盾構機簡介趙玉菊09課件

盾構機簡介趙玉菊2018年4月盾構機簡介歐美將全斷面隧道掘進機統(tǒng)稱為TBM，日本則一般統(tǒng)稱為盾構機，細分可稱為硬巖隧道掘進機和軟地層隧道掘進機。中國則一般習慣將硬巖隧道掘進機稱為TBM，將軟地層掘進機稱為盾構機。(1)在巖石中開挖隧道的TBM：

通常用這類TBM在穩(wěn)定性良好、中～厚埋深、中～高強度的巖層中掘進長大隧道。這類掘進機所面臨的基本問題是如何破巖，保持掘進的高效率和工程順利。(2)在松軟地層中掘進隧道的TBM（國內(nèi)通常稱為盾構機）：通常用這類TBM在具有有限壓力的地下水位以下的基本均質(zhì)的軟弱地層中開挖有限長度的隧道。這類掘進機所面臨的基本問題是空洞、開挖掌子面的穩(wěn)定、市區(qū)地表沉降等。。盾構機簡介對于全斷面隧道掘進機，目前在國內(nèi)有兩種提法，其一是巖石掘進機（TBM），其二是盾構機。TBM就是適合硬巖掘進的隧道掘進機，盾構機指的是適于在軟巖、土中的隧道掘進機。當然，盾構機目前也有安裝硬巖TBM滾刀的復合盾構。而硬巖TBM又可分為:

敞開式TBM、雙護盾式TBM、單護盾式TBM。硬巖TBM適用于山嶺隧道硬巖掘進，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆爆法，在相同的條件下，其掘進速度約為常規(guī)鉆爆法的4～10倍，最佳日進尺可達150m；具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟、有利于環(huán)境保護和勞動力保護等優(yōu)點。盾構機簡介軟巖TBM適用于軟弱性圍巖施工的隧道掘進機，是目前城市地鐵建設中速度快、質(zhì)量好、安全性能高的先進技術。采用盾構機施工的區(qū)間隧道，可以做到對土體弱擾動，不影響地面建筑物和交通，減少地上、地下的大量拆遷。這兩種設備的技術開發(fā)與應用，在我國地下工程領域具有十分廣闊的前景。目前，世界上生產(chǎn)硬巖掘進機TBM的廠家主要有美國羅賓斯ROBBINS，德國海瑞克HERRENKNECHT，德國WIRTH（2013年中國中鐵工程裝備集團有限公司收購該公司TBM知識產(chǎn)權），法國法碼通NFM（現(xiàn)屬中國北方重工NHI）。/v_show/id_XMTQwOTM1MjM4NA==.html盾構機簡介盾構機概念盾構機是集機、電、液、氣為一體，具有掘進、出渣、襯砌等功能的大型復雜設備，邊推進邊形成隧道，實現(xiàn)了隧道施工的工廠化作業(yè)。工作原理

盾構機的基本工作原理就是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即盾殼，它對開挖掘出未襯砌的隧道段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，同時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)在護盾的掩護下進行。8

土壓平衡盾構機：通過土壓作用于開挖面以平衡開挖面的水土壓力。通過螺旋輸送機排放渣土。工作原理9水土土壓+壓=倉力力壓力工作原理10

軟土土壓平衡盾構機

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、長春、蘇州等地鐵部分標段。

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

3.按照穩(wěn)定掌子面的方式分類（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、泥水平衡盾構。其中土壓平衡盾構根據(jù)地層條件可采用敞開式（大氣壓力）、半敞開式（壓縮空氣）、土壓平衡式（改良后的碴土）三種模式掘進。盾構機結(jié)構功能介紹1、盾構機按結(jié)構分：由盾體、后配套臺車兩部分組成盾構機結(jié)構功能介紹2、盾構機部件尺寸及重量情況盾構機結(jié)構功能介紹3.

盾構機按系統(tǒng)分：主要有驅(qū)動系統(tǒng)、推進系統(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)、膨潤土系統(tǒng)、泡沫注入系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、激光導向系統(tǒng)、氣體檢測系統(tǒng)等組成。盾構機結(jié)構功能介紹（1）驅(qū)動系統(tǒng)

主驅(qū)動系統(tǒng)的作用是提供刀盤正反方向掘削動力的同時承受刀盤掘削土體的軸向支撐反力。

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

主軸承采用大直徑、整體內(nèi)齒圈、三排圓柱滾子結(jié)構，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小時盾構機結(jié)構功能介紹（2）推進液壓系統(tǒng)由推進電機泵組、主換向閥組、液壓過濾器、推進分區(qū)控制閥組及推進油缸等部件組成。推進系統(tǒng)為盾構機向前掘進提供推進力，并對推進速度和盾構機掘進姿態(tài)進行控制。

