PPT盾构机的构造与其工作原理

盾构机机的构构造与与工作原原理内容一、盾盾构法法隧道道的起起源及及发展展史二、盾盾构机机的概概述三、盾盾构法法施工工的特特点及及工艺艺流程程四、盾盾构机机的构构造五、盾盾构机机的工工作原原理一、盾构法法隧道道的起起源及及发展展史1、国外盾盾构法法隧道道的起起源及及发展展史1818年，法法国的的布鲁鲁诺尔尔(M.I.Brune1)从蛀虫虫钻孔孔得到到启示示，最早提提出了了用盾盾构法法建设设隧道道的设设想，，并在在英国国取得得了专专利。。布鲁诺诺尔注注册专专利的的盾构构布鲁诺诺尔构构想的的盾构构机机机械内内部结结构由由不同同的单单元格格组成成，每每一个个单元元格可可容纳纳一个个工人人独立立工作作并对对工人人起到到保护护作用用。采采用的的方法法是将将所有有的单单元格格牢靠靠地装装在盾盾壳上上。当时设设计了了两种种方法法，一一种是是当一一段隧隧道挖挖完后后，整整个盾盾壳由由液压压千斤斤顶借借助后后靠向向前推推进；；另一一种方方法是是每一一个单单元格格能单单独地地向前前推进进。第一种种方法法后来来被采采用，，并得得到了了推广广应用用，演演变为为成熟熟的盾盾构法法此后，，布鲁鲁诺尔尔逐步步完善善了盾盾构结结构的的机械械系统统，设设计成成用全全断面面螺旋旋式开开挖的的封闭闭式盾盾壳，，衬彻彻紧随随其后后的方方式。。M.I.Brunel螺旋盾盾构，，1818.1825年，他他第一一次在在伦敦敦泰晤晤土河河下开开始用用一个个断面面高6.8m、宽11.4m，并由12个邻接接的框框架组组成的的矩形形盾构构修建建隧道道。每每一个个框架架分成成3个舱，，每一一个舱舱里有有一个个工人人，共共有36个工人人。此系统统按照照以下下模式式工作作：首先，，借助助螺杆杆将鞍鞍型框框架压压入前前方的的土中中。从从上部部撤除除隧道道工作作面上上的木木料并并掘土土6英寸，，然后后，隧隧道工工作面面重新新用木木料覆覆盖并并用螺螺杆支支撑，，紧接接着盾盾构后后部砌砌砖，，把它它作为为整个个机架架的支支座。。第一条条隧道道施工工的盾盾构机机泰晤士士河下下的隧隧道工工程施施工期期间遇遇到了了许多多困难难，在在经历历了五五次以以上的的特大大洪水水后，，直到到1843年，经经过18年施工工，完完成了了全长长458m的第一一条盾盾构法法隧道道。1828年1月12日泰晤晤土河河水涌涌入盾盾构机机1830年，英英国的的罗德德发明明“气气压法法”辅辅助解解决隧隧道涌涌水。。1866年，莫莫尔顿顿申请请“盾构”专利。。盾构构最初初称为为小筒筒（cell））或圆筒筒（cylinder）），在莫莫尔顿顿专利利中第第一次次使用用了“盾构”（shield））这一术术语。。1865年年，英英国的的布朗朗首次次采用用圆形形盾构构和铸铸铁管管片，，1869年用用圆形形盾构构在泰泰吾士士河下下修建建外径径2.2m的隧道道。在地下下水方方面没没遇到到什么么困难难。1874年，工工程师师格瑞瑞海德德发现现在强强渗水水性的的地层层中很很难用用压缩缩空气气支撑撑隧道道工作作面，，因此此开发发了用用液体体支撑撑隧道道工作作面的的盾构构，通通过液液体流流，以以泥浆浆的形形式出出土。。1886年，格格瑞海海德在在伦敦敦地下下施工工中将将压缩缩空气气方法法与盾盾构掘掘进相相组合合使用用，在在压缩缩空气气条件件下施施工，，标志志着在在承压压水地地层中中掘进进隧道道的一一个重重大进进步，，20世纪初初，大大多数数隧道道都是是采用用格瑞瑞海德德盾构构法修修建的的。布鲁诺诺尔发发明盾盾构法法之后后的另另一个个技术术进步步是用用机械械开挖挖代替替人工工开挖挖。第第一个个机械械化盾盾构专专利是是1876年英国国人约约翰·荻克英英森·布伦敦敦和姬姬奥基基·布伦敦敦申请请的。。这台盾盾构有有一个个由几几块板板构成成的半半球形形的旋旋转刀刀盘，，开挖挖的土土料落落入径径向装装在刀刀盘上上的料料斗中中，料料斗将将渣料料转运运至胶胶带输输送机机上，，再将将它转转运到到后面面从盾盾构中中运出出，这这一构构想后后来被被用于于修建建地铁铁隧道道工程程。1917年，日日本引引进盾盾构施施工技技术，，是欧欧美国国家以以外第第一个个引进进盾构构法的的国家家。1963年，土土压平平衡盾盾构首首先由由日本本SatoKogyo公司开开发出出来。。1963年SatoKogyo公司土土压平平衡盾盾构1974年第一一台土土压平平衡盾盾构在在东京京被采采用。。该盾盾构由由日本本制造造商IHI（石川岛岛播磨磨）设设计，，其外外径3.72m，掘进了了1900m的主管管线。。在以后后的年年代里里，很很多厂厂商以以土压压盾构构、压压力保保持盾盾构、、软泥泥盾构构、土土壤压压力盾盾构、、泥压压盾构构等名名称生生产了了“土压平平衡盾盾构”。所有这这些名名称的的盾构构都应应有了了同一一种工工法国国际上上称为为“土压平衡衡系统”（EPBS））。1989年，日本本最引人人注目的的泥水盾盾构隧道道工程开开工。东东京湾海海底隧道道长10km，是世界界最长公公路专用用海底隧隧道，用用八台直直径14.14m泥水加压压式盾构构施工。。日本东京京湾海底底隧道盾盾构机示示意图日本东京京湾海底底隧道泥泥水式盾盾构机1992年，日本本研制成成世界上上第一台台三圆泥泥水加压压式盾构构，并成成功地用用于大阪阪市地铁铁7号线“商商务公园园站”车车站工程程施工。。