第一章概述

1.1、概述

我公司预计于2012年8月11日对成都地铁4号线土建3标段苏坡立交站至中坝站实施盾构施工掘进。本项目投入德国海瑞克生产的土压平衡盾构机（编号分别为为S-394、S-395、S-526、S-527）共计4台。目前，S-394、S-395盾构机陈放于成都地铁4-3标西苏盾构始发井场地进行维修，S-526、S-527盾构机陈放于成都龙泉驿中铁15局盾构堆场进行维修。根据施工组织及维修计划，S-394、S-395盾构机分别于2012年8月11日和8月25日依次进入中坝站场地并顺序下井，到8月31日和9月24日分别达到始发条件。S-526、S-527盾构机分别于2012年8月20日和9月10日依次进入西苏区盾构始发井场地并顺序下井，到9月19日和10月9日分别达到始发条件。

1.2、上标段使用情况

S-394、S-395在2012年4月份完成了成都地铁2号线西延伸线土建1标（始发井～外语学院站～中间风井）分别掘进约2823.4延米，掘进中各项主要参数均正常，每台机器月掘进345延米，速度基本保持在35mm/min～45mm/min之间，每日的掘进进度保持稳定，掘进效率高，机器的整体故障率低。全程掘进过程中每台机器进行过5次刀具的更换。

S-526、S-527在2011年6月份完成了成都地铁2号线土建9标（白果林站～中医学院站～通惠门站～将军衙门站）分别掘进约2398.9延米，掘进中各项主要参数均正常，每台机器月掘进约360延米，速度基本保持在40mm/min～50mm/min之间，盾构机整体的性能完好，机械方面没出现较大的故障，每日的掘进进度保持相对稳定，掘进效率高。整个标段施工掘进过程中每台机器进行过4次刀具的更换。

第二章 工程概况

本标段盾构区间包括中坝站～西客站盾构区间、西客站～苏坡立交站盾构区间以及中间风井和盾构始发工作井工程。

线路出中坝站后沿规划线路向北穿过成温路，拐入国铁西客站，实现与国铁换乘。出西客站后拐入IT大道延线，沿IT大道延线东行，穿过三环路，进入青江西路，最后进入三环路东侧的苏坡立交站。

区间线路位置示意图

中坝站～西客站盾构区间设计里程为：Z(Y)DK18+627.800～Z(Y)DK20+360.000,左右线长均为1733.8m,线路最小平曲线半径R=400m，最大线间距15.0m，线路在该区间线间距由13m过渡到15m。线路最大轨面埋深24m，最小坡度5.000‰，最大坡度22.496‰，在YDK19+766.090～YDK19+786.845段设中间风井，区间在YDK19+186、YDK19+776、YDK20+234.5处设3个联络通道，其中YDK19+776处的联络通道与中间风井结构合建。

西客站～苏坡立交站盾构区间设计里程为：ZDK20+684.900～ZDK22+716.200，YDK20+614.200～YDK22+716.200，左线长2031.3m,右线长2102m，线路最小平曲线半径R=400m，最大线间距21.02m，线路在该区间线间距由15m过渡到13m。线路最大轨面埋深24.1m，最小坡度6.000‰，最大坡度21.948‰；在YDK21+237～YDK21+317段设盾构始发井兼中间风井，区间在YDK21+250、YDK21+850、YDK22+450处设3个联络通道，其中YDK21+250处的联络通道与中间风井结构合建。

中间风井和盾构始发井采用明挖法施工，一般段采用φ1200@2000的旋挖桩，盾构洞门范围内采用φ1500@1800的玻璃纤维筋桩。风井和盾构始发井端头采用钢管内支撑，标准段采用锚索支持体系，内衬结构采用现浇钢筋混凝土的形式。

区间隧道采用盾构法施工，内衬为钢筋混凝土管片，管片外径为6000mm，内径为5400mm，厚度为300mm，曲线半径400m段管片幅宽为1.2m，其他地段采用1.5m的幅宽。采用六分块方案，三块标准块，两块邻接块，一块封顶块。管片组合方式为直线环+左右转弯环，拼接方式为错缝拼装，管片接头采用弯螺栓。

