(一)盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造與工作原理

1、盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造與工作原理 2011.9蕪湖03年畢業(yè)，曾參與上海地鐵、深圳地鐵、天津地鐵等施工，歷任總工、副經(jīng)理、常務(wù)副經(jīng)理、項目經(jīng)理，現(xiàn)為上海地鐵12號線28標(biāo)區(qū)間隧道工程項目經(jīng)理。qq，47276081 歡迎一同交流， 由于水平實(shí)在有限，交流資料不妥之處敬請不吝指正。謝謝,內(nèi)容,一、盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史 二、盾構(gòu)機(jī)的概述 三、盾構(gòu)法施工的特點(diǎn)及工藝流程 四、盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造 五、盾構(gòu)機(jī)的工作原理,一、盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史,1、國外盾構(gòu)法隧道的起源及發(fā)展史,1818年，法國的布魯諾爾(m.i.brune1)從蛀蟲鉆孔得到啟示，最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的設(shè)想，并在英國取得了專利,布魯諾爾注

2、冊專利的盾構(gòu),布魯諾爾構(gòu)想的盾構(gòu)機(jī)機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)由不同的單元格組成，每一個單元格可容納一個工人獨(dú)立工作并對工人起到保護(hù)作用。采用的方法是將所有的單元格牢靠地裝在盾殼上,當(dāng)時設(shè)計了兩種方法，一種是當(dāng)一段隧道挖完后，整個盾殼由液壓千斤頂借助后靠向前推進(jìn)；另一種方法是每一個單元格能單獨(dú)地向前推進(jìn)。 第一種方法后來被采用，并得到了推廣應(yīng)用，演變?yōu)槌墒斓亩軜?gòu)法,此后，布魯諾爾逐步完善了盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)，設(shè)計成用全斷面螺旋式開挖的封閉式盾殼，襯徹緊隨其后的方式,m.i.brunel 螺旋盾構(gòu)，1818,1825年，他第一次在倫敦泰晤土河下開始用一個斷面高6.8m、寬11.4m，并由12個鄰接的框架組成的矩

3、形盾構(gòu)修建隧道。每一個框架分成3個艙，每一個艙里有一個工人，共有36個工人,此系統(tǒng)按照以下模式工作： 首先，借助螺桿將鞍型框架壓入前方的土中。從上部撤除隧道工作面上的木料并掘土6英寸，然后，隧道工作面重新用木料覆蓋并用螺桿支撐，緊接著盾構(gòu)后部砌磚，把它作為整個機(jī)架的支座,第一條隧道施工的盾構(gòu)機(jī),泰晤士河下的隧道工程施工期間遇到了許多困難，在經(jīng)歷了五次以上的特大洪水后，直到1843年，經(jīng)過18年施工，完成了全長458m的第一條盾構(gòu)法隧道,1828年1月12日泰晤土河水涌入盾構(gòu)機(jī),1830年，英國的羅德發(fā)明“氣壓法”輔助解決隧道涌水。 1866年，莫爾頓申請“盾構(gòu)”專利。盾構(gòu)最初稱為小筒（cell

4、）或圓筒（cylinder），在莫爾頓專利中第一次使用了“盾構(gòu)”（shield）這一術(shù)語,1865年，英國的布朗首次采用圓形盾構(gòu)和鑄鐵管片，1869年用圓形盾構(gòu)在泰吾士河下修建外徑2.2m的隧道。在地下水方面沒遇到什么困難,1874年，工程師格瑞海德發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)滲水性的地層中很難用壓縮空氣支撐隧道工作面，因此開發(fā)了用液體支撐隧道工作面的盾構(gòu)，通過液體流，以泥漿的形式出土。 1886年，格瑞海德在倫敦地下施工中將壓縮空氣方法與盾構(gòu)掘進(jìn)相組合使用，在壓縮空氣條件下施工，標(biāo)志著在承壓水地層中掘進(jìn)隧道的一個重大進(jìn)步，20世紀(jì)初，大多數(shù)隧道都是采用格瑞海德盾構(gòu)法修建的,布魯諾爾發(fā)明盾構(gòu)法之后的另一個技術(shù)進(jìn)步

5、是用機(jī)械開挖代替人工開挖。第一個機(jī)械化盾構(gòu)專利是1876年英國人約翰荻克英森布倫敦和姬奧基布倫敦申請的。 這臺盾構(gòu)有一個由幾塊板構(gòu)成的半球形的旋轉(zhuǎn)刀盤，開挖的土料落入徑向裝在刀盤上的料斗中，料斗將渣料轉(zhuǎn)運(yùn)至膠帶輸送機(jī)上，再將它轉(zhuǎn)運(yùn)到后面從盾構(gòu)中運(yùn)出，這一構(gòu)想后來被用于修建地鐵隧道工程,1917年，日本引進(jìn)盾構(gòu)施工技術(shù)，是歐美國家以外第一個引進(jìn)盾構(gòu)法的國家。 1963年，土壓平衡盾構(gòu)首先由日本sato kogyo公司開發(fā)出來,1963年sato kogyo公司土壓平衡盾構(gòu),1974年第一臺土壓平衡盾構(gòu)在東京被采用。該盾構(gòu)由日本制造商ihi（石川島播磨）設(shè)計，其外徑3.72m，掘進(jìn)了1900m的主

6、管線。 在以后的年代里，很多廠商以土壓盾構(gòu)、壓力保持盾構(gòu)、軟泥盾構(gòu)、土壤壓力盾構(gòu)、泥壓盾構(gòu)等名稱生產(chǎn)了“土壓平衡盾構(gòu)”。所有這些名稱的盾構(gòu)都應(yīng)有了同一種工法國際上稱為“土壓平衡系統(tǒng)”（epbs,1989年，日本最引人注目的泥水盾構(gòu)隧道工程開工。東京灣海底隧道長10km，是世界最長公路專用海底隧道，用八臺直徑14.14m泥水加壓式盾構(gòu)施工,日本東京灣海底隧道盾構(gòu)機(jī)示意圖,日本東京灣海底隧道泥水式盾構(gòu)機(jī),1992年，日本研制成世界上第一臺三圓泥水加壓式盾構(gòu)，并成功地用于大阪市地鐵7號線“商務(wù)公園站”車站工程施工,2、我國盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展歷程,縱觀我國盾構(gòu)法隧道的發(fā)展歷程，大體上可以分為三個階段： 起步

7、階段(20世紀(jì)60年代-80年代初)； 平穩(wěn)發(fā)展階段(20世紀(jì)80年代中-2000年)； 快速發(fā)展階段,1）起步階段(20世紀(jì)60年代-80年代初,1962年2月，我國上海市城建局隧道處開始塘橋試驗隧道工程。采用直徑4.16m的一臺普通敞胸盾構(gòu)在兩種有代表性的地層下進(jìn)行掘進(jìn)試驗，用降水或氣壓來穩(wěn)定粉砂層及軟粘土地層。選用由螺栓連接的單層鋼筋混疑土管片作為隧道襯砌，環(huán)氧煤焦油作為接縫防水材料。試驗獲得成功，采集了大量盾構(gòu)法隧道數(shù)據(jù)資料,2）平穩(wěn)發(fā)展階段(20世紀(jì)80年代中-2000年),這一時期，隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，地鐵建設(shè)也由服務(wù)于戰(zhàn)備轉(zhuǎn)為服務(wù)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展。繼北京、天津修建地鐵外，上海、廣州

8、也相繼修建了地鐵工程。地鐵施工技術(shù)突破了原有淺埋明挖法的限制，盾構(gòu)法施工方法被引入地鐵施工中,1980年，上海開始進(jìn)行盾構(gòu)法隧道地鐵試驗工程，采用直徑6.412m網(wǎng)格式機(jī)械出土盾構(gòu)機(jī)施工。掘進(jìn)長度為565m，采用泥水加壓和局部氣壓施工。 1980年11月開始地鐵試驗一期、二期盾構(gòu)推進(jìn)，1982年12月推進(jìn)結(jié)束； 1983年6月開始地鐵試驗三期盾構(gòu)推進(jìn)，1984年10月推進(jìn)結(jié)束，隧道總長1130m,1987年，上海市隧道工程公司承建市南站過江電纜隧道工程，成功設(shè)計了我國第一臺直徑4.35m加泥式土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，由上海造船廠制造,4.35m土壓盾構(gòu)研制,該盾構(gòu)能控制正面土壓平衡和減少地面沉降，

