工程机械概论(6、7、8、10)

工程机械概论第六章

土方工程机械概述第七章

通用石方工程机械第八章

盾构机与全断面掘进机第十章桥梁工程机械第六章土方工程机械概述第一节推土机及其应用第二节铲运机及其运用第三节单斗挖掘机及其运用第四节装载机及其运用第五节平地机及其运用第六节压实机械及其运用本章小结第七章通用石方工程机械第一节凿岩机械与配套设备第二节石料破碎和筛分机械本章小结第八章盾构机与全断面掘进机第一节概述第二节盾构机构造及工作原理第三节盾构的施工与运用第四节全断面掘进机第五节隧道施工中的机械化钻爆法与掘进机法本章小结第十章桥梁工程机械第一节概述第二节架桥机第三节造桥机第四节缆索起重机第五节跨缆起重机本章小结第一节推土机及其应用6.2.1推土机用途与基本构造

一、推土机用途与类型1．推土机的用途推土机主要用来开挖路堑、构筑路堤、回填基坑、铲除障碍、清除积雪、平整场地等，也可完成短距离内松散物料的铲运和堆集作业。还可作助铲机。配备松土器，可进行预松作业。

2．推土机的分类

（1）按功率的大小可分小型（≤37kw

）、中型（37kw～250kw）和大型（≥250kw以上）三类。

（2）按行走方式，推土机可分为履带式和轮胎式两种。

（3）按传动方式分有机械式、液力机械式、全液压式和电传动式四种。（4）按推土机作业环境可分为地面普通式、两栖式和水下式。（5）按推土板安装方式分有固定式（直铲式）和回转式（角铲式）两种。

二、推土机的构造

推土机主要由基础车和工作装置组成。如图所示。推土机的基础车由内燃机和底盘组成，推土机的工作装置主要由前面的推土板、刀片、顶推梁、斜撑杆和提升油缸等组成。

直铲式的推土板和顶推梁、斜撑杆等组成一刚性构架，铰接在推土机台架上。推土板能绕铰点上下活动，利用斜撑杆可适当调整刀片的切削角。

回转式铲刀可在水平面内回转一定的角度（0°～25°）。实现斜铲作业，称为回转式推土机。如果将铲刀在垂直平面内倾斜一个角度（一般为0°～9°），则可实现侧铲作业。回转式推土机还可改装为除荆机和除根机等施工机械，作业范围较广，因而大、中型推土机都采用回转式铲刀。

通常，向前推挖土石方、平整场地或堆积松散物料，广泛采用直铲作业。傍山铲土或单侧弃土，常采用斜铲作业。在斜坡上铲削硬上或挖边沟，可采用侧铲作业。

三、工作装置液压系统

液压控制系统具有结构紧凑、操纵轻便、工作平稳、作业效率高等优点。可根据作业需要，迅速提升或降下工作装置，也可实现铲刀或松土齿缓慢就位。TY320型履带式推土机工作装置液压系统原理图，此液压系统由推土板升降、推土板倾斜、松土器升降和松土器倾斜回路组成。

6.2.2推土机性能指标与运用

一、性能规格主要性能指标见相应表格。

二、推土机运用（一）作业循环

直角推土机的作业循环是切土→推土→卸土→倒退（或折返）回空。作业方法：1．直铲作业是推土机最常用的作业方法，用于将土和石碴向前推送和场地平整作业。其经济作业距离为：小型履带推土机一般为50m以内；中型履带推土机为50～100m，最远不宜超过120m；大型履带推土机为50～100m，最远不宜超过150m；轮胎式推土机为50～80m，最远不宜超过150m。

2．侧铲作业侧铲作业主要用于傍山铲土、单侧弃土。此时推土板的水平回转角一般为左右各25°。作业时能一边切削土壤，一边将土壤移至另一侧。侧铲作业的经济运距一般较直铲作业时短，生产率也低。

3．斜铲作业斜铲作业主要应用在坡度不大的斜坡上铲运硬土及挖沟等作业，推土板可在垂直面内上下各倾斜9°。

4．松土器的劈开作业松土器有多齿和单齿两种。主要用于疏松较薄的硬土、冻土层等。单齿还可以劈裂风化岩和有裂缝或节理发达的岩石，并可拔除树根。用重型单齿松土器劈松岩石的效率比钻孔爆破法高。(二)推土机的生产率

推土机用直铲进行铲推作业时的生产率Q

式中KB——时间利用系数，一般为0.80－0.85；

KY——坡度影响系数，平坡时KY＝1.0；上坡时（坡度5%－10%）KY=0.5－0.7；下坡时（坡度5％－15％）KY=1.3－2.3；

q——推土机一次推运土壤的体积，按密实土方计量（m3）

式中：L——推土板宽度（m）；H——推土板高度（m）；φ0——土自然堆放角，砂φ0=35°；粘土φ0=35°—45°；种植土φ0=25°—40°。

Kn——运移时土的漏损系数，一般为0.75－0.95；

Kp——土壤的松散系数，一般为1.08－1.35；T——每一工作循环的延续时间（s）

（三）推土作业方法

推土机常用的推土方法有拉槽推土法、分段推土法、多刀推土法、并列推土法及下坡推土法等。

1．拉槽推土法拉槽推土法的特点是连续多次在同一处切土推运，借助槽沟的两侧壁作运土时的挡壁，以防止推土过程中土壤散失。拉槽推土法一般只适用于I、II级土壤地区。

L——推土机刀片宽度

2．多刀推土法

在较宽的取土场内，推土机按分段切土，自近而远均将各段所切土壤推运至各段的切土终点处，等作业线上积聚起若干个土堆后，由远而近以土拥土的办法叠送至填方处。多刀推土法和下坡推土法结合使用，能显著地提高生产率。3．并列推土法当运土距离较长（50—100m），可采用2—3台推土机并列作业，这样推土量可增加15%——30％。并列推土时，各机的速度要一致，两推土刀之间要保持30—50厘米的间隔，这就要求司机有较熟练的操作技术。

一、概述（一）铲运机的用途与分类

铲运机是一种利用装在前后轮轴之间的铲运斗，在行进中顺序进行铲装、运铺和铺卸等作业的机械。可以用来进行铲挖和装载，可以运输，卸土，摊铺土，将土一层一层填铺到填方地点，还可以用来平整土壤和对土壤进行压实。具有高速、长距离、大容量运土能力。铲运机一般按以下特点来分类。1．按铲斗容量(1)小容量5m3以下，(2)中等容量5—15m3，(2)大容量>15m3。2．按行走方式(1)拖式——本身没有行走动力，需借助牵引车牵引来进行作业。又分为：①单轴——铲运机自重和斗中土的重量部分通过牵引装置传至牵引车；②双轴——牵引车不承受铲运机自重和斗中土的重量。(2)自行式——本身具有行走动力，1)按发动机数可分为：单发动机——由一台发动机驱动；双发动机——由二台发动机分别前后驱动。2)按轴数可分为：二轴式——以专用单轴牵引车为动力；三轴式——以专用双轴牵引车为动力。3．按行走装置形式(1)轮式铲运机；(2)履带式铲运机4．按装土方式(1)开斗装载式(2)链板装载式5．按操纵方式(1)钢丝绳式(2)液压式6．按卸土方式(1)自落卸土式(2)半强制卸土式(3)强制卸土式，如图。第二节铲运机及其运用（二）作业方式1．铲运机的工作过程(1)铲装驶至装土处，挂上低速档，放下铲斗，同时提起斗门；铲斗靠自重或油缸力作用下切入土壤，在牵引力（由牵引车和助铲机产生）作用下铲斗进行充填。铲斗充满后，提起铲斗离开地面，关闭斗门，铲装结束。铲装过程中刀刃切削深度的变化情况大致如下图。铲装时斗的充填过程如图所示。铲斗充填大致可分为两个阶段：充填铲斗后部、充填铲斗其它部分。2．铲装方法助铲机(2)单独铲装法(3)自行式铲运机串联工作——推拉工作法3．铲运机的适用范围铲运机的合理运距为100~5000m，而自行式铲运机的合理运距为500~5000m。运距小于l00m时，采用推土机较经济。(2)装载运输(3)卸土(4)空车返回二、自行式铲运机以CL7型自行式铲运机为例。CL7型自行式铲运机由铲斗车和低压轮胎单轴牵引车两部分组成，采用液力变矩器、液压换挡行星轮变速箱、液压转向和车轮蹄式内胀式气制动，如图。(一)铲斗车铲斗车由辕架、铲斗、尾架、单轴后轮和液压缸组成，采用液压操纵。辕架呈拱形，有立轴与牵引车的中央枢架相连。铲斗车与牵引车可以相对摆动，以适应在不平地面上的作业。(二)牵引车牵引车采用液力传动，其变矩器为双导轮液力变矩器。变矩器泵轮和涡轮之间装有闭锁离合器，可直接输出动力。传动系统如图所示。三、拖式铲运机CTY8拖式铲运机如图，采用双作用的液压装置完成铲刀的铲入、斗门的开闭、卸土等。铲运机与履带式拖拉机的连接是铰接连接。该铲运机具有工作可靠、结构简单、拆装方便、布局合理、便于维修等优点。第三节单斗挖掘机及其运用一、