联络通道采用降水条件下的矿山法施工，支护体系由超前支护、初期支护和二次衬砌组成。

2.3.1、地形地貌

中坝站～西客站盾构区间隧道地处川西平原岷江水系I级阶地，为冲洪积地貌，地形平坦，地面高程515.26m～517.88m，最大高差为1.62m。

西客站～苏坡立交站盾构区间隧道地处川西平原岷江水系Ⅱ级阶地，为冲洪积地貌，地形平坦，地面高程513.25m～516.34m，最大高差为3.09m。

2.3.2、地质构造

成都平原处于新华夏系第三沉降带之川西褶带的西南缘，界于龙门山隆褶带和龙泉山褶皱带之间，为一断陷盆地。

市区一带断裂构造和地震活动较微弱，历史上从未发生过强烈地震，从地壳的稳定性来看应属于稳定区。

工程位于龙门山东部边缘构造带。成都市区距龙泉山褶皱带20Km，距龙门山褶皱带50Km。历史上于2008年5月12日发生了汶川8.0级特大地震对场地区域内建筑、成都平原及周边构造未造成破坏。

2.3.3、岩土层特征

（1）、区域内土层特征

1）第四系全新统人工填筑土（Q4ml）

〈1〉人工填筑土：褐黄、灰黑等杂色，松散，稍湿。由碎石、砂土、砖瓦碎块等建筑垃圾组成，其间重填粘性土，分布于地表，层厚1.6m～11.0m。靠近中坝站隧道右线位置填土较厚，是由原来道路施工回填所致。该层在场地内分布普遍，土均匀性差，多为欠压密土，结构疏松，强度较低，压缩性高，受压易变形。

2）第四系全新统冲积层（Q4al）

〈2-3〉粉质粘土：褐黄色，软塑～可塑，含少量铁锰质氧化物等。在场地内普遍分布，层厚0.50m～3.30m。

〈2-4〉粉土：褐黄色，松散，稍湿，含少量铁锰质氧化物、云母等。在场地内局部分布，层厚0.90m～2.20m。

〈2-5〉粉、细砂：青灰色，松散，稍湿，含少量铁锰质氧化物、云母、石英等，分布于卵石层顶面或以呈透镜体状分布于卵石土中，厚度0.50m～1.50m。

〈2-6〉中砂土：青灰色或褐黄色，松散，饱和，以透镜体形式分布于卵石土中。场地内局部存在，层厚0.70m～1.80m。

〈2-8〉卵石土：青灰色，褐黄色，湿～饱和。卵石成分主要以岩浆岩、变质岩类岩石组成。以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量60%～85%，粒径以20mm～80mm为主，部分粒径大于100mm，最大粒径180mm，充填物为细砂，局部夹漂石，顶面埋深2.9m～11.0m。根据超重型动力触探试验成果及卵石含量，将卵石土分为松散卵石土〈2-8-1〉、稍密卵石土〈2-8-2〉、中密卵石土〈2-8-3〉和密实卵石土〈2-8-4〉，共4个亚层。

3）第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）

〈3-8〉卵石土：褐黄色，稍湿～饱和。卵石成分主要以岩浆岩、变质岩类岩石组成。以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，卵石含量50%～75%，粒径以20mm～80mm为主，个别粒径大于100mm，充填物为中砂，局部夹少量角砾或漂石，顶面埋深25.10m～34.90m。根据N120超重型动力触探试验成果及卵石含量分析，该层卵石土均为密实卵石土〈3-8-4〉，共1个亚层。

（2）、隧道所穿越岩层

本标段隧道所穿越的岩层以中密卵石土〈2-8-3〉和密实卵石土〈2-8-4〉为主。

2.3.4、土层可挖性分级和隧道围岩分类

（1）、土石工程分级

Ⅰ级松土：包括砂层，即岩土分层代号〈2-5〉、〈2-6〉层。机械能全部直接铲挖满载。

Ⅱ级普通土：包括人工填筑土〈1〉、粉质粘土〈2-3〉、粉土〈2-4〉、松散卵石层〈2-8-1〉、稍密卵石层〈2-8-2〉。机械需局部刨松方能铲挖满载，或可直接铲挖但不能满载。

Ⅲ级硬土：包括冲洪积成的中密卵石层和密实卵石层，岩土分层代号分别为〈2-8-3〉、〈2-8-4〉和〈3-8-4〉层，机械普遍刨松方能铲挖满载。

（2）、隧道围岩分类

本标段隧道洞身通过的围岩岩土层代号为〈2-8〉。隧道围岩分类根据实测的围岩弹性纵波数据划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。区间隧道围岩分级见下表：

