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盾构机简介盾构，是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助 设备，在其掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业，而使 隧道一次成型的机械盾构主要分为敞开式盾构、压缩空气盾构、泥水盾构、土压平衡盾构、复合 盾构和复合式土压平衡盾构等几种类型成都地铁采用的是土压平衡盾构，土压 平衡盾构，简称 EPB 盾构土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板使土仓 和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠推进油缸的推力给土仓内的 开挖土渣加压，使土仓作用于开挖面以使其稳定土压平衡盾构的支护材料是土 壤本身土压平衡盾构由盾壳、刀盘、刀盘驱动、螺旋输送机、管片安装机、人 仓、液压系统等组成土压平衡盾构的工作原理为：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渣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时的支护作用，承受周围涂层的土压、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 下进行一、盾构机结构盾构机的主机结构主要有以下部分构成：刀盘、主轴承、前体、中体、推进 油缸、铰接油缸、盾尾、管片安装机。

主机外形尺寸：740mmX①6280 （刀盘）、4280mmX①6250 （盾体）、3300mmX①6230 （盾尾）总质量约： 320吨 （含后配套约500吨）功 能： 实 现对 岩 土 的开 挖 、 推 进 、 一 级 出 渣、 管片 安 装 盾构机主机结构图 一）刀盘刀盘结构图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土压平衡盾构的刀盘有两种形式：面板式和辐条式 本台盾构机采用的是面板式1、盾构机刀盘应满足以下要求：（1）刀盘应有足够的强度和刚度2）刀盘应有较大的开口率3）针对地层的变化，能够方便地更换硬岩滚刀和软岩齿刀4）刀盘结构应有足够的耐磨强度5）刀盘上应配置足够的渣土搅拌装置6）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2、刀盘三大功能：开挖功能、稳定功能、搅拌功能3、刀具选择：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。

滚刀主要用于破碎硬岩，而齿刀与刮刀主要用于软岩掘进，同时可用做硬岩 掘进中的刮渣本台盾构机刀盘配刀为 4 把17"双刃滚刀，26 把 17"单刃滚刀， 42 把刮刀，8 把铲刀和1 把超挖刀二）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前体结构示意图主驱动装置：主驱动装置由主轴承、九个液压驱动马达、九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密封前一道阻止盾体内大气尘土的侵入，后一道防止主轴承内润滑油的外渗三）中体中体又叫支承环是盾构的主体结构，承受作用于盾构上的全部载荷。

是一个 强度和刚性都很好的圆形结构，地层力、所有千斤顶的反作用力、刀盘正面阻力、 盾尾铰接拉力及管片拼装时的施工载荷均由中体来承受中体内圈周边布置有盾 构千斤顶和铰接油缸，中间有管片拼装机和部分液压设备、动力设备、螺旋输送 机支承及操作控制台有的还有行人加、减压舱中体盾壳上焊有带球阀的超前 钻预留孔，也可用于注膨润土等材料中体结构示意图1. 推进 油缸推进油缸分区示意图盾构的推进机构提供盾构向前推进的动力推 进机构包括30 个推进油缸和推进液压泵站推进油 缸按照在圆周上的区域分为四组，每组 7~8 个油缸 通过调整每组油缸的不同推力来对盾构进行纠偏和 调向油缸后端的球铰支座顶在管片上以提供盾构 前进的反力，球铰支座可使支座与管片之间的接触 面密贴，以保护管片不被损坏推进系统油缸的分组如图所示，其中深色位置 的油缸安装有位移传感器，通过油缸的位移传感器我们可以知道油缸的伸出长度 和盾构的掘进状态2. 铰接油 缸为了使盾构在掘进时能够灵活的进行姿态调整及小曲线半径掘进时能够顺 利通过，必须减少盾构的长径比它是通过铰接油缸把盾构的中体和盾尾相连接 来实现的铰接系统包括十四个铰接油缸和预紧式铰接密封。

铰接油缸一般处于 保持位置，盾尾在主机的拖动下被动前进当盾构转弯时，油缸也应处于保持位 置，盾尾可以根据调向的需要自动调整位置四）盾尾及盾尾密封用于掩护隧道管片拼装工作及盾体尾部的密封，通过交接油缸与中体相连， 并装有预紧式铰接密封铰接密封和盾尾密封装置都是为防止水、土及压注材料 从盾尾进入盾构内为减小土层与管片之间的空隙，从而减少注浆量及对地层的 扰动，盾尾做成一圆筒形薄壳体，但又要能同时承受土压和纠偏、转弯时所产生 的外力盾位的长度必须根据管片的宽度和形状及盾尾密封的结构和道数来决定 另外在盾尾壳体上合理的布置了 8 根盾尾油脂注入管和 4 根同步注浆管 中纠偏的频率较高，盾尾密封要求弹性好，耐磨、防撕裂，能充分适应盾尾 与管片间的空隙，盾尾结构示意图一般采用效果较好钢丝刷加钢片压板结构钢 丝刷中充满油脂，既有弹性又有塑性盾尾密封的道数要根据隧道埋深、水位高 低来定，一般为 2-3 道盾尾结构示意图 盾尾密封示意图五）螺旋输送机螺旋输送机机构示意图螺旋输送机是土压平衡盾构机的重要部件其作用是：1）是掘进渣土排出的唯一通道；（2）掘进时通过螺旋机内形成的土塞建单侧轴承悬臂支承法，前端依靠渣土的悬浮力支承和平衡。