盾構機結(jié)構功能介紹

（3）盾構鉸接

形式為被動鉸接，在前盾與中盾連接處設置有鉸接油缸。盾構需要轉(zhuǎn)彎時，通過每組推進油缸的行程差來調(diào)節(jié)中盾與盾尾之間的夾角，此時鉸接油缸進出油相互連通，行程可自行調(diào)整，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎；盾構直線掘進時，進出油口鎖緊。當鉸接油缸行程超限時可手動調(diào)節(jié)球閥，給鉸接油缸供油，防止油缸損壞。

（4）潤滑、密封系統(tǒng)

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

氣動油脂泵將盾尾油脂從拖車上輸送到盾體內(nèi)，每一路配有氣動球閥和壓力傳感器，并能自動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)。盾構機結(jié)構功能介紹

（5）管片拼裝與吊裝系統(tǒng)

管片拼裝機固定在盾尾區(qū)域，用于安裝襯砌管片。

管片拼裝機主要由懸臂梁、回轉(zhuǎn)機構、平移機構、管片抓持機構和提升油缸等組成。由單獨的液壓系統(tǒng)提供動力，通過對液壓馬達和液壓油缸等執(zhí)行機構動作的比例控制，可實現(xiàn)拼裝管片的縱向移動、徑向移動、橫向移動、回轉(zhuǎn)、橫搖和俯仰動作，使得管片能夠快速精確的完成定位并安裝。

管片拼裝機的控制方式有無線遙控和有線控制兩種，兩種方式都可以對每個動作進行單獨靈活的控制，也可協(xié)同控制幾個動作，控制精度高，安全可靠。

吊運系統(tǒng)主要由雙梁式管片起吊機構組成。吊運系統(tǒng)將管片從位于盾構機一號拖車尾部的管片卸載區(qū)運至管片拼裝區(qū)域。盾構機結(jié)構功能介紹盾構機結(jié)構功能介紹（6）注漿系統(tǒng)

同步注漿

盾構配有注漿泵，通過盾尾的注漿管道將砂漿注入到開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)實現(xiàn)連續(xù)調(diào)整，并通過注漿同步監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測其壓力變化。控制室可以看到單個注漿點的注入量和注漿壓力信息。隨時可以儲存和檢索砂漿注入的操作數(shù)據(jù)。盾構機結(jié)構功能介紹二次注漿漿液為雙液漿及時補漿，可減少地面沉降。其主要由雙液注漿泵、漿比調(diào)節(jié)器、機械式攪拌機等組成。具有注漿壓力高、流量大、漿液比例可調(diào)等特點。雙液注漿泵將水泥漿液和水玻璃同時按一定比例注入管片壁后。盾構機結(jié)構功能介紹（7）水系統(tǒng)

盾構循環(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)動的減速機、主驅(qū)動齒輪潤滑油、螺旋輸送機的減速機、空氣壓縮機、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，以及提供設備消耗用水等。

通過管道從隧道外引水至尾部拖車處，并與盾構的延伸管路連接上，給盾構提供外循環(huán)水。臺車上安裝的離心水泵用于提供內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)的動力，臺車上的增壓泵保證盾構上的設備用水有一定的壓力。盾構機結(jié)構功能介紹盾構機結(jié)構功能介紹（8）泡沫系統(tǒng)

泡沫系統(tǒng)用于對碴土進行改良，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、電磁流量計等組成。每一路泡沫可單獨控制流量。其中，刀盤上布置有泡沫注入口，螺旋機上布置有泡沫注入口。盾構機結(jié)構功能介紹（9）膨潤土系統(tǒng)

膨潤土系統(tǒng)與泡沫系統(tǒng)在連接橋到刀盤之間共享一套輸送管路。在不使用泡沫的情況下，關閉泡沫分支管路，同時將膨潤土分支管路打開，通過泵送的形式將膨潤土輸送到掌子面、土艙和螺旋輸送機內(nèi)，達到改良碴土的目的。盾構施工時可實現(xiàn)一部分管路注膨潤土，同時另一部分管路注泡沫的功能。盾構機結(jié)構功能介紹（10）通風系統(tǒng)

隧道通風機送入的新鮮空氣進入通風筒內(nèi)，通過通風管送至連接橋前端，給作業(yè)面提供新鮮的空氣。盾構機結(jié)構功能介紹（11）激光導向系統(tǒng)

盾構安裝了一套自動導向系統(tǒng)。能夠?qū)Χ軜嬙诰蜻M中的姿態(tài)進行精確的測量和顯示。操作人員可以及時的根據(jù)導向系統(tǒng)提供的信息，實時地對盾構的掘進姿態(tài)進行調(diào)整。

工作原理：通過測量固定在盾構中心軸線上方的激光靶的絕對坐標，根據(jù)激光靶與盾首和盾尾的相對位置關系，推算出盾首和盾尾的絕對坐標。然后將盾首和盾尾的絕對坐標與設計軸線相比較得出