对地铁盾构机的改造

本文通过对已完成深圳地铁施工的复合土压平衡盾构机（适应φ6?000?mm管片外径）进行适应性升级改造，使其适应了上海地铁施工要求（适应φ6?200?mm管片外径）。现将实施过程简介如下：

深圳、上海地铁隧道的管片外径不同，虽管片宽度相同（都为1?200?mm），但深圳管片的封顶块采用2/3搭接，上海的采用1/3搭接，因此必须将原适用于深圳的φ6?140?mm盾构机改造成适用于上海的φ6?340?mm盾构机，才能在上海使用。改造后的盾构机力求在技术、性能、安全等方面达到同类新产品的标准，并能在多条隧道施工中重复使用，以降低施工成本，提高企业的市场竞争力。

1.原盾构机主要技术参数

(1) 结构尺寸

盾构机外径φ6?140?mm，盾尾间隙25 mm，从刀盘到盾尾的长度?8?520?mm，有3层盾尾密封刷。

(2) 推进系统

有26个推进液压缸，总推力39?000?kN，行程1?700?mm，推进速度6.2?cm/min，推进压力分4个区，每个区的推力可在操作室调整。

(3) 刀盘及其驱动

刀盘采用面板式，最大开挖直径6?190?mm，刀盘转速0.2～3?r/min，最大转矩6?327?kN·m，驱动功率1?120?kW。

(4) 螺旋输送机

叶片直径?800??mm，转速 2～15.8?r/min，驱动转矩60?kN·m，理论最大输出能力288?m3/h 。

(5) 拼装机

采用环形齿轮型，转速0.78~

1.53?r/min，回转角±220°，水平推力200?kN，平移行程550?mm，垂直提升力150?kN，提升行程700?mm。

2.盾构机的改造项目

(1) 刀盘及其驱动装置

在刀盘盘体外加装钢板，使其外径达到φ6?340?mm；刀盘原有的滚刀全部拆除，新制作周边刀、中心刀、弧向刀和羊角刀，全部焊接于刀盘；超挖刀沿径向外移100?mm，以满足φ6?340?mm的超挖要求；增加的24把周边刀，错开原超挖刀与周边刀的位置在刀盘外圆上均匀分布，使最大切削直径达到φ6?340?mm。

利用原有的刀盘驱动系统，对刀盘驱动的主轴承进行修复，使原本达到使用寿命的主轴承可再利用，降低了成本。

(2) 盾构机壳体及盾尾

盾构机壳体的作用是保护人员和设备安全（周围是土和水），并支承各类设备。通过分析对比，决定保留原铰接装置；改造前壳体，即在原有前壳体外侧加装钢板，使其外径达到φ6?340mm；重新设计制造后壳体，使其直径为φ6?340?mm，长度为8?020?mm，盾壳钢板厚45?mm，盾尾钢板厚16?mm；推进液压缸按上海管片的分块重新布置，增加4点外置式同步注浆及盾尾油脂管；螺旋机与胸板的连接位置(到中心轴距离)及角度(20°)和原来的一样；重新设计盾尾刷，采用2道钢丝刷和1道钢板刷。如附图所示。

(3) 推进系统

推进系统改造采用长、短行程推进形式，根据上海管片的分块及拼装要求，将原有的液压缸（推力1?500?kN、行程1?700?mm，封顶块处液压缸除外）作为短行程液压缸，封顶块处的更换为重新制作的长行程缸（推力1?500?kN、行程2?100?mm）。根据上海管片的分块，推进液压缸重新布置，数量保持不变（26个），利用原有20个推进缸作为短行程缸，封顶块处的6个缸更换为长行程缸。除封顶块处液压缸被替换外，其余原有液压缸向管片方向后移350?mm。

(4) 拼装机

根据上海管片的拼装要求，对原有拼装机进行部分改造。提升缸增加行程100?mm，同时增加导向柱长度100?mm；因管片的封顶块搭接长度不同，平移缸需加长行程，由原来的550?mm加长至720?mm；由于单块管片的质量不同，重新配置拼装机的平衡重，提高回转机构的转矩，其液压系统压力由21?MPa提高到23?MPa，同时取消原有真圆保持器。

(5) 管片起吊机构

深圳采用的φ6?000?mm管片中的最重管片质量为3?000?Kg，而上海采用φ6?200?mm管片中的最重管片质量为4?000?Kg，为确保管片起吊运输的安全性，决定拆除原有的起吊机构，重新选配单轨梁、双轨梁起吊和行走机构，这样才能满足上海管片起吊的安全要求。

(6) 螺旋机、胶带机、辅助系统及其他后配套车架

这些设备大体保持原样，同时更新或改制部分辅助系统。螺旋机驱动油压由21?MPa提高到23?MPa；集中油脂泵、盾尾油脂泵应标准统一，增强其通用性，便于及时维修或更换；在推进速度一定的条件下，由于盾构机直径加大，单位时间内的出土量增加，因此将胶带机的胶带速度由1.2?m/s提高到1.6?m/s。

(7) 增加同步注浆系统

由于深圳用的φ6?140?mm盾构机采用壁后注浆（无同步注浆系统），而上海施工要求盾构机必须采用同步注浆，为此改造盾构机时必须增加同步注浆系统。

经计算，改造后的盾构机需配置同步注浆泵的每小时注浆量应为9.93?m3/h(每小时注浆量按180％计算)，采用4点注浆，每一点的注浆量为2.48 m3/h。根据以上计算，采用2台SCHWING  KSP5型液压双杆注浆泵同步注浆。为保证1环管片推进的注浆量，固定浆液筒容量按5?m3配置，并带搅拌装置。

(8) 其他部件的互换使用

其他部件尽量利用原盾构机上经检测合格的零部件，并应进行必要的维修、保养，以保证改造后盾构机的质量。

经上述系统改造的盾构机已经完成4条上海地铁隧道的区间施工，技术指标达到了新机的水平，大大降低了施工成本，提高了企业的经济效益。

(作者地址：上海市北昊路788号 上海隧道工程股份有限公司设备租赁分公司 201109)