9、施工速度快，掘進(jìn)長度達(dá)583m，該技術(shù)獲得1990年國家科技進(jìn)步一等獎。工程于1988年1月開始盾構(gòu)推進(jìn)，9月推進(jìn)結(jié)束,1990年12月，上海市隧道工程公司承建的上海合流污水治理工程6.1標(biāo)過江隧道推進(jìn)施工。采用自己設(shè)計制造直徑5.17m加泥式土壓平衡盾構(gòu)。盾構(gòu)自重190t,總推力28800kn，總功率500kw,直徑5.17m加泥式土壓平衡盾構(gòu),1994年10月，上海隧道工程股份有限公司采用盾構(gòu)法承建的南京第一條秦淮河治理工程夾江隧道推進(jìn),最具風(fēng)險的是盾構(gòu)推抵江中段，即鉆入全斷面粉砂層中，該粉砂層上方?jīng)]有其它土層與夾江水間隔。 直徑6.34m土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)于1995年2月5日順利進(jìn)入江心

10、州接收井,南京夾江隧道直徑6.34m盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī),1992年6月，上海市承建上海地鐵1號線上?；疖囌緷h中路車站區(qū)間，采用盾構(gòu)法隧道施工，1993年4月全線貫通。 1993年8月，上海承建上海地鐵1號線黃陂路站陜西路站區(qū)間隧道，1994年4月全線貫通,與法國fcb公司合作設(shè)計制作的6.34m土壓平衡盾構(gòu)機(jī),1995年，我國開始研究矩形盾構(gòu)隧道掘進(jìn)技術(shù)，1996年上海隧道工程股份有限公司研制了一臺2.5m2.5m可變網(wǎng)格矩形隧道掘進(jìn)機(jī)，頂進(jìn)矩形隧道60m，解決了推進(jìn)軸線控制、糾偏技術(shù)、沉降控制、隧道結(jié)構(gòu)等技術(shù)難題,1999年5月，上海隧道工程股份有限公司研制成功國內(nèi)第一臺3.8m3.8m矩形組合刀盤

11、式土壓平衡掘進(jìn)機(jī)，在浦東陸家嘴地鐵車站掘進(jìn)120m，建成兩條過街人行地道,1998年12月，中國第一條較長距離的水底觀光游覽隧道上海外灘觀光隧道建成。采用國外二手直徑7.65m鉸接式土壓平衡盾構(gòu)施工,隧道施工不僅工期短，還要在極大的坡度和曲率的條件下，穿越地鐵2號線的兩條越江隧道，觀光隧道與地鐵隧道間距離僅1.57m，形成越江隧道施工中罕見的“三隧疊交”，創(chuàng)造了中外越江隧道史上的奇跡，實(shí)現(xiàn)了中國軟土隧道施工史上的又一次飛躍,1999年6月，深圳開埠以來第一臺地鐵盾構(gòu)開始掘進(jìn)益田香蜜湖區(qū)間隧道。此項目由深圳地鐵有限公司建設(shè)，由上海隧道工程股份有限公司設(shè)計、施工總承包,深圳地鐵一號線引進(jìn)2臺三菱和

12、1臺小松制造的6.20m復(fù)合型土壓盾構(gòu),3）快速發(fā)展階段,進(jìn)入21世紀(jì)，隨著國家經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的迅猛發(fā)展為地鐵建設(shè)帶來了重大機(jī)遇，同時也為盾構(gòu)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展提供了廣闊的平臺和空間。 國家有關(guān)部門已經(jīng)規(guī)定人口在300萬以上、gdp值在1000億以上、年財政收入在100億以上的城市可以建地鐵,據(jù)中國交通運(yùn)輸協(xié)會城市軌道交通專業(yè)委員分析報告稱： 目前我國正處于軌道交通建設(shè)的繁榮時期，中國已經(jīng)成為世界上最大的城市軌道交通市場。國內(nèi)40多座百萬人口以上的特大城市中，已經(jīng)有30多座城市開展了城市快速軌道的建設(shè)或建設(shè)前期工作，約有15個大城市上報城市軌道交通網(wǎng)規(guī)劃方案，擬規(guī)劃建設(shè)55條線路，長約1500km，總

13、投資5000億元，其中“十一五”期間預(yù)計投資2000多億元，計劃在2010年前建成的地鐵線路長度超過1200km,目前已有成熟盾構(gòu)施工經(jīng)驗的城市主要分布在長三角、珠三角和環(huán)渤海灣地區(qū)。如廣州、深圳、上海、南京、北京、天津。近兩年已開始盾構(gòu)施工的有沈陽、成都、西安、杭州、武漢等。據(jù)有關(guān)信息寧波、無錫等都將修建城市地鐵。 并且在越江道路、輸氣和市政排水隧洞等工程中廣泛采用盾構(gòu)法施工,2003年9月，上海隧道工程股份有限公司建設(shè)的中國首條雙圓隧道在軌道交通8號線應(yīng)用,3、盾構(gòu)設(shè)備保有情況,由于近年來我國基礎(chǔ)建設(shè)和城市軌道交通發(fā)展迅速，盾構(gòu)設(shè)備裝備大幅度提升。 專家預(yù)計：到2020年前，我國的盾構(gòu)需求

14、量約為300多臺。 據(jù)不完全統(tǒng)計，截至目前，國內(nèi)保有的盾構(gòu)機(jī)在170臺左右，其中小松32臺、三菱34臺、海瑞克45臺(不含7米以上盾構(gòu)機(jī))，其余的有法碼通、fcb、維爾特、川崎、石川島,盾構(gòu)機(jī)的分布情況,小松：主要在上海、北京、沈陽、西安使用。 三菱：主要在上海、北京、天津、沈陽、廣州、南京、深圳使用。 海瑞克：主要在北京、天津、廣州、深圳、成都、南京、沈陽使用。 維爾特：在廣州、深圳使用，法碼通、fcb在上海使用。 川崎、石川島：在上海、天津、北京使用,中鐵工程總公司系統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)情況表（2009年數(shù)據(jù),四局公司盾構(gòu)機(jī)情況,2005年集團(tuán)公司籌措資金4800萬元，購置日本三菱6340土壓平衡式盾

15、構(gòu)機(jī)2臺，分別由機(jī)械工程分公司（杭州）和二公司（上海）管理使用。 2006年投入資金7222萬元，購置日本小松6340土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)3臺。 2007年投入資金11426萬元，購置德國海瑞克6250土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)2臺,二、盾構(gòu)機(jī)概述,盾構(gòu)機(jī)是掘進(jìn)機(jī)的一種類型。 掘進(jìn)機(jī)的定義是：用機(jī)械能破碎隧道掌子面、隨即將破碎物質(zhì)連續(xù)向后輸出并獲得預(yù)期的洞型、洞線的機(jī)器,盾構(gòu)法隧道的基本原理是用一件有形的鋼質(zhì)組件沿隧道設(shè)計軸線開挖土體而向前推進(jìn)。這個鋼組件在初步或最終隧道襯砌建成前，主要起防護(hù)開挖出的土體、保證作業(yè)人員和機(jī)械設(shè)備安全的作用，這個鋼質(zhì)組件被稱為盾構(gòu)。 盾構(gòu)的另一個作用是能夠承受來自地層的壓力，

16、防止地下水或流沙的入侵,2008年3月31日發(fā)布的盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范定義：盾構(gòu)是盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的簡稱，是在鋼殼體保護(hù)下完成隧道掘進(jìn)、拼裝作業(yè)，由主機(jī)和后配套組成的機(jī)電一體化設(shè)備,下圖是我局擁有的土壓平衡式日本三凌盾構(gòu)機(jī)在上海彭浦廠組裝是的照片。該盾構(gòu)機(jī)直徑6340mm，長10515mm，全長78m。我局共有兩臺：二公司和我們機(jī)械工程分公司各一臺,1 掘進(jìn)機(jī)的定義確定了以下作為掘進(jìn)機(jī)的必要條件。 1.1 能量要求：必須是用機(jī)械能破碎隧道掌子面。主要表現(xiàn)形式是由機(jī)械能通過刀具擠裂巖石。這完全區(qū)別于鉆爆法用炸藥的化學(xué)能破碎巖石的機(jī)理和方法。 1.2 作業(yè)范圍：破碎范圍僅對隧道的掌子面。保持范圍為預(yù)

