盾构机主要部件组成及施工工艺

盾构机主要部件组成及施工工艺

雷宏

盾构是一个具备多种功能于一体的综合性设备，它集合了隧道施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能。盾构施工的过程也就是这些功能合理运用的过程。

盾构在结构上包括刀盘、盾体、人舱、螺旋输送机、管片安装机、管片小车、皮带机和后配套拖车等；在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、自动导向系统及通风、供水、供电系统、有害气体检测装置等。

1、刀盘和刀具 刀盘：根据北京地铁特殊地质条件设计。辐条式刀盘，开口率约为50%。6个刀梁。刀梁及隔板上有5路碴土改良的注入孔（泡沫、膨润土、水注入管路）。刀盘表面采用耐磨材料或堆焊耐磨材料，确保刀盘的耐磨性。刀盘具有正反转功能，切削性能相同。 刀具：中心鱼尾刀1把，先行刀36把、主切刀82把（高把、低18把），保径刀24把；合计：143把。另配超挖刀2把。 2、盾体 盾体钢结构承受土压、水压和工作荷载（土压3bar）。 盾体包括：前盾、中盾、盾尾。  前盾 前盾又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。隔板上面设人舱、球阀通道、四个搅拌器。前盾上有液压闭合装置，可以关闭螺旋输送机的前闸门。前盾的隔板上装有土压传感器。  中盾和盾尾 中盾又称支承环，前盾和中盾用螺栓联接，并加焊接联接。 中盾内布置有推进油缸、铰接油缸和管片安装机架。中盾的盾壳园周布置有超前钻孔的预留孔。

中盾和盾尾之间通过铰接油两者之间可以有一定的夹角，从在掘进时可以方便的转向。

盾尾安装了三道密封钢丝刷脂注入管道、8根内置的同步注

及8个油浆管道（4缸连接，而使盾构

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根正常使用4根注浆管为备用）。

3、主驱动系统

主驱动机构包括主轴承、八个液压马达、八个减速器和安装在后配套拖车上的主驱动液压泵站。刀盘通过螺栓与主轴承的内齿圈联接在一起，刀盘驱动系统通过液压马达驱动主轴承的内齿圈来带动刀盘旋转。

主轴承采用大直径三滚柱轴承，外径2820mm。 4、推进系统 盾构的推进机构提供盾构向前推进的动力。推进机构包括32个推进油缸和推进液压泵站。推进油缸按照在圆周上的区域分为四组，顶部3对油缸一组、左侧4对油缸一组、右侧4对油缸一组、底部5对油缸一组。油缸的后端顶在管片上以提供盾构前进的反力。 推进系统油缸分组控制如图所示，其中4个位置的油缸装有位移传感器。 顶部推进右侧推进左侧推进底部推进 5、螺旋输送机 螺旋输送机采用带轴式后出碴门，安装于前盾的底部，伸入土舱的一段焊接有耐磨片。 螺旋输送机通过二个液压马达带二个减速机周边驱动，其转速范围可以在0~21rpm内无级调速，可以很好的控制出土量和控制土舱的土压力。

为了提高碴土的流动性，可以向螺旋输送机周边的孔注入膨润土或泡沫。 螺旋输送机最大输送粒径为250mm。 6、皮带输送机

皮带机用于将螺旋输送机输出的碴土传送到盾构后配套的碴车上。皮带机布置在后配套拖

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7、管片安装机构

管片安装机安装在盾尾，有6个自由度，有遥控和线控两种方式。

管片吊机及管片转运小车：管片（共6块）由2个管片运输车由洞外运送到洞内后，首先由管片吊机吊起放置到管片转运小车上，然后由管片转运小车送到管片安装机能够抓到的位置。管片转运小车一次可以存放3块管片。