单斗挖掘机用途与基本构造（一）单斗挖掘机用途与类型1

单斗挖掘机的用途

单斗挖掘机根据其工作装置的不同，可适用于不同的工作场所，机械传动的单斗挖掘机工作装置的主要型式，如图

。液压传动的挖掘机工作装置的主要型式，如图

。2单斗挖掘机的分类

按走行方式分：履带式、轮胎式、步履式和轨行式等。按采用的动力分：内燃式和电动式。按传动方式分：机械传动和液压传动。按适应工作环境分：适用于高原地区、寒冷地区、沼泽地区等。按铲斗容积分：轻型：斗容量在0.25—0.35m3之间的单斗挖掘机。中型：斗容量在0.35—1.5m3之间的单斗挖掘机。重型：斗容量在1.5m3以上的单斗挖掘机。

（二）单斗挖掘机的构造

单斗挖掘机由工作装置、转台和行走装置三大部分组成。

现以WY100型液压挖掘机为例说明其结构。

WY100型液压挖掘机的机体是分成上下两部分，上部为回转平台，回转平台上安装了动力系统、液压系统、操纵系统、驾驶室等。

l.走行驱动机构走行驱动机构由双速液压马达经一级正齿轮减速，带动驱动链轮。其结构如图所示。2.回转机构挖掘机平台与底座之间通过回转盘联接，回转盘采用交叉滚柱式结构。回转平台的旋转是利用回转液压马达直接带动安装在液压马达输出轴上的小齿轮，小齿轮与固定在底座上的大齿轮啮合，如图

。3．液压系统WY100型挖掘机液压系统为双泵双回路定量系统，其原理如图

。液压系统工作原理如下：液压泵A泵出的油进入后换向阀I，后换向阀I依次串联着4个三位四通阀分别与回转液压马达、右走行液压马达、铲斗液压缸、辅助液压缸4个执行元件相连。当4个换向阀均不动作时，液压泵A泵出的油通过零位进入合流阀13，合流阀13由液压控制，而控制合流阀13的液控油则由工况选择阀5和电磁阀12联合控制供给。在合流时，液压泵A的高压油直接进入液压泵B的高压油路。在图中的a点汇合再进入前换向阀组II的进油阀24。在未合流时，液压泵A油路的回油通向液压泵B油路的回油路上的限速阀7，再经背压阀22，冷却器21，过滤器27回到油箱。液压泵B泵出的油进入前换向阀组II，依次经过串联的4个分别控制动臂液压缸、斗杆液压缸、左走行马达和推土刀片液压缸的三位四通阀，进入限速阀6，再经背压阀22、冷却器、过滤器回油箱。二、单斗挖掘机性能指标与运用

（一）部分国产和进口挖掘机的主要性能指标见有关表。（二）挖掘机运用

单斗挖掘机是一种以铲斗为工作装置进行间隙循环作业的挖掘、装载施工机械，其特点是：挖掘能力强、结构通用性好，可适应多种作业要求，缺点是机动性差。其主要用途是：开挖路堑、沟渠，挖装矿石、剥土，装载松散物料等。

1作业循环挖掘机的一个作业工作循环可分为四个步骤：挖土装载；满载回转；卸土；空斗转回至工作面。2挖掘机的生产率挖掘机每小时生产量Q为：式中T一工作循环时间（s）q—铲斗容量（m3）；K一铲斗装满系数；

η—时间利用系数；ｆC—工作难易系数；

fL

—装料松紧方换算系数；

c1一回转角度与挖掘深度修正系数；c2—挖掘工具修正系数。3作业方法

（1）使用条件机械式单斗挖掘机有四种工作装置即正铲、反铲、拉铲和抓斗。液压式单斗挖掘机有三种工作装置即正铲、反铲和抓斗，都各有其适宜的使用条件。①土壤特性对Ⅲ级以下的土壤，机械式挖掘机的四种作业装置和液压挖掘机的三种作业装置都可以使用；对硬土、冻土和爆破的岩石、碎石，以正铲的挖掘效果较好且最好是宽而低的斗形；对碎石等松散物料采用抓斗进行装载作业较为有效；对Ⅲ级以上的土壤，不适宜于用拉铲和抓斗作业；对于较硬土壤必须用拉铲或抓斗作业时，需预先进行土壤的翻松。

②作业类别对于正铲工作装置，如果是机械式挖掘机则只适宜于对停机面以上的土壤进行挖掘，如果是液压式挖掘机虽可从停机面以下开挖，但仍应以停机面以上的作业为主。此外，由于正铲的动臂较短，正铲作业应配合运输车辆为好；对于反铲工作装置，主要以停机面以下的作业为主，由于动臂也较短，故适宜于与运输车辆配合，挖掘宽度在最大挖掘半径以内且深度较浅的沟槽和基坑等；对于拉铲和抓斗工作装置，由于它们都是长吊杆的悬挂设备，没有斗柄，故可自停机面以上一直挖到离停机面较深的位置，但主要应以停机面以下的作业为主，且土方量较小时不需与运输车辆配合即可完成作业。此外，抓斗作业时只能垂直下挖，其挖掘范围在其挖掘半径的最大与最小值之间，适宜于深基坑和深井的挖掘，拉铲和抓斗都可进行水下作业施工。（2）作业过程作业过程以主要用于挖掘停机面以下土壤的反铲液压挖掘机为例，工作时，先放下动臂使铲斗外扬，然后由斗杆油缸和铲斗油缸的配合进行挖掘。在挖掘过程中，斗杆绕铰接点转动，动臂的倾角也在不断改变，当挖掘到极限位置时，铲斗被动臂升起，到一定高度时，回转马达驱动转台回转至卸土处卸土。

（3）单斗挖掘机的作业方法

①正铲作业正向开挖挖掘机沿前进方向挖土，运输车辆停在其后，这种作业方法挖掘机的回转角度大，作业循环时间长，适合开挖施工区域的入口、场地狭小的路堑沟槽等，如图

。侧面开挖法挖掘机沿前进方向挖土，运输车辆位于侧面，其行驶方向与挖掘路线平行，这种作业方法挖掘机的回转角度一般小于90°，运输车的行驶也较方便，作业工效较好，但应注意避免铲斗与运输车辆相碰，如图。中心开挖法这个方法是先从挖土区宽度的中心开始挖掘（如图a），当向前挖至转角超过90°时，就转向两侧开挖（如图b），汽车都按“八”字形停车待装。这种方法挖掘机移位方便，平均转角可以保持在90°以内，而且两侧均可装车，有利于提高作业效率。如果土方量较集中，取土场工作面很宽，可以把这个方法稍加变化，布置成多台挖掘机在这个宽的工作面上同时向前掘进。