区间隧道围岩分级表

（1）、地表水

根据调查，清水河由北向南穿过本标段盾构区间，区间隧道下穿清水河。清水河属川西平原岷江水系，具丰富的地表径流，为本区段地下水形成提供了丰富的补给来源。该段清水河宽约35m，河床深约4.8m，河身为人工条石U型河堤，边坡较稳定。

（2）、地下水类型

本标段区间隧道地下水主要为赋存第四系砂卵石地层中的孔隙型潜水。

第四系孔隙水主要赋存于第四系卵石土中，卵石土层结构比较松散，含水丰富，含水层厚度大于30m。

（3）、土层的透水性和富水性

①〈1〉人工填筑土层：区间隧道内广泛分布于地表，渗透系数差异较大。

②〈2-3〉粉质粘土、〈2-4〉粉土层：为弱透水性，富水性较差，位于地下水位以上，渗透系数k=0.01m/d。

③〈2-5〉、〈2-6〉砂层：呈透镜状分布，渗透系数k=10.0m/d，为强透水层，富水性好。

④〈2-8〉、〈3-8〉卵石土层：广泛分布，渗透系数k=18.0～22.0m/d，为强透水层，富水性好。

（4）、地下水腐蚀性评价

区间范围内场地土和地下水对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。

第三章 盾构机特点

3.1、功能设计特点

（1）基本功能

四台盾构机均大量采用液压、控制、导向等领域的新技术。其控制系统的终端全部由PC可编程控制器直接控制，上端由上位机进行总体控制。盾构机还可以通过网络系统由洞外技术部门或盾构厂家进行远程监控、调试及控制。盾构机的数据采集系统可以记录盾构操作过程的所有参数。由于自动化控制程度高，大大降低了盾构机操作控制的强度及难度，提高了掘进效率。

液压系统的主驱动系统、推进系统、螺旋输送机系统及管片安装系统大量采用比例控制、恒压控制、功率限止等先进的液压控制技术。同时，选用高质量的液压元件，保证了盾构机的可靠性，降低了盾构机故障率，有利的保证了施工生产的顺利进行。

盾构采用先进的激光导向系统来控制隧道的掘进方向，这在隧道的方向控制上也是比较前沿的技术。

（2）总体功能特点

盾构在卵石土、漂石地层施工时重点考虑以下功能：

①具备土压平衡掘进功能；

②具备足够的刀盘驱动扭矩和盾构推力；

③具备足够的刀盘开口率及合理的刀盘形式。刀具的形式及布置设计能最大限度满足不同粒径卵石的处理；

④具备渣土改良系统；

⑤盾构机有良好的出渣性能；

⑥盾构本体在高水压下的防水密封性能可靠；

⑦盾构具备防喷涌功能；

⑧人闸设计满足带压换刀的需要；

⑨管片壁后同步注浆；

⑩盾构预留超前注浆接口，可对开挖面前端的不良地质进行超前加固；

（3）盾构机总图（见附件1、附录2）

3.2、海瑞克盾构机针对成都砂卵石地层的功能特点

3.2.1、刀盘驱动及主轴承密封系统

（1）主轴承同时承受推力、径向负荷和倾覆力矩，采用直径较大的重型轴承。

（2）刀盘驱动装置的设计采用大强度、大刚度设计，以便优化主轴承的寿命。

（3）主轴承的设计寿命为10000小时。到目前为止，S-394、S-395分别推进98.855米、6792.433米，使用时间分别约为4330小时、4520小时；而S-526、S-527分别推进2398.7米、2065米，使用时间分别约为1000小时、870小时。

（4）刀盘驱动装置通过三重唇形密封来提高刀盘驱动的密封性能，三重密封可抵抗1.0Mpa的水压。

（5）密封系统包含了连续油脂润滑和泄漏监测系统，更好的提高了密封的可靠性

（6）砂卵石的摩擦阻力较大，盾构刀盘扭矩较大，而且施工中常会出现刀盘扭矩瞬间过大的现象。S-394/S-395盾构机刀盘额定扭矩设计为5980kN•m（S-526/S-527为5380KN•m），实践证明此扭矩适合砂卵石地层的隧道施工，也间接提高了盾构机的使用寿命。