在螺旋器壳体内和螺旋带的前端均焊有耐磨合金条或耐磨 合金粒，以保证其使用寿命螺旋输送机还设置了前、后端两个闸门，以控制其出土速度和建立、维持密封土仓内的土压平衡为使前端闸门能够自由关闭，采 用了螺旋带可前后伸缩，行程为：1000mm螺旋机壳体上还设有4个注入孔, 可注水、泡沫和膨润土以减少出土阻力有的在排渣口设置渣土与泥水分离装置 或容积是排放装置，尽量使泥水不掉下污染隧道 立密封前方土仓内的压力，有效 地抵御地下水螺旋输送机既要出土效率高，又要在喷涌时起到土塞作用，所以在螺旋器的 结构分：有心轴式和无心轴式，为达到土塞目的，在螺旋带上设一段空段或反向螺旋带螺 旋带的支撑采用（六）管片安装机构管片安装机结构示意图管片安装机由：大梁、支承架、旋转架 及拼装头组成大梁以悬臂梁的形式安装在 盾构中体的支承架上，支承架通过行走轮可 纵向移动，旋转架通过大齿圈绕支承架回转 旋转架上装有两个提升油缸用以实现对拼 装头的提升和横向摆动，拼装头与铰接的方 式安装在旋转架的提升架上，安装头上装有 两个油缸，用以控制安装头的水平和纵向两 个方向上的摆动其结构如图所示管片安 装机的控制方式有遥控和线控两种，均可对每个动作进行单独灵活的操作控制。

管片安装机通过这些机构的协调动作把管片安装到准确的位置管片安装机由单独的液压系统提供动力，管片安装机通过液压马达和液压缸实现对管片前后、上下移动、旋转、俯仰等六个自由度的调整，且各动作的快慢可 调，从而使管片拼装灵活，就位准确七）皮带输送机 皮带机用于将螺旋输送机输出的碴土传送到盾构后配套的碴车里皮带机由皮带机支架、前随动轮、后主动轮、上下托轮、皮带、皮带张紧装置、皮带刮泥 装置、和带减速器的驱动电机等组成安装布置在后配套连接桥和拖车的上面八）拖车盾构的拖车属门架结构，用以安放液压泵站、注浆泵、砂浆罐及电气设备等 拖车行走在钢轨上，拖车之间用拉杆相连每节拖车上的安装设备如下表：拖车号主要安装设备连接桥皮带机随动轮及接渣支架装置、管片吊机、1控制室、注浆泵、砂浆罐、小配电柜、泡沫发生装置2主驱动系统泵站、膨润土罐及膨润土泵、泡沫箱及泡 沫泵3主配电柜、两台空压机、储气罐4主变压器、电缆卷筒、油脂站5内然空压机、水管卷筒、通风机、皮带机出料装置皮带机从五节拖车的上面通过，在 5 号拖车的位置处卸碴绝大部分的液压管、水管、泡沫管及油脂管从拖车内通过到盾构主机在拖车的一侧铺设有人员通过的通道拖车和主机之间通过一个连接桥连接 拖车在盾构机主机的拖动下前行。

九）液压系统统及盾构的液压系统包括主驱动、推进系统（包括铰接系统）、螺旋输送机、 管片安装机及辅助液压系统主驱动系统和螺旋输送机液压系统共用一个泵站，安装在二号拖车上主驱 动系统和螺旋输送机液压系统各自为一个独立的闭式循环系统，这样可以保证液 压系统的高效率及系统的清洁推进系统和管片安装机泵站安装在盾壳内 （十）注脂系统注脂系统包括三大部分：主轴承密封系统，盾尾密封系统和主机润滑系统三部分都 以压缩空气为动力源，靠油脂泵油缸的往复运动将油脂输送到各个部位 （十一）碴土改良系统盾构机配有两套碴土改良系统：泡沫系统和膨润土系统两者共用一套输送 管路，在1 号拖车处相接十二）注浆系统盾构机采用同步注浆系统，这样可以使管片后面的间隙及时得到充填，有效 的保证隧道的施工质量及防止地面下沉当管片脱离盾尾后，在土体与管片之间 会形成一道宽度为115〜140mm左右的环行空隙同步注浆的目的是为了尽快 填充环形间隙使管片尽早支撑地层，防止地面变形过大而危及周围环境安全，同 时作为管片外防水和结构加强层盾构机配有两台液压驱动的注浆泵，它将砂浆泵入相应的注浆点，通过盾尾 的注浆管道将砂浆注入到开挖直径和管片外径之间的环形间隙。

注浆压力可以通 调节注浆泵工作频率而在可调范围内实现连续调整，并通过注浆同步监测系统监 测其压力变化单个注浆点的注入量和注浆压力信息可以在主控室看到在数据 采集和显示程序的帮助下，随时可以储存和检索砂浆注入的操作数据二、管片的运输与安装管片采用 3B＋2L＋1F 的分块方式，即每环管片分6 个单元，3 个标准块，2 个邻接块和1 个封顶块组成，管片间设橡胶止水带，衬砌环间采用错缝拼装为 满足曲线施工和隧道纠偏的需要，专门设计了左、右转弯环管片的型号分为标 准环（B）、左弯环（Z）和右弯环（Y）,转弯环为双面对称楔形环，楔形量为38mm片是由厂家做好后用平板车运输，根据车大小，每车可运输2-3 环管片到 场后由16吨龙门吊卸载，所有管片都必须堆放在16吨龙门吊的工作覆盖范围之 内，通过16 吨龙门吊倒运至工作井下所有管片在进场后先进行管片止水条及 衬垫的粘贴管片堆放面积约1200m2,可存放15环以上管片用16 吨龙门吊将管片吊至井下电瓶车的最后两节车厢，每台电瓶车每次只 运输一环管片每台盾构机需配两台电瓶车，当一台电瓶车出来后，由井下管片 拼装人员通知下台电瓶车司机可以进洞，这是方可将装有管片的电瓶车开入隧道 当电瓶车到达盾构机时，电瓶车应停在管片起吊机的工作范围。