一種新型盾構(gòu)機(jī)專用電纜的研制

摘 要：根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的使用場(chǎng)合及其相關(guān)的國(guó)內(nèi)外資料，對(duì)其主要技術(shù)性能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料選用進(jìn)行了詳細(xì)的分析，制造出一種新型的盾構(gòu)機(jī)專用電纜，產(chǎn)品符合或者超過(guò)國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；電纜；結(jié)構(gòu)；材料；工藝

盾構(gòu)機(jī)電纜主要是與地下盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)設(shè)備配套使用。盾構(gòu)機(jī)主要是在地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程中使用。用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧洞施工具有自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時(shí)可控制地面沉降、減少對(duì)地面建筑物的影響和在水下開挖時(shí)不影響地面交通等特點(diǎn)，在隧洞洞線較長(zhǎng)、埋深較大的情況下，用盾構(gòu)機(jī)施工更為經(jīng)濟(jì)合理。大型盾構(gòu)機(jī)技術(shù)附加值高、制造工藝復(fù)雜，國(guó)際上只有歐美和日本的幾家企業(yè)能夠生產(chǎn)。之前國(guó)內(nèi)盾構(gòu)機(jī)設(shè)備主要是依靠進(jìn)口，目前國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)是上海隧道工程股份有限公司研制的國(guó)產(chǎn)“863”系列盾構(gòu)機(jī)。隨著盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，與之配套使用的盾構(gòu)機(jī)電纜也逐步形成國(guó)產(chǎn)化。本文介紹該電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用及工藝的要求，供相關(guān)技術(shù)人員參考。

一、主要技術(shù)性能

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)專用電纜的特殊使用場(chǎng)合，以及對(duì)國(guó)外盾構(gòu)機(jī)電纜樣品的結(jié)構(gòu)及機(jī)械物理性能進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)客戶提出的一些特殊要求，我們研發(fā)了這種盾構(gòu)機(jī)專用電纜。其主要性能如下：

1）電纜具有優(yōu)異的抗拉、耐磨及反復(fù)的彎曲卷繞性能。同時(shí)在頻繁的彎曲、移動(dòng)、卷繞過(guò)程中，要保證電纜不起蛇形、導(dǎo)體不斷芯，護(hù)套不開裂等性能。

2）電纜能在環(huán)境溫度為-20～90℃的條件下正常工作，護(hù)套不發(fā)生開裂，電纜導(dǎo)體最高允許運(yùn)行溫度為90℃。

3）成品電纜的最小彎曲半徑不小于6倍的電纜最大直徑，柔軟性能高，能夠適用于頻繁地高速移動(dòng)場(chǎng)合使用。

4）采用馬鞍形的墊芯作為定位結(jié)構(gòu)，使得成品電纜在彎曲移動(dòng)過(guò)程中，減少線芯與線芯之間的相對(duì)滑動(dòng)，增加線芯的穩(wěn)定性，提高電纜抗彎曲性能。

5）電纜具有優(yōu)異的耐油、耐磨等性能。

二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與材料的選用

（一）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的盾構(gòu)機(jī)專用電纜采用三大+三小結(jié)構(gòu)。其中三大是指三個(gè)中壓動(dòng)力線芯（導(dǎo)體+導(dǎo)體屏蔽層+絕緣層+絕緣屏蔽層）；三小是指三個(gè)地線芯（導(dǎo)體+導(dǎo)體屏蔽層）。電纜中心采用馬鞍型墊芯的定位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，外護(hù)套采用高強(qiáng)度、高耐磨型的橡皮護(hù)套。

（二）材料的選用

1.導(dǎo)體

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)專用電纜的特殊使用場(chǎng)合，電纜需要經(jīng)常的彎曲、移動(dòng)、卷繞。導(dǎo)體要具有較高的耐曲撓性能，否則，電纜會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)導(dǎo)體斷芯的情況。通過(guò)我們多次的工藝驗(yàn)證，確定電纜導(dǎo)體股線和復(fù)絞都采用小節(jié)距，復(fù)絞時(shí)內(nèi)外層絞向同向，這種股線的絞合方法可以保證電纜導(dǎo)體外徑較小、電纜更柔軟，具有更優(yōu)異的耐曲撓性能。

2.動(dòng)力線芯導(dǎo)體屏蔽

導(dǎo)體屏蔽應(yīng)是非金屬的，由擠包的半導(dǎo)電料或在導(dǎo)體上先繞包半導(dǎo)電帶再擠包半導(dǎo)電料組成。擠包的半導(dǎo)電料應(yīng)和絕緣緊密結(jié)合。擠包要緊密、外觀應(yīng)圓整。

