盾构机主要结构功能及分类

1、盾构机主要结构盾构机主要结构功能及分类功能及分类 目 录 土仓刀盘切口环支撑环尾盾尾刷密封管片密封螺旋机主驱动推进缸人员仓管片拼装机盾构机的基本组成土压平衡盾构的基本原理利用盾构施加于开挖舱内渣土的压力平衡开挖面水土压力利用盾构施加于开挖舱内渣土的压力平衡开挖面水土压力 刀盘切削下来的渣土刀盘切削下来的渣土通过刀盘上的开口进通过刀盘上的开口进入土仓，渣土在土仓入土仓，渣土在土仓内经过搅拌和渣土改内经过搅拌和渣土改良成为流塑状，盾构良成为流塑状，盾构推进油缸的推力通过推进油缸的推力通过承压隔板传递给土仓承压隔板传递给土仓内的渣土，继而传递内的渣土，继而传递给开挖面，以平衡开给开挖面，以平衡开挖面

2、处的地下水压和挖面处的地下水压和土压，从而保持开挖土压，从而保持开挖面的稳定。螺旋输送面的稳定。螺旋输送机从承压隔板的开孔机从承压隔板的开孔伸入土仓进行排土伸入土仓进行排土.盾构机的基本工作原理土仓压力控制因素图土仓压力控制因素图增大增大/减小推进速度减小推进速度增大增大 / 减小螺旋输送机排放速度减小螺旋输送机排放速度地下水地下水 压压 土压土压盾构机的基本工作原理泥水平衡盾构的基本结构 泥水仓气垫仓刀盘主驱动冲刷管排浆管吸口破碎机位置管片拼装机主机排浆泵盾构机的基本工作原理泥水平衡盾构的基本原理和结构 泥水仓气垫仓压缩空气盾构机的基本工作原理泥水平衡盾构的基本原理利用泥浆在由泥浆形成的泥膜

3、面上的压力平衡开挖面水土压力 泥膜气垫仓泥水仓冲刷管排浆管泥水盾构采用膨润土悬浮液（俗称泥浆）作为支护材料。将泥浆送入泥水室，在开挖面上形成不透水的泥膜，通过该泥膜平衡作用于开挖面的水土压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥浆处理设备进行分离，分离后的泥水进行重新调浆，再输送到开挖面。泥水盾构适用的地质范围较大，从软弱砂质土层到砂砾层都可以使用。盾构机的基本工作原理泥水盾构泥浆环流输送系统 SEPARATION DRYING PREPARATION BENTONITIC MUD TANK PUMP P1 PUMP P3 PUMP P2 BACK UP 地面泥水分离站进浆泵进浆管路隧道中继

4、泵主机排浆泵排浆管路泥浆管延伸装置盾构机的基本工作原理刀盘支撑及主驱动刀盘支撑及主驱动 主驱动有主驱动有2 2种：液压驱动及变频或双速电机驱动，特性曲线相当。液压驱动装种：液压驱动及变频或双速电机驱动，特性曲线相当。液压驱动装置体积小，适于中小盾构。电驱动体积较大，适于中大特大盾构。置体积小，适于中小盾构。电驱动体积较大，适于中大特大盾构。刀盘支承方式有刀盘支承方式有3 3种：种：1 1）中心支承式（适用于中小型直径盾构）中心支承式（适用于中小型直径盾构）2 2）中间支承式（适用于中大型直径盾）中间支承式（适用于中大型直径盾构）构）3 3）周边支承式（适用于小型直径盾构）周边支承式（适用于小型

5、直径盾构） 盾构机主驱动结构功能及分类电驱、液驱对比情况电驱、液驱对比情况盾构机主驱动结构功能及分类11 电驱在脱困情况下，若刀盘卡死（电机堵转），此时受到变频器及电机特性限制，实际扭矩仅为脱困扭矩的60%左右。而液驱在脱困情况下，溢流阀处于溢流状态，刀盘驱动扭矩一直保持脱困扭矩下脱困。在频繁正反转脱困时，电驱不及液驱响应快，脱困效果差。 在砂卵石及上软下硬地层掘进，载荷变化频繁，电机不及液压马达适应性优越，因此电驱相对液驱抗冲击能力差。 盾构机主驱动结构功能及分类 配置的主轴承共有两排80mm直径的主推滚子，可承受较大偏载，主轴承直径3061mm，有效使用寿命10000小时。外密封4道，内密

6、封3道。 外密封示意图内密封示意图盾构机主驱动结构功能及分类 主轴承盾构机主驱动结构功能及分类主轴承驱动箱盾构机主驱动结构功能及分类盾构机主驱动结构功能及分类目 录前盾按照结构方式分为按照结构方式分为4 4种：种：1 1）铰接结构，盾体从前至后，直径依次减小，防卡性能好但开挖直径大。）铰接结构，盾体从前至后，直径依次减小，防卡性能好但开挖直径大。2 2）铰接结构，前中尾盾直径相同，防卡性能差但开挖直径小（软土）。）铰接结构，前中尾盾直径相同，防卡性能差但开挖直径小（软土）。3 3）无铰接结构，盾体从前至后，直径依次减小，防卡性能好但开挖直径大。转向性）无铰接结构，盾体从前至后，直径依次减小，防