（7）根据工程实践反馈，3米直径的大主驱动可以提供较高的扭矩能力。由于主驱动尺寸较大，导致空间有限，螺旋输送机的尺寸则受到，只能设计为800mm，但是实践证明800mm的螺旋输送机也能较好适应当前的地质情况。3米直径的主驱动，结合945kW驱动动力，可达到7150kN•m的脱困扭矩（S-526/S-527为6930 kN•m），可以实现长期过载负荷。

3.2.2、刀盘刀具布置

软硬岩刀具基座相同，刀具可互换，并可以从刀盘背后更换。砂卵石刀具布局：S-526、S-527分别配置了4把17寸双刃中心滚刀，17把17寸单刃滚刀，9把17寸双刃滚刀，28把刮刀，8把边刮刀。而S-394、S-395刀具配置了4把18寸双刃中心滚刀，17把18寸单刃滚刀，15把18寸双刃滚刀，20把焊接撕裂刀，6把喷口保护刀，32把刮刀，8把边刮刀。实践证明，这样的刀具布置是适合成都地层的，最大限度减少了刀具的磨损，每盘刀标准直径配置时最长掘进距离达500余米。

S-526、S-527刀盘开口率为35%，而S-394、S-395刀盘开口率为36%。根据S-526、S-527在成都地铁2号线的使用情况，刀盘开口适当，使粒径小于300mm的渣土能顺畅通过，有利于降低掘进时的推力，使刀具的磨损减到很小。

3.2.3、盾体

（1）推进千斤顶由德国MONTANHYDRAULIK设备生产商提供，具有很高的使用可靠性。

（2）耐压、耐磨的钢结构设计适应所需的工作压力。

（3）管片安装机有6个自由度，保证了管片安装的质量。

（4）畅通的维保工作通道。

3.2.4、盾尾

（1）钢结构钢板厚度设计适应预计的工作压力。

（2）密封系统为3排密封刷，保证了盾尾密封的可靠性。

3.2.5、螺旋输送机

（1）螺旋机叶片具备足够的刚度和强度。

（2）螺旋机出土口的土塞区长度和闸门开口大小是防止水喷涌现象的基本硬件措施。

3.2.6、材料闸 

海瑞克盾构机设置了材料闸和主闸，材料闸在工作人员需要在压力舱内工作时，可以帮助提高工作效率。材料闸的尺寸为600mm、长约1.8m（S-526/S-527长约1.6m），用于把工具、物料和设备转运进开挖舱，尤其是在带压进行维保以及保压需要注入压缩空气的时候，材料闸的作用更加明显。

3.2.7、压缩空气气源

根据我公司在成都地铁1号线、成都地铁2号线的带压换刀经验，由于地层透气性能高，原先所配置的空气压缩机供气量不足以保持土仓所需设定的压力。因此，我公司在S-394/S-395盾构机上增加了2台空气压缩机，由原来的18.6m³/min增加到46.8 m³/min，压缩空气最高压力为8bar。在S-526/S-527盾构机上增加1台空气压缩机，由原来的20m³/min增加到30 m³/min，压缩空气最高压力为7.5bar。同时配置油水分离的过滤系统，以加强过滤和呼吸气的清洁。

此外还配置了Samson压缩空气自动调节系统，该装置能自动调节土仓内气体压力，保持土仓内压力的恒定。

3.2.8、后配套设计

（1）吊机的设计适应运输要求。

（2）大尺寸的皮带机系统保证渣土流动顺畅。

（3）在辅助轨道上运行能够保证后配套系统最佳转向的实现。

（4）进入维保工作空间的道路畅通。

（5）配备了水路循环、压缩空气、通风系统。

（6）喂片机实现安全可靠的管片装卸。

3.3、四台盾构机的性能参数说明

3.3.1、S-394/S-395盾构机主要性能参数

S-394、S-395盾构机主要性能参数

        S-526、S-527盾构机主要技术参数

4.1、盾构机对工程的适应性

针对盾构在掘进施工中复杂多变的地层、周边环境和线路特点等情况，盾构机在设计时也作了相应的特殊设计，使盾构机具有安全、顺利通过特殊地段的能力。

(1）盾构刀具根据在砂卵石、卵石密集区中不同的破岩机理来进行设计和选择。刀具的布置可适应对大块卵石、砾石及漂石的破碎或入仓，防止卵石、砾石在刀盘前滚动，对刀具有一定的保护作用。