17、期的洞線、洞型。 1.3 作業(yè)對象：開挖的對象是隧道掌子面的物質(zhì),1.4 出碴時間要求：掌子面物質(zhì)破碎后隨即連續(xù)向后輸出，在出碴的時間上特別強(qiáng)調(diào)了隨即性和連續(xù)性，掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)了邊掘進(jìn)邊出碴同時連續(xù)作業(yè)。區(qū)別于鉆爆法和人工掘洞時將開挖和出碴分成二個在不同的時間進(jìn)行的工序。 1.5 洞線要求：必須配置精確的導(dǎo)向裝置以確保開挖的洞線滿足設(shè)計預(yù)期的要求。 1.6 洞型要求：必須能開挖出滿足預(yù)期要求的隧道形狀和尺寸，并配置相應(yīng)的支護(hù)和襯砌設(shè)備以保持所需洞型的穩(wěn)定,2 掘進(jìn)機(jī)的分類,掘進(jìn)機(jī)種類繁多，根據(jù)不同的參照標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法，如： 按一次開挖斷面占全部斷面的份額分：全斷面、部分?jǐn)嗝妗?按開挖斷面的形

18、狀分：圓型斷面、非圓型斷面。 按開挖的洞線分：平洞、斜洞、豎井。 按掘進(jìn)機(jī)的頭部形狀分：刀盤式、護(hù)盾式 按掘進(jìn)機(jī)是否帶有盾殼分：敞開式、護(hù)盾式。 按掘進(jìn)機(jī)的盾殼的數(shù)量分：單護(hù)盾、雙護(hù)盾。 按掘進(jìn)機(jī)機(jī)體與推進(jìn)機(jī)構(gòu)是聯(lián)合一體還是分成二部分：整機(jī)式、分體式,盾構(gòu)的分類,盾構(gòu)的分類,為適應(yīng)各種不同的土質(zhì)，所以形成盾構(gòu)的種類繁多。按其構(gòu)造特點(diǎn)和開挖方法，可歸納為以下4類,a類：敞口式盾構(gòu)或稱普通盾構(gòu),有全部的或部分的正面支撐，人工或正、反鏟開挖； 無正面支撐，人工或正、反鏟開挖； 正面有切削土體或軟巖的刀盤,b類：普通閉胸式盾構(gòu)或稱普通擠壓式盾構(gòu)（半機(jī)械化盾構(gòu),正面全部胸板封閉，擠壓推進(jìn)，留有可調(diào)節(jié)進(jìn)土

19、孔口的面積，局部擠壓推進(jìn)； 正面網(wǎng)格上覆全部或部分封板；或裝調(diào)節(jié)開挖面積的閘門，擠壓、局部擠壓推進(jìn),c類：機(jī)械式閉胸盾構(gòu),正面封閉艙中加壓，刀盤切削土體的，稱局部氣壓盾構(gòu)； 正面密封艙中設(shè)泥漿或泥漿加氣壓平衡裝置的稱泥水平衡盾構(gòu)、泥水加壓式平衡盾構(gòu)； 正面密封艙中設(shè)土壓或土壓加泥水式平衡裝置的，稱土壓平衡盾構(gòu)或加泥式土壓平衡盾構(gòu),d類：tbm盾構(gòu),在硬巖中（50mpa）使用的隧道掘進(jìn)機(jī)（tbm），分敞開型和密閉型，盾構(gòu)正面的切削由大刀盤加滾刀組成的復(fù)合刀盤,土壓平衡式盾構(gòu)機(jī),泥土加壓式盾構(gòu)機(jī),泥漿式盾構(gòu)機(jī),泥水式盾構(gòu)機(jī),多圓式盾構(gòu)機(jī),矩形盾構(gòu)機(jī),硬巖掘進(jìn)機(jī)tbm,3 、掘進(jìn)機(jī)的基本功能 全斷面

20、掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)工況時，必須具有掘進(jìn)、出碴、導(dǎo)向、支護(hù)四個基本功能，并配置完成這些功能的機(jī)構(gòu),三、 盾構(gòu)法施工的特點(diǎn),1、盾構(gòu)施工的特點(diǎn),1) 地下施工，必須面對復(fù)雜的地質(zhì)條件和 敏感 的地面環(huán)境。 (2)所用設(shè)備集成度高，技術(shù)含量高。 (3)涉及的專業(yè)領(lǐng)域較多，對復(fù)合型人才有較多需求,2、盾構(gòu)法施工的優(yōu)點(diǎn),1）盾構(gòu)法隧道施工不受地面自然條件的影響,在盾構(gòu)支護(hù)下進(jìn)行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航運(yùn)、潮汐、季節(jié)、氣候等條件的影響，能較經(jīng)濟(jì)合理地保證隧道安全施工,2）盾構(gòu)法施工隧道機(jī)械化、自動化程度高 。盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、襯砌拼裝等可實(shí)行自動化、智能化和施工遠(yuǎn)程控制信息化，掘進(jìn)速度較快，施工

21、勞動強(qiáng)度較低,3）地面人文自然景觀受到良好的保護(hù)，周圍環(huán)境不受盾構(gòu)施工干擾。在松軟地層中，開挖埋置深度較大的長距離、大直徑隧道，具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全、軍事等方面的優(yōu)越性,3、盾構(gòu)法施工的缺點(diǎn),1）需要隧道襯砌管片預(yù)制、運(yùn)輸、襯砌、襯砌結(jié)構(gòu)防水及堵漏、施工測量、場地布置、機(jī)械安裝等施工技術(shù)的配合，系統(tǒng)工程協(xié)調(diào)復(fù)雜,2）施工過程變化斷面尺寸困難；只能前進(jìn)，不能后退，當(dāng)隧道曲線半徑過小或隧道埋深較淺時，施工難度大，在飽和含水的松軟地層中施工，地表沉陷風(fēng)險較大,3）盾構(gòu)機(jī)制造周期長，造價較昂貴，盾構(gòu)的拼裝、轉(zhuǎn)移等較復(fù)雜，建造短于750m的隧道經(jīng)濟(jì)性差,4、盾構(gòu)施工工藝流程 大流程：盾構(gòu)總體施工流程 小

22、流程：盾構(gòu)掘進(jìn)流程,4.1大流程：盾構(gòu)總體施工流程,大流程：盾構(gòu)總體施工流程 始發(fā)井交付使用盾構(gòu)托架就位盾構(gòu)機(jī)下井、安裝、調(diào)試初始掘進(jìn)（l=80100m）負(fù)環(huán)拆除及其它調(diào)整正常掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)中間站盾構(gòu)機(jī)通過中間站盾構(gòu)機(jī)再次安裝、調(diào)試盾構(gòu)機(jī)再次初始掘進(jìn)正常掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)終點(diǎn)站盾構(gòu)機(jī)解體外運(yùn)隧道清理準(zhǔn)備驗收,盾構(gòu)隧道施工流程圖,4.2小流程：盾構(gòu)掘進(jìn)流程,準(zhǔn)備工作轉(zhuǎn)動刀盤 啟動次級運(yùn)輸系統(tǒng)（皮帶機(jī)）啟動推進(jìn)千斤頂啟動首級運(yùn)輸系統(tǒng)（螺旋機(jī)）停止掘進(jìn)安裝管片回填注漿準(zhǔn)備下一環(huán)掘進(jìn)， 開挖出土拼裝注漿 （請看動畫,四、土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造,1、盾構(gòu)體,1.1盾構(gòu)的外形 作為一種保護(hù)人體的空間，隧道的形

23、狀因其使用要求不同而造成盾構(gòu)外形不同。無論盾構(gòu)的形狀如何，隧道掘進(jìn)總是沿軸線方向前進(jìn)，所以，盾構(gòu)的外形就是指盾構(gòu)的斷面形狀，絕大多數(shù)盾構(gòu)還是采用圓形,1.2盾構(gòu)的材料,盾構(gòu)在地下穿越，要承受水平荷載、豎向荷載和水壓力，如果地面有構(gòu)筑物，還要承受這些附加荷載；盾構(gòu)推進(jìn)時，還要克服正面阻力，所以，盾構(gòu)整體要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度。盾構(gòu)主要用鋼板成型制成。 考慮到水平運(yùn)輸和垂直吊裝的困難，大型盾構(gòu)可制成分體式到現(xiàn)場拼裝，部件的連接一般采用定位銷定位、高強(qiáng)度螺栓連接，最后焊接成型的方法,盾構(gòu)的種類繁多，所有盾構(gòu)的形式，其本體從工作面開始均可分為切口環(huán)、支承、盾尾三部分，借以外殼鋼板聯(lián)成整體。擁有可充分

