浅谈土压平衡盾构机配套设备选型与优化

刘会强

中铁七局集团第五工程有限公司河南郑州450000

摘要：结合郑州地铁2号线航海东路站～长江路站区间盾构配套设备选型实例，介绍了土压平衡盾构机配套设备选型参数确定及优化，以供今后在配套设备选型方面参考。

关键词：土压平衡盾构配套设备选型优化

前言：目前盾构法施工中,盾构机因为价值大、技术复杂等特点在选型时往往受到高度重视;而配套设备由于金额相对较低、机型杂、数量多等特点往往不被重视。但在施工中配套设备与盾构机形成一个施工流水线，任何一个环节上出问题，都直接影响着生产效率。

1确定盾构配套设备的参数

根据盾构施工循环进程，确定了单线运输一次性运完每环掘进出土量的作业方法，据此施工方法来选择配套设备的型号和数量。

1.1渣车参数

每环出土量V=π/4*D2*L=3.14×6.282/4×1.5=46.4m3。依据地质特性，改良后的渣土膨胀系数取1.5，即实际出土量为69.6m3。考虑到渣车装不满、倒不净的实际情况，预留一定余量，设计渣车容积为18m3，4节渣车编为一组，实际总容量72m3。

1.2砂浆车及砂浆罐参数

根据以上计算结果，综合考虑选用粘重为45T的变频机车。

1.5盾构机的限界条件

盾构机台车内侧间距为1820mm，且编组两侧安全距离不小于150mm，即编组最大宽度不能超过1520mm，最终确定编组宽度为1500mm。且皮带机出渣口至编组可运行的轨道端头有效运行长度为44m，设计时每编组即4节渣车、1节砂浆车、2节管片车及之间连接杆总长不超过44m。另外编组的高度不能超过盾构机台车的限高，即轨面以上2700mm。

1.6同车组设备匹配性

按照一般情况运行要求，车组轨距900mm，每节车牵引销中心线距轨面高度选择350mm，最小转弯曲线半径小于25m。

1.7门式起重机参数

吊装物重量决定门式起重机吊钩的规格。每渣斗渣土重量为36T，每次要将渣斗一起吊出，渣斗重量为6T，合计重量42T。装吊运输工程中3块标准块一起吊运，共计12.6T，考虑到吊牵引机车（不含电瓶组）重量33.6T的情况，最终设计扁担主钩中间的旋转吊钩为45T；选择副钩时，考虑到吊电瓶（3.8T）、钢轨等小料作业频繁，选择较高的速度更有利于生产，副钩设计为10T。

1.8拌合站参数

掘进每小时按1.5环考虑，则需砂浆搅拌能力为1.5×7.2=10.8m3/h，保险系数取2，则需搅拌站能力为21.6m3/h，按25m3/h考虑设计能力。选用JS500搅拌机和PLD800配料机，生产率25m3/h，卸料高度1.5m。每天可掘进16环，则需要砂浆量为115.2m3，而每方中含水泥0.34T，则每天需要水泥量为39.2T；每方中含粉煤灰0.2T，则每天需要粉煤灰量为23T，考虑水泥、粉煤灰的运输，均采用100T罐体。

2配套设备优化

结合现场的实际使用情况，针对各设备的不足提出了优化措施，为以后配套设备选型提供参考。

2.1渣车优化

1）在倒土过程中由于液压挂钩挂到侧箱时受角度的限制，无法倒净渣土，少则有近1m3，多则2～3m3，因此设计渣斗时要考虑一定的富余量。

2）轮毂润滑点设置位置不便操作，维护不方便，建议优化。

3）渣斗与门式起重机厂家进行设计制造时应提前做好沟通，确保尺寸匹配。

2.2砂浆车优化

1）现场配置了轴端自动注脂系统，手动与自动注脂结合，避免因注脂不及时、注脂量不足而导致密封失效。

2）选型时着重考虑泵出料管的特殊要求，使出料管略向下倾斜便于将离心泵中砂浆清洗干净；且根据盾构机砂浆罐上料管尺寸确定泵的出料管尺寸，确保管径匹配。

2.3管片车优化

1）管片车支撑弧面与管片外弧面匹配，安装橡胶缓冲垫，保证管片不损坏，并留管片吊带抽出的空间。

2）每辆车上放置3块管片，选型时特别注意双轨梁卸管片时的起升高度要求，一般为1600mm，避免因管片车过高导致不能卸管片。

3）将手刹设计在管片车上表面，替代手刹设在两端，有效避免了倒车时手刹撞坏。

2.4牵引机车优化

1）操作系统仍采用传统式的手柄控制，施工中多次出现手柄失灵现象，厂家维修周期为5天，直接影响施工进度，建议厂家优化。

2）电瓶组连接插头设计不合理，极易造成短路，导致插头线路烧坏及电瓶击穿，在以后的选型中应增加该部位的漏电防护装置，并施工中做好维修保养工作。

3）牵引机车运行过程中，轮对闸瓦磨损严重，更换较多，因此选型时对各部件的性能必须严格要求，且储备适量的易损部件。

2.5门式起重机优化

1）门式起重机跨度为19.72m、21m和22m。但预留跨度范围太小，而现在地铁施工现场对跨度要求往往超过了24m，建议在以后选型中把预留跨度范围放大，更利于长久性利用。

2）该设备配电柜布置在下横梁上，阻碍了悬臂外起吊重物通过支腿，建议将电气部分设置于双主梁上，并将下横梁降低至轨面上30cm左右，便于悬臂外起吊重物通过支腿。

2.6砂浆拌合站优化

1）该设备仅配备了两称（粉煤灰和水泥共用一称，砂料用一称，水计时称重），这样配置使水泥称重完成后才能进行粉煤灰称重，不方便操作，并且采用自吸泵计时称重，供水效率低，若进水管破损或进入空气，易造成计量错误，现场更改为潜水泵抽水，建议在设备选型时应选择配备四称（砂、水泥、粉煤灰、水各1称），并在合适位置布置平板震动器。

2）在整机布置上可将砂称料斗的闸门气缸和平板震动器布置于铲车上料侧，以免上料斗碰撞闸门气缸，使布局更加紧凑。

3结束语

盾构施工是一个需要全方位配合才能完成的工作，尤其是施工设备，只有选用高效、经济、匹配的配套设备，才能为盾构施工发挥最大的经济效益。

参考文献

［1］杜亚娥.盾构后配套设备选用原则的考虑[J].建设机械技术与管理.2009

［2］余冰.盾构施工配套设备选型计算.科技创新导报.2008