(2）盾构机配置高密度膨润土注入系统。通过双柱塞泵将高密度澎润土注入到土仓里、刀盘前和螺旋机中，经充分搅拌能使高渗水性的砂砾土达到较好的流塑性和止水性，再配合压缩空气控制单元的气压自动调节作用，可稳定掌子面和减少水的渗出，防止喷涌的发生及掌子面的坍塌。

(3）螺旋机出土口的土塞区长度和闸门开口大小是防止水喷涌现象的基本硬件措施，解决了从皮带机上向外漏渣的难题，并可将粒径小于300mm的大砾石从开挖室排到渣车内。当盾构机经过透水砂层时，通过有效的渣土改良技术，可有效控制涌砂、涌水现象发生。

(4）增大了刀盘中心开口率，使泥渣在刀盘中心能顺畅通过，减少了形成泥饼的机会，有利于降低掘进时的推力。

(5）盾构机根据0.3MPa的水压假设进行设计。机器主要部件均采用有限元分析由计算机计算得出，能准确的反应出机器部件的性能。

(6）盾尾处安装了3排钢丝刷，每两排钢丝刷之间都注入足量的盾尾密封脂，以保证盾尾良好的密封性。

（7）泡沫注入系统已广泛应用于EPB技术当中。使用发泡液和压缩空气混合产生的泡沫，可以提高开挖仓中泥渣的流动性、抗渗透性和弹性，可降低对刀盘及刀具的粘附性，减少对刀盘及刀具的磨损。同时能降低开挖掌子面的渗水性,有利于掌子面的稳定。

(8）在前盾承压隔板上部安有双室人闸，双室人闸之间用一个供人进出的压力门隔开。与承压隔板用法兰相连的一个仓室为主闸，工作人员可以由此穿过至开挖室。另一个仓室是材料闸，可让工作人员安全地进入主闸。主闸安装了在压缩空气下工作所必需的标准配置，使用主闸可以带气压进仓完成维修、检查和换刀作业。

(9）压缩空气自动调节系统能自动调节土仓内气体压力，保持土仓内压力的恒定，这一系统为人员进仓作业提供了可靠的保证。

4.2、盾构机的可靠性

(1）德国海瑞克公司所制造的盾构内各液压、电气元器件均采用国际知名品牌产品，充分保证盾构机的各部件质量。液压元器件主要采用德国力士乐公司、哈威公司的产品，电气元器件主要采用西门子公司的产品。这些优质产品的应用确保了盾构掘进中各系统功能的有效发挥。

(2）盾构机刀盘驱动主轴承采用世界上最大的回转支承轴承制造公司德国贺氏公司的产品。主轴承能承受大负荷要求，同时设置了可靠的主轴承内、外密封系统，有效地保证了主轴承的使用寿命。

(3）盾构机在设计上满足通过特殊地段的能力。用先进的盾尾注脂系统，把有极好密封性能的密封脂注入到三层盾尾刷之间，密封盾构机与管片的间隙来防止水渗漏。这种密封方式适用于高地层压力和高水压下工作。

(4）在盾构机前体配置有隔舱壁，用它来隔离土舱内压力。舱壁的设计承载工作压力为3bar。盾构机在掘进过程中，通过关闭螺旋输送机的出料闸门，可以快速、安全地切断地下水，防止其进入盾构机及隧道。在失电的情况下螺旋输送机的出料闸门自动关闭，以防止过量出渣导致掌子面失稳。

(5）刀盘合适的开口和针对性的刀具配备，再通过螺旋输送机、渣土改良装置及气压调节系统的有机配合，保证了盾构机在含水量丰富的卵石土地层中长距离可靠运行。

(6）保护环境方面：盾构掘进中改良土壤加入的泡沫是无害可降解材料，机器用的液压油等在更换时都用桶装密封好运走进行再生利用，油品基本没有对环境造成污染。

（7）可靠的土压平衡掘进控制模式和精密的SLS-T激光定位导航系统，通过严格管理渣土量及进行实时监测，确保线路方向及地面的隆沉在规定的范围内。

4.3、工程重难点及盾构机功能的适应性对照表

盾构机针对性设计对照表

4.4.1、刀盘刀具整体布置

刀盘设计成圆盘形结构且带有较宽的进料口，用合格的Q345R材料制作，能安装硬岩刀具和软土刀具。刀盘面是封闭的钢结构件，边缘上焊耐磨钢条。刀盘前面的周边区域焊耐磨层，边缘区域的后部焊耐磨块。