2、我国盾构构机的发发展历程程纵观我国国盾构法法隧道的的发展历历程，大大体上可可以分为为三个阶阶段：起步阶段段(20世纪60年代-80年代初)；平稳发展展阶段(20世纪80年代中-2000年)；快速发展展阶段。。（1）起步阶段段(20世纪60年代-80年代初)：1962年2月，我国国上海市市城建局局隧道处处开始塘塘桥试验验隧道工工程。采采用直径径4.16m的一台普普通敞胸胸盾构在在两种有有代表性性的地层层下进行行掘进试试验，用用降水或或气压来来稳定粉粉砂层及及软粘土土地层。。选用由由螺栓连连接的单单层钢筋筋混疑土土管片作作为隧道道衬砌，，环氧煤煤焦油作作为接缝缝防水材材料。试试验获得得成功，，采集了了大量盾盾构法隧隧道数据据资料。。（2）平稳发发展阶段段(20世纪80年代中-2000年)：这一时期期，随着着改革开开放和经经济发展展，地铁铁建设也也由服务务于战备备转为服服务于经经济发展展。继北北京、天天津修建建地铁外外，上海海、广州州也相继继修建了了地铁工工程。地地铁施工工技术突突破了原原有浅埋埋明挖法法的限制制，盾构构法施工工方法被被引入地地铁施工工中。1980年，上海海开始进进行盾构构法隧道道地铁试试验工程程，采用用直径6.412m网格式机机械出土土盾构机机施工。。掘进长长度为565m，采用泥水水加压和和局部气气压施工工。1980年11月开始地地铁试验验一期、、二期盾盾构推进进，1982年12月推进结结束；1983年6月开始地地铁试验验三期盾盾构推进进，1984年10月推进结结束，隧隧道总长长1130m。1987年，上海海市隧道道工程公公司承建建市南站站过江电电缆隧道道工程，，成功设设计了我我国第一一台直径径4.35m加泥式土土压平衡衡盾构掘掘进机，，由上海海造船厂厂制造。。Ф4.35m土压盾构构研制该盾构能能控制正正面土压压平衡和和减少地地面沉降降，施工工速度快快，掘进进长度达达583m，该技术获获得1990年国家科科技进步步一等奖奖。工程程于1988年1月开始盾盾构推进进，9月推进结结束。1990年12月，上海海市隧道道工程公公司承建建的上海海合流污污水治理理工程6.1标过江隧隧道推进进施工。。采用自自己设计计制造直直径5.17m加泥式土土压平衡衡盾构。。盾构自自重190t,总推力28800kN，总功率率500kW。直径5.17m加泥式土土压平衡衡盾构1994年10月，上海海隧道工工程股份份有限公公司采用用盾构法法承建的的南京第第一条秦秦淮河治治理工程程夹江隧隧道推进进。最具风险险的是盾盾构推抵抵江中段段，即钻钻入全断断面粉砂砂层中，，该粉砂砂层上方方没有其其它土层层与夹江江水间隔隔。直径6.34m土压平衡衡盾构掘掘进机于于1995年2月5日顺利进进入江心心州接收收井。南京夹江江隧道直直径6.34m盾构掘进进机1992年6月，上海海市承建建上海地地铁1号线上海海火车站站～汉中中路车站站区间，，采用盾盾构法隧隧道施工工，1993年4月全线贯贯通。1993年8月，上海海承建上上海地铁铁1号线黄陂陂路站～～陕西路路站区间间隧道，，1994年4月全线贯贯通。与法国FCB公司合作作设计制制作的Φ6.34M土压平衡衡盾构机1995年，我国国开始研研究矩形形盾构隧隧道掘进进技术，，1996年上海隧隧道工程程股份有有限公司司研制了了一台2.5m×2.5m可变网格格矩形隧隧道掘进进机，顶顶进矩形形隧道60m，解决了了推进轴轴线控制制、纠偏偏技术、、沉降控控制、隧隧道结构构等技术术难题。。.1999年5月，上海海隧道工工程股份份有限公公司研制制成功国国内第一一台3.8m×3.8m矩形组合合刀盘式式土压平平衡掘进进机，在在浦东陆陆家嘴地地铁车站站掘进120m，建成两两条过街街人行地地道。1998年12月，中国国第一条条较长距距离的水水底观光光游览隧隧道――上海外滩滩观光隧隧道建成成。采用用国外二二手直径径7.65m铰接式土土压平衡衡盾构施施工。隧道施工工不仅工工期短，，还要在在极大的的坡度和和曲率的的条件下下，穿越越地铁2号线的两两条越江江隧道，，观光隧隧道与地地铁隧道道间距离离仅1.57m，形成越江江隧道施施工中罕罕见的“三隧叠交交”，创造了中中外越江江隧道史史上的奇奇迹，实实现了中中国软土土隧道施施工史上上的又一一次飞跃跃。.1999年6月，深圳圳开埠以以来第一一台地铁铁盾构开开始掘进进益田～～香蜜湖湖区间隧隧道。此此项目由由深圳地地铁有限限公司建建设，由由上海隧隧道工程程股份有有限公司司设计、、施工总总承包。。深圳地铁铁一号线线引进2台三菱和和1台

