盾構(gòu)機(jī)簡(jiǎn)介趙玉菊09課件

盾構(gòu)機(jī)簡(jiǎn)介趙玉菊2018年4月盾構(gòu)機(jī)簡(jiǎn)介歐美將全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為T(mén)BM，日本則一般統(tǒng)稱(chēng)為盾構(gòu)機(jī)，細(xì)分可稱(chēng)為硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)和軟地層隧道掘進(jìn)機(jī)。中國(guó)則一般習(xí)慣將硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)稱(chēng)為T(mén)BM，將軟地層掘進(jìn)機(jī)稱(chēng)為盾構(gòu)機(jī)。(1)在巖石中開(kāi)挖隧道的TBM：

通常用這類(lèi)TBM在穩(wěn)定性良好、中～厚埋深、中～高強(qiáng)度的巖層中掘進(jìn)長(zhǎng)大隧道。這類(lèi)掘進(jìn)機(jī)所面臨的基本問(wèn)題是如何破巖，保持掘進(jìn)的高效率和工程順利。(2)在松軟地層中掘進(jìn)隧道的TBM（國(guó)內(nèi)通常稱(chēng)為盾構(gòu)機(jī)）：通常用這類(lèi)TBM在具有有限壓力的地下水位以下的基本均質(zhì)的軟弱地層中開(kāi)挖有限長(zhǎng)度的隧道。這類(lèi)掘進(jìn)機(jī)所面臨的基本問(wèn)題是空洞、開(kāi)挖掌子面的穩(wěn)定、市區(qū)地表沉降等。。盾構(gòu)機(jī)簡(jiǎn)介對(duì)于全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)，目前在國(guó)內(nèi)有兩種提法，其一是巖石掘進(jìn)機(jī)（TBM），其二是盾構(gòu)機(jī)。TBM就是適合硬巖掘進(jìn)的隧道掘進(jìn)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)指的是適于在軟巖、土中的隧道掘進(jìn)機(jī)。當(dāng)然，盾構(gòu)機(jī)目前也有安裝硬巖TBM滾刀的復(fù)合盾構(gòu)。而硬巖TBM又可分為:

敞開(kāi)式TBM、雙護(hù)盾式TBM、單護(hù)盾式TBM。硬巖TBM適用于山嶺隧道硬巖掘進(jìn)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆爆法，在相同的條件下，其掘進(jìn)速度約為常規(guī)鉆爆法的4～10倍，最佳日進(jìn)尺可達(dá)150m；具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)、有利于環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)力保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。盾構(gòu)機(jī)簡(jiǎn)介軟巖TBM適用于軟弱性圍巖施工的隧道掘進(jìn)機(jī)，是目前城市地鐵建設(shè)中速度快、質(zhì)量好、安全性能高的先進(jìn)技術(shù)。采用盾構(gòu)機(jī)施工的區(qū)間隧道，可以做到對(duì)土體弱擾動(dòng)，不影響地面建筑物和交通，減少地上、地下的大量拆遷。這兩種設(shè)備的技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，在我國(guó)地下工程領(lǐng)域具有十分廣闊的前景。目前，世界上生產(chǎn)硬巖掘進(jìn)機(jī)TBM的廠家主要有美國(guó)羅賓斯ROBBINS，德國(guó)海瑞克HERRENKNECHT，德國(guó)WIRTH（2013年中國(guó)中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司收購(gòu)該公司TBM知識(shí)產(chǎn)權(quán)），法國(guó)法碼通NFM（現(xiàn)屬中國(guó)北方重工NHI）。/v_show/id_XMTQwOTM1MjM4NA==.html盾構(gòu)機(jī)簡(jiǎn)介盾構(gòu)機(jī)概念盾構(gòu)機(jī)是集機(jī)、電、液、氣為一體，具有掘進(jìn)、出渣、襯砌等功能的大型復(fù)雜設(shè)備，邊推進(jìn)邊形成隧道，實(shí)現(xiàn)了隧道施工的工廠化作業(yè)。工作原理

