盾构机工作原理.docx

盾构机的工作原理1•盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸将盾构机向前 推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充 满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上 后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面2•掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时开挖面被切下 的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大当泥土仓的土压与开挖面的土压 力和地下水的水压力相平衡时,开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地 面部分也不致坍坍或隆起这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送 出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时开挖工作 就能顺利进行3管片拼装盾构机掘进一环的距离后拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌 管片，使隧道一次成型盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用盾构机的最大直径为628m,总长65m，其中盾体长85m,后 配套设备长56・5m,总重量约406t,总配置功率1577kW最大掘进扭矩 5300kN? m最大推进力为36400kN最陕掘进速度可达8cm/min盾构机 主要由9大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼 装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备1•盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体, 其外径是6・25m。

前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离推力油缸的压力可通过承 压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用承压隔板上 在不同高度处安装有五个土压传感器可以用来探测泥土仓中不同高度 的土压力 前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸推进油缸杆上安有塑料撑靴 撑靴顶推在后面已安装好的管片上通过控制油缸杆向后伸出可以提供 给盾构机向前的掘进力，这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、c、 D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾 构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾 构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线 中盾的后边是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连这种铰接连接可以使盾构机 易于转向.2刀盘刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体位于盾构机的最前部，用 于切削土体，刀盘的开口率约为28%,刀盘直径6・28m,也是盾构机 上直径最大的部分，一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀盘和刀盘 驱动部分，刀盘上可根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具或软土 刀具，刀盘的外侧还装有一把超挖刀盾构机在转向掘进时可操作超挖 刀油缸使超挖刀沿刀盘的径向方向向外伸出从而扩大开挖直径，这样易于实现盾构机的转向。

超挖刀油缸杆的行程为50mm刀盘上安装的 所有类型的刀具都由螺栓连接都可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换 法兰板的后部安装有一个回转接头其作用是向刀盘的面板上输入泡沫 或膨润土及向超挖刀液压油缸输送液压油3•刀盘驱动刀盘驱动由螺栓牢固地连接在前盾承压隔板上的法兰J它可以使 刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现16・lrpm的无级变速刀盘 驱动主要由8组传动副和主齿轮箱组成每组传动副由一个斜轴式变量 轴向柱塞马达和水冷式变速齿轮箱组成其中一组传动副的变速齿轮箱 中带有制动装置，用于制动刀盘 安装在前盾右侧承压隔板上的一台定量螺旋式液压泵驱动主齿轮箱中的齿轮油，用来润滑主齿轮箱 该油路中一个水冷式的齿轮油冷却器用来冷却齿轮油4•双室气闸双室气闸装在前盾上，包括前室和主室两部分，当掘进过程中刀具 磨损工作人员进入到泥土仓检察及更换刀具时，要使用双室气闸 在进入泥土仓时，为了避免开挖面的坍坍,要在泥土仓中建立并保持与 该地层深度土压力与水压力相适应的气压这样工作人员要进出泥土仓 时，就存在一个适应泥土仓中压力的问题，通过调整气闸前室和主室的 压力，就可以使工作人员可以适应常压和开挖仓压力之间的变化但要 注意，只有通过高压空气检查和受到相应培训有资质的人员才可以通 过气闸进出有压力的泥土仓 现以工作人员从常压的操作环境下进入有压力的泥土仓为例，来说明双室气闸的作月工作人员甲先从前室进入主室，关闭前室和主室之间的隔离门按照规定程序给主室加压， 直到主室的压力和泥土仓的压力相同时打开主室和泥土仓之间的闸 阀，使两者之间压力平衡这时打开主室和泥土仓之间的隔离门，工作 人员甲进入泥土仓。