3.動(dòng)力線芯絕緣

采用耐溫等級(jí)為90℃且電性能優(yōu)異的三元乙丙絕緣料，應(yīng)緊密地?cái)D包在導(dǎo)體屏蔽上，且容易剝離而不損傷導(dǎo)體。絕緣層的橫斷面上應(yīng)無(wú)目力可見的氣孔和砂眼等缺陷。

4.動(dòng)力線芯絕緣屏蔽

絕緣屏蔽由非金屬半導(dǎo)電層組成，每根絕緣線芯上應(yīng)直接擠包可剝離的非金屬半導(dǎo)電層。與絕緣相互緊密粘結(jié)。

5.地線芯

在地線芯外擠包一層半導(dǎo)電材料。擠包應(yīng)密實(shí)，外觀應(yīng)圓整。

6.馬鞍型墊芯

馬鞍型墊芯在擠出時(shí)，采用芳綸絲做為牽引線，因芳綸絲號(hào)稱是合成的鋼絲，采用芳綸絲做為牽引線，大大提高了馬鞍型墊芯的抗拉性能。其外擠包半導(dǎo)電材料，使得主線芯與地線芯之間相互接觸，使得電纜在出現(xiàn)短路故障時(shí)，提高電纜導(dǎo)通短路電流的能力。

7.外護(hù)套

外護(hù)套采用氯丁橡膠材料。此材料具有優(yōu)異的機(jī)械物理性能，同時(shí)還具有耐油、耐磨和阻燃等性能。

三、工藝要求

1）導(dǎo)體。導(dǎo)體采用符合GB/T 3956標(biāo)準(zhǔn)中微細(xì)特軟銅絲復(fù)絞而成。電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，導(dǎo)體采用5類導(dǎo)體，電纜導(dǎo)體股線和復(fù)絞都采用小節(jié)距，復(fù)絞時(shí)內(nèi)外層絞向同向，這樣的絞合方法可以保證電纜導(dǎo)體外徑較小、電纜柔軟容易彎曲。導(dǎo)體股線的復(fù)絞節(jié)徑比不大于25，導(dǎo)體復(fù)絞時(shí)最外層節(jié)徑比不大于9.5，內(nèi)層節(jié)徑比不大于17。

2）絕緣。動(dòng)力線芯的導(dǎo)體屏蔽+動(dòng)力線芯絕緣+動(dòng)力線芯絕緣屏蔽，采用三層共擠工藝。在擠出前應(yīng)保證材料的純凈度，以提高電纜的介電強(qiáng)度，能夠在高電壓狀態(tài)下安全運(yùn)行。

3）成纜。三根動(dòng)力線芯和三根地線芯間隔排列，這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)排列，能夠提高電纜的穩(wěn)定性，使得電纜在彎曲、移動(dòng)、卷繞過(guò)程中各線芯受力均衡。馬鞍形墊芯放置在纜芯中間位置，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得電纜在彎曲、移動(dòng)、卷繞過(guò)程中，減小各線芯的位移，減少電纜斷芯風(fēng)險(xiǎn)。成纜節(jié)徑比為9.5～10，這種節(jié)距設(shè)置，使得電纜具有較好的柔軟性能，提高電纜的抗彎曲性能。

4）外護(hù)套。外護(hù)套采用氯丁橡膠。護(hù)套擠制采用擠壓式模具，在模具選用上，氯丁橡膠護(hù)套與氯化聚乙烯護(hù)套材料的模具選用是不同的，有所區(qū)別。氯丁外護(hù)套的模套尺寸應(yīng)比成品電纜外徑小2～3mm。這種模具的選用，才能保證成品外徑合格。擠出過(guò)程中要控制好蒸汽壓力及牽引速度。保證產(chǎn)品的機(jī)械物理性能合格。

四、結(jié)語(yǔ)

本公司研制的盾構(gòu)機(jī)專用電纜已經(jīng)在客戶的工程上使用，客戶反饋電纜使用性能良好。目前這種產(chǎn)品已經(jīng)大批量生產(chǎn)。由于這種電纜的具體使用場(chǎng)合比較嚴(yán)酷，經(jīng)常的彎曲、移動(dòng)、卷繞，使得電纜的使用壽命都比較短。那么，隨著材料的研發(fā)和工藝的進(jìn)步，我們爭(zhēng)取盡快開發(fā)出高壽命的盾構(gòu)機(jī)專用電纜，為客戶提供更好的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 3956-2008.電纜的導(dǎo)體.

[2] MT 818.6-2009.額定電壓8.7/10kV及以下移動(dòng)金屬屏蔽監(jiān)視型軟電纜.

作者簡(jiǎn)介：趙春麗（1978-），女，漢族，本科，工程師，主要從事電線電纜類產(chǎn)品的研發(fā)與工藝管理。