盾構(gòu)機(jī)的基本工作原理就是一個(gè)圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進(jìn)邊對(duì)土壤進(jìn)行挖掘。該圓柱體組件的殼體即盾殼，它對(duì)開(kāi)挖掘出未襯砌的隧道段起著臨時(shí)支撐的作用，承受周?chē)翆拥膲毫?，同時(shí)還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業(yè)在護(hù)盾的掩護(hù)下進(jìn)行。8

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)：通過(guò)土壓作用于開(kāi)挖面以平衡開(kāi)挖面的水土壓力。通過(guò)螺旋輸送機(jī)排放渣土。工作原理9水土土壓+壓=倉(cāng)力力壓力工作原理10

軟土土壓平衡盾構(gòu)機(jī)

主要用于軟土、砂土、雜填土、粘土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、粉土、交雜少量礫石等地層，如北京、上海、西安、南京、長(zhǎng)春、蘇州等地鐵部分標(biāo)段。

盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹工作原理11復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主要用于長(zhǎng)沙、昆明、南京、南昌、南寧等中風(fēng)化、微風(fēng)化砂質(zhì)泥質(zhì)板巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、礫砂、角礫、塊石、圓礫、碎石等交互復(fù)合地層，及用于成都、蘭州、廣州、深圳等中粗砂、松散卵石、密實(shí)卵石、上軟下硬、巖層等地層。工作原理12泥水平衡盾構(gòu)機(jī)通過(guò)泥膜的張力保持水壓力，以平衡作用于開(kāi)挖面的土壓力和水壓力。開(kāi)挖的渣土以泥漿形式輸送到地面，經(jīng)過(guò)分離再循環(huán)至開(kāi)挖面。工作原理13工作原理14泥水平衡盾構(gòu)機(jī)分類(lèi)就平衡的控制形式而言可分為日系泥水盾構(gòu)的直控式和歐系泥水盾構(gòu)的氣墊式。工作原理盾構(gòu)機(jī)的分類(lèi)1.按照斷面形狀分類(lèi)可分為：?jiǎn)螆A盾構(gòu)、復(fù)圓盾構(gòu)（多圓盾構(gòu)）、非圓盾構(gòu)。其中復(fù)圓盾構(gòu)分為雙圓盾構(gòu)和三圓盾構(gòu)，非圓盾構(gòu)分為橢圓形盾構(gòu)、矩形盾構(gòu)、馬蹄形盾構(gòu)、半圓盾構(gòu)。馬蹄形盾構(gòu)和非圓盾構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)為“異形盾構(gòu)”。盾構(gòu)機(jī)的分類(lèi)2.按照直徑大小分類(lèi)：（1）直徑0.2-2m的成為微型盾構(gòu)；（2）直徑2-4.2m的成為小型盾構(gòu)；較多用于飲水、排水、電纜、通信及其它市政公用設(shè)施綜合管道項(xiàng)目。（3）直徑4.2-7m的稱(chēng)為中型盾構(gòu)；廣泛應(yīng)用于地鐵隧道工程中。（4）直徑7-12m稱(chēng)為大型盾構(gòu)；較多用于水底公路隧道及鐵路隧道。（5）直徑12m以上的稱(chēng)為特大型盾構(gòu)；（15.44m上海滬崇隧道，德國(guó)18m泥水已經(jīng)在研制）。

3.按照穩(wěn)定掌子面的方式分類(lèi)（現(xiàn)在主要）：根據(jù)穩(wěn)定掌子面方式的不同，分為土壓平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)。其中土壓平衡盾構(gòu)根據(jù)地層條件可采用敞開(kāi)式（大氣壓力）、半敞開(kāi)式（壓縮空氣）、土壓平衡式（改良后的碴土）三種模式掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹1、盾構(gòu)機(jī)按結(jié)構(gòu)分：由盾體、后配套臺(tái)車(chē)兩部分組成盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹2、盾構(gòu)機(jī)部件尺寸及重量情況盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹3.