24、承受土壓、水壓、盾構(gòu)千斤頂推進(jìn)反作用力、挖掘反作用力的強(qiáng)度。支承前部收納有刀盤裝置的驅(qū)動部分、通過艙墻與切口環(huán)區(qū)分開來。艙墻下方設(shè)置有螺旋輸送機(jī)。上方裝有人行孔，中央裝有人行閘、回轉(zhuǎn)節(jié)。支承外周呈圓周方向，均等配置有為推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行的盾構(gòu)千斤頂,1.3盾構(gòu)本體的構(gòu)造,1.4切口環(huán),切口環(huán)部分是開挖和擋土部分,它位于盾構(gòu)機(jī)的最前端,施工時最先切入土層并掩護(hù)開挖作業(yè)。切口環(huán)保持著工作面的穩(wěn)定，并作為開挖下來的土砂向后方運(yùn)輸?shù)耐ǖ?，采用機(jī)械化開挖式盾構(gòu)時，就根據(jù)開挖下來土砂的狀態(tài)，確定切口環(huán)的形狀、尺寸,切口環(huán)的長度主要取決于盾構(gòu)正面支承、開挖的方法。對于機(jī)械化盾構(gòu)切口環(huán)內(nèi)按不同的需要安裝各種不同的

25、機(jī)械設(shè)備，這些設(shè)備是用于正面土體的支護(hù)及開挖，而各類機(jī)械設(shè)備是由盾構(gòu)種類而定的,切口環(huán)內(nèi)主要設(shè)備情況： 土壓平衡盾構(gòu)安置有切削刀盤、攪拌器和螺旋輸送機(jī) 泥水盾構(gòu)安置有切削刀盤、攪拌器和吸泥口 在局部氣壓、泥水加壓、土壓平衡等盾構(gòu)中，因切口環(huán)內(nèi)壓力高于隧道內(nèi)常壓，所以在切口環(huán)處還需要布設(shè)密封隔板及人行艙的進(jìn)出閘門,1.5支承環(huán),支承環(huán)是盾構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)，是承受作用于盾構(gòu)上全部荷載的骨架。它緊接于切口環(huán)，位于盾構(gòu)中部，通常是一個剛性很好的圓形結(jié)構(gòu)。地層壓力、所有千斤頂?shù)姆醋饔昧σ约扒锌诃h(huán)入土正面阻力、襯砌拼裝時的施工荷載均由支承環(huán)來承受,在支承環(huán)外沿布置有盾構(gòu)千斤頂，中間布置拼裝機(jī)及液壓設(shè)備、動力設(shè)

26、備、操縱控制臺。當(dāng)切口環(huán)壓力高于常壓時，在支承環(huán)內(nèi)要布置人行加、減壓艙。 支承環(huán)的長度應(yīng)不小于固定盾構(gòu)千斤頂所需的長度，對于有刀盤的盾構(gòu)還要考慮安裝切削刀盤的軸承裝置、驅(qū)動裝置和排土裝置的空間,擁有可充分承受土壓、水壓、盾構(gòu)千斤頂推進(jìn)反作用力、挖掘反作用力的強(qiáng)度。支承前部收納有刀盤裝置的驅(qū)動部分、通過艙墻與切口環(huán)區(qū)分開來。艙墻下方設(shè)置有螺旋輸送機(jī)。上方裝有人行孔，中央裝有人行閘、回轉(zhuǎn)節(jié)。支承外周呈圓周方向，均等配置有為推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行的盾構(gòu)千斤頂。推進(jìn)油缸用螺栓緊固在連接法蘭上并在活塞桿端帶有彈性軸承和頂在管片上的撐靴。它們可以分組由流量和壓力控制推進(jìn)和轉(zhuǎn)向,1.6盾尾,盾尾鋼結(jié)構(gòu)鋼板厚 40m

27、m ，以適應(yīng)預(yù)計的工作壓力,與盾體的連接是一種被動式鉸接設(shè)計。機(jī)加工的中盾尾部和盾尾前部為鉸接提供密封面。 后體與中盾的連接采用的是鉸接油缸。鉸接油缸行程和壓力由數(shù)字顯示在控制室,盾尾包括： 盾尾密封：安裝在盾體的最后部分，3 道鋼絲密封刷,采用非常先進(jìn)的盾尾注脂系統(tǒng)和有極好密封性能的密封刷相結(jié)合。它的作用是：防止地下水、土砂、壁后注漿材料等進(jìn)入管片與盾構(gòu)殼體之間的縫隙。 雙鉸接密封：由重載型橡膠密封和緊急密封（緊急膨脹）組成,為了提高密封刷的密封性能，需要在密封刷之間注入粘性油脂材料。盾構(gòu)機(jī)對盾尾之間的前方一般有6處自動供給盾尾油脂，每條注脂管都連接到前油脂腔和后油脂腔。（6x2 注脂管）

28、盾尾密封裝置在加注密封油脂后能在 0.4mpa 壓力下應(yīng)能不漏漿液，否則就應(yīng)更換。 注漿管路直徑 50mm，整合在盾尾內(nèi)（內(nèi)置式,注漿管設(shè)計有特制的窗口以便于進(jìn)行維修或清洗堵塞 在正常的工作情況下（例如足夠注脂等），不需要更換盾尾刷。 如確有必要更換，選擇地質(zhì)條件較好的地段進(jìn)行盾尾刷更換作業(yè),更換盾尾刷,上一環(huán)拼裝結(jié)束后，盾構(gòu)推進(jìn)，直至推進(jìn)油缸完全伸出（2000mm）。 縮回推進(jìn)油缸，安裝墊木或頂鐵（寬度約 650mm），伸出推進(jìn)油缸繼續(xù)推進(jìn)，至第一和第二道盾尾刷完全暴露。 進(jìn)行盾尾刷更換。 拆除墊木或頂鐵，拼裝管片。 恢復(fù)掘進(jìn),盾尾密封示意圖,1.7盾構(gòu)機(jī)的組成,盾構(gòu)機(jī)主要由下列部件和系統(tǒng)構(gòu)

29、成： 有盾構(gòu)殼、推進(jìn)油缸 、刀盤、刀盤驅(qū)動、主軸承、人閘倉、管片安裝機(jī)、螺旋輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)等設(shè)備和裝置； 還有控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、密封潤滑系統(tǒng)、隧道導(dǎo)向系統(tǒng)、報警裝置； 以及服務(wù)于盾構(gòu)工作要求的后配套設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、注漿設(shè)備等輔助設(shè)備,2.盾構(gòu)殼,盾構(gòu)機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)是根據(jù)土壓、水壓和動荷載及操作荷載的壓力而設(shè)計的。盾殼由兩片焊接構(gòu)件組成。此焊接構(gòu)件帶有機(jī)械加工的密封面和中心回轉(zhuǎn)軸承以及兩盾體間（前盾和中盾）的連接法蘭。這樣，組裝和拆卸工作將更加方便。盾構(gòu)機(jī)集成了所有的接頭和工作所需的管線,3. 推進(jìn)油缸,盾體的前進(jìn)由推進(jìn)油缸完成。每一組油缸均可獨(dú)立控制壓力進(jìn)行操縱而不會引起

30、管片移位或產(chǎn)生引起損壞的壓力過載。在控制室里，司機(jī)可以看到數(shù)字顯示的每組油缸行程及壓力。油缸的布置避開了管片接縫，所有的油缸撐靴均為球形絞接式以避開管片裂縫或損壞。推進(jìn)油缸頂在壓力艙板后部,油缸缸體尾部由一個塑膠軸承支撐，這樣，這些油缸就可以不受側(cè)向力的作用從管片向壓力艙板自由伸展。推進(jìn)油缸為兩個一組，每對油缸均有獨(dú)立的撐靴。在推進(jìn)時，組油缸各自獨(dú)立進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)?？偟耐七M(jìn)速度由一個總流量控制閥來調(diào)節(jié)。推進(jìn)油缸回路設(shè)計最大推進(jìn)速度為80mm/ 分鐘。 推進(jìn)系統(tǒng)具有糾偏和爬坡功能,根據(jù)計算，最大總推力約為 35,180-40000kn,主驅(qū)動器全部輸出功率峰值為440kw，最高轉(zhuǎn)速為 2.5rpm

