一种新型盾构机专用电缆的研制

摘 要：根据盾构机的使用场合及其相关的国内外资料，对其主要技术性能、产品结构和材料选用进行了详细的分析，制造出一种新型的盾构机专用电缆，产品符合或者超过国内外相关标准的规定。

关键词：盾构机；电缆；结构；材料；工艺

盾构机电缆主要是与地下盾构掘进机设备配套使用。盾构机主要是在地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程中使用。用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响地面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。大型盾构机技术附加值高、制造工艺复杂，国际上只有欧美和日本的几家企业能够生产。之前国内盾构机设备主要是依靠进口，目前国内具有自主知识产权的国产盾构机是上海隧道工程股份有限公司研制的国产“863”系列盾构机。随着盾构机设备的国产化，与之配套使用的盾构机电缆也逐步形成国产化。本文介绍该电缆的结构设计、材料选用及工艺的要求，供相关技术人员参考。

一、主要技术性能

根据盾构机专用电缆的特殊使用场合，以及对国外盾构机电缆样品的结构及机械物理性能进行分析，同时结合国内客户提出的一些特殊要求，我们研发了这种盾构机专用电缆。其主要性能如下：

1）电缆具有优异的抗拉、耐磨及反复的弯曲卷绕性能。同时在频繁的弯曲、移动、卷绕过程中，要保证电缆不起蛇形、导体不断芯，护套不开裂等性能。

2）电缆能在环境温度为-20～90℃的条件下正常工作，护套不发生开裂，电缆导体最高允许运行温度为90℃。

3）成品电缆的最小弯曲半径不小于6倍的电缆最大直径，柔软性能高，能够适用于频繁地高速移动场合使用。

4）采用马鞍形的垫芯作为定位结构，使得成品电缆在弯曲移动过程中，减少线芯与线芯之间的相对滑动，增加线芯的稳定性，提高电缆抗弯曲性能。

5）电缆具有优异的耐油、耐磨等性能。

二、产品结构与材料的选用

（一）产品结构

根据上述要求，我们设计的盾构机专用电缆采用三大+三小结构。其中三大是指三个中压动力线芯（导体+导体屏蔽层+绝缘层+绝缘屏蔽层）；三小是指三个地线芯（导体+导体屏蔽层）。电缆中心采用马鞍型垫芯的定位结构设计，外护套采用高强度、高耐磨型的橡皮护套。

（二）材料的选用

1.导体

根据盾构机专用电缆的特殊使用场合，电缆需要经常的弯曲、移动、卷绕。导体要具有较高的耐曲挠性能，否则，电缆会经常出现导体断芯的情况。通过我们多次的工艺验证，确定电缆导体股线和复绞都采用小节距，复绞时内外层绞向同向，这种股线的绞合方法可以保证电缆导体外径较小、电缆更柔软，具有更优异的耐曲挠性能。

2.动力线芯导体屏蔽

导体屏蔽应是非金属的，由挤包的半导电料或在导体上先绕包半导电带再挤包半导电料组成。挤包的半导电料应和绝缘紧密结合。挤包要紧密、外观应圆整。

3.动力线芯绝缘

采用耐温等级为90℃且电性能优异的三元乙丙绝缘料，应紧密地挤包在导体屏蔽上，且容易剥离而不损伤导体。绝缘层的横断面上应无目力可见的气孔和砂眼等缺陷。

4.动力线芯绝缘屏蔽

绝缘屏蔽由非金属半导电层组成，每根绝缘线芯上应直接挤包可剥离的非金属半导电层。与绝缘相互紧密粘结。

5.地线芯

在地线芯外挤包一层半导电材料。挤包应密实，外观应圆整。

6.马鞍型垫芯

马鞍型垫芯在挤出时，采用芳纶丝做为牵引线，因芳纶丝号称是合成的钢丝，采用芳纶丝做为牵引线，大大提高了马鞍型垫芯的抗拉性能。其外挤包半导电材料，使得主线芯与地线芯之间相互接触，使得电缆在出现短路故障时，提高电缆导通短路电流的能力。

7.外护套

外护套采用氯丁橡胶材料。此材料具有优异的机械物理性能，同时还具有耐油、耐磨和阻燃等性能。

三、工艺要求

1）导体。导体采用符合GB/T 3956标准中微细特软铜丝复绞而成。电缆的结构设计中，导体采用5类导体，电缆导体股线和复绞都采用小节距，复绞时内外层绞向同向，这样的绞合方法可以保证电缆导体外径较小、电缆柔软容易弯曲。导体股线的复绞节径比不大于25，导体复绞时最外层节径比不大于9.5，内层节径比不大于17。

2）绝缘。动力线芯的导体屏蔽+动力线芯绝缘+动力线芯绝缘屏蔽，采用三层共挤工艺。在挤出前应保证材料的纯净度，以提高电缆的介电强度，能够在高电压状态下安全运行。

3）成缆。三根动力线芯和三根地線芯间隔排列，这种对称结构排列，能够提高电缆的稳定性，使得电缆在弯曲、移动、卷绕过程中各线芯受力均衡。马鞍形垫芯放置在缆芯中间位置，这种结构设计使得电缆在弯曲、移动、卷绕过程中，减小各线芯的位移，减少电缆断芯风险。成缆节径比为9.5～10，这种节距设置，使得电缆具有较好的柔软性能，提高电缆的抗弯曲性能。

4）外护套。外护套采用氯丁橡胶。护套挤制采用挤压式模具，在模具选用上，氯丁橡胶护套与氯化聚乙烯护套材料的模具选用是不同的，有所区别。氯丁外护套的模套尺寸应比成品电缆外径小2～3mm。这种模具的选用，才能保证成品外径合格。挤出过程中要控制好蒸汽压力及牵引速度。保证产品的机械物理性能合格。

四、结语

本公司研制的盾构机专用电缆已经在客户的工程上使用，客户反馈电缆使用性能良好。目前这种产品已经大批量生产。由于这种电缆的具体使用场合比较严酷，经常的弯曲、移动、卷绕，使得电缆的使用寿命都比较短。那么，随着材料的研发和工艺的进步，我们争取尽快开发出高寿命的盾构机专用电缆，为客户提供更好的产品。

参考文献：

[1] GB/T 3956-2008.电缆的导体.

[2] MT 818.6-2009.额定电压8.7/10kV及以下移动金属屏蔽监视型软电缆.

作者简介：赵春丽（1978-），女，汉族，本科，工程师，主要从事电线电缆类产品的研发与工艺管理。