四根辐臂支撑的厚壁法兰连接主驱动装置并且作为刀盘面板的基座。刮刀装在整个刀盘开口的边缘，同时在刀盘中心的径向开口边缘以及刀盘外圆周的开口边缘也装有轮廓刀具。在中心回转体上配有注射调节土壤介质的通道。刀盘上有四个泡沫通道。

本工程所采用的刀盘及刀具设计形式充分考虑了本区间的地质特点。本区间地层为卵石土，所以刀盘的刀具配备应针对砂卵石地层。

中心比之前减少刀具的轨迹密度，增加刀盘开口率，使大粒径卵、砾石容易脱落而进入土仓；周边换单刃滚刀为双刃滚刀，增加刀具运动轨迹，从而增强刀具的切削能力，延长了刀盘的使用寿命。

刮刀和撕裂刀刀刃到刀盘面板的距离小于滚刀刀刃到刀盘面板的距离。此种刀具的布置优点如下：

滚刀与刮刀和撕裂刀刃高差的存在保证了在遇到大直径卵砾石时通过滚刀进行破碎而保护刮刀与撕裂刀不受损害；滚刀在刀盘正面的一字形布置方式能减小大直径卵砾石在刀盘前的滚动，有利于卵砾石的破碎或刮落。

刀具与刀盘面板间高差的存在有利于渣土的流动和排出，防止刀盘泥饼的形成，并减少渣土对刀盘面板的磨损。

4.4.2、刀盘结构特点

刀盘为焊接结构，在刀盘上焊接了安装各种刀具的刀座。刀盘和主驱动通过一个很厚的4幅臂铸钢结构与主驱动法兰盘相连，传递足够的扭矩和推力。刀盘可以双向旋转。

刀盘直径6280mm(安装新滚刀时的最大直径)，刀盘厚度450mm，从法兰盘底面到刀盘面板高1310mm，刀盘总重约52t（S-526/S-527为60t）。

S-394、S-395刀盘刀具布置图

S-526、S-527刀盘刀具布置图

为了保证刀盘的整体结构强度和刚度，周边和中心部件在制造时采用先栓接后焊接的方式连接。根据对刀盘设计模型在硬岩模式下对每个滚刀加载25t的荷载有限元分析结果显示，刀盘的强度和刚度均满足要求。

耐磨设计：对刀盘及刀具的保护措施如下表所示：

保护措施表

刀盘驱动及支撑形式：刀盘由九个液压马达通过九个减速机来驱动。刀盘驱动配备的功率为945KW，S-394/S-395额定转矩为5980 KN.M，脱困扭矩,7150 KN·M,刀盘的转速范围为0～4.56rpm；而S-526/S-527额定转矩为5380KN·M，脱困扭矩为6930KN·M,刀盘的转速范围为0～4.5rpm。

刀盘采用中间支撑方式。刀盘主轴承采用德国Hosche公司的产品，主轴承外径Φ3000mm，主轴承的外密封采用三道注脂密封，主密封的设计寿命为5000h，主轴承的设计寿命为10000h,有效地保证主轴承在长时间的盾构掘进中不会损坏。

4.4.3、刀具的布置形式

盾构刀具是根据本标段地质特点，根据刀具在砂卵石、基岩（卵石密集区）中不同的破岩机理来进行设计和选择的。刀盘上可以安装不同类型的刀具以适应不同地层的开挖，主要刀具类型有中心双刃滚刀、单刃滚刀、撕裂刀、铲刀和刮刀，其中滚刀和齿刀的刀座形式相同，根据不同的地质类型两种刀具可以互换。在基岩（卵石密集区）中掘进时刀盘需安装滚刀，在砂卵石中掘进时可以根据需要把滚刀更换为对应形式的齿刀。盾构机上使用的刀具种类如表所示。 