如果这时工作人员乙也需要进入泥土仓工作乙就 可以先进入前室，然后关闭前室和常压操作环境之间的隔离, 给前室 加压至和主室及泥土仓中的压力相同扣开前室和主室之间的闸阀，使 两者之间的压力平衡，打开主室和前室之间的隔离i工作人员乙进入 主室和泥土仓中5•管片拼装机管片拼装机由拼装机大梁、支撑架、旋转架和拼装头组成 拼装机大梁用法兰连接在中盾的后支撑架上拼装机的支撑架通过左右各 两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中一个内圈为齿圈形式外径 3・2m的滚珠轴承外圈通过法兰与拼装机支撑架相连内圈通过法兰与 旋转架相连，拼装头与旋转支架之间用两个伸缩油缸和一个横粱相连 接 现以拼装头在正下方位置的情况为例，来说明拼装机的运动情况两个拼装机行走液压油缸可以使支撑架、旋转架、拼装头在拼装 机大梁上沿隧道轴线方向移动安装在支撑架上的两个斜盘式轴向柱塞 旋转马达通过驱动滚珠轴承的内齿圈可以使旋转架和拼装头沿隧道圆 周方向左右旋转各200度；通过伸缩油缸可以使拼装头上升或下降拼 装头在油缸的作用下又可以实现在水平方向上的摆动和在竖直方向上 的摆动以及抓紧和放松管片的功能这样在拼装管片时,就可以有六个 方向的自由度，从而可以使管片准确就位。

拼装手可以使用有线的或遥控的控制器操作管片拼装机用来拼装管片我们采用的是l・2m长的通用管片，一环管片由六块管片组成它们是三个标准块、两块临 块和一块封顶块封顶块可以有十个不同的位置,代表十种不同类型的 管环，通过选择不同类型的管环就可以使成型后的隧道轴线与设计的隧 道轴线相拟合隧道成型后，管环之间及管环的管片之间都装有密封, 用以防水管片之间及管环之间都由高强度的螺栓连接排土机构盾构机的排土机构主要包括螺旋输送机和皮带输送机螺旋输送机 由斜盘式变量轴向柱塞马达驱动，皮带输送机由电机驱动碴土由螺旋 输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上皮带输送机再将碴土向后运输 至第四节台车的尾部落入等候的碴土车的土箱中，土箱装满后，由电 瓶车牵引沿轨道运至竖井，龙门吊将士箱吊至地面，并倒人碴土坑中 螺旋输送机有前后两个闸门，前者关闭可以使泥土仓和螺旋输送机隔 断，后者可以在停止掘进或维修时关闭在整个盾构机断电紧急情况下， 此闸门也可由蓄能器贮存的能量自动关闭，防止开挖仓中的水及渣土 在压力作用下进入盾构机7后配套设备后配套设备主要由以下几部分组成管片运输设备、四节后配套台 车及其上面安装的盾构机操作所需的操作室电气部件、液压部件、注 浆设备、泡沬设备、膨润土设备、循环水设备及通风设备等。

A・管片运输设备管片运输设备包括管片运送小车运送管片的电动葫芦及其连接桥 轨道 管片由龙门吊从地面下至竖井的管片车上，由电瓶车牵引 管片车至第一节台车前的电动葫芦方，由电动葫芦吊起管片向前运送 到管片小车上，由管制、车再向前运送，供给管片拼装机使用°B•— 号台车及其上的设备一号台车上装有盾构机的操作室及注浆设备 盾构机操作室中有盾构机操作控制台、控制电脑、盾构机LC自动控制系统、VMT 隧道掘进激光导向系统电脑及螺旋输送机后部出土口监视器 二号台车及其上的设备二号台车上有包含液压油箱在内的液压泵站膨润土箱、膨润土泵、 盾尾密封油脂泵及润滑油脂泵液压油箱及液压泵站为刀盘驱动、推进 油缸、铰接油缸、管片拼装机、管片运输小车、螺旋输送机注浆泵等 液压设备提供压力油泵站上装有液压油过滤及冷却回路液压油冷却 器是水冷式 盾尾密封油脂泵在盾构机掘进时将盾尾密封油脂由 12条管路压送到三排盾尾密封刷与管片之间形成的两个腔室拟防止 注射到管片背后的浆液进入盾体内 润滑油脂泵将油脂泵送到盾 体中的小油脂桶中，盾构机掘进时,4kw电机驱动的小油脂泵将油脂泵 送到主驱动齿轮箱、螺旋输送机齿轮箱及刀盘回转接头中这些油脂起 到两个作用，一个作用是被注入到上述三个组件中唇形密封件之间的空 间起到润滑唇形密封件工作区域及帮助阻止赃物进入被密封区域内部 的作用，对于螺旋输送机齿轮箱还有另外一个作用就是润滑齿轮箱的 球面轴承D. 三号台车及其上的设备三号台车上装有两台打气泵、一个1立方米贮气罐、一组配电柜及 一台二次风机。

