盾构机的构造及工作原理 [兼容模式

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1、盾构的构造及工作原理中铁隧道集团有限公司技术中心主主要要内内容容1盾构的“类型”2盾构的“机型”3土压平衡盾构的结构原理4泥水盾构的结构原理5土压盾构开挖面平衡机理6泥水盾构开挖面平衡机理1盾构的“类型”Ø盾构的“类型”是指与特定的盾构施工环境，特别是与特定的基础地质、工程地质和水文地质特征相匹配的盾构的种类。Ø根据施工环境，隧道掘进机的“类型”分为软土盾构、硬岩掘进机(TBM)、复合盾构三类。因此，盾构的“类型”分为软土盾构和复合盾构两类。软土盾构Ø软土盾构是指适用于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩条件下的一类盾构。Ø软土盾构的主要特点是

2、刀盘仅安装切刀和刮刀，无需滚刀。复合盾构Ø复合盾构是指既适用于软土、又适用于硬岩的一类盾构，主要用于既有软土又有硬岩的复杂地层施工。Ø复合盾构的主要特点是刀盘既安装有切刀和刮刀，又安装有滚刀。2盾构的“机型”Ø盾构的“机型”是指在根据工程地质和水文地质条件，盾构所采用的最有效的开挖面支护形式。Ø盾构按支护地层的形式主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式五种机型。Ø目前应用最广的是土压平衡盾构(土压平衡支护式)和泥水盾构(泥浆支护式)两种机型。土压平衡盾构泥水盾构3土压盾构的结构原理土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在

3、刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。土压平衡盾构结构原理土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注浆系统等组成。土压平衡盾构工作原理刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的碴车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临

4、时支护作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。土压平衡盾构的基本配置Ø刀盘Ø刀盘驱动Ø刀盘支承Ø碴土改良系统Ø螺旋输送机Ø皮带输送机Ø同步注浆系统Ø盾尾密封系统Ø管片安装机Ø数据采集系统Ø导向系统刀盘刀盘是盾构机的核心部件，其结构形式、强度和整体刚度都直接影响到施工掘进的速度和成本，并且出了故障维修处理困难。不同的地质情况和不同的制造厂家，刀盘的结构也不相同，其常见的结构有：平面圆角刀盘、平面斜角刀盘、平面直角刀盘。维修工人刀盘应满足以下要求l刀盘应有足够的强度和刚度。l刀盘应有较大的开口率

5、。l针对地层的变化，能够方便地更换硬岩滚刀和软岩齿刀。l刀盘结构应有足够的耐磨强度。l刀盘上应配置足够的渣土搅拌装置。l刀盘上应配置足够的注入口，各口并装有单向阀。以满足刀具的冷却、润滑和渣土改良。刀具的配置刀具的结构、材料及其在刀盘上的数量和位置关系直接影响到掘进速度和使用寿命。不同的地层条件对刀具的结构和配置是不相同的。刀具种类：单刃滚刀、双刃滚刀、三刃滚刀（双刃以上的一般都是中心滚刀）、齿刀、切刀、刮刀和方形刀（超挖刀）。为适应不同的地层，滚刀和齿刀可以互换，所以它们的刀座相同。面板式刀盘面板盘型滚刀钢格栅重型撕裂刀辐条刮刀泡沫口中心刀辐条辐条式刀盘外周

6、强化刀泡沫口辐条先行撕裂刀刮刀中心刀辐条面板式刀盘与辐条式刀盘比较Ø面板式刀盘在中途换刀时安全可靠，但开挖土体进入土仓时易粘结易堵塞，在刀盘上易形成泥饼。Ø辐条式刀盘仅有几根辐条，辐条后设有搅拌叶片，土砂流动顺畅，不易堵塞。但不能安装滚刀，且中途换刀安全性差，需加固土体，费面板式刀盘用高。Ø辐条式刀盘对砂、土等单一软土地层的适应性比面板式刀盘较强；但由于不能安装滚刀，在风化岩及软硬不均地层或硬岩地层，宜采用面板式刀盘。辐条式刀盘前体前体又叫切口环，是开挖土仓和挡土部分，位于盾构的最前端，结构为圆筒形，前端设有刃口，以减少对底层的扰动。在圆筒垂直于轴线、约在其中

7、段处焊有压力隔板，隔板上焊有安装主驱动、螺旋输送机及人员舱的法兰支座和四个搅拌棒，还设有螺旋机闸门机构及气压舱（根据需要），此外，隔板上还开有安装5个土压传感器、通气通水等的孔口。不同开挖形式的盾构机前体结构也不相同。刀盘驱动刀盘驱动装置由主轴承、八个液压驱动马达、八个减速器及主轴承密封组成，轴承外圈通过连接法兰用螺丝与前体固定，内（齿）圈用螺丝和刀盘连接，借助液压动力带动液压马达、减速器、轴承内齿圈直接驱动刀盘旋转。主轴承设置有三道唇形外密封和两道唇形内密封，外密封前两道采用永久性失脂润滑来阻止土仓内的渣土和泥浆渗入，后一道密封是防止主轴承内的润滑油渗漏。内

8、密封前一道阻止盾体内大气尘土的侵入，后