刀具形式表

本标段区间隧道大部份卵石含量高、粒径大：区间隧道穿越的地层主要为〈2-8〉卵石土地层，该层卵石含量高达75%，粒径以20mm～80mm为主，充填物为细砂，局部夹少量角砾或漂石，分选性差，局部含有大粒径、高强度漂石，因此，刀盘和刀具必须要适合此地质特点。

4.4.5、刀具选择对地层的适应性

（1）在砂卵石地层中，S-526、S-527分别配置了4把17寸双刃中心滚刀，17把17寸单刃滚刀，9把17寸双刃滚刀，28把刮刀，8把边刮刀。而S-394、S-395刀具配置了4把18寸双刃中心滚刀，17把18寸单刃滚刀，15把18寸双刃滚刀，20把焊接撕裂刀，6把喷口保护刀，32把刮刀，8把边刮刀。这样，可以增加中间部位的开口率，切割下来的物料直接可以从中心部位进入土仓；而过大的砂卵石将掉落到刀盘前部的下方，由单刃和双刃滚刀进行切割破碎后，进入土仓。

（2）对粒径小于300mm的卵石、砾石及砾石土，可通过刀盘上布置的滚刀滚压松动后，由铲刀和刮刀切削下来。通过刀盘的开口进入土仓经螺旋机排出。

（3）为提高刀具的耐磨性，滚刀采用了高度耐磨的切削环（刀圈），铲刀和刮刀用高耐磨的钢刀体，刀刃是镶嵌硬质合金刀刃，背面又焊有耐磨层。这些措施很好的提高了刀具的耐磨性。

（4）滚刀和齿刀的刀座形式相同，根据不同的地质类型两种刀具可以互换，提高了盾构对地层的适应性。

（5）所有的刀具都可以在刀盘背后换装，从而保证安全、高效地更换刀具。

（6）在长距离砂卵石地层中掘进施工，要密切注意刀盘的扭矩变化，根据施工经验对扭矩和地层的匹配关系及监控设备的监测做出判断，以便及时发现刀具、刀盘的非正常磨损或破坏以及其它异常。在扭矩范围内及时适当调整刀盘的驱动扭矩上限设定值，从而有效地保护刀盘和刀具不受到异常损耗。

4.4.6、刀盘设计对地层的适应性

（1）刀盘中心部位开口率的增大、向后倾斜的出料开口及合理的泡沫注入设置等措施的采取，提高了泥渣通过刀盘的能力，减小了对刀盘的磨损。

(2）刀盘上刀座的特殊设计使所有刀具都可以在刀盘背后换装。一旦需要换刀就可以通过带压进仓进行更换。

(3）刀盘采用Q345R材料制造并焊有耐磨条、耐磨焊层和耐磨块。这些保护措施提高了刀盘的耐磨性。

(4）刀盘的设计模型在卵石层模式下进行有限元分析，实践证明刀盘的强度和刚度均满足本工程施工的要求。

(5）刀盘面板上设有加泥孔，可用于加注高浓度泥浆，进行土体改良。

(6）刀盘背面设有搅拌棒，有利于对螺旋机进行喂料。

通过采取以上一系列措施，使刀具和刀盘的配置完全能适应本工程的地质，即盾构机满足在卵石土地层中长距离掘进的需要。

4.4.7、对大粒径卵石、漂石的处理方式

遇到大粒径卵石、漂石时，由单刃和双刃滚刀进行切割破碎后，进入土仓。而单刃滚刀区域遇到过大粒径的砂卵石时，将直接破碎，再进入到土仓，由螺旋输送机输送出。

第五章 盾构机的改造和维修

5.1、 S-394/S-395盾构机的改造

5.1.1、推进油缸

改造原因：在成都地铁2号线西延线1标后期掘进过程中，S-395盾构机在推进过程中，由于盾体滚动角变动太大，导致部分油缸的固定座出现不同程度的开裂、螺栓断裂情况。为了满足4号线掘进施工要求，对S-395盾构机的推进油缸座子进行重新定位固定。