8、人舱

人员舱是人员出入土舱进行维修和检查的转换通道，出入土舱的工具和材料也由此通过。人员舱有两种状态：无压模式（非工作状态）；加压模式（工作状态）。人员舱包括主舱和材料舱（3+2），它们由压力门隔开。 进入土舱具有一定的危险性。进入人员舱的工作人员必须经过身体检查，并接受相关的专业技术培训。 9、拖车 后配套拖车用以安装液压泵站、注浆泵、砂浆罐及电气设备等。拖车行走在专用轨道上，拖车之间用拉杆相连。每节拖车上的安装设备如下表： 拖车号 设备桥 主要安装设备 皮带机、管片吊机、管路、泡沫发生器 1＃ 2＃ 3＃ 4＃ 5＃ 10、液压系统 控制室、注浆泵、砂浆罐、小配电柜、泡沫发生装置 主驱动系统泵站、膨润土罐及膨润土泵 主配电柜、泡沫箱及泡沫泵、油脂站 两台空压机、风包、主变压器、电缆存放区 水管卷筒、储风筒、皮带机卸碴点 液压系统是盾构为各主要执行元件提供动力并执行的关键系统，主要包括主驱动、推进（铰接）、螺旋输送机、管片安装机、辅助系统、循环过滤冷却系统等，液压系统的元器件全部采用国际知名品牌的产品，元器件质量可靠性能稳定，保证了液压系统的可靠性。

11、注脂系统

注脂系统包括三大部分：主轴承密封系统，盾尾密封系统和主机润滑系统。三部分都以压缩空气为动力源。

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12、碴土改良系统

盾构配有两套碴土改良系统：膨润土系统和泡沫系统。两者在注入口共用一套输送管路。  泡沫系统：用于对碴土进行改良。泡沫系统主要由泡沫泵、高压水泵、电磁流量阀、泡沫

发生器、压力传感器、管路组成，

 膨润土注入系统：在确定不使用泡沫剂的情况下，关闭泡沫输送管道，同时将膨润土输送

管道打开，通过输送泵将膨润土压入刀盘、碴舱和螺旋输送机内，达到改良碴土地目的。

泡沫及膨润土系统示意图

13、同步注浆系统 盾构采用同步注浆系统，可以使管片外面的间隙及时得到充填，有效的保证隧道的施工质量及防止地面下沉。 注浆系统示意图如下： 注浆系统示意图 14、自动导向系统 盾构安装了一套自动导向系统。本系统能够对盾构在掘进中的各种姿态、以及盾构的线路和位置关系进行精确的测量和显示。操作人员可以及时的根据导向系统提供的信息，快速、实时地对盾构的掘进方向及姿态进行调整，保证盾构掘进方向的正确。 地面监控 R型和B型 系统 DS2000自动导向系统示意图控制箱 Leica?TCA1202-S型自动全站仪、工业触摸式壁挂电脑、R型和B型无线通讯控制箱、盾构姿态自动测量软件、2个电子棱镜；倾角传感器；后视棱镜组。； 监控模块： 通过工地上的光缆或电话线可对盾构推进的状态进行实时了解和管理，实现地面对地下的Leica?TCA120管理和控制。 2-S型自动全站1、全面姿态显示：多达十几个姿态参数的数字和图像显示，使信息更直观。 倾角传感2个棱镜 触摸电脑盾2、不同的权限管理，防止人为误差； 器 构姿态自动测量软件3、基于现场的软件界面设计和操作流程； 4、强大的设计数据计算功能；

5、智能化的纠错能力和系统管理能力；

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6、全面的数据管理和历史数据查询分析功能； 7、人工测量计算功能的备选。

自动导向系统特点：真正的无线缆作业模式：先进的设计理念：先进的硬件基础：全面的信息显示：

15、电气控制系统 供电： 电源： 控制电源： 照明： 箱式变压器： 主配电： 10KV3P50HZ 400V 230VAC/24VDC 230VAC 干式2台，IP55，温度监测报警和保护； 无功补偿COSΦ>=0.9，短路、接地及二级漏保； 电机启动方式：30kW及以上配置电机软启动器，程序防止大功率电机同时启动； 盾构作业的施工流程 1． 在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井 2． 盾构机在起始端工作井内安装完毕 3． 依靠盾构千斤顶的推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井后壁上）将盾构机从起始工作井的壁墙开孔处推出 4． 盾构机在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片 5． 及时向衬砌背后的空隙内注浆，防止地层移动且固定衬砌换的位置 6． 盾构机最终进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进 施工准盾构推测量 轴线控盾尾油脂压注 施工监壁后注 渣土排输送 浆液配土方运开启皮带传送机，螺旋输送机及出