相线圈中应设置测温元件，并配有温度检测仪；c)盾构高压电源应由地面变电所独立保护回路供电；d)高压开关柜应按电力变压器容量选用断路器(并设置明显
44、断开点)，选用的设备应能在湿度较高的环境条件下安全运行。高压开关柜应具有短路、过载、接地故障等保护功能，宜具有外部分离脱扣装置；e)高压开关柜的正面应留有足够的操作空间，并配备符合高压操作规程的高压操作工具和用具；f)盾构高压电缆宜采用矿用高压橡套软电缆；g)电力变压器二次侧的调压范围应为士2 2 5 U e；h)供电变压器保护外壳与带电体间距、接线铜排间的间距应符合G B J1 4 7、G B J1 4 8 和G B J1 4 9的规定；i)供电变压器箱体应设置通风口和冷却风扇，确保变压器散热。5 4 2 2 低压配电系统5 4 2 2 1配电方式和保护应符合下列规定：a)由电力变压器二次侧
45、至用电设备点的配电保护级数不宜超过三级；b)电力变压器二次出线应直接接至低压配电柜的总断路器；c)盾构内独立的配电柜宜设置电源总断路器；d)配电系统应具有漏电保护、短路保护、过载保护、断相(反相)保护等功能；e)低压电器采用的电压等级应选用标准电压的优选值；f)使用大功率变频装置时，应采取抑制高次谐波的措施；g)应根据就近供电原则设置低压配电柜；h)在低压配电柜中应设置适合施工设备临时使用的备用电源。5 4 2 2 2 低压配电设备应符合下列规定：a)电气箱柜内元(器)件应通过3 C 安全认证并符合隧道施工环境要求；b)开关电器的额定值应与其负载的额定值相匹配；c)应选择具有抗拉、耐油、可弯绕
46、、耐磨损的铜质软电缆。5 4 2 2 3 系统接地应符合下列规定：a)采用电力变压器二次侧中性点接地系统，利用盾构大面积的金属外壳为接地体，接地线路不可串接，隧道内所有电气设备的金属外壳(如电动机、配电箱柜的外壳)和各台车的金属构架均应可靠接地；】8C J T2 8 4-2 0 0 8b)盾壳未进入土体前应采取临时接地措施；c)电气箱柜内的强电接地排与弱电接地排应分离，并与接地体可靠连接。5 4 2 2 4 盾构负载功率因数应符合工程所属地区供电部门的要求。若无要求时，当功率因数低于0 8 时，应设置无功补偿设备，宜具备随盾构用电负荷的变化改变补偿电容器投入数量的功能。5 4 2 3 照明系统
47、5 4 2 3 1照明系统的设计应符合下列规定：a)照明供电应设置独立的3 8 0V 2 2 0V 照明隔离变压器。并应考虑三相照明负载平衡；b)照明配电应设置二级漏电保护；c)照明范围应包括盾构内部、台车、盾构至台车的工作区域(包括人行闸)等；d)人行闸照明按压力容器内部照明的防爆安全要求设计；e)在盾构和台车区域应配置应急照明，应急照明功率不低于照明总功率的2 0，应急照明后备时间不少于3 0r a i n。5 4 2 3 2 灯具选型应符合下列规定：a)盾构及台车照明灯具应选用密闭、防水、防燃的照明器具，防护等级应优于I P 5 4；灯具应符合G B T2 9 0 0 6 5 的要求；b
48、)应选择合适的照度，限制眩光，并应采用高光效、长寿命和显色指数高的照明光源。工作区域宜选用气体放电灯照明，管片拼装区域宜采用混光照明，并采用防振措施，重要工作区域应加强局部照明；c)易受机械损伤场所的灯具应加保护网；d)功率因数低的照明灯具应加电容补偿，补偿后的功率因数不应低于0 8。5 4 3 控制系统5 4 3 1 控制系统设计应符合下列规定：5 4 3 3a)应满足保护人身安全、施工安全及设备安全的要求；应满足设备运行的逻辑和时序要求；应满足工程施工控制要求；盾构控制应采用集散控制方式，盾构、台车设备及相互之间的信息传递采用现场总线网络通信方式；当动力电动机直接启动降低盾构电源品质时应采
49、用降压启动方式。操作及显示应符合下列规定：盾构掘进控制在控制室内集中操作，管片拼装及管片运输控制在设备附近就地操作；控制室内的显示屏应能充分反映设备的真实状态和运行参数；应根据系统安全要求分区域、分等级设置紧急停止按钮，皮带机、拼装机等移动设备运行前应发出预警讯号，运行时应发出声光警示讯号。硬件选型应符合下列规定：可编程控制器(P L C)：1)应根据可靠性、系统兼容性、可扩展性、系统规模、运算速度和执行效能等选用可编程控制器，并应具备网络通信功能；2)P L C 通信网络设计应满足控制要求和台车转换对电缆连线的要求；3)P L C 模拟量输入输出信号见表3。表3P L C 模拟输入输出信号表
50、信号类型电量范围电流型标准输入输出直流4 m A 2 0 m A电压型标准输入输出直流0 V 1 0 V幻DoDo：；幻oq5C J T2 8 4 2 0 0 8b)控制电源的可靠性应优于动力电源，宜采用稳压电源为控制器、输入输出模块、传感器、变送器等供电，传感器、变送器等供电电源应加设电源滤波电路；c)控制电缆截面积要求见表4。表4 控制电缆截面积线路类型电缆截面积电源回路不小于1 5I T l m z控制回路不小于1 0 m m 2信号回路不小于0 5m m 25 4 3 4 联锁保护应符合下列规定：a)人身安全1)应具备移动拼装平台位置与管片拼装机旋转的控制联锁，保证移动拼装平台在伸出状