小松松制造的的Ø6.20m复合型土土压盾构构（3）快速发发展阶段段：进入21世纪，随随着国家家经济、、技术的的迅猛发发展为地地铁建设设带来了了重大机机遇，同同时也为为盾构技技术应用用和发展展提供了了广阔的的平台和和空间。。国家有关关部门已已经规定定人口在在300万以上、、GDP值在1000亿以上、、年财政政收入在在100亿以上的的城市可可以建地地铁。据中国交交通运输输协会城城市轨道道交通专专业委员员分析报报告称：：目前我国国正处于于轨道交交通建设设的繁荣荣时期，，中国已已经成为为世界上上最大的的城市轨轨道交通通市场。。国内40多座百万万人口以以上的特特大城市市中，已已经有30多座城市市开展了了城市快快速轨道道的建设设或建设设前期工工作，约约有15个大城市市上报城城市轨道道交通网网规划方方案，拟拟规划建建设55条线路，，长约1500km，总投资资5000亿元，其其中“十一五”期间预计计投资2000多亿元，，计划在2010年前建成成的地铁铁线路长长度超过过1200km。目前已有有成熟盾盾构施工工经验的的城市主主要分布布在长三三角、珠珠三角和和环渤海海湾地区区。如广广州、深深圳、上上海、南南京、北北京、天天津。近近两年已已开始盾盾构施工工的有沈沈阳、成成都、西西安、杭杭州、武武汉等。。据有关关信息宁宁波、无无锡等都都将修建建城市地地铁。并且在越越江道路路、输气气和市政政排水隧隧洞等工工程中广广泛采用用盾构法法施工。。2003年9月，上海海隧道工工程股份份有限公公司建设设的中国国首条双双圆隧道道在轨道道交通8号线应用用3、盾构设备备保有情情况由于近年年来我国国基础建建设和城城市轨道道交通发发展迅速速，盾构构设备装装备大幅幅度提升升。专家预计计：到2020年前，我我国的盾盾构需求求量约为为300多台。据不完全全统计，，截至目目前，国国内保有有的盾构构机在170台左右，，其中小小松32台、三菱菱34台、海瑞瑞克45台(不含7米以上盾盾构机)，其余的的有法码码通、FCB、维尔特特、川崎崎、石川川岛。盾构机的的分布情情况小松：主要在上上海、北北京、沈沈阳、西西安使用用。三菱：主要在上上海、北北京、天天津、沈沈阳、广广州、南南京、深深圳使用用。海瑞克：主要在北北京、天天津、广广州、深深圳、成成都、南南京、沈沈阳使用用。维尔特：在广州、、深圳使使用，法法码通、、FCB在上海使使用。川崎、石石川岛：在上海、、天津、、北京使使用。

直径单位台数制造厂家＜6m6～7m＞7m中铁一局0250海瑞克、小松中铁二局0100海瑞克、小松中铁三局080海瑞克、小松中铁四局060三菱、小松、海瑞克中铁五局010海瑞克中铁隧道局22110海瑞克、维尔特、小松中铁工程程总公司司系统盾盾构机情情况表集团公司司盾构机机情况2005年集团公公司筹措措资金4800万元，购购置日本本三菱φ6340土压平衡衡式盾构构机2台，分别别由机械械工程分分公司（（杭州））和二公公司（上上海）管管理使用用。2006年投入资金金7222万元，购置置日本小松松φ6340土压平衡式式盾构机2台。日本小小松盾构机机正天津施施工。2007年投入资金金11426万元，购置置德国海瑞瑞克φ6250土压平衡式式盾构机2台。目前海海瑞克即将将在深圳下下井施工。。二、盾构机机概述盾构机是掘掘进机的一一种类型。。掘进机的定定义是：用用机械能破破碎隧道掌掌子面、随随即将破碎碎物质连续续向后输出出并获得预预期的洞型型、洞线的的机器。盾构法隧道道的基本原原理是用一一件有形的的钢质组件件沿隧道设设计轴线开开挖土体而而向前推进进。这个钢钢组件在初初步或最终终隧道衬砌砌建成前，，主要起防防护开挖出出的土体、、保证作业业人员和机机械设备安安全的作用用，这个钢钢质组件被被称为盾构构。盾构的另一一个作用是是能够承受受来自地层层的压力，，防止地下下水或流沙沙的入侵。。2008年3月31日发布的《盾构法隧道道施工与验验收规范》定义：盾构构是盾构掘掘进机的简简称，是在在钢壳体保保护下完成成隧道掘进进、拼装作作业，由主主机和后配配套组成的的机电一体体化设备下图是我局局拥有的土土压平衡式式日本三凌凌盾构机在在上海彭浦浦厂组装是是的照片。。该盾构机机直径6340mm，长10515mm，全长78m。我局共有两两台：二公公司和我们们机械工程程分公司各各一台。1掘进机的定定义确定了了以下作为为掘进机的的必要条件件。1.1能量要求：：必须是用用机械能破破碎隧道掌掌子面。主主要表现形形式是由机机械能通过过刀具挤裂裂岩石。这这完全区别别于钻爆法法用炸药的的化学能破破碎岩石的的机理和方方法。1.2作业范围：：破碎范围围仅对隧道道的掌子面面。保持范范围为预期期的洞线、、洞型。1.3作业对象：：开挖的对对象是隧道道掌子面的的物质。1.4出碴时间要要求：掌子子面物质破破碎后随即即连续向后后输出，在在出碴的时时间上特别别强调了随随即性和连连续性，掘掘进机实现现了边掘进进边出碴同同时连续作作业。区别别于钻爆法法和人工掘掘洞时将开开挖和出碴碴分成二个个在不同的的时间进行行的工序。。1.5洞线要求：：必须配置置精确的导导向装置以以确保开挖挖的洞线满满足设计预预期的要求求。1.6洞型要求：：必须能开开挖出满足足预期要求求的隧道形形状和尺寸寸，并配置置相应的支支护和衬砌砌设备以保保持所需洞洞型的稳定定。2掘进机的分分类掘进机种类类繁多，根根据不同的的参照标准准有不同的的分类方法法，如：按一次开挖挖断面占全全部断面的的份额分：：全断面、、部分断面面。按开挖断面面的形状分分：圆型断断面、非圆圆型断面。。按开挖的洞洞线分：平平洞、斜洞洞、竖井。。按掘进机的的头部形状状分：刀盘盘式、护盾盾式按掘进机是是否带有盾盾壳分：敞敞开式、护护盾式。按掘进机的的盾壳的数数量分：单单护盾、双双护盾。按掘进机机机体与推进进机构是联联合一体还还是分成二二部分：整整机式、分分体式。盾构的分类类盾构的分类类为适应各种种不同的土土质，所以以形成盾构构的种类繁繁多。按其其构造特点点和开挖方方法，可归归纳为以下下4类。