盾構(gòu)機(jī)組成及原理-武漢地鐵21號線培訓(xùn)課件

1、 盾構(gòu)機(jī)組成及原理目錄一 EPB盾構(gòu)的基本原理介紹二 主要組成系統(tǒng)介紹 一一 EPB EPB盾構(gòu)的基本原理介紹盾構(gòu)的基本原理介紹1、盾構(gòu)的概念、盾構(gòu)的概念2、盾構(gòu)的工作原理、盾構(gòu)的工作原理3、EPB盾構(gòu)的定義盾構(gòu)的定義4、EPB盾構(gòu)的工作原理盾構(gòu)的工作原理盾構(gòu)，是一種用于隧道暗挖施工，具有金屬外殼，殼內(nèi)裝有整機(jī)及輔助設(shè)備，在其掩護(hù)下進(jìn)行土體開挖、土碴排運(yùn)、整機(jī)推進(jìn)和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成形的隧道施工機(jī)械。1 1 盾構(gòu)的概念盾構(gòu)的概念盾構(gòu)的工作原理：就是一個鋼結(jié)構(gòu)組件沿隧道軸線邊向前推進(jìn)邊對土壤進(jìn)行掘進(jìn)。這個鋼結(jié)構(gòu)組件的殼體稱“盾殼”，盾殼對挖掘出的還未襯砌的隧道段起著臨時支護(hù)的作用，承

2、受周圍土層的土壓、承受地下水的水壓以及將地下水擋在盾殼外面。掘進(jìn)、排土、襯砌等作業(yè)在盾殼的掩護(hù)下進(jìn)行。2 2 盾構(gòu)的工作原理盾構(gòu)的工作原理盾構(gòu)的工作原理：就是一個鋼結(jié)構(gòu)組件沿隧道軸線邊向前推進(jìn)邊對土壤進(jìn)行掘進(jìn)。這個鋼結(jié)構(gòu)組件的殼體稱“盾殼”，盾殼對挖掘出的還未襯砌的隧道段起著臨時支護(hù)的作用，承受周圍土層的土壓、承受地下水的水壓以及將地下水擋在盾殼外面。掘進(jìn)、排土、襯砌等作業(yè)在盾殼的掩護(hù)下進(jìn)行。 3 3 土壓平衡盾構(gòu)的定義土壓平衡盾構(gòu)的定義土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的刀盤切削面與后面的承壓隔板形成開挖室（土倉），刀盤旋轉(zhuǎn)切削下來的土壤通過刀盤上的開口進(jìn)入土倉，與土倉內(nèi)的可塑土漿混合或被攪拌混合，盾構(gòu)千斤頂

3、的推力過承壓隔板傳遞到土倉的泥土漿上，由泥土漿的壓力作用于開挖面，以平衡開挖面處的地下水壓和土壓，從而保持開挖面的穩(wěn)定。螺旋輸送機(jī)從承壓隔板的開孔處伸入土倉進(jìn)行排土，盾構(gòu)機(jī)的挖掘推進(jìn)速度和螺旋輸送機(jī)單位時間的排土量相當(dāng)，達(dá)到動態(tài)平衡。4 4 土壓平衡盾構(gòu)的工作原理土壓平衡盾構(gòu)的工作原理二 主要組成系統(tǒng)介紹1 刀盤及主驅(qū)動 刀盤是盾構(gòu)機(jī)的核心部件，其結(jié)構(gòu)形式、強(qiáng)度和整體剛度都直接影響到施工掘進(jìn)的速度和成本，并且出了故障維修處理困難。不同的地質(zhì)情況和不同的制造廠家，刀盤的結(jié)構(gòu)也不相同。 盾構(gòu)機(jī)刀盤應(yīng)滿足以下要求： （1）刀盤應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。 （2）刀盤應(yīng)有較大的開口率。 （3）針對地層的變化

4、，能夠方便地更換硬巖滾刀和軟巖齒刀。 （4）刀盤結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的耐磨強(qiáng)度。 （5）刀盤上應(yīng)配置足夠的渣土攪拌裝置。 （6）刀盤上應(yīng)配置足夠的注入口，各口并裝有單向閥。以滿足刀具的冷卻、潤滑和渣土改良2 主驅(qū)動主驅(qū)動裝置由主軸承、液壓驅(qū)動馬達(dá)、減速器及主軸承密封組成，軸承外圈通過連接法蘭用螺絲與前體固定，內(nèi)（齒）圈用螺絲和刀盤連接，借助液壓動力帶動液壓馬達(dá)、減速器、軸承內(nèi)齒圈直接驅(qū)動刀盤旋轉(zhuǎn)。主軸承設(shè)置有三道唇形外密封和兩道唇形內(nèi)密封，外密封前兩道采用永久性失脂潤滑來阻止土倉內(nèi)的渣土和泥漿滲入，后一道密封是防止主軸承內(nèi)的潤滑油滲漏。內(nèi)密封前一道阻止盾體內(nèi)大氣塵土的侵入，后一道防止主軸承內(nèi)潤滑油的外

