土压平衡式盾构机的施工技术与设备故障处理

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1、土压平衡式盾构机的施工技术与设备故障处理赵　康中铁二十局集团第四工程有限公司　山东省　266061摘　要：盾构机是隧道作业的主要施工机械，本文总结了盾构机的基本工作原理，分类，详细介绍了土压平衡式盾构机的构造、基本工作工艺。并分析了目前施工过程中常见的施工问题以及解决这些问题的施工技术，对于现代的隧道施工具有指导意义。关键词：土压平衡式盾构机；施工工艺Abstract:theshieldmachineisthemainconstructionmachinerytunneloperation,thispape

2、rsummarizesthebasicachine,introducesindetailthestructure,earthpressurebalanceshieldmachinesintheconstructionofmonconstructionprocessandtheproblemofconstructiontechnology,oderntunnel.KeyARGIN:0cm0cm0pt"class=MsoNormal>：TU74：A1、概述1.1盾构机的工作原理盾构机一种进行隧道掘进、施工的专用

3、工程机械。近些年，交通压力越来越大，地铁在我国的各大中城市慢慢推广，盾构机的应用也得到极大推广。此外，盾构机还越来越多的应用到公路、铁路、市政、水利等隧道作业领域。盾构机的设计构造涵盖了力学、地质、土木工程、机械工程、测量技术等等多领域的学科。随着现代科技的进步，盾构机还逐渐融入了光、液、电、传感、电子信息等等先进技术，不断的完善，以适应各种地质条件的隧道施工。现代盾构机的基本工作原理是在金属护盾的保护下，整机沿着隧洞的轴线前进，利用旋转刀盘对挖掘面进行切削分解，破碎的土渣通过刀盘开口进入整机土仓，在螺旋输

4、送带的作用下出土输送到地面，同时由注浆装置完成注浆。1.2盾构机的分类按照地质条件的不同以及盾构机工作方式的不同，可以把盾构机分为三种类型、四种模式。三种类型分别为软土盾构机、硬岩盾构机、混合盾构机。按照工作方式的不同可以分为以下四种：开胸式、半开胸式（欠土压平衡式）、闭胸式（土压平衡式）、气压式四种。软土盾构机适应于未固结成岩的较软土质，半固结成岩及全风化和强风化围岩。对于这种土质的岩层一般刀盘只安装刮刀，无需滚刀。硬岩盾构机适应于硬且较致密完整的岩层，只安装滚刀，不安装刮刀。混合盾构机适应于以上两种情况

5、，适应更为复杂多变的复合地层。可同时安装滚刀和刮刀。1.3土压平衡式盾构机土压平衡式盾构机是通过调节排土速度和排土量来平衡泥土仓的土压、开挖面的土压以及地下水压，来达到保持开挖面平衡稳定的状态，实现顺利施工。土压平衡式盾构机的主要组成部分为碎土机构（主要刀盘）、盾体、主驱动系统、推进系统、螺旋输送系统、管片输送系统、过滤冷却系统、注浆系统等等。碎土机构的主要部件是刀盘，在液压或电驱动下，高速旋转实现土壤的分解。刀盘按照刀片的切削性质有滚刀和刮刀两种，刮刀切削较软土层，刮刀可以破碎较硬土层；盾体是整机的金属保

6、护装置，要承受来自周围土层的压力，并临时支撑周围土层，挖掘、排土、注浆过程都在护盾的保护下进行；主驱动系统是整个集体的动力装置，主驱动装置由主轴承、八个液压驱动马达、八个减速器及主轴承密封组成。按照驱动方式分为液压驱动和电驱动；推进系统在中盾内侧，安装有推进油缸，以实现连续切削；螺旋输送系统把切削下来的土壤输送出土壤仓，通过调节螺旋输送的转速调节输送速度以及出土量调节压力平衡；管片输送系统由装机大梁、旋转架、支撑架组成，通过液压油缸的作用可以操作管片垂直升降及左右摆动，准确定位，顺利完成注浆；注浆系统由注浆

7、泵、浆液箱和管线组成。盾构机运行过程中注入管片和土壤间隙中，浆液凝固后可以稳定管片和土层。2、土压平衡式盾构机的施工技术土压平衡式盾构机的基本工艺流程是掘土、盾构前进、土方的挖掘与排出、管片拼装以及同步注浆。1）掘土掘土即破岩。破岩的基本原理分为软土破岩和硬土破岩，软土破岩主要通过刀具对于岩层施加一定的挤压所产生的剪切力实现岩层的破碎。硬岩的破土方法是通过滚刀的剪切力以及滚刀对岩层的冲击力，实现碾碎岩层的效果。为了实现连续的切削土层，就要靠刀盘转动所产生的切向力以及掘进装置产生的挤压力共同作用。滚刀破岩要同

8、时满足两大条件：第一岩层具有一定的强度，滚刀的启动扭矩要小。刀具的选择、滚刀和刮刀数量的搭配、刀具参数的选择对于掘进速度、使用寿命、运转效率有较大影响。2）盾构前进盾构前进主要驱动装置是液压泵和液压油缸。液压油缸的作用是调节球形铰接杆的方向，调整支撑力及纠偏。液压泵提供液压油缸所需要的力。油缸上安装有位置传感器，可以随时掌握盾体的移动及挖掘速度，实现精细化控制。液压马达驱动刀盘旋转，同时调节推进油缸将盾构机向前推