A类：敞口式式盾构或称称普通盾构构有全部的或或部分的正正面支撑，，人工或正正、反铲开开挖；无正面支撑撑，人工或或正、反铲铲开挖；正面有切削削土体或软软岩的刀盘盘。B类：普通闭闭胸式盾构构或称普通通挤压式盾盾构（半机机械化盾构构）正面全部胸胸板封闭，，挤压推进进，留有可可调节进土土孔口的面面积，局部部挤压推进进；正面网格上上覆全部或或部分封板板；或装调调节开挖面面积的闸门门，挤压、、局部挤压压推进。C类：机械式式闭胸盾构构正面封闭舱舱中加压，，刀盘切削削土体的，，称局部气气压盾构；；正面密封舱舱中设泥浆浆或泥浆加加气压平衡衡装置的称称泥水平衡衡盾构、泥泥水加压式式平衡盾构构；正面密封舱舱中设土压压或土压加加泥水式平平衡装置的的，称土压压平衡盾构构或加泥式式土压平衡衡盾构。D类：TBM盾构在硬岩中（（＞50MPa）使用的隧道道掘进机（（TBM），分敞开型型和密闭型型，盾构正正面的切削削由大刀盘盘加滚刀组组成的复合合刀盘。土压平衡式式盾构机泥土加压式式盾构机泥浆式盾构构机泥水式盾构构机多圆式盾构构机矩形盾构机机硬岩掘进机机——TBM3、掘进机的基基本功能全断面掘进进机在掘进进工况时，，必须具有有掘进、出出碴、导向向、支护四四个基本功功能，并配配置完成这这些功能的的机构。三、盾构法施工工的特点及工艺艺流程1、盾构施工的的特点(1)地下施工，，必须面对对复杂的地地质条件和和敏感感的地面面环境。(2)所用设备集集成度高，，技术含量量高。(3)涉及的专业业领域较多多，对复合合型人才有有较多需求求。2、盾构法施工工的优点（1）盾构法隧道道施工不受受地面自然然条件的影影响。在盾构支护护下进行地地下工程暗暗挖施工，，不受地面面交通、河河道、航运运、潮汐、、季节、气气候等条件件的影响，，能较经济济合理地保保证隧道安安全施工；；（2）盾构法施施工隧道机机械化、自自动化程度度高。盾构的推进进、出土、、衬砌拼装装等可实行行自动化、、智能化和和施工远程程控制信息息化，掘进进速度较快快，施工劳劳动强度较较低；（3）地面人文文自然景观观受到良好好的保护，，周围环境境不受盾构构施工干扰扰。在松软地层层中，开挖挖埋置深度度较大的长长距离、大大直径隧道道，具有经经济、技术术、安全、、军事等方方面的优越越性。3、盾构法施工工的缺点（1）需要隧道道衬砌管片片预制、运运输、衬砌砌、衬砌结结构防水及及堵漏、施施工测量、、场地布置置、机械安安装等施工工技术的配配合，系统统工程协调调复杂；（2）施工过程程变化断面面尺寸困难难；只能前前进，不能能后退，当当隧道曲线线半径过小小或隧道埋埋深较浅时时，施工难难度大，在在饱和含水水的松软地地层中施工工，地表沉沉陷风险较较大；（3）盾构机制制造周期长长，造价较较昂贵，盾盾构的拼装装、转移等等较复杂，，建造短于于750m的隧道经济济性差。4、盾构施工工工艺流程大流程：盾盾构总体施施工流程小流程：盾盾构掘进流流程4.1大流程：盾盾构总体施施工流程大流程：盾盾构总体施施工流程始始发井交付付使用→盾构托架架就位→盾盾构机下井井、安装、、调试→初初始掘进（（L=80~100m）→负环拆拆除及其它它调整→正正常掘进→→盾构机到到达中间站站→盾构机机通过中间间站→盾构构机再次安安装、调试试→盾构机机再次初始始掘进→正正常掘进→→盾构机到到达终点站站→盾构机机解体外运运→隧道清清理准备验验收盾构机下井盾构机就位调试初始掘进正常掘进到达车站过站再次始发到达终点站盾构机解体外运设备调整始发端头加固反力架安装洞门密封圈安装洞门围护墙凿除到达端头加固洞门密封圈安装盾构机托架再次就位调试始发站中间站到达站盾构隧道施施工流程图图4.2小流程：盾盾构掘进流流程准备工作→转动刀盘盘→启动动次级运输输系统（皮皮带机）→→启动推进进千斤顶→→启动首级级运输系统统（螺旋机机）→停止止掘进→安安装管片→→回填注浆→准备下一一环掘进，，开挖→出土→拼装→注浆（请看动画画）四、土压平平衡式盾构构机的构造造1、盾构体1.1盾构的外形形作为一种保保护人体的的空间，隧隧道的形状状因其使用用要求不同同而造成盾盾构外形不不同。无论论盾构的形形状如何，，隧道掘进进总是沿轴轴线方向前前进，所以以，盾构的的外形就是是指盾构的的断面形状状，绝大多多数盾构还还是采用圆圆形。1.2盾构的材料料盾构在地下下穿越，要要承受水平平荷载、竖竖向荷载和和水压力，，如果地面面有构筑物物，还要承承受这些附附加荷载；；盾构推进进时，还要要克服正面面阻力，所所以，盾构构整体要求求具有足够够的强度和和刚度。盾盾构主要用用钢板成型型制成。考虑到水平平运输和垂垂直吊装的的困难，大大型盾构可可制成分体体式到现场场拼装，部部件的连接接一般采用用定位销定定位、高强强度螺栓连连接，最后后焊接成型型的方法。。盾构的种类类繁多，所所有盾构的的形式，其其本体从工工作面开始始均可分为为切口环、、支承、盾盾尾三部分分，借以外外壳钢板联联成整体。。拥有可充充分承受土土压、水压压、盾构千千斤顶推进进反作用力力、挖掘反反作用力的的强度。支支承前部收收纳有刀盘盘装置的驱驱动部分、、通过舱墙墙与切口环环区分开来来。舱墙下下方设置有有螺旋输送送机。上方方装有人行行孔，中央央装有人行行闸、回转转节。支承承外周呈圆圆周方向，，均等配置置有为推进进盾构机运运行的盾构构千斤顶。。1.3盾构本体的的构造1.4切口环切口环部分分是开挖和和挡土部分分,它位于盾构构机的最前前端,施工时最先先切入土层层并掩护开开挖作业。。