打气泵可提供8Bar的压缩空气并将压缩空气贮存 在贮气罐中，压缩空气可以用来驱动盾尾油脂泵、密封油脂泵和气动污 水泵，用宋给人闸、开挖室加压，用来操作膨润土、盾尾油脂的气动开 关，用来与泡沫剂、水混合形成改良土壤的泡沫用来8嘞气动工具等 二次风机由11kW的电机驱动，将由中间井输送至第四节台车位置处的 新鲜空气，继续向前泵送至盾体附近，以给盾构机提供良好的通风E. 四号台车及其上的设备四号台车上装有变压器、电缆卷筒、水管卷筒、风管盒 铺 设在隧道中的两条内径为100mm的水管作为盾构机的进、回水管，将竖 井地面的蓄水池与水管卷筒上的水管连接起来与蓄水池连接的一台高 压水泵驱动盾构机用水在蓄水池和盾构机之间循5通常情况下,进人盾 构机水管卷筒水管的水压控制在5Bar左右正常掘进时，进人盾构机 水循环系统的水有以下的用途:对掖压油、主驱动齿轮油、空压机、配 电柜中的电器部件及刀盘驱动副变速箱具有冷却功能为泡沫剂的合成 提供用水提供给盾构机及隧道清洁用水蓄水池中的水用冷却塔进行 循环冷却 风管盒中装有折叠式的风管，风管与竖井地面上的风 肌连接，向隧道中的盾构机里提供新鲜空气新鲜空气通过风管被送至 第四节台车的位置。

8电气设备盾构机电气设备包括电缆卷筒、主供电电缆、变压器、配电柜、动 力电缆、控制电缆、控制系统、操作控制台、现场控制台、螺旋输送机后部出土口监视器、电机、插座、照明、接地等电器系统最小保护等级为IP5. 5 主供电电缆安装在电缆卷筒上，OkV的高压电由地面通过高压电缆沿隧道输送到与之连接的主供电电缆上接着通过变压 器转变成400v，50Hz的低压电进人配电柜，再通过供电电缆和控制电 缆供盾构机使用 西门子S7—PLC是控制系统的关键部件,控制系统用于控制盾构机掘进、拼装时的各主要功能例如盾构机要掘进时 盾构机司机按下操作控制台上的掘进按钮一个电信号就被传到PLC控 制系统，控制系统首先分析推进的条件是否具备（如推进油缸液压油泵 是否打开，润滑脂系统是否工作正常等，•如果推进的条件不具鑼 不能推选如果条件具备，控制系统就会使推进按钮指示灯变亮，同时 控制系统也会给推进油缸控制阀的电磁阀供电电磁阀通电打开推进油 缸控制阀，盾构机开始向前推进PLC安装于控制室，在配电柜里装有远 程接口，PLC系统也与操作控制台的控制电脑及VMT公司的SLS-T隧 道激光导向系统电脑相连 盾构机操作室内的操作控制台和盾构机某些可移动装置旁边的现场控制台如管片拼装机、管片吊车、管片 运送小车等）用来操作盾构机,实现各种功能。

操作控制台上有控制系 统电脑显示器、实现各种功能的按钮、调整压力和速度的旋钮、显示压 力或油缸伸长长度的显示模块及各种钥匙开关等螺旋输送机后部出 土口监视器用来监视螺旋输送机的出土情况电机为所有液压油泵、皮带机、泡沫剂泵、合成泡沫用水水泵、膨 润土泵等提供动力当电机的功率在30kW以下时，采用直接起动的方式，当电机的功率大于30kW时，为了降低起动电流，采用星形一三角 形起动的方式9•辅助设备辅助设备包括数据采集。