盾構(gòu)機(jī)按系統(tǒng)分：主要有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、鉸鏈系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、管片拼裝與吊裝系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、水系統(tǒng)、膨潤(rùn)土系統(tǒng)、泡沫注入系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、激光導(dǎo)向系統(tǒng)、氣體檢測(cè)系統(tǒng)等組成。盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹（1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是提供刀盤(pán)正反方向掘削動(dòng)力的同時(shí)承受刀盤(pán)掘削土體的軸向支撐反力。

主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包含變速箱、主軸承、液壓馬達(dá)、減速機(jī)、小齒輪、法蘭、內(nèi)外密封和位于后配套拖車(chē)上的主驅(qū)動(dòng)液壓泵站。

主軸承采用大直徑、整體內(nèi)齒圈、三排圓柱滾子結(jié)構(gòu)，擁有良好的承受軸向推力、軸向反推力、徑向力及傾覆力矩性能，主軸承正常使用壽命大于10000小時(shí)盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹（2）推進(jìn)液壓系統(tǒng)由推進(jìn)電機(jī)泵組、主換向閥組、液壓過(guò)濾器、推進(jìn)分區(qū)控制閥組及推進(jìn)油缸等部件組成。推進(jìn)系統(tǒng)為盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)提供推進(jìn)力，并對(duì)推進(jìn)速度和盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)進(jìn)行控制。

盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹

（3）盾構(gòu)鉸接

形式為被動(dòng)鉸接，在前盾與中盾連接處設(shè)置有鉸接油缸。盾構(gòu)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過(guò)每組推進(jìn)油缸的行程差來(lái)調(diào)節(jié)中盾與盾尾之間的夾角，此時(shí)鉸接油缸進(jìn)出油相互連通，行程可自行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎；盾構(gòu)直線掘進(jìn)時(shí)，進(jìn)出油口鎖緊。當(dāng)鉸接油缸行程超限時(shí)可手動(dòng)調(diào)節(jié)球閥，給鉸接油缸供油，防止油缸損壞。

（4）潤(rùn)滑、密封系統(tǒng)

油脂集中潤(rùn)滑系統(tǒng)由電動(dòng)油脂泵、遞進(jìn)式分配器組成。電動(dòng)油脂泵將油脂輸送到遞進(jìn)式分配器，遞進(jìn)式分配器再將油脂均勻分配到主驅(qū)動(dòng)、螺旋輸送機(jī)、中心回轉(zhuǎn)接頭的各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)。

氣動(dòng)油脂泵將盾尾油脂從拖車(chē)上輸送到盾體內(nèi)，每一路配有氣動(dòng)球閥和壓力傳感器，并能自動(dòng)控制盾尾油脂注入到盾尾密封腔的量；總管路上配有壓力傳感器，并在控制室顯示壓力數(shù)據(jù)。盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹

（5）管片拼裝與吊裝系統(tǒng)

管片拼裝機(jī)固定在盾尾區(qū)域，用于安裝襯砌管片。

管片拼裝機(jī)主要由懸臂梁、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)、管片抓持機(jī)構(gòu)和提升油缸等組成。由單獨(dú)的液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，通過(guò)對(duì)液壓馬達(dá)和液壓油缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的比例控制，可實(shí)現(xiàn)拼裝管片的縱向移動(dòng)、徑向移動(dòng)、橫向移動(dòng)、回轉(zhuǎn)、橫搖和俯仰動(dòng)作，使得管片能夠快速精確的完成定位并安裝。

管片拼裝機(jī)的控制方式有無(wú)線遙控和有線控制兩種，兩種方式都可以對(duì)每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行單獨(dú)靈活的控制，也可協(xié)同控制幾個(gè)動(dòng)作，控制精度高，安全可靠。

吊運(yùn)系統(tǒng)主要由雙梁式管片起吊機(jī)構(gòu)組成。吊運(yùn)系統(tǒng)將管片從位于盾構(gòu)機(jī)一號(hào)拖車(chē)尾部的管片卸載區(qū)運(yùn)至管片拼裝區(qū)域。盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹（6）注漿系統(tǒng)