切口环保保持着工作作面的稳定定，并作为为开挖下来来的土砂向向后方运输输的通道，，采用机械械化开挖式式盾构时，，就根据开开挖下来土土砂的状态态，确定切切口环的形形状、尺寸寸。切口环的长长度主要取取决于盾构构正面支承承、开挖的的方法。对对于机械化化盾构切口口环内按不不同的需要要安装各种种不同的机机械设备，，这些设备备是用于正正面土体的的支护及开开挖，而各各类机械设设备是由盾盾构种类而而定的。切口环内主主要设备情情况：土压平衡盾盾构安置有有切削刀盘盘、搅拌器器和螺旋输输送机泥水盾构安安置有切削削刀盘、搅搅拌器和吸吸泥口在局部气压压、泥水加加压、土压压平衡等盾盾构中，因因切口环内内压力高于于隧道内常常压，所以以在切口环环处还需要要布设密封封隔板及人人行舱的进进出闸门。。1.5支承环支承环是盾盾构的主体体结构，是是承受作用用于盾构上上全部荷载载的骨架。。它紧接于于切口环，，位于盾构构中部，通通常是一个个刚性很好好的圆形结结构。地层层压力、所所有千斤顶顶的反作用用力以及切切口环入土土正面阻力力、衬砌拼拼装时的施施工荷载均均由支承环环来承受。。在支承环外外沿布置有有盾构千斤斤顶，中间间布置拼装装机及液压压设备、动动力设备、、操纵控制制台。当切切口环压力力高于常压压时，在支支承环内要要布置人行行加、减压压舱。支承环的长长度应不小小于固定盾盾构千斤顶顶所需的长长度，对于于有刀盘的的盾构还要要考虑安装装切削刀盘盘的轴承装装置、驱动动装置和排排土装置的的空间。拥有可充分分承受土压压、水压、、盾构千斤斤顶推进反反作用力、、挖掘反作作用力的强强度。支承承前部收纳纳有刀盘装装置的驱动动部分、通通过舱墙与与切口环区区分开来。。舱墙下方方设置有螺螺旋输送机机。上方装装有人行孔孔，中央装装有人行闸闸、回转节节。支承外外周呈圆周周方向，均均等配置有有为推进盾盾构机运行行的盾构千千斤顶。推推进油缸用用螺栓紧固固在连接法法兰上并在在活塞杆端端带有弹性性轴承和顶顶在管片上上的撑靴。。它们可以以分组由流流量和压力力控制推进进和转向。。1.6盾尾盾尾钢结构构钢板厚40mm，，以适应预计计的工作压压力,与盾体的连连接是一种种被动式铰铰接设计。。机加工的的中盾尾部部和盾尾前前部为铰接接提供密封封面。后体与中盾盾的连接采采用的是铰铰接油缸。。铰接油缸缸行程和压压力由数字字显示在控控制室。盾尾包括：：盾尾密封：：安装在盾盾体的最后后部分，3道钢丝密封封刷,采用非常先先进的盾尾尾注脂系统统和有极好好密封性能能的密封刷刷相结合。。它的作用用是：防止止地下水、、土砂、壁壁后注浆材材料等进入入管片与盾盾构壳体之之间的缝隙隙。双铰接密封封：由重载载型橡胶密密封和紧急急密封（紧紧急膨胀））组成。为了提高密密封刷的密密封性能，，需要在密密封刷之间间注入粘性性油脂材料料。盾构机机对盾尾之之间的前方方一般有6处自动供给给盾尾油脂脂，每条注注脂管都连连接到前油油脂腔和后后油脂腔。。（6x2注脂管）盾尾密封装装置在加注注密封油脂脂后能在0.4MPa压力下应能能不漏浆液液，否则就就应更换。。注浆管路直直径50mm，整合在盾盾尾内（内内置式）注浆管设计计有特制的的窗口以便便于进行维维修或清洗洗堵塞在正常的工工作情况下下（例如足足够注脂等等），不需需要更换盾盾尾刷。如确有必要要更换，选选择地质条条件较好的的地段进行行盾尾刷更更换作业。。更换盾尾刷刷上一环拼装装结束后，，盾构推进进，直至推推进油缸完完全伸出（（2000mm）。缩回推进油油缸，安装装垫木或顶顶铁（宽度度约650mm），伸出推推进油缸继继续推进，，至第一和和第二道盾盾尾刷完全全暴露。进行盾尾刷刷更换。拆除垫木或或顶铁，拼拼装管片。。恢复掘进。。盾尾密封示示意图1.7盾构机的组组成盾构机主要要由下列部部件和系统统构成：有盾构壳、、推进油缸缸、刀盘盘、刀盘驱驱动、主轴轴承、人闸闸仓、管片片安装机、、螺旋输送送机、皮带带输送机等等设备和装装置；还有控制系系统、液压压系统、电电力系统、、通风系统统、密封润润滑系统、、隧道导向向系统、报报警装置；；以及服务于于盾构工作作要求的后后配套设备备、运输设设备、注浆浆设备等辅辅助设备。。2.盾构壳盾构机的钢钢结构是根根据土压、、水压和动动荷载及操操作荷载的的压力而设设计的。盾盾壳由两片片焊接构件件组成。此此焊接构件件带有机械械加工的密密封面和中中心回转轴轴承以及两两盾体间（（前盾和中中盾）的连连接法兰。。这样，组组装和拆卸卸工作将更更加方便。。盾构机集集成了所有有的接头和和工作所需需的管线。。3.推进油缸盾体的前进进由推进油油缸完成。。每一组油油缸均可独独立控制压压力进行操操纵而不会会引起管片片移位或产产生引起损损坏的压力力过载。在在控制室里里，司机可可以看到数数字显示的的每组油缸缸行程及压压力。油缸缸的布置避避开了管片片接缝，所所有的油缸缸撑靴均为为球形绞接接式以避开开管片裂缝缝或损坏。。推进油缸缸顶在压力力舱板后部部。油缸缸体尾部部由一个塑胶胶轴承支撑，，这样，这些些油缸就可以以不受侧向力力的作用从管管片向压力舱舱板自由伸展展。推进油缸缸为两个一组组，每对油缸缸均有独立的的撑靴。在推推进时，组油油缸各自独立立进行压力调调节。总的推推进速度由一一个总流量控控制阀来调节节。推进油缸缸回路设计最最大推进速度度为80mm/分钟。