31、。 并有安全余量,油缸位置示意圖,4刀盤,4.1 刀盤設(shè)計要求,1) 能夠降低對刀具的磨損 (2) 保護(hù)刀盤的鋼結(jié)構(gòu) (3) 能夠?qū)崿F(xiàn)高的貫入度 (4) 刀盤開口率為最小 36%。大的開口率能夠大大 降低刀具的磨損。 (5) 4 個幅輪設(shè)計以使每個旋轉(zhuǎn)方向都有 4 個碴土 出口 (6) 2 個旋轉(zhuǎn)方向(左/右,7) 刀盤前面 4 條獨(dú)立的泡沫注入管用于渣土改良以降低磨損 (8) 連接到主驅(qū)動的連接臂（厚壁管）保證刀盤良好的穩(wěn)定性 (9) 出渣通道的幾何設(shè)計必須滿足開挖艙容易出渣 (10) 大的物料通道從刀盤外緣通到刀盤中心區(qū)域，這樣便于將挖掘的物料運(yùn)輸?shù)介_挖艙。 (11) 渣土開口設(shè)計限制大的

32、石塊進(jìn)入，這些石塊可以通過螺旋輸送機(jī)運(yùn)出去,4.2刀盤的材料,刀盤的結(jié)構(gòu)材料為q345b 、16mnr、 gs52或相當(dāng)于這種材料的鑄鋼,4.3刀盤結(jié)構(gòu),刀盤設(shè)計成盤形結(jié)構(gòu)且?guī)в泻荛煹倪M(jìn)料口。4 根輻臂支撐的厚壁法蘭連接主驅(qū)動裝置，并且作為刀盤面板的基座。刀盤在下列的開口邊緣備有所需的刀具以便于將挖掘的物料運(yùn)輸?shù)介_挖艙： 刀盤中心的徑向開口邊緣 刀盤外圓周的開口邊緣 中心回轉(zhuǎn)體上配有注射調(diào)節(jié)土壤介質(zhì)的通道。刀盤有 4 個泡沫/膨潤土/水通道和 2個液壓油通道,4.4切削刀具,切削刀具數(shù)量： 軟土刀具（刮刀）：120 把 中心刀： 1 把 鏟刀： 16 把 仿形刀： 2 把,刮刀,刮刀安裝在碴土

33、通道的一側(cè)。 高質(zhì)量的碳質(zhì)刀刃, 寬度 100mm。 可以從刀盤后面更換刀具,刮刀示意圖,鏟刀,鏟刀的設(shè)計保證了快速、清潔的開挖； 它們可以雙向進(jìn)行開挖,同時保證了開挖直徑的穩(wěn)定不變。 鏟刀用可更換的螺紋固定到鋼結(jié)構(gòu)上，因此，可以被單獨(dú)更換,鏟刀示意圖,仿形刀,刀盤上安裝了仿形刀。安裝的仿形刀通過一個行程（50mm海瑞克；120mm三菱）的油缸進(jìn)行操作。仿形刀的伸縮則在主控室內(nèi)按每10事先加以設(shè)置控制。 盾構(gòu)具有仿形超挖功能是目前盾構(gòu)中較為先進(jìn)的一種，其仿形超挖方位、超挖量可根據(jù)不同的施工要求而調(diào)整,仿形刀示意圖,刀具圖片,4.5耐磨保護(hù),一般采用以下耐磨保護(hù)方法： 刮刀：軟土齒形刀具有高耐磨

34、的鋼刀體和高質(zhì)量的碳化切削邊緣。刀齒的支撐有硬質(zhì)堆焊層保護(hù)。 鏟刀：鏟刀的前刀面硬質(zhì)堆焊到切削邊緣，同時刀具后端由碳化襯片保護(hù)。 刀盤：刀盤上某些極易磨損的部分安裝了特殊的耐磨保護(hù)：在外圍部分增加了硬質(zhì)堆焊,圓周有耐磨保護(hù)環(huán),4.6刀具更換,所有的滾刀、刮刀和鏟刀都可以在隧道內(nèi)從刀盤后部更換。一般不需要中途換刀。如有必要，刀具更換作業(yè)可以在常壓和帶壓方式下進(jìn)行。 如果地面具備地層加固條件或事先已經(jīng)進(jìn)行了地層加固處理，開挖面的穩(wěn)定有保障，則可在常壓下進(jìn)行刀具檢查和更換作業(yè)。盾構(gòu)在選定地點(diǎn)停機(jī)后，將土倉里的土排出一部分，直至土倉內(nèi)土體高度低于土艙隔板上的密封門，此時作業(yè)人員可以通過氣閘打開通往土倉

35、的密封門在不帶壓的情況下進(jìn)入土倉，從而進(jìn)行刀具檢查和更換,如果沒有注漿加固條件，開挖面又不是可以自穩(wěn)的地層，則需要用壓縮空氣來維持開挖面的穩(wěn)定。作業(yè)人員需在土倉內(nèi)帶壓作業(yè)。做這項工作就由經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員進(jìn)行,具體步驟如下： 盾構(gòu)推進(jìn)到選定地點(diǎn)停機(jī)。 將土倉內(nèi)的土排出一部分，使倉內(nèi)土體高度下降至土倉隔板上的密封門以下。在排土的同時，通過盾構(gòu)機(jī)上自帶的保壓系統(tǒng)向土倉內(nèi)注入壓縮空氣。壓縮空氣的壓力經(jīng)過設(shè)定，可以自動維持在設(shè)定值，以確保倉內(nèi)的壓力與在停機(jī)前的相同，從而保證開挖面穩(wěn)定,與此同時，作業(yè)人員進(jìn)入氣閘，開始對人閘加壓，逐步把人閘內(nèi)的氣壓升到與土倉壓力一致。 當(dāng)人閘內(nèi)壓力與土倉內(nèi)壓力一致達(dá)到平

36、衡時，作業(yè)人員從人閘內(nèi)打開土倉隔板上的密封門，進(jìn)入土倉。 進(jìn)行刀具檢查和更換。刀盤上的刀具可以方便地從刀盤后部更換，人員不需要到刀盤前方。逐步將刀具檢查和更換完畢后，人員退回到人閘，關(guān)閉密封門。人員在人閘內(nèi)減壓。與此同時，可以恢復(fù)掘進(jìn)。 人員減壓結(jié)束，退出人閘,注意,加壓檢查刀具時人員應(yīng)經(jīng)過相關(guān)培訓(xùn)和身體檢查，加壓和減壓過程中的壓力控制和調(diào)節(jié)應(yīng)按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行。（見動畫,5、刀盤驅(qū)動,5.1 概述 刀盤驅(qū)動用螺栓安裝在壓力艙壁上，主要部件如下： 齒輪箱 主軸承 密封支撐 刀盤安裝法蘭環(huán) 密封壓緊環(huán) 內(nèi)外密封系統(tǒng) 小齒輪，齒輪馬達(dá)和軸承 刀盤驅(qū)動是液壓驅(qū)動，通過在閉式回路的功率控制變量液壓泵,可實(shí)

37、現(xiàn)雙向無級調(diào)速,5.2 齒輪箱，驅(qū)動齒輪,安裝有3級液壓變速馬達(dá)并帶有齒輪沖刷裝置。 變速箱齒輪的尺寸有足夠的富余量以保證在給定的工地能安全的運(yùn)行。 驅(qū)動齒輪的兩軸端都由球面滾動軸承支撐，可使承載時齒輪良好嚙合,5.3主軸承,主軸承由三軸滾柱軸承支撐，帶有內(nèi)齒圈。軸承設(shè)計使用壽命10,000小時。該軸承具有承受徑向和軸向推力的功能,5.4密封系統(tǒng),內(nèi)外兩個密封系統(tǒng)可將小齒輪或軸承室與土倉分隔開。密封系統(tǒng)使用一個三道唇密封系統(tǒng)，該系統(tǒng)有連續(xù)的油脂進(jìn)行潤滑。該三道密封是重載荷加強(qiáng)型唇形密封。潤滑脂均勻注入第一、二層密封之間的整個環(huán)形間隙。多余的潤滑脂從第一道密封溢出至土倉。潤滑脂除潤滑第一、二、三

38、道密封唇外，還對第一道密封唇有清潔作用。第三層密封唇是通過小齒輪的潤滑油來潤滑。第二、三層密封之間的空間有孔通向后部，用來做泄漏檢查,5.5齒輪的潤滑,驅(qū)動小齒輪的潤滑由齒輪油完成。驅(qū)動齒輪軸承和嚙合通過飛濺潤滑和強(qiáng)制供油潤滑。對油位、流量和溫度的檢查同取樣程序一起進(jìn)行。行星齒輪需要不間斷供油；它與主軸承使用的齒輪油型號一致。同時還有監(jiān)測系統(tǒng)以防止設(shè)備空轉(zhuǎn)。變速箱底部區(qū)域的齒輪油被吸出、再通過過磁性的濾器注入到存儲箱內(nèi),5.6主驅(qū)動輸出,主驅(qū)動全為液壓驅(qū)動。在后配套上裝有電機(jī)驅(qū)動液壓泵。液壓驅(qū)動變速箱配備變量馬達(dá)。變量泵和變量馬達(dá)的聯(lián)合使用可將刀盤適宜的轉(zhuǎn)速控制在0-2.5rpm 之間。刀盤的