同步注漿

盾構(gòu)配有注漿泵，通過(guò)盾尾的注漿管道將砂漿注入到開(kāi)挖直徑和管片外徑之間的環(huán)形間隙。注漿壓力可以調(diào)節(jié)，注漿泵泵送頻率在可調(diào)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)整，并通過(guò)注漿同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)其壓力變化?？刂剖铱梢钥吹絾蝹€(gè)注漿點(diǎn)的注入量和注漿壓力信息。隨時(shí)可以儲(chǔ)存和檢索砂漿注入的操作數(shù)據(jù)。盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹二次注漿漿液為雙液漿及時(shí)補(bǔ)漿，可減少地面沉降。其主要由雙液注漿泵、漿比調(diào)節(jié)器、機(jī)械式攪拌機(jī)等組成。具有注漿壓力高、流量大、漿液比例可調(diào)等特點(diǎn)。雙液注漿泵將水泥漿液和水玻璃同時(shí)按一定比例注入管片壁后。盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹（7）水系統(tǒng)

盾構(gòu)循環(huán)水系統(tǒng)包括內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)和外循環(huán)水系統(tǒng)。

內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)主要用于冷卻主驅(qū)動(dòng)的減速機(jī)、主驅(qū)動(dòng)齒輪潤(rùn)滑油、螺旋輸送機(jī)的減速機(jī)、空氣壓縮機(jī)、等。

外循環(huán)水系統(tǒng)主要用于冷卻液壓油和內(nèi)循環(huán)水，以及提供設(shè)備消耗用水等。

通過(guò)管道從隧道外引水至尾部拖車(chē)處，并與盾構(gòu)的延伸管路連接上，給盾構(gòu)提供外循環(huán)水。臺(tái)車(chē)上安裝的離心水泵用于提供內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)的動(dòng)力，臺(tái)車(chē)上的增壓泵保證盾構(gòu)上的設(shè)備用水有一定的壓力。盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹（8）泡沫系統(tǒng)

泡沫系統(tǒng)用于對(duì)碴土進(jìn)行改良，其主要由泡沫原液泵、高壓水泵、電磁流量閥、泡沫發(fā)生器、壓力傳感器、電磁流量計(jì)等組成。每一路泡沫可單獨(dú)控制流量。其中，刀盤(pán)上布置有泡沫注入口，螺旋機(jī)上布置有泡沫注入口。盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹（9）膨潤(rùn)土系統(tǒng)

膨潤(rùn)土系統(tǒng)與泡沫系統(tǒng)在連接橋到刀盤(pán)之間共享一套輸送管路。在不使用泡沫的情況下，關(guān)閉泡沫分支管路，同時(shí)將膨潤(rùn)土分支管路打開(kāi)，通過(guò)泵送的形式將膨潤(rùn)土輸送到掌子面、土艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)，達(dá)到改良碴土的目的。盾構(gòu)施工時(shí)可實(shí)現(xiàn)一部分管路注膨潤(rùn)土，同時(shí)另一部分管路注泡沫的功能。盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹（10）通風(fēng)系統(tǒng)

隧道通風(fēng)機(jī)送入的新鮮空氣進(jìn)入通風(fēng)筒內(nèi)，通過(guò)通風(fēng)管送至連接橋前端，給作業(yè)面提供新鮮的空氣。盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)功能介紹（11）激光導(dǎo)向系統(tǒng)

盾構(gòu)安裝了一套自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)。能夠?qū)Χ軜?gòu)在掘進(jìn)中的姿態(tài)進(jìn)行精確的測(cè)量和顯示。操作人員可以及時(shí)的根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的信息，實(shí)時(shí)地對(duì)盾構(gòu)的掘進(jìn)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

工作原理：通過(guò)測(cè)量固定在盾構(gòu)中心軸線上方的激光靶的絕對(duì)坐標(biāo)，根據(jù)激光靶與盾首和盾尾的相對(duì)位置關(guān)系，推算出盾首和盾尾的絕對(duì)坐標(biāo)。然后將盾首和盾尾的絕對(duì)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)軸線相比較得出