②反铲作业沟端开挖法挖掘机从沟端开始倒退挖土，当开挖宽度小于有效挖掘半径的2倍时，运输车辆可停在沟侧，装车时动臂的回转角度较小，约为45°，当开挖宽度大于有效挖掘半径的2倍时，运输车辆需停在挖掘机后两侧，装车时动臂的回转角度仅为90°。这种作业方法便于运输车辆的行驶，可连续工作，其工效较高。如图。沟侧开挖法挖掘机沿沟槽一侧直线行驶挖掘，运输车辆停于挖掘机的侧前方和侧面，回转角一般小于90°（如图）。这种作业方法可将土弃置于距沟槽较远处，且循环时间较短，但沟槽宽度不可太宽，机身稳定性也较差。③拉铲作业与反铲作业类似，只是弃土范围较大，但挖掘能力较小。如图。（4）配套汽车数量挖掘机挖土装车时，要合理确定汽车的容量和台数。汽车的容量不要少于铲斗容量的3～4倍，否则由于装满一车的时间太短，汽车不易配合得上，同时，汽车承载量过小时也容易受到损坏。汽车的台数应保证挖掘机能连续地进行挖装，即

汽车的行驶速度是不会很均衡的，因此实际的配套数应较算出的台数N多加一两台。

第四节装载机及其运用一、概述（一）装载机的用途与分类

装载机是可以用来铲装、搬运、卸载、平整散装物料，也可以对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作，装载机的铲斗还可以换装多种不同的工作装置，完成多种不同的施工作业，如装卸物料、土壤，清理场地，物料、原木短距离搬运，等等。装载机有单斗和多斗两种；按使用场合来区分，则可分为露天和井下两种。常用的是单斗装载机，单斗装载机按发动机的功率可分为小型、中型、大型和特大型四种；按传动形式为机械式、液力式、液压式和电动式；按车架形式分为铰接式和整体式；按卸货方式分为前卸式、回转式和后卸式。（二）作业过程装载机的作业过程是由铲装、转运、卸料和返回四个过程组成的工作循环。如图所示。二、总体构造装载机的总体构造如图所示。它是由发动机、传动系统、行走装置、工作装置、操纵系统和机架、驾驶室等部分组成。（一）工作装置装载机的工作装置分为有铲斗托架和无铲斗托架两类，如图。有铲斗托架的工作装置其铲斗装在托架上，并由托架上的铲斗液压油缸控制铲斗转动。无铲斗托架式工作装置由动臂、摇臂、连杆和铲斗组成的四连杆机构、铲斗液压缸与动臂液压缸等组成。除了标准铲斗外，还有各种不同用途的铲斗和其他工作装置，如图。无铲斗托架工作装置连杆机构又分为反转式和正转式，如图。（二）操纵系统装载机的操纵系统均为液压操纵式，它主要用于控制动臂升降、铲斗翻转和转台回转等动作。图为ZL50型装载机液压传动系统图。铲斗转动滑阀为三位六通阀，有铲斗上转、铲斗下转、铲斗液压缸闭锁(中位)三个位置。动臂滑阀为四位六通阀，有动臂提升、动臂下降、动臂液压缸闭锁、动臂浮动四个位置。三、装载机的运用（一）生产率是指在单位时间内装卸物料的重量，其计算式为…….。（二）操作方法对于松散物料和土壤可以采用不同的铲装方式，见图。（三）施工组织装载机与汽车配合作业时，有不同的作业法，如图。第五节平地机及其运用一、用途与作业概述(一)用途及分类平地机是用铲刀对土壤进行刮削、平整和摊铺的土方作业机械。其主要用途是：修整路基横断面和边坡；开挖三角形或梯形断面的边沟；从两侧取土填筑不高于1m的路堤。具有高效能、高清度的平面刮削、平整作业能力。平地机有拖式和自行式两种类型。自行式平地机按操纵方式的不同，可分为机械操纵式和液压操纵式两种；按车轮数目的不同，可分为四轮式和六轮式两种；按车轮驱动情况的不同，可分为后轮驱动式和全轮驱动式两种；按车轮转向情况的不同，可分为前轮转向式和全轮转向式两种；按发动机功率和刮刀长度的不同，可分为轻型、中型和重型三种。自行式平地机的表示方法是：车轮总对数(总轴数)×驱动轮对数(轴数)×转向轮对数(轴数)。如六轮3×2×1，平地机的主参数，用发动机的功率表示。(二)作业过程平地机是一种连续作业的土方工程机械，它在作业时，铲土、运土和卸土三道施工程序是连续进行的。作业过程，如图。作业前，调整好刮刀的铲土角和平面角，前置端切人土中。如图(a)所示。当前驶至路段终了时，掉头从另一侧照上述方法施工回来，这是铲土过程；按原来的环形路线将已铲挖的土堆逐次移向路中心，这是移土过程，如图(b)所示。最后平整土并修整路拱，这是整平过程，如图(c)所示。路堤修整完后，还要将取土坑隆整成“V”字形或梯形，以作为路堤的边沟。二、平地机的总体构造

自行式平地机如图。主要由发动机、机架、传动系统、工作装置、行走装置、操纵系统等部分组成。(一)发动机

平地机发动机一般都采用风冷或水冷柴油机。PYl60A型平地机采用6135K—10型水冷柴油机，多数柴油机采用了废气涡轮增压技术。(二)机架机架是平地机的骨架，它是一个弓形的焊接结构，如图所示。弓形纵梁是一个单桁架梁，工作装置悬挂在梁的下面。机架后部由两根纵梁和一根后横梁组成，上面安装着发动机和传动系统等。(三)工作装置平地机的工作装置由铲刀、转盘及牵引架组成，在机架前部还装有耙松装置，有时还装推土装置。1．铲刀装置铲刀通过两个耳板与转盘活动连接。转盘与牵引架活动连接，在回转液压缸的驱动下，带动铲刀相对于牵引架产生回转。牵引架为T形钢架，前端铰接在机架端部，后端通过两个升降液压缸悬挂在机架中部，同时还与装在机架上的倾斜液压缸铰接。在下降液压缸和倾斜液压缸的共同作用下，牵引架带动转动和铲刀绕牵引架前铰点上下摆动，使铲刀升降。铲刀与转盘、牵引架的活动连接，如图所示。这种连接可调节铲刀离地高度，又可左右摆动，还可绕牵引架对称轴转动，从而使铲刀一端铲入地面，而另一端离开地面。2．耙松装置和推土装置耙松装置如图所示，由耙架、耙齿、弯板、松土耙升降液压缸等组成。耙松装置主要用来松土和清除杂物，并起到搅拌路面基础材料的作用。推土装置是其备用设备。(四)操纵系统平地机操纵系统有机械操纵和液压操纵两种形式，如图所示为国产PYl60型平地机液压操纵系统的示意图。该系统由工作装置操纵和液力转向操纵两部分组成，液压操纵系统是由发动机通过三角皮带驱动齿轮油泵来供油的。平地机的液压操纵系统共有八个操纵杆，操纵实现的动作：刮刀的左升降、右升降、左右回转、左右侧伸、左右向机外倾斜、铲土角调整耙升降以及车轮转向。三、平地机的运用(一)生产率的计算平地机生产率的计算，根据施工对象的不同，计算方法也不同。如在修整路型时，生产率是按单位时间内所完成的土方量来计算的；而在平整场地时，则按单位时间内所完成的平整面积来计算的。刮刀每次铲土的横截面面积与刮刀长度、平面角、倾斜角以及切土深度等因素有关。它应该是刮刀纵向投影面上一个小三角形面积，见图。铲土的横断面面积应为：

(二)平地机的运用1．提高平地机生产率的措施(1)增大每一工作行程的长度。(2)正确调整刮刀的位置。(3)采用多机联合作业。(4)减少行程总数。作业时，减少其行程总数可提高工效。如采用“四边形断面”的铲土方法(如图)可以获得最大的铲土横断面面积。2．平地机的基本操纵法(1)刀角铲土侧移作业法。如图，可用来开挖边沟，并可用挖出的土壤来修整路型或填筑低洼路堤。(2)刮刀刮土侧移作业法。刮刀刮土侧移(见图)是利用刮刀全宽刮土，而一侧斜向卸土的作业方法。此法适用于移土修整路基、平整场地、回填沟渠、铺散料或拌合物料等作业。为提高平地机刮土效率，对于刮刀全回转平地机只需将刮刀回转180o，将刮刀置于平地机反向行驶作业的相应位置。平地机倒驶作业法如图。(3)刮刀刮土直移作业法。刮刀刮土直移，是指将刮刀平置，即垂直于平地机行驶方向，刮刀两端等量下降，少量切土，匀速向前刮土的作业方式，如图。(4)机外刮土作业法。当刮刀作业面在施工现场无法用前面三种刮土作业法进行施工时，必须采用机外刮土作业法。机外刮土作业法，如图。主要用于路堤、边坡修整、开挖边沟。