39、最大扭矩為 5,213knm（脫困扭矩,6管片安裝機(jī),6.1概述 管片安裝器安裝在盾尾區(qū)域，用來安裝襯砌管片。安裝器所具有的各種動作能在施工場地條件下使管片精密地就位。它主要的運(yùn)動構(gòu)件的功能均可通過比例控制來實(shí)現(xiàn)。在管片安裝模式下，為達(dá)到最理想的襯砌效果，每個/對推進(jìn)油缸可以單獨(dú)控制。所有方向運(yùn)動可靠，功率足夠，采用比例液壓控制的管片安裝器可以快速地達(dá)到毫米級的安裝精度,管片安裝器由以下構(gòu)件組成： 臂梁 移動機(jī)架 回轉(zhuǎn)機(jī)架 安裝頭 管片安裝器的行程允許在隧道內(nèi)更換前面兩排盾尾刷,6.2懸臂梁,懸臂梁用于管片安裝器的縱向移動。它通過法蘭與中盾 h 架連接。盾構(gòu)與拖車之間的所有管線連接都穿過管片安

40、裝機(jī)敞開的中心部位。管片安裝器懸臂梁與橋架用油缸鉸接,6.3移動機(jī)架,移動機(jī)架安裝在懸臂梁上，可通過兩個液壓缸的伸縮作縱向移動。帶內(nèi)齒的滾動軸承用法蘭連接在移動機(jī)架上，并以此帶動回轉(zhuǎn)機(jī)架?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動馬達(dá)安裝在移動機(jī)架上?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動通過驅(qū)動馬達(dá)上的齒輪驅(qū)動，該液壓馬達(dá)具有制動裝置,6.4回轉(zhuǎn)基架,回轉(zhuǎn)機(jī)架用法蘭安裝在滾動軸承的內(nèi)圈上，其側(cè)向安裝有伸縮臂。由內(nèi)部的伸縮油缸帶動，伸縮油缸可以單獨(dú)伸縮,6.5安裝頭,內(nèi)部伸縮管兩端固定在安裝頭的懸臂梁上，安裝頭帶有機(jī)械夾持系統(tǒng)。安裝頭上可以實(shí)現(xiàn)如下運(yùn)動：安裝頭的旋轉(zhuǎn)與傾側(cè),6.6動力輸入,管片安裝器旋轉(zhuǎn)部件裝有：液壓動力、閥的信號電壓。動力通過組合供能系統(tǒng)

41、供給,6.7技術(shù)參數(shù),6.7.1結(jié)構(gòu) 安裝器為中空式，并帶有管片夾持系統(tǒng)，有 6 個自由度。 6.7.2 運(yùn)動 全液壓驅(qū)動，速度可以比例調(diào)節(jié) 縱向移動：2000mm 旋轉(zhuǎn)： /-200 度 伸縮： 1000mm,安裝頭旋轉(zhuǎn)：/-2.5 度 安裝頭傾側(cè)：/-2.5 度 6.7.3 操作力 縱向移動： 50kn 提升力： 120kn 額定扭矩： 0-150knm,6.7.4 移動速度 旋轉(zhuǎn)速度： 0-1rpm 縱向移動： 0-8m/min 主油缸伸縮：0-8m/min 8.7.5 規(guī)格：設(shè)備功率45kw。 8.7.6 對混凝土管片的要求： 起吊螺紋管位于管片中心點(diǎn)，螺紋管的尺寸大于或等于 m30，

42、允許的拉力150kn，允許的徑向力90kn?？拷鸬蹩滋幱娩摻罴訌?qiáng)，以承受管片拼裝或后配套系統(tǒng)上的管片吊車側(cè)向位移時產(chǎn)生的剪力,6.8真圓保持器,盾構(gòu)向前推進(jìn)時管片就從盾尾脫出，管片受到自重和土壓的作用會產(chǎn)生變形，當(dāng)該變形量很大時，既成環(huán)和拼裝環(huán)拼裝時就會產(chǎn)生高低不平，給安裝縱向螺栓帶來困難。為了避免管片產(chǎn)生高低不平的現(xiàn)象，應(yīng)有必要讓管片保持真圓，該裝置就是真圓保持器,真圓保持器上裝有上、下可伸縮的千斤頂，上下裝有圓弧形的支架，它在動力車架挑出的梁上是可以滑動的。當(dāng)管片拼裝成環(huán)后，就讓真圓保持器移到該管片環(huán)內(nèi)，支柱千斤頂使支架圓弧面密貼管片后，盾構(gòu)就可進(jìn)行下一環(huán)推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)后由于它的作用，圓

43、環(huán)不易產(chǎn)生變形而保持真圓狀態(tài),7、螺旋輸送機(jī),7.1物料運(yùn)輸概述 掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的碴土，通過速度可調(diào)的螺旋輸送機(jī)，從土倉運(yùn)送到皮帶輸送機(jī)進(jìn)料端，再由皮帶輸送機(jī)運(yùn)送到盾構(gòu)機(jī)后部的渣車。皮帶輸送機(jī)長度的確定取決于渣車的數(shù)量。每個渣車都可移動到皮帶輸送機(jī)出料口的下方,7.2螺旋輸送機(jī),螺旋輸送機(jī)安裝在土倉壁的連接法蘭上。把碴土從盾構(gòu)機(jī)土倉底部運(yùn)送到皮帶輸送機(jī)進(jìn)料端。驅(qū)動裝置由球面軸承支撐能應(yīng)付螺旋輸送機(jī)如有磨損時并保護(hù)驅(qū)動密封系統(tǒng)。 螺旋輸送機(jī)主要部件包括： 安裝/連接法蘭（焊接在倉壁上） 前段帶有耐磨保護(hù) 伸縮段 出料管,驅(qū)動裝置，包括：離合器座離合器帶有球面軸承的 3 排密封系統(tǒng)帶有行星齒輪的液

44、壓馬達(dá) 有軸式螺旋（3 分之 1 的螺旋具有耐磨保護(hù)） 卸料口的閘門,螺旋輸送機(jī)外管有六個r2”螺紋接頭型的物料注射孔。螺旋輸送機(jī)內(nèi)徑和軸徑?jīng)Q定了能通過的碴土的最大尺寸為520mm x 290mm。 如果孤石的尺寸超過可以通過螺旋輸送機(jī)的最大粒徑，可以將螺旋輸送機(jī)縮回，并關(guān)閉前閘門。然后可以從開挖艙人工搬除孤石,周末停機(jī)及維護(hù)期間，螺旋輸送機(jī)出料口可用滑動閘門關(guān)上。 滑動閘門靠液壓油缸操縱，具備在停電時自動關(guān)閉的緊急功能,7.3螺旋輸送機(jī)前閘門,閘門由分別位于盾體中心左右兩側(cè)的兩部分組成，兩個液壓油缸裝在艙壁后面通過連桿控制閘門。螺旋輸送機(jī)出料口可用滑動閘門關(guān)上?；瑒娱l門靠液壓油缸操縱，具備在

45、停電時自動關(guān)閉的緊急功能。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，通過關(guān)閉螺旋輸送機(jī)的出料閘門，可以快速、安全地切斷地下水防止其進(jìn)入盾構(gòu),閘門,7.4螺旋輸送機(jī)伸縮,正常工作時螺旋輸送機(jī)螺旋前端伸入土倉。為了關(guān)閉土倉，螺旋輸送機(jī)可以通過伸縮油缸自動縮回。伸縮行程1000mm。螺旋輸送機(jī)在任何位置上都可以進(jìn)行操作，即使在其伸縮過程中。此特性使得螺旋輸送機(jī)被木頭或大石頭阻塞時可以自由進(jìn)退,8.皮帶輸送機(jī),皮帶輸送機(jī)把螺旋機(jī)卸料口的出土運(yùn)送到渣車。皮帶機(jī)由驅(qū)動單元和位于后配套上的出料口組成。皮帶上有防跑偏裝置。 皮帶輸送機(jī)主要由以下部件組成： 皮帶 卸料部件 張緊裝置在驅(qū)動裝置部分裝有一個機(jī)械式可調(diào)節(jié)的刮料器。 皮帶輸