推进系统具有有纠偏和爬坡坡功能。.根据计算，最最大总推力约约为35,180-40000kN,主驱动器全部部输出功率峰峰值为440kW，最高转速为为2.5rpm。并有安全余量量。油缸位置示意意图4刀盘4.1刀盘设设计要要求(1)能够降降低对对刀具具的磨磨损(2)保护刀刀盘的的钢结结构(3)能够实实现高高的贯贯入度度(4)刀盘开开口率率为最最小36%。大的的开口口率能能够大大大降降低刀刀具的的磨损损。(5)4个幅幅轮轮设设计计以以使使每每个个旋旋转转方方向向都都有有4个碴碴土土出出口口(6)2个旋旋转转方方向向(左/右)(7)刀盘盘前前面面4条独独立立的的泡泡沫沫注注入入管管用用于于渣渣土土改改良良以以降降低低磨磨损损(8)连接接到到主主驱驱动动的的连连接接臂臂（（厚厚壁壁管管））保保证证刀刀盘盘良良好好的的稳稳定定性性(9)出渣渣通通道道的的几几何何设设计计必必须须满满足足开开挖挖舱舱容容易易出出渣渣(10)大的的物物料料通通道道从从刀刀盘盘外外缘缘通通到到刀刀盘盘中中心心区区域域，，这这样样便便于于将将挖挖掘掘的的物物料料运运输输到到开开挖挖舱舱。。(11)渣土土开开口口设设计计限限制制大大的的石石块块进进入入，，这这些些石石块块可可以以通通过过螺螺旋旋输输送送机机运运出出去去。。4.2刀盘的材材料刀盘的结结构材料料为Q345B、16MnR、GS52或相当于于这种材材料的铸铸钢。4.3刀盘结构构刀盘设计计成盘形形结构且且带有很很阔的进进料口。。4根辐臂支支撑的厚厚壁法兰兰连接主主驱动装装置，并并且作为为刀盘面面板的基基座。刀刀盘在下下列的开开口边缘缘备有所所需的刀刀具以便便于将挖挖掘的物物料运输输到开挖挖舱：刀盘中心心的径向向开口边边缘刀盘外圆圆周的开开口边缘缘中心回转转体上配配有注射射调节土土壤介质质的通道道。刀盘盘有4个泡沫/膨润土/水通道和和2个液压油油通道。。4.4切削刀具具切削刀具具数量：：软土刀具具（刮刀刀）：120把中心刀：：1把铲刀：16把仿形刀：：2把刮刀：刮刀安装装在碴土土通道的的一侧。。高质量的的碳质刀刀刃,宽度100mm。可以从刀刀盘后面面更换刀刀具。刮刀示意意图铲刀：：铲刀的设设计保证证了快速速、清洁洁的开挖挖；它们可以以双向进进行开挖挖,同时保证证了开挖挖直径的的稳定不不变。铲刀用可可更换的的螺纹固固定到钢钢结构上上，因此此，可以以被单独独更换。。铲刀示意意图仿形刀：：刀盘上安安装了仿仿形刀。。安装的的仿形刀刀通过一一个行程程（50mm海瑞克；；120mm三菱）的的油缸进进行操作作。仿形形刀的伸伸缩则在在主控室室内按每每10°事先加以以设置控控制。盾构具有有仿形超超挖功能能是目前前盾构中中较为先先进的一一种，其其仿形超超挖方位位、超挖挖量可根根据不同同的施工工要求而而调整。。仿形刀示示意图刀具图片片4.5耐磨保护护一般采用用以下耐耐磨保护护方法：：刮刀：软软土齿形形刀具有有高耐磨磨的钢刀刀体和高高质量的的碳化切切削边缘缘。刀齿齿的支撑撑有硬质质堆焊层层保护。。铲刀：铲铲刀的前前刀面硬硬质堆焊焊到切削削边缘，，同时刀刀具后端端由碳化化衬片保保护。刀盘：刀刀盘上某某些极易易磨损的的部分安安装了特特殊的耐耐磨保护护：在外外围部分分增加了了硬质堆堆焊,圆周有耐耐磨保护护环.4.6刀具更换换所有的滚滚刀、刮刮刀和铲铲刀都可可以在隧隧道内从从刀盘后后部更换换。一般般不需要要中途换换刀。如如有必要要，刀具具更换作作业可以以在常压压和带压压方式下下进行。。如果地面面具备地地层加固固条件或或事先已已经进行行了地层层加固处处理，开开挖面的的稳定有有保障，，则可在在常压下下进行刀刀具检查查和更换换作业。。盾构在在选定地地点停机机后，将将土仓里里的土排排出一部部分，直直至土仓仓内土体体高度低低于土舱舱隔板上上的密封封门，此此时作业业人员可可以通过过气闸打打开通往往土仓的的密封门门在不带带压的情情况下进进入土仓仓，从而而进行刀刀具检查查和更换换。如果没有有注浆加加固条件件，开挖挖面又不不是可以以自稳的的地层，，则需要要用压缩缩空气来来维持开开挖面的的稳定。。作业人人员需在在土仓内内带压作作业。做做这项工工作就由由经过培培训的专专业人员员进行。。具体步骤骤如下：：盾构推进进到选定定地点停停机。将土仓内内的土排排出一部部分，使使仓内土土体高度度下降至至土仓隔隔板上的的密封门门以下。。在排土土的同时时，通过过盾构机机上自带带的保压压系统向向土仓内内注入压压缩空气气。压缩缩空气的的压力经经过设定定，可以以自动维维持在设设定值，，以确保保仓内的的压力与与在停机机前的相相同，从从而保证证开挖面面稳定。。与此同时时，作业业人员进进入气闸闸，开始始对人闸闸加压，，逐步把把人闸内内的气压压升到与与土仓压压力一致致。当人闸内内压力与与土仓内内压力一一致达到到平衡时时，作业业人员从从人闸内内打开土土仓隔板板上的密密封门，，进入土土仓。进行刀具具检查和和更换。。刀盘上上的刀具具可以方方便地从从刀盘后后部更换换，人员员不需要要到刀盘盘前方。。逐步将将刀具检检查和更更换完毕毕后，人人员退回回到人闸闸，关闭闭密封门门。人员员在人闸闸内减压压。与此此同时，，可以恢恢复掘进进。人员减压压结束，，退出人人闸。注意：加压检查查刀具时时人员应应经过相相关培训训和身体体检查，，加压和和减压过过程中的的压力控控制和调调节应按按相关规规范进行行。