平地机的基本操作方法除上述四种以外，还有其他的一些作业形式。如，在弯道作业时，可选用全轮转向的平地机，此时前后轮可适应弯道的情况配合转向，如图。第六节压实机械及其运用

压实的目的在于获得最大的表面密实度，以抵抗在其表面行驶物体的动力影响以及水分的侵蚀。压实机械根据工作原理的不同，可分为静力式、冲击式和振动式三大类，如图。按行走方式分为手扶式、拖式和自行式；按碾压轮的材料和表面形状分为钢制光面压轮、凸块压轮、羊脚压轮、格栅压轮和充气轮胎橡胶压轮等。选用压实机械时应考虑以下因素：土壤性质和状态、压实层厚度、施工工作面情况、机械的特性及生产率等。一、静力式压实机械(一)静力式光轮压路机1．用途及分类静力式光轮压路机的工作装置是由几个用钢板卷成或用铸钢铸成的圆柱形中空(内部可装压实材料)的滚轮组成，如图。它是借助滚轮自重的静压力作用对被压层进行压实工作的，一般用于分层压实。常用于碾压路基、路面、广场和其他各类工程的地基。静力式光轮压路机按碾压轮和轮轴的数目可分为两轮两轴式、三轮两轴式和三轮三轴式三种类型，如图；按机械自重的大小可分为小型(3～5t)、轻型(5～8t)、中型(8～10t)、重型(10～15t)和超重型(>15t)五种类型。

小型压路机是两轮两轴式，宜用于压实人行道或沥青混泥土路面的修补等养路工程；轻型压路机多是两轮两轴式，宜用于压实轻型沥青混凝土路面和广场等工程；中型压路机有两轮两轴式和三轮两轴式两种，宜用于压实路基、地基及初压铺砌层等工程；重型压路机三轮两轴式和三轮三轴式两种，宜用于压实路基和砾石、碎石及沥青混凝土路面的最终压实；超重型压路机都是三轮三轴式，它宜于路基的最终压实及重型石砌层和路面的压实。2．总体构静力式光轮压路机是由发动机、传动系统、行驶滚轮、操纵系统、机架和驾驶室等部分组成。发动机一般采用柴油机，一般装在机架的前部。机架是压路机的骨架，它是用钢板焊接而成的。机架的前端和后部分别支承在前后滚轮上。图示为ZY8／10A型两轮压路机传动系统图。(二)羊脚碾

羊脚碾如图所示，在光轮压路碾的表面上安装了许多凸爪。压实效果和压实深度均较同重量的光轮压路机高(重型羊脚碾的压实厚度可达30—50cm)。很适合对含水量较大且新填的粘性土进行压实，但不能用来压实砂土和工程的表面层。羊脚碾可分拖式和自行式两种类型，常用的羊脚碾多为拖式单滚羊脚碾。羊脚的形状，如图。(三)轮胎式压路机轮胎式压路机是一种新型静力式压路机，如图。轮胎式压路机的动力传动系统有的采用机械传动，即采用主离合器和定轴轮系变速箱；也有的采用液力机械传动，即采用液力变矩器和动力换挡变速箱。YL9／16型轮胎式压路机的传动系统如图。二、振动式压实机械(一)用途及分类振动式压实机械是利用偏心块(或偏心轴)高速旋转时所产生的离心力作用而对材料进行振动压实的。振动压路机按行驶方法的不同可分为拖式、手扶式和自行式，如图。大、中型振动压路机均采用自行式。按传动形式的不同，振动压路机可分为机械式和机液式两种类型。振动压路机按工作轮形式的不同，可分为全钢轮式和组合轮式两种类型。合轮式振动压路机的前轮为钢轮，后轮为胶轮。(二)总体构造Z4．5型振动压路机如图，它由机架、工作行走装置、传动系统和操纵机构等组成。还设有无级调频装置。根据工作要求，其振动轮可调成不振、弱振或强振等不同状态，可兼作轻、中、重三种类型的压路机用。振动轮通过减振器与机架相连，以减少对车架及机架上机件的振动。振动轮的钢轮由耐磨且焊接性好的钢板焊成，如图所示为YZJ10B型振动压路机振动轮的结构。图中所示的振动轮为从动轮。若在振动轮上装有走行驱动装置和减速器，则振动轮为驱动轮。目前，振动压路机的振动机构还设有自动停止振动的装置。三、冲击式压实机械冲击式压实机械广泛应用于建筑、给排水工程、道路工程施工中。常用的冲击式压实机械有电动蛙式打夯机和内燃打夯机两种类型。电动蛙式打夯机由偏心块、夯头、夯头架、传动系统(包括电动机)等组成。工作时，电动机经两级减速(三角皮带传动)使夯头上的偏心轴旋转。偏心块在旋转时产生离心力，使夯头架的动臂绕销轴摆动，夯头架便带动夯头做上下运动，并对土层进行夯击，如此周期性地工作，从而夯实土，同时实现夯实机的自由前进。四、压实机械的使用(一)生产率的计算各种型号压路机的生产率都按单位时间所压实的体积来计算。(二)合理使用

1．路基的压实路基压实的目的在于提高其强度和稳定性。路基的压实作业应遵循“先轻后重、先慢后快、先边后中”的原则。(1)开始时先用轻型压路机初压，随着被压实层密实度的增加，逐渐改用中型和重型压路机进行复压。(2)压路机的碾压速度随着碾压遍数的增加可以加快。随着碾压遍数的增加，铺砌层的密实度增加从而加快碾压速度，有利于提高压路机的作业效率和表层的平整度。(3)碾压作业应始终坚持从路基两侧开始，逐次向路中心移动碾压的原则，以保证路基的设计拱形和防止路基两侧的坍落。另外，在碾压过程中，应始终保持压路机行驶方向的直线性。压路机的选择应根据土壤类型和湿度、压实度标准、压实层厚度、压路机的生产率、施工条件以及其他土方机械的配合等因素的综合影响来选择。2．路面压实路面压实的目的在于获得表面最大的密实度，从而使道路表面形成一层坚硬的外壳，以使它在自然气候和运输工具的作用下，都能保持铺砌层的相对稳定。路面铺砌层压实方法和路基压实一样，从初压到以后各个阶段所选用的压路机也是先轻后重，速度由低到高。为了防止混合料粘附在轮面上，应在压路机的滚轮面上抹一层特制的乳化剂或洒水(有的压路机设有专门的轮面洒水装置)。本章小结：第一节凿岩机械与配套设备凿岩机械是用来对石方进行钻孔等作业的机械化设备。钻孔爆破法是最常用的凿岩方法。它首先用凿岩机械在岩石的工作面上开凿一定深度和孔径的炮孔，然后装药爆破，再将爆破后的碎石由装岩设备运走，实现凿岩和掘进。钻孔爆破法施工中使用的凿岩机械有凿岩机和凿岩台车。一、凿岩机

1．凿岩机分类与技术特性根据凿岩机采用的动力不同，凿岩机可分为风动凿岩机、液压凿岩机、内燃凿岩机和电动凿岩机等。其中风动凿岩机又分为：手持式凿者机、气腿式凿岩机、向上式凿岩机、导轨式凿岩机。2．凿岩机的工作原理