46、送機(jī)有急停拉線裝置,9.壓力傳感器與排水,9.1土壓傳感器 土壓傳感器安裝在艙壁上，可從壁后更換而無需進(jìn)入前方的壓力艙,9.2排水,盾體內(nèi)安裝了一臺氣動馬達(dá)泵（ 40m/h ）來進(jìn)行盾體內(nèi)的排水工作。廢水經(jīng)由該泵泵入列車上的水箱內(nèi),10、后配套設(shè)備,后配套系統(tǒng)由盾體牽引，在架設(shè)在管片上的路軌上行走。后配套系統(tǒng)的外形輪廓確保了它可以在路軌上曲線前進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)工作和管片安裝所需的設(shè)備和裝置均安裝在后配套拖車上,10.1構(gòu)成,后配套系統(tǒng)主要由以下構(gòu)成： 運(yùn)送管片的橋架 吊運(yùn)系統(tǒng)（管片存儲） 5臺裝載盾構(gòu)機(jī)工作必需的電氣及液壓元件的拖車 所有設(shè)備都安裝在拖車行進(jìn)方向左右兩側(cè)。這使得拖車中間有足夠的空間讓

47、 運(yùn)輸車行走，把管片輸送到安裝器,10.2管片裝卸,整環(huán)管片由 2 部特殊的管片運(yùn)輸車運(yùn)到 1 號拖車前。通過 1 號拖車上的吊機(jī)梁，利用管片吊機(jī)的兩個電動葫蘆將管片逐一卸到管片輸送小車上。管片吊機(jī)下方空間允許承載了三塊管片的管片車自由進(jìn)入管片吊機(jī)下方。兩個平行工作的電動葫蘆由人工通過一個操縱板操縱。 技術(shù)參數(shù)：管片吊車梁20.0m；起升力225kn；設(shè)備功率22.0kw。 管片儲存在連接橋區(qū)域和喂片機(jī)上，喂片機(jī)安裝在連接橋區(qū)域下，用于將管片運(yùn)輸?shù)焦芷惭b機(jī)區(qū)域,10.3拖車上的裝置,10.3.1液壓系統(tǒng) (1)推進(jìn)千斤頂和絞接油缸壓力控制的高壓泵 輸出功率75kw,最大推進(jìn)速度80mm/mi

48、n,最大回程速度1,600mm/min。 (2) 電機(jī)驅(qū)動泵 用于刀盤驅(qū)動電機(jī)液壓變量泵:輸出功率630kw (2 x 315kw) 用于管片安裝機(jī)電機(jī)驅(qū)動變量泵：輸出功率45kw,3) 螺旋輸送機(jī)電機(jī)驅(qū)動泵 驅(qū)動電機(jī) 液壓變量泵：輸出功率200kw (4) 濾油器 過濾系統(tǒng)直接裝在液壓油箱下面。螺旋泵把油連續(xù)泵到過濾、冷卻系統(tǒng)，再回到油箱。連續(xù)過濾能夠確保液壓系統(tǒng)保持清潔和機(jī)器的正常工作,10.3.3刀盤主驅(qū)動油脂泵 一個氣動油脂泵安裝在后配套系統(tǒng)中。此泵連接到多管路油脂泵，給主驅(qū)動，螺旋驅(qū)動和回轉(zhuǎn)單元提供油脂。 10.3.4冷卻回路 盾構(gòu)機(jī)具有一個封閉的回路用以冷卻設(shè)備上的電氣及液壓元件,

49、10.3.5通風(fēng)系統(tǒng) 新鮮的空氣是由一條空氣管來輸送。抽風(fēng)管從拖車 1 一直延伸到整個后配套系統(tǒng)。它將盾體及液壓系統(tǒng)中的廢氣撤出，此管路中含有消音通風(fēng)機(jī)（次級通風(fēng)設(shè)備）。通風(fēng)機(jī)及管路保證了隧道中有持續(xù)的新鮮空氣提供。 10.3.6盾尾密封油脂泵 一個氣動油脂泵安裝在后配套系統(tǒng)中,11.電力系統(tǒng),1) 供應(yīng)電力變壓器 用變壓器將高壓電降到 400v。變壓器為完全密封，戶外型，自帶風(fēng)機(jī)用于盾構(gòu)機(jī)上。 類型：功率1,250kva初級電壓10kv10%次級電壓0.4kv頻率50hz防護(hù)等級ip55監(jiān)控：溫度監(jiān)控，觸點(diǎn)斷開報警，觸點(diǎn)斷開停止制造標(biāo)準(zhǔn)：din vde 0532/iec 60076o,2)配

50、電柜 配電柜位于后配套鋼架上，防護(hù)等級為 ip55，配電柜相應(yīng)地分成由總線相連的獨(dú)立部分。在配電柜面板裝有電壓表和電流表，以及獨(dú)立的回路過載保護(hù)和短路保護(hù)器件。 (3) 電容補(bǔ)償裝置 機(jī)器上安裝了適當(dāng)?shù)墓β恃a(bǔ)償設(shè)備以保證載荷于 0.9 功率補(bǔ)償器是自動的。功率因數(shù)在主配電盤上顯示,4)控制室控制臺 控制室控制臺需用 ip48 防護(hù)等級。本控制臺包括所有的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，盾構(gòu)機(jī)安全操作及其環(huán)境的顯示器。顯示屏顯示盾構(gòu)機(jī)及其系統(tǒng)的所有參數(shù),盾構(gòu)機(jī)的所有動作均由操作按鈕來實(shí)現(xiàn)。 (5)現(xiàn)場控制面板 現(xiàn)場控制面板是用于調(diào)整機(jī)器上如安裝器，管片起重和管片輸送小車等移動部分的控制裝置。所有控制面板都適當(dāng)?shù)难b

51、有急停和鑰匙開關(guān)，用以維修時現(xiàn)場隔離保護(hù),6)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)用以控制盾構(gòu)機(jī)的主要功能，安裝在帶有遠(yuǎn)程接口的操作臺上。此 plc 系統(tǒng)接入位于操作臺中的工業(yè)計算機(jī)，所有的軟件都可完全防止未經(jīng)授權(quán)的登錄。所有系統(tǒng)都有失效保護(hù)，包括在錯誤情況下的錯誤操作引起的電路自鎖及斷路保護(hù)。所有的主要設(shè)備均設(shè)置有預(yù)先報警系統(tǒng)及遠(yuǎn)程的控制功能。關(guān)鍵部件的硬件安全措施是與總控系統(tǒng)（plc）分設(shè)的。 (7)電纜 所有可能的地方的電纜都用橡膠包裹（har）。電纜懸掛系統(tǒng)足以使電纜可以永久的就位，很好的加以保護(hù)以防止外部損壞，及 需 要 時 可 以 方 便 的 接 線 或 維護(hù)。無論何時主電力電纜運(yùn)轉(zhuǎn)都應(yīng)與控制電纜分

52、離以防電力干涉,8)高壓電纜托盤 尺寸3tba+接地 容量200m (9)控制電纜，動力電纜 型號neoflex,h07 rnf (10) 電機(jī) 電機(jī)為防護(hù)等級 ip55。電機(jī)均采用完全密封，扇葉冷卻。對大于 200kw 的電機(jī)在電機(jī)的繞組上安裝了熱敏元件，熱敏元件控制電 控 柜 中 裝 置 實(shí) 現(xiàn) 自 動 跳 閘 的 報警，在小型的自動斷路器中裝有常規(guī)的過載保護(hù)裝置。為了避免大的啟動電流，所有的電機(jī)啟動方式均特別加以選擇。大于30kw 的電機(jī)使用星三角啟動方式,11) 接地 盾構(gòu)機(jī)安全接地系統(tǒng)用一適當(dāng)?shù)慕拥鼐€將所有拖車連結(jié)在一起，使得盾構(gòu)機(jī)成為一個等勢區(qū)域，在此區(qū)域中所有暴露的導(dǎo)電零件和外部