7、卡性能好但开挖直径大。转向性能差于铰接结构。取消铰接后盾体结构简单，也不存在铰接密封泄漏之忧。能差于铰接结构。取消铰接后盾体结构简单，也不存在铰接密封泄漏之忧。4 4）无铰接结构，直筒式，前中尾盾直径相同，防卡性能差但开挖直径小。其余优缺）无铰接结构，直筒式，前中尾盾直径相同，防卡性能差但开挖直径小。其余优缺点与点与3 3）相同。）相同。 按照注浆管布置方式盾尾分为按照注浆管布置方式盾尾分为2 2种：种：1 1）盾尾注浆管外置，仅适于软土地层，开挖直径较小（日系居多）。）盾尾注浆管外置，仅适于软土地层，开挖直径较小（日系居多）。2 2）盾尾注浆管内置，适于所有地层，开挖直径较大。）盾尾注浆管内

8、置，适于所有地层，开挖直径较大。 具体选择何种结构形式还需根据实际地质条件确定。具体选择何种结构形式还需根据实际地质条件确定。尾盾尾盾第一道密封刷更换 中盾和盾尾之间设计有两道密封，一道为橡胶密封，一道为紧急气囊密封，如下图所示。正常情况下，橡胶密封起作用，在涌水或橡胶密封损坏需要更换时，使用紧急气囊密封，在更严重的情况下从C孔注入聚氨酯，起到临时密封作用。 盾尾密封一般采用钢丝刷密封装置，钢丝刷是集弹簧钢板、钢丝刷盾尾密封一般采用钢丝刷密封装置，钢丝刷是集弹簧钢板、钢丝刷及不锈钢金属网于一体的结构（也有采用钢板刷）。盾尾油脂泵向每道及不锈钢金属网于一体的结构（也有采用钢板刷）。盾尾油脂泵向每

9、道钢丝刷密封之间的腔室提供压力油脂，以提高止水性能。根据不同的水钢丝刷密封之间的腔室提供压力油脂，以提高止水性能。根据不同的水土压力可选择不同排数的尾刷布置方式。土压力可选择不同排数的尾刷布置方式。 23按照舱室数量分为2种：1）双仓：主仓和副仓，副仓也称为材料仓。主仓和土仓在不减压状态下，通过副仓的独立降压升压，分别与主仓隔断和连接，完成进仓作业过程中外部刀具材料的运进，提高作业有效时间和效率。结构复杂。2）单仓：结构简单，但带压进仓作业的有效时间短，效率低。中铁号设备通常配置双舱并联人仓及成熟的德国SAMSON公司的全气动压力调节装置，此套系统为全气控装置，在网电断电时系统仍能正常工作，确

10、保带压换刀时舱内人员安全。主舱准备舱推进油缸作用：推进油缸尾部装有撑靴，依靠推进油缸伸出后顶推管片的反作用力使盾构机前进。分类：分为单缸布置和双缸布置，布置数量和结构形式主要由所在城市隧道的管片分度决定。如贵局苏州所用的113、114号盾构布置有6组双缸和10组单缸，管片分度为22.5铰接油缸按照铰接方式分为2种：1）主动铰接：铰接油缸和推进油缸均有调向功能，铰接缸在推进缸前面，可直接迫使刀盘转向。调向时可采用主动转向方式也可采用被动转向方式。调向性能好；硬岩层换刀方便；铰接与推进依次动作，利于脱困；不利于人仓在顶部布置。2）被动铰接：铰接油缸随动，拉力相对较小，脱困能力弱。利于人仓布置。目

11、录 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：构的排土装置，主要有以下三个功能： 1 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）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。后依次递减。 2 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。）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 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）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

12、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。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。 当地下水比较丰富、土层透水系数较高，且螺旋机内的碴土难以形成“土塞”时，发生螺旋机喷涌现象的可能性较大。为此，针对性设计如下：（1）盾构机出土口设置2个闸门，交替开启以降低喷涌压力；（2）预留了膨润土和高分子聚合物注入接口，必要时，可向土仓壁和螺旋机内注入膨润土或高分子聚合物，以缓解螺旋机的喷碴压力。（3）设置有保压泵接口，必要时可联接泥浆泵或泥浆管，缓解喷碴压力。双闸门保压泵接口螺旋输送机按驱动结构分，一般有周边驱动和中心驱动两种结构形式。中心驱动，结构紧凑，便于相邻部件

13、的布置。周边驱动，出渣口在后部，提高出渣位置，渣土通过无轴区时利用自身重力堆积、密实，形成土塞，使渣土具有一定连续性，并能起到一定止水作用。目 录中铁装备中心轴式 管片拼装机具有6个自由度，回转速度02rpm，并可实现微调。所有动作可遥控，便于与拼装机配合操作。 管片拼装机各动作采用比例阀控制，对于管片拼装的控制精度高，速度快，且拼装管片质量好。 回转架旋转限位包括旋转编码器限位及接近开关双层保护设计。 管片安装机在盾尾内部拼装管片。有管片安装机在盾尾内部拼装管片。有4646个自由度动作，包个自由度动作，包括旋转、提升、纵向移动、括旋转、提升、纵向移动、XYZXYZ三个轴向的摆动。管片抓取有三

14、个轴向的摆动。管片抓取有2 2种方式。种方式。地铁盾构一般采用机械抓取式地铁盾构一般采用机械抓取式机械抓取式机械抓取式真空吸盘式真空吸盘式举升机构由两个独立的油缸通过法兰与回转机构连接，油缸的升缩杆和举重钳铰接，能实现升降功能。两个独立的油缸能实现横摇动作。抓举头通过关节轴承安装在举重钳上，抓举头上的抓持系统为机械式抓举，通过位移和压力双重检测，确保抓持可靠，同时还具有连锁功能。抓举头上的两个小油缸能实现以下动作：抓举头的俯仰和偏转。举升机构图5.1 举重钳1仰俯油缸 2偏转油缸 3扣头持重座 4扣头 5扣头螺栓6扣头螺钉 7关节轴承 8扣头油缸 9轭架抓举头管路支架为拼装机的管路布置提供平台，所有