(一)风动凿岩机的工作原理

风动凿岩机实际上是一只双作用的活塞式风动工具，其工作原理如图

。在气缸两腔压力差的作用下，活塞1在气缸中往复运动，冲击钢钎3进行凿岩作业。而活塞在返回行程时带动钎子转动一定角度。这样，活塞每冲击一次，钎子就转动一次。

钻杆和钻头是凿岩机的工作装置，钻杆由杆柄、杆身和杆头(钻头)三部分组成。

钻头的形状是根据所凿岩石的硬度相组成的不同而不同的，常用的钻头有单凿[图a]、双凿[图b]]和十字形[图c]]三种形式。

c)（二）液压凿岩机的构造及工作原理液压凿岩机按冲击机构的配油方式可分为有阀类和无阀类。如图为瑞典的阿特拉斯·科普科公司的COP1038HD型液压凿岩机结构。它是由机体、冲击机构、转钎机构、液压系统和排粉装置组成。冲击机构由冲击活塞6、缓冲弹簧4和密封装置5组成；转钎机构由液压马达9、花键联接套10、传动轴11、驱动齿轮13以及转钎齿轮套3组成。

工作原理如图，压力油通过油路1进入液压缸后腔，液压缸前腔通过油路5回油，活塞在油压作用下开始冲程。当活塞将通向柱阀油路2打开时，压力油经油路2推动柱阀左移换位，同时活塞冲击钎子。柱阀低压侧8的油通过油路6、7流入回油路4。在活塞回程开始位置(图b)，压力油通过油路5进入前腔，液压缸后腔通过油路1回油，活塞开始回程。当活塞打开柱阀油路6时，压力油通过油路7、6推动柱阀右移换位，柱阀低压侧10的油通过油路2、3排入回油路4。

COP1038HD凿岩机可通过调换调节塞及改变油压来调节活塞行程，进而改变冲击频率和冲击功。其调节原理是当更换环形槽长度不同的三种调节塞时，可使推阀油路7更换位置，从而使活塞得到3个不同的行程。液压系统有油压流量调节器和蓄能器，可根据岩质调节冲击频率和转钎的回转速度；排粉装置采用旁侧供水口2，保证岩粉排除和钻头冷却的需要。二、凿岩台车1．凿岩台车的构造及原理

凿岩台车一般是由推进器、钻臂及其变幅机构、底盘、供风、供水及液压系统等部分组成的。以瑞典阿特拉斯·科普科公司的H177两臂液压凿岩台车为例，来说明凿岩台车的构造和原理。该机一般配用COPl238系列凿岩机、BUT35H型伸缩式钻臂、铰接轮式底盘以及BHU38P—02(A8V)HV05控制系统，两钻臂之间装有一个HL75型液压工作平台，如图

。1）底盘

H177两臂液压凿岩台车采用的是DC一16HD型铰接轮式底盘，它包括发动机、传动与行走系统、转向系统、制动系统和驾驶室。（1）发动机采用VOLVOTD16A型四冲程、六缸、水冷、直列、直喷式柴油机，额定输出功率为113KW，主要用来驱动台车行走以及在无电源或电动机驱动液压泵损坏时带动液压泵驱动钻臂、支腿、顶篷、电缆卷盘推进器等动作。此外，该发动机还配有水洗废气净化器，以适应地下工程作业。（2）传动及行走系统传动方式为液力传动，发动机动力经飞轮传到变矩器后，一路由泵轮直接传到分动齿轮，驱动转向液压泵和液压泵。另一路经泵轮、涡轮传至动力换档变速器、分动箱，最后传至轮边减速器驱动前后轮。（3）转向系统它是由转向液压泵、操作阀及转向液压缸组成。转向液压缸推动前后铰接车架实现转向，转向灵活，转弯半径小。（4）制动系统它是由行车制动和停车制动组成。行车制动为蹄式制动器，由脚踏板操作，用气推油制动四轮。停车制动为手制动，在弹簧作用下制动分动箱输出轴，由制动按钮操纵．制动释放由压缩空气实现。（5）驾驶室驾驶室为敞篷式，顶篷可用液压升降保护操作者安全，驾驶室前面按左中右横向顺序布置有左钻臂操作台、工作平台操作台、右钻臂操作台，后部纵向布置行走驾驶操作台。2）钻臂及其变幅机构

钻臂可自动平移，如图。自动平移是由钻臂基本臂前端支臂液压缸E1、E2和后部仰俯液压缸A1、A2保证的，当支臂液压缸E1、E2伸缩时、仰俯液压缸A、1A2按比例伸缩，推进器实现自动平移。

3）推进器H177液压凿岩台车采用的是液压缸—钢丝绳型式的推进器，如图所示。活塞杆固定在导轨末端，液压缸移动，经推进绳或回位绳将位移放大2倍后传递给凿岩机托架。推进力由油压控制，导轨的抵紧定位力由调压阀调整液压油压力来调节，可防止顶推力过大。

4）控制系统控制系统包括液压系统、主电路、控制电路、供气系统和供水系统，具有电动机液压泵和气动自动控制功能。每台凿岩机配备有1个泵组，包括1台电动机、1个双联泵、1个操作台及2台凿岩机共用的配电箱，空气压缩机提供的压缩空气用以润滑钎尾并进行凿岩气控操作；增压水泵将水增压后供给凿岩机；主电路包括各电动机及其动力线路；控制电路控制各电动机起动，空气压缩机及水泵电动机随主电动机起动而起动；液压系统包括电动机液压系统和发动机液压系统，发动机液压系统由发动机带动1个双联柱塞液压泵供油，驱动钻臂、平台、支腿、顶棚、卷筒和推进器，电动机液压系统由电动机带动双联柱塞液压泵供油，除驱动发动机液压系统驱动的动作外，还可驱动凿岩机冲击和旋转。

三、空气压缩机

（一）空气压缩机的用途和分类

空气压缩机(简称空压机)是一种以内燃机或电动机作为动力，将空气压缩成高压空气的机械。工作原理的不同，可分为往复式和旋转式两大类型。按空气在一个循环内被压缩次数的不同，空气压缩机可分为单级式、双级式和多级式三种类型；按活塞工作面的不同，可分为单作用式和双作用式两种类型，双作用式空压机的活塞在气缸中的往复运动都对气体有压缩作用，故压气量高于单作用式空压机；按压缩机安装方式的不同，可分为移动式、半固定式和固定式三种类型。（二）活塞式空压机的工作原理空压机的工作原理是通过容积的变化将自由空气压缩成压缩空气。单级活塞式空压机的工作原理如图。当活塞由气缸的上止点向下止点移动时，外界的空气在气缸内外压力差的作用下，克服弹簧的张力推开进气阀而进入气缸，此过程为吸气过程。当活塞由下止点向上止点移动时。这时由于进、出气阀均关闭，气缸内的空气受到压缩。产生压缩空气压力，此过程即为压缩过程。

多级压缩的工作原理和单级压缩一样，不同之处就是把空气的压缩过程分成两个或两个以上阶段，分别在几个气缸中逐次完成气体压缩，使气压逐渐上升。两级活塞式空压机的工作原理如图所示。

（三）活塞式空压机的总体构造1．空压机的机体构造

图所示为ZY8．5／7型活塞式空压机的机体构造。它属于风冷却、柴油机驱动、两级压缩、单作用活塞、移动式空压机。它由缸盖1、气缸2、上下曲轴箱3和7、曲轴连杆机构、配气机构、冷却系和润滑系等主要部分组成。空压机除配气机构比较特殊外，其余各部分都和内燃机的结构相似。

2．空压机的自动调节系统

为保证空压机的排气量能适应风动机具需气量的变化，使贮气筒内的气压始终保持在一定的范围内，所有的空压机均装有自动调节系统。

空压机的自动调节系统主要由气压调节器1、减荷阀5和调速器6三部分组成，如图所示。它们的结构有多种形式，但其工作原理大致相似。气压调节器直接接通贮气筒，而减荷阀和调速器则与气压调节器连通。第二节石料破碎和筛分机械一、破碎机械1.石料破碎方法和破碎机分类爆破后所得的是一些大小不等的石块，不能直接用来铺筑路面和配制混泥土材料。为了获得各种规格的碎石，还必须将大的石块破碎成碎石。破碎机就是一种用来破碎石块的机械。根据破碎机的功用和作用原理，石块破碎方法有：（a）压碎；（b）冲击破碎；（c）磨碎；（d）劈碎；（e）压碎和磨碎同时作业等。如图。破碎比i：破碎前石块尺寸D与最后加工成成品的碎石尺寸d之比：

