盾构机组成及原理-武汉地铁21号线培训课件

1、 盾构机组成及原理目录一 EPB盾构的基本原理介绍二 主要组成系统介绍 一一 EPB EPB盾构的基本原理介绍盾构的基本原理介绍1、盾构的概念、盾构的概念2、盾构的工作原理、盾构的工作原理3、EPB盾构的定义盾构的定义4、EPB盾构的工作原理盾构的工作原理盾构，是一种用于隧道暗挖施工，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、土碴排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成形的隧道施工机械。1 1 盾构的概念盾构的概念盾构的工作原理：就是一个钢结构组件沿隧道轴线边向前推进边对土壤进行掘进。这个钢结构组件的壳体称“盾壳”，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道段起着临时支护的作用，承

2、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。2 2 盾构的工作原理盾构的工作原理盾构的工作原理：就是一个钢结构组件沿隧道轴线边向前推进边对土壤进行掘进。这个钢结构组件的壳体称“盾壳”，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道段起着临时支护的作用，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。 3 3 土压平衡盾构的定义土压平衡盾构的定义土压平衡式盾构机的刀盘切削面与后面的承压隔板形成开挖室（土仓），刀盘旋转切削下来的土壤通过刀盘上的开口进入土仓，与土仓内的可塑土浆混合或被搅拌混合，盾构千斤顶

3、的推力过承压隔板传递到土仓的泥土浆上，由泥土浆的压力作用于开挖面，以平衡开挖面处的地下水压和土压，从而保持开挖面的稳定。螺旋输送机从承压隔板的开孔处伸入土仓进行排土，盾构机的挖掘推进速度和螺旋输送机单位时间的排土量相当，达到动态平衡。4 4 土压平衡盾构的工作原理土压平衡盾构的工作原理二 主要组成系统介绍1 刀盘及主驱动 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。 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

4、，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 主驱动主驱动装置由主轴承、液压驱动马达、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

5、渗3 前盾前盾又叫切口环，是开挖土仓和挡土部分，位于盾构的最前端，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。4 中盾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

6、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5 人仓人员舱是在需要压缩空气以平衡盾构围岩的水土压力，以保持作业面的稳定作业时使用。实现操作人员在气压状态下检查、更换刀具及排除工作面异物等工作。人员舱分普通（主）舱和紧急舱，它们由密封的压力门隔开。普通舱和盾构前体上的中间舱之间用法兰连接，而中间舱直接焊接在压力隔板上。通过隔板上的压力门就可以进入土仓。普通舱和紧急舱横向连接，舱内舱外都装有 时钟、温度计、压力计、电话、记录仪、加压阀、减压阀、溢流排气阀即水路、照明系统。紧急舱的作用是在压缩空气工作时

7、和出现紧急情况时的出入 。 6 推进系统盾构的推进机构提供盾构向前推进的动力。推进机构包括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，通过调整每组油缸的推进油缸分区 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右所示，其中红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7 铰接系统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

8、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8 盾尾及盾尾密封系统盾尾主要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

9、4根同步注浆管。9 螺旋输送机螺旋输送机由筒体、驱动装置、螺旋轴、出碴闸门组成。是土压平衡盾构的排土装置，主要有以下三个功能：1）碴土在螺旋机内向外排出的过程中形成密封土塞，碴土压力从前至后依次递减。2）在保持土仓土压的同时，将盾构土仓内的土体向外连续排出。3）将土仓内的土压值自动与螺机转速值进行比较，随时调整向外排土的速度，实现连续的动态土压平衡过程，确保盾构连续正常向前掘进。按照螺旋轴结构分为2种：1）带式螺旋轴：在相同的筒体直径下，可输送更大粒径的卵石或石块，但止水密封效果较差。2）轴式螺旋轴：在相同的筒体直径下，输送的粒径小于带式轴，但止水密封效果好。11 管片安装机管片安装机在盾尾内

10、部拼装管片。有46个自由度动作，包括旋转、提升、纵向移动、 XYZ三个轴向的摆动。管片抓取有2种方式。12 皮带输送机13 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：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。14 液压系统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

11、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。 15 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。 主轴承密封可以通过控制系统设定油脂的注入量（次分），并可以从外面检查密封系统是否正常。盾尾密封可以通过PLC系统按照压力模式或行程模式进行自动控制和手动控制，对盾尾密封的注脂次数及注脂压力均可以在控制面板上进行监控。 当油脂泵站的油脂用完后油脂控制系统可以向操作室发出

12、指示信号，并锁定操作系统，直到重新换上油脂。这样可以充分保证油脂系统的正常工作。 16 泡沫系统盾构机配有一套泡沫发生系统，用于对碴土进行改良。泡沫系统主要由泡沫泵、高压水泵、电磁流量阀、泡沫发生器、压力传感器、管路组成， 其工作原理如图所示。 17 膨润土系统盾构机还准备加装一套膨润土注入系统。在确定不使用泡沫剂的情况下，关闭泡沫输送管道，同时将膨润土输送管道打开，通过输送泵将膨润土压入刀盘、碴仓和螺旋输送机内，达到改良碴土地目的。 根据实际需要，可以把膨润土箱内装入泥浆注入土仓内。膨润土只应用在一些特殊的工程下。 18 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