摘要：中铁装备盾构机是由中国中铁工程装备集团有限公司设计制造的土压平衡盾构机，该盾构机主要针对华南地区等地质设计制造的。
关键词：中铁装备盾构机 华南地区 施工难点及风险适用分析
一、中铁装备盾构机介绍：
该盾构机由主机、连接桥架及六节台车组成，该盾构机开挖直径为6280mm，装机功率达1707.6kw，全长80m，重达500t，最小曲线半径250m，刀盘额定扭矩6000kNm，最大推力3700t，最高掘进速度80mm/min，最大爬坡能力±50‰。刀盘转速0～3.7rpm。滚刀尺寸为17寸，刀高175mm，中心双联滚刀为6把，单刃滚刀32把，共44个刃，中心滚刀刀间距为90mm，正面滚刀刀间距为75mm。滚刀的安装破坏推力荷载5000t，安全系数4,有效使用寿命≥10000小时。主驱动配置8组液压马达驱动（已经预留1组驱动安装位置，共可安装9组驱动，安装9组驱动时，额定转速为3.35rpm，额定扭矩6650kNm，脱困扭矩8100 kNm），额定扭矩6000kNm，脱困扭矩7200kNm，可以满足在对扭矩要求较高的地层中掘进；最高转速3.7r/min，可以满足在风化岩中较快转速的掘进要求。
二、盾构机在华南地区施工难点及风险分析
1、全断面微风化破岩问题。
2、上软下硬地层破岩、刀具异常损坏、沉降。
3、球状风化地层刀盘刀具异常损坏、螺机堵塞。
4、预裂爆破地层刀具异常损坏。
5、全断面透水砂层喷涌、沉降、早期磨损。
6、全强风化、砂砾质粘性土地层泥饼、喷涌、沉降。
7、不同地层配刀的实时性、刀位冲突性矛盾。
8、淤泥及杂填土层抛石。
三、中铁装备盾构机在华南地区通用设计特点
中铁装备针对广州等华南地区，提供的盾构按照复合式盾构进行设计制造，其中：
1、刀盘/刀具设计针对深圳/华南地铁地质条件，同时兼顾适用于类似地层条件的国内其他城市地铁盾构隧道。为改善碴土具有良好的流动性，刀盘支撑系统采用中间支承方式，利用刀盘（旋转）和承压隔板（固定）的相对运动进行搅拌，若在隔板适当位置加设搅拌棒可以增强搅拌效果。
2、主驱动设计满足国内所有城市各类地层条件，包括淤、泥、粉、砂、卵砾石及各类风化岩地层掘进施工。针对华南地区复合地层施工，安装8组驱动，额定扭矩6000kNm，最高转速3.7r/min，液压方式驱动。人舱采用并列双舱在前盾上部安装形式，以利于复合地层换刀的快捷安全。
3、土仓采用中心隔板固定方式并配有高压水冲刷系统，有效防止土仓中心 泥饼。
4、螺旋机强化了螺旋机轴、筒体的耐磨措施，同时采用双下出闸门设计。
5、泡沫系统采用单管单泵设计，确保碴土改良的有效性及效果，避免泥饼。
6、膨润土系统采用渣土改良泵+盾壳膨润土泵配置，需要时可同时用于渣土改良。
四、中铁装备盾构机在华南地区穿越上软下硬地层重难点分析
上软下硬地层掘进过程中，最大危害是下面硬地层造成掘进速度慢，但在较慢的掘进速度下，上面的软土容易造成超挖，导致地面严重沉降。
在盾构掘进通过时，存在的主要问题可归纳为以下几点：
1、出土量过多，容易引起地面较大的沉降。
2、盾构机姿态较难控制，容易造成隧道轴线偏移。
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3、容易产生管片的开裂、崩角、渗漏水等质量问题。
4、刀具磨损严重，往往需要压气换刀。
五、中铁装备盾构机在华南地区针对重难点采取的解决措施