破碎比i是评定破碎工作情况的参数，可用来衡量对石块的加工程度。破碎分为粗碎、中碎、细碎和微碎。见表（评定各种石质破碎材料的范围表）。破碎机按结构的不同可分为颚式、锥式、锤式和滚筒式四大类。如图。颚式破碎机（图a）是利用活动颚板相对固定颚板的往复摆动对石块进行破碎的。可用于粗碎和中碎，结构简单、外部尺寸小、破碎比较大（i=6-8）、操作方便，在筑路工程中使用广泛。

锥式破碎机（图b）是利用一个置于固定锥孔体内的偏心旋转锥体的转动，使石块受挤压、研磨和弯折等作用而被破碎的。这种破碎机主要用于中碎和细碎。锤式破碎机（图c）是利用破碎锤来破碎石块的。这种破碎机的结构较为简单、重量轻、体积小，能破碎硬度较大的石块。但生产率不高，且石料成品的规格大小不一，含有很多的石屑和石粉等废品，故仅适用于养路工作的备料。滚筒式破碎机（图d）是利用两个反向转动的平衡滚筒的相对运动将石料进行破碎的。结构简单，石料成品细而均匀。但进料尺寸不能过大、破碎比较小，因此很少单独使用，一般用于配合颚式破碎机作次碎工作。

2.破碎机的工作原理及总体构造

以颚式破碎机为例来介绍破碎机的工作原理及其总体构造。（1）工作原理颚式破碎机按活动颚板摆动形式的不同，分为单摆式和复摆式两种类型。如图为单摆颚式破碎机的工作简图：活动颚板2悬挂在横轴3上，其下端以横轴为中心可前后摆动，颚板上各点的轨迹是一个圆弧。活动颚板的往复摆动是靠其背后的连杆—肘板机构来实现的。当发动机通过传动装置带动偏心轴旋转时，驱使连杆5上下运动，并通过前肘板9迫使活动颚板作前后摆动对斗内的石块进行破碎。

复摆颚式破碎机的工作简图如图：活动颚板2直接悬挂在偏心轴3上，它没有单独的连杆，肘板也只有一块，因此其结构较单摆式破碎机简单。活动颚板下端的背部也用一根带弹簧的拉杆5拉住。当偏心轴3旋转时，直接驱动使活动颚板2既前后又上下作椭圆形的摆动。由于活动颚板的摆动轨迹成椭圆形，石料便在冲压和碾搓两种作用下被破碎，并自动将石料向卸料口的方向推进。

复摆式较单摆式破碎机破碎效果好，破碎比也大，成品较均匀，同时较适用于破碎湿粘石料。其缺点在于活动颚板在破碎石料时由于同时受冲压和碾搓作用，故磨损较大，能量消耗也较大。

（2）总体构造

复摆颚式破碎机由机架、定颚板、动颚板、偏心轴、肘板及调整机构等组成。复摆颚式破碎机的机座通常采用焊接结构，其侧壁相互间由箱形结构地前壁1和后梁4联接。动颚板9装在其上部的偏心轴3上，它与机座的前壁（即定颚板1）组成一个碎石室。定、动颚板的面上均装有可卸齿板，它的们借特制的梯形螺杆进行固定，两齿板的齿交错装配，以增大破碎石料的能力。动颚板9的后下端与肘板8的一端相肘撑，另一端则肘撑于调整机构5的楔块上。动颚板的后下端用一根带弹簧6的拉杆7拉住。偏心轴3通过两个滚动轴承安装在机架的轴承座上，其两端对称地安装着直径相同的飞轮和三角皮带轮。飞轮的作用是储存能量，使机械运转平稳。3.破碎机的使用（1）生产率计算

式中：Q—颚式破碎机的生产率（t/h）；b—卸料隙口宽度（m）；

L—卸料隙口长度（m）；n—偏心轴转速（r/min）；

S—动颚行程（单摆式）或偏心距（复摆式）（m）；

β—供料强度；

γ—石料容重（t/m3）。

可以看出，当破碎某种石料时，除容重是常数外，其它参数均是可变参数，它们将影响破碎机的生产率：破碎机卸料隙口尺寸的大小影响其破碎比，若破碎比小，则破碎的次数就少，破碎机的生产率就高；供料强度β对破碎机的生产率影响很大，因此，石块的加入应保持均匀且经常保持斗满；偏心轴的转速n越高，动颚板每分钟摆动的次数越多，则破碎机的生产率就越高，但其转速过高会造成来不及卸料，生产率反而会降低，因此，偏心轴的转速应按规定调整到有效的范围内。

（2）技术使用

破碎机起动时应是空斗，故停机前需将石料卸空。加料时，应将石料从料口正面均匀地加入，避免侧面加料而引起单边负荷的剧增。工作中，若发现由于石料的堵塞而造成动颚板的停摆，应立即切断动力，清除斗内的石料后方可再起动。

二、筛分机械

在加工石料的过程中，必须按颗粒大小进行分级，从材料中去除杂质。分级可在带有一定尺寸孔的平面或曲面上进行，这种过程称为筛分。为此所用的机械称为筛分机械。若物料颗粒尺寸大于筛孔尺寸则此料停留在筛子表面上，为筛上粒料或上级料；若物料颗粒通过筛孔，则为筛下粒料或下级料。

筛分分为三类：（1）初筛，即在大量石块破碎后进行的，它将过分粗的或过分细的颗粒分离出去；（2）中筛，即靠这种筛子将破碎的材料分离初较粗的块，以便送到二次破碎机里破碎；（3）终筛，即将块状或粒状材料分别达到产品要求的颗粒级配。

材料筛选有两种途径：一种如图（a）所示，材料的分选由细到粗，它简单，可保证按储料仓分选材料，配置较好；

另一种如图（b）所示，分选由粗到细，生产率较高，筛分级数较多，而筛子磨损较小，故普遍采用。图（c）组合式筛选具有前两者优点。筛分机分为固定式和活动式两种。固定式的工作机构应用炉箅式格筛，如图a。活动式带筛网或格筛类型的工作机构筛分机靠强制运动来实现。活动式筛分机可分为水平（或倾斜）安装平面式（如图c和d），滚筒式（如图f）和滚子式（如图g）。振动式的筛分机按传动性质分为：偏心式（如图b）和惯性式（如图d和e）两种。按工作机构运动的轨迹分为：带定向摆动式、封闭环式和椭圆式三种。

三、石料破碎—筛分联合设备

石料破碎—筛分联合设备按机动性可分为固定式、半固定式、移动式和浮动式等几种；按成品料产量（功率）可分为小型（生产率50000-100000m3/年）、中型（生产率100000-250000m3/年）和大型（生产率>250000m3/年）；按地形布置可分为各设备水平布置和垂直布置两种型式；按工艺流程图可以分为开式作业循环和闭式作业循环两种型式。在开式作业循环中，破碎的石料仅通过一次破碎机，超尺寸的粒料不进入第二次破碎；在闭式破碎循环中，可得到均匀尺寸的成品料，因为超尺寸的粒料将重复破碎和筛分。在破碎—筛分联合设备中，根据原石料的性质选择和应用各种破碎机械，在多个破碎阶段对物料进行破碎。破碎阶段数根据所需的破碎比决定。石料在破碎—筛分联合设备厂中三阶段加工过程原理如图所示。石料进入料斗1，由给料器2把料送到重型格条筛3上进行预筛。预筛后的下级产品料和经过第一破碎阶段的物料一起进入中间筛分机5，从石料中排出不需要在中碎破碎机6内加工的成品料，中间筛分机Ⅰ的下级产品料和经过中碎破碎机6的产品料一起进入中间筛分机Ⅱ。安装在第三阶段的细碎破碎机8把在前阶段上所得到的物料破碎加工到成品尺寸40mm。根据石料的种类，可以采用锥式或锤式破碎机作细碎破碎机。经第三阶段破碎后的物料送到检验筛分机9和最终筛分机10上。从这筛子面上下来的上级产品料，即大于40mm尺寸的颗粒返回到细碎破碎机中去，实现闭式破碎循环。