（见动画画）5、刀盘驱动动5.1概述刀盘驱动动用螺栓栓安装在在压力舱舱壁上，，主要部部件如下下：齿轮箱主轴承密封支撑撑刀盘安装装法兰环环密封压紧紧环内外密封封系统小齿轮，，齿轮马马达和轴轴承刀盘驱动动是液压压驱动，，通过在在闭式回回路的功功率控制制变量液液压泵,可实现双双向无级级调速。。5.2齿轮箱，，驱动齿齿轮安装有3级液压变变速马达达并带有有齿轮冲冲刷装置置。变速箱齿齿轮的尺尺寸有足足够的富富余量以以保证在在给定的的工地能能安全的的运行。。驱动齿轮轮的两轴轴端都由由球面滚滚动轴承承支撑，，可使承承载时齿齿轮良好好啮合。。5.3主轴承主轴承由由三轴滚滚柱轴承承支撑，，带有内内齿圈。。轴承设设计使用用寿命10,000小时。该该轴承具具有承受受径向和和轴向推推力的功功能。5.4密封系统统内外两个个密封系系统可将将小齿轮轮或轴承承室与土土仓分隔隔开。密密封系统统使用一一个三道道唇密封封系统，，该系统统有连续续的油脂脂进行润润滑。该该三道密密封是重重载荷加加强型唇唇形密封封。润滑滑脂均匀匀注入第第一、二二层密封封之间的的整个环环形间隙隙。多余余的润滑滑脂从第第一道密密封溢出出至土仓仓。润滑滑脂除润润滑第一一、二、、三道密密封唇外外，还对对第一道道密封唇唇有清洁洁作用。。第三层层密封唇唇是通过过小齿轮轮的润滑滑油来润润滑。第第二、三三层密封封之间的的空间有有孔通向向后部，，用来做做泄漏检检查。5.5齿轮的润润滑驱动小齿齿轮的润润滑由齿齿轮油完完成。驱驱动齿轮轮轴承和和啮合通通过飞溅溅润滑和和强制供供油润滑滑。对油油位、流流量和温温度的检检查同取取样程序序一起进进行。行行星齿轮轮需要不不间断供供油；它它与主轴轴承使用用的齿轮轮油型号号一致。。同时还还有监测测系统以以防止设设备空转转。变速速箱底部部区域的的齿轮油油被吸出出、再通通过过磁磁性的滤滤器注入入到存储储箱内。。5.6主驱动输输出主驱动全全为液压压驱动。。在后配配套上装装有电机机驱动液液压泵。。液压驱驱动变速速箱配备备变量马马达。变变量泵和和变量马马达的联联合使用用可将刀刀盘适宜宜的转速速控制在在0-2.5rpm之间。刀刀盘的最最大扭矩矩为5,213KNm（脱困扭扭矩）。。6管片安装装机6.1概述管片安装装器安装装在盾尾尾区域，，用来安安装衬砌砌管片。。安装器器所具有有的各种种动作能能在施工工场地条条件下使使管片精精密地就就位。它它主要的的运动构构件的功功能均可可通过比比例控制制来实现现。在管管片安装装模式下下，为达达到最理理想的衬衬砌效果果，每个个/对推进油油缸可以以单独控控制。所所有方向向运动可可靠，功功率足够够，采用用比例液液压控制制的管片片安装器器可以快快速地达达到毫米米级的安安装精度度。管片安装装器由以以下构件件组成：：臂梁移动机架架回转机架架安装头管片安装装器的行行程允许许在隧道道内更换换前面两两排盾尾尾刷。6.2悬臂梁悬臂梁用用于管片片安装器器的纵向向移动。。它通过过法兰与与中盾H架连接。。盾构与与拖车之之间的所所有管线线连接都都穿过管管片安装装机敞开开的中心心部位。。管片安安装器悬悬臂梁与与桥架用用油缸铰铰接。6.3移动机架架移动机架架安装在在悬臂梁梁上，可可通过两两个液压压缸的伸伸缩作纵纵向移动动。带内内齿的滚滚动轴承承用法兰兰连接在在移动机机架上，，并以此此带动回回转机架架。回转转驱动马马达安装装在移动动机架上上。回转转运动通通过驱动动马达上上的齿轮轮驱动，，该液压压马达具具有制动动装置。。6.4回转基架架回转机架架用法兰兰安装在在滚动轴轴承的内内圈上，，其侧向向安装有有伸缩臂臂。由内内部的伸伸缩油缸缸带动，，伸缩油油缸可以以单独伸伸缩。6.5安装头内部伸缩缩管两端端固定在在安装头头的悬臂臂梁上，，安装头头带有机机械夹持持系统。。安装头头上可以以实现如如下运动动：安装装头的旋旋转与倾倾侧。6.6动力输入入管片安装装器旋转转部件装装有：液液压动力力、阀的的信号电电压。动动力通过过组合供供能系统统供给。。6.7技术参数数6.7.1结构安安装器器为中空空式，并并带有管管片夹持持系统，，有6个自由度度。6.7.2运动全液压驱驱动，速速度可以以比例调调节纵向移动动：2000mm旋转：＋＋/-200度伸缩：1000mm.安装头旋旋转：＋＋/-2.5度安装头倾倾侧：＋＋/-2.5度6.7.3操作力纵向移动动：50kN提升力：：120kN额定扭矩矩：0-150kNm6.7.4移动速度度旋转速度度：0-1rpm纵向移动动：0-8m/min主油缸伸伸缩：0-8m/min6.7.5规格：设设备功率率45kW。6.7.6对混凝土土管片的的要求：：起吊螺纹管管位于管片片中心点，，螺纹管的的尺寸大于于或等于M30，允许的拉拉力150kN，允许的径径向力90kN。靠近起吊吊孔处用钢钢筋加强，，以承受管管片拼装或或后配套系系统上的管管片吊车侧侧向位移时时产生的剪剪力。6.8真圆保持器器盾构向前推推进时管片片就从盾尾尾脱出，管管片受到自自重和土压压的作用会会产生变形形，当该变变形量很大大时，既成成环和拼装装环拼装时时就会产生生高低不平平，给安装装纵向螺栓栓带来困难难。为了避避免管片产产生高低不不平的现象象，应有必必要让管片片保持真圆圆，该装置置就是真圆圆保持器。。