1、对于上软下硬中的盾构掘进原则上采用半气压模式推进，其一能够保证上部土体不发生坍塌，确保土层稳定，使得地表沉降受控；其二可以提高盾构掘进速度，避免引发盾构机主轴承温度超限、刀盘形成泥饼等不良现象；其三刀盘刀具能得到保护，减缓磨损速率。控制上部软覆土层的沉降，必要时注泡沫或泥浆对碴土改良。掘进过程中要严格控制每环的出土量，同时必须保证砂浆的注入量。在出土量正常的情况下，如果出现同步注浆的砂浆进入土仓中而不能保证注浆量的情况时，就及时通过脱出盾尾的管片的吊装孔进行补充注浆，保证注浆量，确保开挖面与管片之间的间隙能及时得到填充，避免地面沉降及管片产生开裂、崩角、渗漏水等质量问题。
2、加强盾构机推进线路和姿态控制，施工过程中密切注意测量数据，根据测量数据所反映的情况及时调整各组千斤顶的推力及刀盘转速等掘进参数，确保盾构机姿态在事前制定的控制范围内变化。同时，施工中可采取正反向转动刀盘、使用稳定器等措施对盾体的滚转进行控制。
3、盾构在软硬不均匀地层中掘进时，容易对刀具造成较大的磨损，刀具应采用合金刀具和加设耐磨焊条以加长换刀距离，同时必须做好刀具的检查和更换工作，确保盾构机的掘进效率，控制地层沉降。根据实际调节推力，减小刀具在岩层交界面碰撞强度，降低刀盘转速，防止软硬界面处刀具的崩裂。
4、加强施工监测，实施信息化施工。地面构筑物及地下管线、地面沉降监测成果是确定盾构机掘进参数的重要依据，为保证盾构机正常掘进和地面建筑物及地下管线的安全，信息化施工是重要手段，因此，盾构掘进中，一定要加强施工监测，及时反馈，为掘进参数的设定及辅助措施的实行提供重要的依据。
5、做好地面加固处理，特别在建筑物基础范围，必须严格按照设计图纸施工。
六、中铁装备盾构机在华南地区穿越硬岩段重难点分析及采取的解决措施
1、中铁装备盾构机在华南地区穿越硬岩段重难点分析
隧道洞身范围内为微风化花岗岩地层，盾构由土层进入硬岩段时，掌子面为上软下硬地层，易造成盾构出土不均，刀盘磨损，盾构机抬头等施工风险，导致地面发生较大沉降。盾构在全断面段掘进，刀具磨损大，掘进速度慢，因此，区间穿越硬岩段是技术难点之一。
2、中铁装备盾构机在华南地区穿越硬岩段采取的解决措施
（1）、在盾构穿越前进行一次换刀，硬岩掘进中根据掘进中的刀具损失情况进行更换刀具。在硬岩掘完成后，及时进行更换刀具进行正常区的间的掘进。
（2）、土仓压力为0，敞开式推进；
（3）、一般刀盘转速1～1.5r/min，盾构掘进速度10mm/min左右；
（4）、同步注浆以压力和量作为双控标准，一是注浆量必须不小于理论值，二是压力达到0.35MPa左右；
（5）、考虑到岩层有可能存在裂隙水，一般每5～10环进行一次盾尾双液浆封环，用于隔绝裂隙水与盾构机刀盘之间的流通通道，避免螺旋机喷涌；
（6）、严密关注刀盘扭矩、盾构掘进速度等参数，用于判断滚刀磨损值，并选择常压开仓换刀。
结语：
中铁盾构机在设备刀盘/刀具、主驱动、螺旋机、渣土改良等重要系统及部件设计上均考虑了包括华南地区复合地层适应性要求，均具有在中铁装备盾构在华南地区的设计特点，且不断改进完善，其性能及技术比较成熟，适应性好，可靠性较高。
参考文献
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[3] 庄千伟、龚国芳、杨华勇、周华盾构机推进系统分析[J].液压与气动，2004（4）
论文作者:上官厚明
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/14
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