本章小结：第一节概述一、隧道施工方法概述开挖隧道的方法通常可以分为明挖法和暗挖法两大类型。明挖法采用的机械设备通常是挖掘机等土石方机械和桩工机械。暗挖法主要施工方法有：钻爆法、盾构法和掘进机法。采用的机械设备通常有凿岩、装药机械；装碴运输机械；喷锚支护机械；二次模筑衬砌机械和动力通风机械以及盾构机和全断面掘进机。二、盾构机分类介绍盾构的分类方法有以下几种：（1）按开挖面土的挖掘方式，可以分为手掘（人工挖掘）式、半机械式和机械式；（2）按开挖面上的挡土方式，可以分为开敞式和封闭式（土体能自立时采用开敞式，土体松软而不能自立时则采用封闭式）；（3）按开挖面压力平衡的方式，可分为气压式，泥水加压式、土压平衡式。

第二节盾构机构造及工作原理以德国海瑞克土压平衡式盾构机为例分析盾构机的组成及工作原理。

一、盾构机的工作原理土压平衡盾构基本构造如图。土压平衡盾构主要由盾壳、刀盘、螺旋运输机、盾构推进液压缸、管片拼装机以及盾尾密封装置等构成。它是在普通盾构基础上，在盾构中部增设一道密封隔板，把盾构开挖面与隧道截然分隔，使密封隔板与开挖面土层之间形成一密封泥土舱，刀盘在泥土舱中工作，另外通过密封隔板装有螺旋输送机。当盾构由盾构推进液压缸向前推进时，由刀盘切削下来的泥土充满泥土舱和螺旋输送机壳体内的全部空间，同时，依靠充满的泥土来顶住开挖面土层的水土压力，另外可通过调节螺旋输送机的转速控制开挖量，使盾构排土量和开挖量保持或接近平衡，以此来保持开挖地层的稳定和防止地面变形。如图表示盾构施工中排土量、开挖量变化与地表变形的影响示意图，即排土量与开挖土量平衡时（PW+PE=PTBM），则地面处于稳定状态；排土量过大（PW+PE>PTBM），地面发生沉陷；排土是过小（PW+PE﹤PTBM），地面发生隆起。二、盾构机的工作过程

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。

2．掘进中控制排土量与排土速度当泥土舱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。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入泥土舱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。三、盾构机的构造

盾构机主要由9大部分组成，他们是盾壳、刀盘、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。如图。

1．盾壳盾壳是一个用厚钢板焊接而成的圆筒，是盾构受力支撑的主体结构。其作用有：（1）受地下水压和地层土压力，起临时支护作用，保护设备及操作人员的安全；（2）承受盾构千斤顶的水平推力及各种施工荷载，使盾构在土层中顶进；（3）是盾构各机构的支承和安装基础。盾壳主要包括切口环（前盾）、支承环（中盾）和尾盾三部分。如图。2．切削刀盘

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，如图。刀盘有封闭型和开放型。封闭型切削刀盘由辐条、切削刀具、进土槽和面板等构成；开放型切削刀盘是由切削刀具和加劲幅条构成。

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。表为刀盘上的常用刀具。

名称

结构示意图

特点

名称

结构示意图

特点

单刃滚刀

用于硬岩掘进，可换装齿刀

中心齿刀

用于软岩掘进。背装式，可换装中心滚刀

双刃正滚刀

用于硬岩掘进，背装式可换装双刃齿刀

正齿刀

用于软土掘进，背装式，可换装正滚刀

双刃中心刀

用于硬岩掘进，背装式可换装齿刀

切刀

软土刀具，装于排渣口一侧

刮刀

刀盘弧形周边软土刀具，同时在硬岩掘进中可用作刮渣

滚刀型仿形刀

用于局部扩大隧道断面

3．刀盘驱动支承机构

刀盘驱动支承机构用以驱动刀盘旋转，以对体进行挤压和切削。其位于盾构切口环的中部。前部与刀盘的法兰相连，后部与压力壁法兰以螺栓联接。主要由驱动支承轴承、大齿圈、密封支撑、带轴承的小齿轮、减速器及马达等组成。刀盘支承方式有中心支承式、中间支承式和周边大轴承支承式，如图

。刀盘驱动机构构造如图。主轴承由前后两个大小不同的推力滚柱和一个径向滚柱组成，大齿圈为轴承内环，外环通过螺栓与切口环承压隔板的法兰相连。小推力滚柱主要承受刀盘的自重，大推力滚柱承受盾构掘进机的推进力。4．双室气闸

双室气闸装在切口环上，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舱检察及更换刀具时，要使用双室气闸。5．管片安装机管片安装机的功能是准确地将管片放到恰当的位置上并能安全且迅速地把管片组装成所定形式。因此它需具备以下三个动作：即能提升管片，能沿盾构轴向平行移动，能绕盾构轴线回转。相应的拼装机构为举升装置，平移装置和回转装置。如图所示。6．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。

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、泡沫设备、膨润土设备、循环水设备及通风设备等。

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。9．辅助设备辅助设备包括数据采集系统，SLS-T隧道激光导向系统。注浆装置、泡沫装置，膨润土装置。第三节盾构的施工与运用一、盾构法施工工艺过程盾构法施工隧道施工工艺过程如图。

1．盾构的组装及拆卸在盾构施工段的始端和终端，要布置基坑或工作井，用以进行盾构的安装和拆卸工作。若盾构推进线路特别长时，还应设置检修工作井，这些井和基坑应尽量结合隧道规划线路上的通风井、设备井、地铁车站、排水泵房以及立体交叉、平行交叉、施工方法转换处来设置。

2．盾构基座盾构基座在井内用作安装及稳妥地搁置盾构，更重要的是通过设在基座上的导轨使盾构在施工前获得正确的导向。基座可以采用现浇钢筋混凝土或钢结构，导轨一般布置在盾构下半部的900范围内，由两根或多根钢轨组成。基座除承受盾构自重外，还应考虑盾构切入地层后，进行纠偏时产生的集中荷载。

3．盾构进出洞方法盾构进出洞是盾构法施工最重要的工序之一；在始发井内，盾构按设计高程及方向推出预留孔洞，进入正常土层的过程称为盾构出洞；反之，盾构在地层中完成某一区间的隧道施工后，进入盾构到达井的过程称为盾构进洞。盾构进出工作井涉及洞门预留块制作、四周土体、封门凿除、盾构后座支撑下顶进、施工参数的调整。一般出洞50m之后，盾构法隧道施工才进入正常。

二、隧道衬砌的拼装软土地层盾构施工的隧道衬砌，通常采用预制钢筋混凝土管片拼装而成。管片拼装方法根据结构受力要求，分为通缝拼装和锚缝拼装两种

三、衬砌壁后注浆

为防止地表沉降，必须将盾尾和衬砌之间的建筑空隙及时压浆充填。根据施工经验，压浆数量同注入压力及要求控制的地表沉降有关，一般为理论计算建筑空隙体积的110％—180％。压浆要对称于衬砌环进行，尽量避免单点超压注浆，以减少衬砌环的不均匀施工荷载。注浆压力一般为0.5~1.0MPa。四、盾构法施工的运输、供电、通风和排水

1．运输。隧道内需运输的材料有开挖的土方、管片、压浆材料，以及隧道延伸所需的枕木、钢轨、走道板、管道等。运输方式分为水平运输和垂直运输。水平运输大都采用轻型窄轨(轨距600mm)，以蓄电池式电机车牵引。在运距长、坡度陡的情况下，可采用内燃机车。2．供电。盾构施工时，除了要重视盾构本身及井下设备的供电外，对地面降水用水泵、气压用空压机等的供电也务必充分保证，否则会因断电招致重大工程事故。供电系统要考虑足够的备用系数，还应采用多路电源供电的办法。供电线路及设备要有良好的安全措施，并经常维修检查。3．通风。盾构施工均为独头巷道的形式，为此，应根据工作面实际操作人数，供给新鲜空气，并注意调节工作面的温度与湿度。一般采用矿用通风机，考虑一定距离的接力，送到开挖面。地层中含有沼气、瓦斯等易燃、易爆气体时，除加强盾构机密闭措施外，还应加强通风。对有害气体应进行监测，并降低到可能爆燃的浓度以下。4．排水。隧道施工用水、渗漏水以及工作面涌水应迅速排除，以保证盾构机械的安全操作。隧道内积水一般先排入工作井，再用专设的抽水系统排至地面。