改造方案：采用D50厚钢板重新加工开裂损坏的螺栓座子，更换损坏螺栓，油缸座子周边加焊D50钢板，增强油缸座子的抗扭强度。

5.1.2、浆液搅拌    

改造原因：S-394/S-395盾构机台车上的砂浆罐搅拌装置两端轴承工作条件比较恶劣，一旦润滑不足，泥沙极易进入密封，导致轴承偏磨损坏。

改造方案：在砂浆罐端头安装自动注脂系统，可持续、周期性的对两端轴承进行润滑，可有效的延长轴承的使用寿命。

5.1.3、加水系统

改造原因：S-394/S-395盾构机缺少固定的加水装置向开挖仓内加水，在掘进过程中容易引起渣土改良不均匀，导致推进不稳定。

改造方案：在操作室安装一套加水装置，加水控制由盾构操作司机自己操控，方便操作控制。

5.1.4、二次补浆装置

改造原因：成都地层地下水丰富，流动性大，为了弥补同步注浆量的不足，需要进行二次强补浆，但是海瑞克盾构机没有针对此项的设计。

改造方案：在连接桥端头加设一台砂浆泵，有针对性的对连接桥上方管片进行及时的补浆。浆液由盾构机1号台车同步注浆储浆罐提供。

5.2、S-526/S-527盾构机的改造

5.2.1、加水系统

改造原因：盾构机缺少固定的加水装置向开挖仓内加水，在掘进过程中容易引起渣土改良不均匀，导致推进不稳定。

改造方案：在连接桥安装一套固定的加水装置，方便操作人员的操作。

5.2.2、二次补浆装置

改造原因：成都地层地下水丰富，流动性大，为了弥补同步注浆量的不足，需要进行二次强补浆，但是海瑞克盾构机没有针对此项的设计。

改造方案：在连接桥端头加设一台砂浆泵，有针对性的对连接桥上方管片进行及时的补浆。浆液由盾构机1号台车同步注浆储浆罐提供。

5.3、盾构机的维修

5.3.1、海瑞克检测项目（S-394/S-395/S-526/S-527盾构机）

（1）主驱动密封更换、主驱动减速箱检测、行星齿轮检查、主轴承检查、齿轮油系统检查。

（2）油品检测取样

（3）液压油缸压力测试

（4）液压、电气系统无电情况下检测

（5）拼装机的全面翻新

（6）盾体、螺旋机轴、叶片管片吊机轨道的探伤，筒体的检测

（7）螺旋机筒体水压测试

（8）中心回转体检测

（9）带点情况下液压、电气系统检测

（10）SAMSON系统检测

（11）盾构机的调试及掘进技术支持

5.3.2、自检维修项目

（1）刀盘

①S-394、S-395刀盘由中国中铁隧道装备结合海瑞克原有刀盘的参数进行重新设计加工。（附录3：新加工刀盘总装配图）刀盘参数对比如下： 

S-394、S-395刀盘参数的比较

（2）自检维修保养情况对照如下：

S-394、S-395盾构机对照表

     四台盾构机将用于成都地铁4号线3标，我部在对盾构机核心系统如主驱动、拼装机、螺旋机、刀盘、液压系统、电气系统进行翻新的同时，海瑞克公司将提供此过程的所有技术指导和现场服务指导。海瑞克在检测结束后将提供每台盾构机的检验报告，调试报告和相应证明，以满足盾构机达到盾构始发掘进的条件（参照新盾构机出厂标准）。同时在我部进行始发及试掘进过程中提供工地现场的技术支持。

盾构机投入使用前期，我部盾构技术人员对盾构机检修方案进行讨论后决定采取先检修后组装的方式，以便确保盾构机性能完好。物资部负责整个施工过程中材料的供应，机电部派专业技术人员对盾构机每天的检修进度和质量进行监督和指导，如发现问题及时纠正和解决。项目部组织专业验收小组对每个星期盾构机修复的进展情况和质量进行检查，如发现问题及时责令整改。待维修保养调试结束后，验收小组将对检修的质量进行总体验收。如遇到重大问题需要立刻进行维修的，项目部将组织专业技术人员并邀请德国海瑞克的相关专家共同对盾构机进行全面、细致的检测，共同协商后由机电部制定维修方案，送项目总工审查，交监理部审批后，与海瑞克技术人员共同完成该项任务。

在始发前根据全面的维修调试情况我项目部将会配备充足的盾构机易损件以保证盾构机的正常施工。

综上所述：四台盾构机的工作性能完全满足再次掘进的条件，我们相信四台盾构机必能以最优异的性能完成成都地铁4号线3标[中坝站-西客站-苏坡立交站]盾构区间的掘进工程。下载本文