真圆保持器器上装有上上、下可伸伸缩的千斤斤顶，上下下装有圆弧弧形的支架架，它在动动力车架挑挑出的梁上上是可以滑滑动的。当当管片拼装装成环后，，就让真圆圆保持器移移到该管片片环内，支支柱千斤顶顶使支架圆圆弧面密贴贴管片后，，盾构就可可进行下一一环推进。。盾构推进进后由于它它的作用，，圆环不易易产生变形形而保持真真圆状态。。7、螺旋输送机机7.1物料运输概概述掘进过程中中产生的碴碴土，通过过速度可调调的螺旋输输送机，从从土仓运送送到皮带输输送机进料料端，再由由皮带输送送机运送到到盾构机后后部的渣车车。皮带输输送机长度度的确定取取决于渣车车的数量。。每个渣车车都可移动动到皮带输输送机出料料口的下方方。7.2螺旋输送机机螺旋输送机机安装在土土仓壁的连连接法兰上上。把碴土土从盾构机机土仓底部部运送到皮皮带输送机机进料端。。驱动装置置由球面轴轴承支撑能能应付螺旋旋输送机如如有磨损时时并保护驱驱动密封系系统。螺旋输送机机主要部件件包括：安装/连接法兰（（焊接在仓仓壁上）前段带有耐耐磨保护伸缩段出料管。驱动装置，，包括：·离合器座·离合器·带有球面轴轴承的3排密封系统统·带有行星齿齿轮的液压压马达有轴式螺旋旋（3分之1的螺旋具有有耐磨保护护）卸料口的闸闸门.螺旋输送机机外管有六六个R2”螺纹接头型型的物料注注射孔。螺螺旋输送机机内径和轴轴径决定了了能通过的的碴土的最最大尺寸为为520mmx290mm。如果果孤孤石石的的尺尺寸寸超超过过可可以以通通过过螺螺旋旋输输送送机机的的最最大大粒粒径径，，可可以以将将螺螺旋旋输输送送机机缩缩回回，，并并关关闭闭前前闸闸门门。。然然后后可可以以从从开开挖挖舱舱人人工工搬搬除除孤孤石石。。.周末末停停机机及及维维护护期期间间，，螺螺旋旋输输送送机机出出料料口口可可用用滑滑动动闸闸门门关关上上。。滑动动闸闸门门靠靠液液压压油油缸缸操操纵纵，，具具备备在在停停电电时时自自动动关关闭闭的的紧紧急急功功能能。。。7.3螺旋旋输输送送机机前前闸闸门门闸门门由由分分别别位位于于盾盾体体中中心心左左右右两两侧侧的的两两部部分分组组成成，，两两个个液液压压油油缸缸装装在在舱舱壁壁后后面面通通过过连连杆杆控控制制闸闸门门。。螺螺旋旋输输送送机机出出料料口口可可用用滑滑动动闸闸门门关关上上。。滑滑动动闸闸门门靠靠液液压压油油缸缸操操纵纵，，具具备备在在停停电电时时自自动动关关闭闭的的紧紧急急功功能能。。盾盾构构机机在在掘掘进进过过程程中中，，通通过过关关闭闭螺螺旋旋输输送送机机的的出出料料闸闸门门，，可可以以快快速速、、安安全全地地切切断断地地下下水水防防止止其其进进入入盾盾构构闸门门7.4螺旋旋输输送送机机伸伸缩缩正常常工工作作时时螺螺旋旋输输送送机机螺螺旋旋前前端端伸伸入入土土仓仓。。为为了了关关闭闭土土仓仓，，螺螺旋旋输输送送机机可可以以通通过过伸伸缩缩油油缸缸自自动动缩缩回回。。伸伸缩缩行行程程1000mm。螺螺旋旋输输送送机机在在任任何何位位置置上上都都可可以以进进行行操操作作，，即即使使在在其其伸伸缩缩过过程程中中。。此此特特性性使使得得螺螺旋旋输输送送机机被被木木头头或或大大石石头头阻阻塞塞时时可可以以自自由由进进退退。。8.皮带带输输送送机机皮带带输输送送机机把把螺螺旋旋机机卸卸料料口口的的出出土土运运送送到到渣渣车车。。皮皮带带机机由由驱驱动动单单元元和和位位于于后后配配套套上上的的出出料料口口组组成成。。皮皮带带上上有有防防跑跑偏偏装装置置。。皮带带输输送送机机主主要要由由以以下下部部件件组组成成：：皮带带卸料料部部件件张紧紧装装置置在在驱驱动动装装置置部部分分装装有有一一个个机机械械式式可可调调节节的的刮刮料料器器。。皮带带输输送送机机有有急急停停拉拉线线装装置置。。9.压力力传传感感器器与与排排水水9.1土压压传传感感器器土压压传传感感器器安安装装在在舱舱壁壁上上，，可可从从壁壁后后更更换换而而无无需需进进入入前前方方的的压压力力舱舱。。9.2排水水盾体体内内安安装装了了一一台台气气动动马马达达泵泵（（40m³³/h）来来进进行行盾盾体体内内的的排排水水工工作作。。废废水水经经由由该该泵泵泵泵入入列列车车上上的的水水箱箱内内。。10、、后配配套套设设备备后配配套套系系统统由由盾盾体体牵牵引引，，在在架架设设在在管管片片上上的的路路轨轨上上行行走走。。后后配配套套系系统统的的外外形形轮轮廓廓确确保保了了它它可可以以在在路路轨轨上上曲曲线线前前进进。。盾盾构构机机工工作作和和管管片片安安装装所所需需的的设设备备和和装装置置均均安安装装在在后后配配套套拖拖车车上上。。10.1构成成后配配套套系系统统主主要要由由以以下下构构成成：：运送送管管片片的的桥桥架架吊运运系系统统（（管管片片存存储储））5台装装载载盾盾构构机机工工作作必必需需的的电电气气及及液液压压元元件件的的拖拖车车所有有设设备备都都安安装装在在拖拖车车行行进进方方向向左左右右两两侧侧。。这这使使得得拖拖车车中中间间有有足足够够的的空空间间让让运运输输车车行行走走，，把把管管片片输输送送到到安安装装器器10.2管片装卸整环管片由2部特殊的管片片运输车运到到1号拖车前。通通过1号拖车上的吊吊机梁，利用用管片吊机的的两个电动葫葫芦将管片逐逐一卸到管片片输送小车上上。管片吊机机下方空间允允许承载了三三块管片的管管片车自由进进入管片吊机机下方。两个个平行工作的的电动葫