第四节全断面掘进机一、掘进机的分类掘进机可按切削头的回转方式分为单轴回转式和多轴回转式；也可按刀盘上的刀具破碎岩石的方式分为切削式、铣削式、挤压剪切式和滚压式；最常用的分类方式是按掘进机为适应地质条件有无护盾分为开式、单护盾式和双护盾式。二、掘进机的工作原理1.掘进机的主要组成岩石掘进机的结构一般都由下列几个部件组成，即切削刀盘、主轴承与密封装置、刀盘驱动机构、主机架、推进装置、支撑机构、排碴装置、液压系统、除尘装置与电气、操纵等装置。

2．TBM掘进工作原理掘进开始在掘进机方向调整定位后，后支撑靴提起。驱动刀盘转动切削，同时推进液压缸伸出，掘进机向前掘进。掘进终了准备换步，切削刀盘停止转动，后支撑靴伸出抵到仰拱上以承受机器后端重力；前支撑靴与底面接触以承受机器前端重力。主支撑靴回缩。换步开始当主支撑靴回缩后，推进装置液压缸反向进油，则活塞杆回缩，带动主支承架与主支撑靴一起相对主机架向前移动一个行程。换步终了换步时推进液压缸活塞杆全部缩回，则换步终了，可以进行下一个掘进循环。TBM定位找正，开始下一循环工作。

三、TBM掘进机的基本构造及性能

以ＷirthTB880E掘进机为例。1

总体结构ＷirthTB880E掘进机是敞开式、双“X“型支撑的硬岩掘进机。主要由刀盘部件、刀盘护盾、刀盘轴承及刀盘回转机构、刀盘密封、机架、“X“支撑及推进系统、前、后下支承、出碴设备、激光导向系统、除尘装置、支护设备和司机室等组成。如图。2．刀盘部件由刀盘构架、铲斗、刀具等组成的刀盘为焊接的钢结构件，分成两块便于运输，装配时用螺栓拼成一体。刀盘上装有6把中心刀、62把正滚刀，3把边滚刀和2把扩孔刀。盘形滚刀见图。3．刀盘护盾刀盘护盾由液压预加载仰拱即前下支承与三个可扩张的拱形架组成。三个可扩张的拱形架均可用螺栓安装格栅式护盾，以便在护盾托住顶部时，可安装锚杆。4．刀盘回转驱动装置

刀盘回转驱动装置的动力由水冷式双速电动机经液压操作的多片式摩擦离合器、双级水冷式行星减速箱、再经过齿形联轴节、传动轴传到小齿轮上。5．主轴承与刀盘密封主轴承为一两重式轴向、径向滚柱的组合体。6．机架

内凯氏方机架既作为刀盘进退之导向，也将掘进机作业时的推进力与力矩传递给外凯氏方机架。7．“X”支撑及推进系统作用在刀盘的推力的反力，经由凯氏内机架、外机架传到围岩。因凯氏外机架分为前后两个独立的部件，各有其独立的推进液压缸。后凯氏外机架的推进液压缸将力传到凯氏内机架，而前凯氏外机架则将推进力直接传到刀盘支承壳体上。8．后下支承后下支承位于后凯氏外机架的后面，装在凯氏内机架上。后下支承由液压缸使之伸缩，还可用液压缸作横向调整。一旦支撑靴板缩回，凯氏内机架的位置可作水平方向与垂直方向的调节，用以决定下一个掘进循环的方向，保持TBM在要求的隧道中线上。

9．除尘装置用洞外压入式通风方式，在洞口外约25m左右装有串联轴流式风机。10．激光导向系统

TBM上安装ZED260导向系统，设两个靶子与一套激光设备。前靶装在刀盘切削头护盾的后面，由一台工业用TV照像机监测，它将TBM相对于激光束的位置传送到司机室内的屏幕上。

11．司机操作室司机操作室置于后配套的前端，其内有操纵台，台上设有必要的阀、压力表、仪表、按钮、监测装置与通讯设备，以便有效地操作TBM。12．支护设备

包括（1）锚杆钻机（2）超前钻机（3）圈梁安装器13．后配套系统

14．附属设备

包括（1）TBM通讯连络系统

（2）灭火系统

（3）数据读取系统

（4）甲烷监测器

（5）通风管

第五节隧道施工中的机械化钻爆法与掘进机法一、与钻爆法开挖隧洞相比掘进机的主要优缺点1．主要优点掘进机是以机械能破碎岩石，并使隧洞全断面一次形成的机器。它是长隧洞快速施工的有效手段。与钻爆法开挖隧洞相比，它具有快速、优质、经济和安全4大优点。2．不足之处（1）掘进机设备的一次性投资大。（2）据进机本身的加工制造周期长。（3）掘进机的实际利用率较低，一般不超过50％。（4）掘进机的使用，常受洞长和洞径的限制。（5）在溶洞较多的石灰岩地段不宜采用掘进机施工。二、使用掘进机应注意的问题(1)要根据隧洞水文地质、工程地质和岩石力学等条件选择掘进机的型号。(2)掘进机的刀盘直径以4—8m为好。(3)要重视掘进机的后配套。(4)在每台掘进机上最好能配备l台超前钻机。(5)要特别重视掘进机上之关键部件的加工制造质量。(6)为实现安全和快速掘进，掘进机刀盘上的滚刀要能从后面更换。

本章小结：第一节概述

桥梁通常由三个部分组成：上部结构、下部结构和附属结构。如图。桥梁的上部结构是桥梁的主要承重部分。按上部结构的受力情况可将桥梁分为梁桥、拱桥、悬索桥等。其中梁桥占桥梁的大部分。一、梁桥施工梁桥的常用施工方法有预制装配施工法、现场制作施工法和顶推施工法。预制装配施工法

它是将在预制厂或桥梁现场预制的梁运至桥位处，使用起重设备进行安装和完成横向联结组成桥梁的施工方法。最关键的程序是预制梁的安装。预制梁的安装方法有多种，常用的主要有用龙门架与导梁的联合安装法、用扒杆和导梁的联合安装法、双导梁安装法、扒杆吊装法、浮吊架设法、跨墩龙门架安装法、自行式吊装安装法和架桥机安装法等。其中架桥机安装法是最常用的方法。

现场制作施工法

包括悬臂分段施工和造桥机逐孔架设施工。悬臂分段施工法是以桥墩为中心向两岸对称地（或不对称地）逐节悬臂浇注或悬臂拼装的施工方法。它又分为悬臂拼装法及悬臂浇筑法。悬臂浇筑采用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，对称地向两岸利用挂篮逐段浇筑梁段混凝土，待混凝土达到要求强度后，张拉预应力束，再移动挂篮，进行下一节段的施工。

3.顶推施工法

顶推法施工是沿桥轴方向，在桥台后面开辟预制场地，分节段预制梁身并用纵向预应力筋将各节段连成整体，然后通过水平液压千斤顶施力，借助不锈钢板与聚四氟乙烯模压板组成的滑动装置，将梁段向对岸推进。这样分段预制，逐段顶推，待全部顶推就位后，落梁、更换正式支座，完成桥梁施工。二、拱桥施工

拱桥的施工方法与拱桥的结构形式有关。拱桥施工机械主要有缆索起重机、拱架、扣索和人字桅杆起重机等。

三、悬索桥施工

悬索桥主要由主缆、塔柱、吊杆、锚碇、加劲梁等组成，如图。分下部结构施工和上部结构施工。上部结构施工主要设备有跨缆起重机、主缆紧缆机、主缆缠丝机和牵引卷扬机等。四、斜拉桥施工斜拉桥主要由索塔、拉索、主梁和墩台组成，如图。斜拉桥的施工可分为基础、墩塔、梁和索等四个部分。索塔施工机械主要有自升吊塔、提升起重机、爬升起重机和人货两用电梯等。主梁施工机械主要包括长平台牵索式挂篮、短平台复合型牵索挂篮和三角吊机等。第二节架桥机

架桥机按用途可分为普通铁路用架桥机、高速铁路用架桥机和公路用架桥机。一