一種新型盾構機專用電纜的研制

摘 要：根據盾構機的使用場合及其相關的國內外資料，對其主要技術性能、產品結構和材料選用進行了詳細的分析，制造出一種新型的盾構機專用電纜，產品符合或者超過國內外相關標準的規定。

關鍵詞：盾構機；電纜；結構；材料；工藝

盾構機電纜主要是與地下盾構掘進機設備配套使用。盾構機主要是在地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程中使用。用盾構機進行隧洞施工具有自動化程度高、節省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沉降、減少對地面建筑物的影響和在水下開挖時不影響地面交通等特點，在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用盾構機施工更為經濟合理。大型盾構機技術附加值高、制造工藝復雜，國際上只有歐美和日本的幾家企業能夠生產。之前國內盾構機設備主要是依靠進口，目前國內具有自主知識產權的國產盾構機是上海隧道工程股份有限公司研制的國產“863”系列盾構機。隨著盾構機設備的國產化，與之配套使用的盾構機電纜也逐步形成國產化。本文介紹該電纜的結構設計、材料選用及工藝的要求，供相關技術人員參考。

一、主要技術性能

根據盾構機專用電纜的特殊使用場合，以及對國外盾構機電纜樣品的結構及機械物理性能進行分析，同時結合國內客戶提出的一些特殊要求，我們研發了這種盾構機專用電纜。其主要性能如下：

1）電纜具有優異的抗拉、耐磨及反復的彎曲卷繞性能。同時在頻繁的彎曲、移動、卷繞過程中，要保證電纜不起蛇形、導體不斷芯，護套不開裂等性能。

2）電纜能在環境溫度為-20～90℃的條件下正常工作，護套不發生開裂，電纜導體最高允許運行溫度為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場合使用。

4）采用馬鞍形的墊芯作為定位結構，使得成品電纜在彎曲移動過程中，減少線芯與線芯之間的相對滑動，增加線芯的穩定性，提高電纜抗彎曲性能。

5）電纜具有優異的耐油、耐磨等性能。

二、產品結構與材料的選用

（一）產品結構

根據上述要求，我們設計的盾構機專用電纜采用三大+三小結構。其中三大是指三個中壓動力線芯（導體+導體屏蔽層+絕緣層+絕緣屏蔽層）；三小是指三個地線芯（導體+導體屏蔽層）。電纜中心采用馬鞍型墊芯的定位結構設計，外護套采用高強度、高耐磨型的橡皮護套。

（二）材料的選用

1.導體

根據盾構機專用電纜的特殊使用場合，電纜需要經常的彎曲、移動、卷繞。導體要具有較高的耐曲撓性能，否則，電纜會經常出現導體斷芯的情況。通過我們多次的工藝驗證，確定電纜導體股線和復絞都采用小節距，復絞時內外層絞向同向，這種股線的絞合方法可以保證電纜導體外徑較小、電纜更柔軟，具有更優異的耐曲撓性能。

2.動力線芯導體屏蔽

導體屏蔽應是非金屬的，由擠包的半導電料或在導體上先繞包半導電帶再擠包半導電料組成。擠包的半導電料應和絕緣緊密結合。擠包要緊密、外觀應圓整。

3.動力線芯絕緣

采用耐溫等級為90℃且電性能優異的三元乙丙絕緣料，應緊密地擠包在導體屏蔽上，且容易剝離而不損傷導體。絕緣層的橫斷面上應無目力可見的氣孔和砂眼等缺陷。

4.動力線芯絕緣屏蔽

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

5.地線芯

在地線芯外擠包一層半導電材料。擠包應密實，外觀應圓整。

6.馬鞍型墊芯

馬鞍型墊芯在擠出時，采用芳綸絲做為牽引線，因芳綸絲號稱是合成的鋼絲，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，使得電纜在出現短路故障時，提高電纜導通短路電流的能力。

7.外護套

外護套采用氯丁橡膠材料。此材料具有優異的機械物理性能，同時還具有耐油、耐磨和阻燃等性能。

三、工藝要求

1）導體。導體采用符合GB/T 3956標準中微細特軟銅絲復絞而成。電纜的結構設計中，導體采用5類導體，電纜導體股線和復絞都采用小節距，復絞時內外層絞向同向，這樣的絞合方法可以保證電纜導體外徑較小、電纜柔軟容易彎曲。導體股線的復絞節徑比不大于25，導體復絞時最外層節徑比不大于9.5，內層節徑比不大于17。

2）絕緣。動力線芯的導體屏蔽+動力線芯絕緣+動力線芯絕緣屏蔽，采用三層共擠工藝。在擠出前應保證材料的純凈度，以提高電纜的介電強度，能夠在高電壓狀態下安全運行。

3）成纜。三根動力線芯和三根地線芯間隔排列，這種對稱結構排列，能夠提高電纜的穩定性，使得電纜在彎曲、移動、卷繞過程中各線芯受力均衡。馬鞍形墊芯放置在纜芯中間位置，這種結構設計使得電纜在彎曲、移動、卷繞過程中，減小各線芯的位移，減少電纜斷芯風險。成纜節徑比為9.5～10，這種節距設置，使得電纜具有較好的柔軟性能，提高電纜的抗彎曲性能。

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

四、結語

本公司研制的盾構機專用電纜已經在客戶的工程上使用，客戶反饋電纜使用性能良好。目前這種產品已經大批量生產。由于這種電纜的具體使用場合比較嚴酷，經常的彎曲、移動、卷繞，使得電纜的使用壽命都比較短。那么，隨著材料的研發和工藝的進步，我們爭取盡快開發出高壽命的盾構機專用電纜，為客戶提供更好的產品。

參考文獻：

[1] GB/T 3956-2008.電纜的導體.

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

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