53、金屬件維持相同的電位。無論何時主電力電纜運(yùn)轉(zhuǎn)都應(yīng)與控制電纜分離以防電力干涉,12) 電壓 電力系統(tǒng)操作時應(yīng)不超過以下最高電壓： 隧道供電 10kv3 相50hz 動力 400v3 相50hz 控制 230v 單相50hz 50v(移動設(shè)備) 照明 230v 單相50hz,13)插座 分布于整個盾體和后配套設(shè)備。 (14) 照明 (15) 安全裝置 警報燈，警報喇叭 滅火發(fā)覺系統(tǒng) (16) 通訊和閉路電視系統(tǒng),12輔助設(shè)備,12.1注漿設(shè)備 自啟動全液壓雙油缸活塞泵，帶有壓控制碟式提動閥，適用于輸送固體含量高的高密度物質(zhì)，它有連續(xù)高精度定量給料流速。 12.2清洗方法 在每次注漿循環(huán)的結(jié)束，膨潤

54、土將被注入來清洗注漿管，這樣來維保并能夠阻止注漿管發(fā)生堵塞。在盾尾內(nèi)表面上有維?？?。通過它們可以檢查注漿管內(nèi)是否有堵塞情況。如果注漿管內(nèi)發(fā)生了堵塞情況，將使用高壓水對注漿管進(jìn)行沖洗來去除堵塞,12.2 泡沫發(fā)生系統(tǒng),泡沫是一種調(diào)節(jié)介質(zhì)，適合于靠土壓支持的盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中泥土粘性非常高的意外情況。經(jīng)泡沫調(diào)節(jié)后的土壤有以下特點(diǎn)和好處： 使支持壓力傳遞到隧道開挖面 流動性好 滲水性能低 良好的彈性 降低對盾構(gòu)機(jī)的附著性 減少對盾構(gòu)機(jī)的磨損 減少驅(qū)動功率,12.2.1泡沫發(fā)生系統(tǒng)組成： 1 個水泵 133ltr./min 1 個 泡沫泵 300ltr./h 混合液控制裝置 壓縮空氣控制裝置 4 個泡沫

55、發(fā)生器 測量裝置及其控制 用水沖洗時的切換裝置,12.2膨潤土系統(tǒng),膨潤土現(xiàn)場混合并運(yùn)送到盾構(gòu)機(jī)后配套。由潛水泵送到膨潤土罐體中。通過 1 個注射泵，膨潤土通過方向閥被泵到土倉，螺旋機(jī)和刀盤前端的注射點(diǎn),12.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集的任務(wù)可以概括如下： 采集、處理、存儲、顯示和評估與掘進(jìn)機(jī)聯(lián)網(wǎng)所獲得的數(shù)據(jù),1)數(shù)據(jù)處理 機(jī)器的操作狀態(tài)在該系統(tǒng)中被轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的收集，信息如下： 及時數(shù)據(jù)= 在掘進(jìn)過程由傳感器取得的數(shù)據(jù) 狀態(tài)數(shù)據(jù)= 表示機(jī)器操作狀態(tài)的數(shù)據(jù)，多數(shù)情況下，這些數(shù)據(jù)由及時數(shù)據(jù)產(chǎn)生 平均數(shù)值= 按管片環(huán)做出更改的數(shù)值：最小值、最大值、初始值和最終值 錯誤信息= plc 系統(tǒng)中的錯誤單

56、位，它可能已經(jīng)被執(zhí)行，或被停止執(zhí)行，或正在新掘進(jìn)循環(huán)中執(zhí)行,2)操作數(shù)據(jù)的顯示 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是獨(dú)立工作的，在沒有操作人員的情況下也是如此；因此需要一個圖像用戶環(huán)境來顯示測量到的重要數(shù)據(jù)。這樣就可以把最重要的盾構(gòu)操作信息顯示給潛在用戶。 (3) 測量數(shù)據(jù)的評估 測量的數(shù)據(jù)評估可以通過兩種不同的方法進(jìn)行： 通過自動打印出來的掘進(jìn)報告（只要打印機(jī)與計算機(jī)相連）， 通過顯示的測量數(shù)據(jù)的人工圖像顯示,12.4測量數(shù)據(jù)顯示 測量的數(shù)據(jù)將以圖形方式顯示在控制室內(nèi)的顯示器上。機(jī)器的類型將單個顯示器細(xì)分到具體的功能小組。通過功能鍵 到、簡單的菜單、鼠標(biāo)和鍵盤，用戶可以選擇單個的顯示區(qū)域。測量的數(shù)據(jù)以數(shù)字方式顯示

57、。相關(guān)過程也將顯示出來,12.5隧道導(dǎo)向系統(tǒng) 系統(tǒng)可以提供盾構(gòu)機(jī)高精度地沿著設(shè)計路線掘進(jìn)所需的必要信息。為了進(jìn)行文件處理，測量到的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)和管片數(shù)據(jù)可以在任何時候保存、顯示或打印出來。明顯地，可以提供當(dāng)前隧道的推進(jìn)記錄。隧道推進(jìn)和管片安裝的過程的圖形可以打印出來,12.6雙室人閘倉 雙室人閘倉與盾體上的連接法蘭相連。這些人閘倉的形狀與尺寸取決于盾構(gòu)機(jī)安裝條件。雙室人閘倉的中間被一個供人進(jìn)出的壓力門隔開此 門 的 直 徑 為600mm。右邊的人倉用作進(jìn)出土倉的正常通道，左邊的人倉可用于材料閘或在緊急情況下使用。人閘能同時容納 3+2 個人及一副1.8 米長的擔(dān)架?？諝忾l可以進(jìn)入刀盤檢查或更換刀

58、具而不用使用昂貴的灌漿方法,12.7壓縮空氣設(shè)備,壓縮空氣調(diào)節(jié) 裝在盾體上的壓縮空氣系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)開挖面的支撐壓力和調(diào)節(jié)人閘倉的空氣壓力。系統(tǒng)包括：空氣壓縮機(jī)裝在后配套上、壓力調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、控制閥、 工地供給設(shè)備 工地提供氣閘操作所需的壓縮空氣，緊急氧氣設(shè)備，包括冷卻器的柴油空壓機(jī)和空氣過濾設(shè)備,13備選設(shè)備,13.1 軟、硬巖鉆機(jī)系統(tǒng) 13.2渣土泵 渣土泵設(shè)備也可作為防噴涌安全措施備選設(shè)備，可在泥土改良工作、螺旋輸送機(jī)出料口調(diào)節(jié)工作等仍不能完全有效控制噴涌時采用。在預(yù)期的高工作壓力和存在壓力水時，尤其是處在江河之下或埋深較深時，為了將開挖出來的土渣運(yùn)送到渣車，用螺旋輸送機(jī)出土可能會使壓

59、力操作很困難。該系統(tǒng)的主要要求是土渣（通過注入泡沫，膨潤土等材料處理后）可以被泵送。如果遇到大量地下水浸入的情況，該系統(tǒng)可以很容易把土渣運(yùn)到渣車內(nèi),13.3臨時連接管線(100m) 提供必須的臨時始發(fā)接線（約 100 米）作為備選，包括如下：液壓膠管、低壓電纜等。 13.4氣體檢測裝置 氣閘系統(tǒng)內(nèi)可以安裝多種有害氣體（ ch4, co, h2s ）和氧氣的檢測裝置。氣體警報裝置安裝在后配套系統(tǒng)上的一個箱體內(nèi)。所有傳感器都用電纜連接在該裝置內(nèi)。警報信息通過喇叭上的無勢點(diǎn)接觸和閃爍燈發(fā)出。 13.5雙液注漿 如果需要雙液注漿，可選用兩個1.5m3/h 離心式螺桿泵來注入液體,五、盾構(gòu)機(jī)工作原理,1

60、、盾構(gòu)機(jī)的選型,一般來說,用盾構(gòu)法施工的地層都是復(fù)雜多變的,因此,對于復(fù)雜的地層要選定較為經(jīng)濟(jì)的盾構(gòu)是當(dāng)前的一個難題。 實(shí)際上，在選定盾構(gòu)時，不僅要考慮到地質(zhì)情況，還要考慮到盾構(gòu)的外徑、隧道的長度、工程的施工程序、勞動力情況等，而且還要綜合研究工程施工環(huán)境、基地面積、施工引起對環(huán)境的影響程度等,選擇盾構(gòu)的種類一般要求掌握不同盾構(gòu)的特征。同時，還要逐個研究以下幾個項目,開挖面有無障礙物； 氣壓施工時開挖面能否自立穩(wěn)定； 氣壓施工并用其他輔助施工法后開挖面能否穩(wěn)定； 擠壓推進(jìn)、切削土加壓推進(jìn)中，開挖面能否自立穩(wěn)定； 開挖面在加入水壓、泥壓、泥水壓作用下，能否自立穩(wěn)定； 經(jīng)濟(jì)性,2.盾構(gòu)機(jī)的選型依據(jù)