5、滲3 前盾前盾又叫切口環(huán)，是開挖土倉和擋土部分，位于盾構(gòu)的最前端，為圓筒形，前端設(shè)有刃口，以減少對底層的擾動。在圓筒垂直于軸線、約在其中段處焊有壓力隔板，隔板上焊有安裝主驅(qū)動、螺旋輸送機(jī)及人員艙的法蘭支座和四個攪拌棒，還設(shè)有螺旋機(jī)閘門機(jī)構(gòu)及氣壓艙（根據(jù)需要），此外，隔板上還開有安裝5個土壓傳感器、通氣通水等的孔口。不同開挖形式的盾構(gòu)機(jī)前體結(jié)構(gòu)也不相同。4 中盾中體又叫支承環(huán)是盾構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)，承受作用于盾構(gòu)上的全部載荷。是一個強(qiáng)度和剛性都很好的圓形結(jié)構(gòu)，地層力、所有千斤頂?shù)姆醋饔昧?、刀盤正面阻力、盾尾鉸接拉力及管片拼裝時的施工載荷均由中體來承受。中體內(nèi)圈周邊布置有盾構(gòu)千斤頂和鉸接油缸，中間有管片

6、拼裝機(jī)和部分液壓設(shè)備、動力設(shè)備、螺旋輸送機(jī)支承及操作控制臺。有的還有行人加、減壓艙。中體盾殼上焊有帶球閥的超前鉆預(yù)留孔，也可用于注膨潤土等材料5 人倉人員艙是在需要壓縮空氣以平衡盾構(gòu)圍巖的水土壓力，以保持作業(yè)面的穩(wěn)定作業(yè)時使用。實現(xiàn)操作人員在氣壓狀態(tài)下檢查、更換刀具及排除工作面異物等工作。人員艙分普通（主）艙和緊急艙，它們由密封的壓力門隔開。普通艙和盾構(gòu)前體上的中間艙之間用法蘭連接，而中間艙直接焊接在壓力隔板上。通過隔板上的壓力門就可以進(jìn)入土倉。普通艙和緊急艙橫向連接，艙內(nèi)艙外都裝有 時鐘、溫度計、壓力計、電話、記錄儀、加壓閥、減壓閥、溢流排氣閥即水路、照明系統(tǒng)。緊急艙的作用是在壓縮空氣工作時

7、和出現(xiàn)緊急情況時的出入 。 6 推進(jìn)系統(tǒng)盾構(gòu)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)提供盾構(gòu)向前推進(jìn)的動力。推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括推進(jìn)油缸和推進(jìn)液壓泵站。推進(jìn)油缸按照在圓周上的區(qū)域分為四組，通過調(diào)整每組油缸的推進(jìn)油缸分區(qū) 不同推力來對盾構(gòu)進(jìn)行糾偏和調(diào)向。油缸后端的球鉸支座頂在管片上以提供盾構(gòu)前進(jìn)的反力，球鉸支座可使支座與管片之間的接觸面密貼，以保護(hù)管片不被損壞。推進(jìn)系統(tǒng)油缸的分組右所示，其中紅色位置的油缸安裝有位移傳感器，通過油缸的位移傳感器我們可以知道油缸的伸出長度和盾構(gòu)的掘進(jìn)狀態(tài)7 鉸接系統(tǒng)為了使盾構(gòu)在掘進(jìn)時能夠靈活的進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整及小曲線半徑掘進(jìn)時能夠順利通過，必須減少盾構(gòu)的長徑比。它是通過鉸接油缸把盾構(gòu)的中體和盾尾相連接來實現(xiàn)

8、的。鉸接系統(tǒng)包括十四個鉸接油缸和預(yù)緊式鉸接密封。鉸接油缸一般處于保持位置，盾尾在主機(jī)的拖動下被動前進(jìn)。當(dāng)盾構(gòu)轉(zhuǎn)彎時，油缸也應(yīng)處于保持位置，盾尾可以根據(jù)調(diào)向的需要自動調(diào)整位置8 盾尾及盾尾密封系統(tǒng)盾尾主要用于掩護(hù)隧道管片拼裝工作及盾體尾部的密封，通過交接油缸與中體相連，并裝有預(yù)緊式鉸接密封。鉸接密封和盾尾密封裝置都是為防止水、土及壓注材料從盾尾進(jìn)入盾構(gòu)內(nèi)。為減小土層與管片之間的空隙，從而減少注漿量及對地層的擾動，盾尾做成一圓筒形薄殼體，但又要能同時承受土壓和糾偏、轉(zhuǎn)彎時所產(chǎn)生的外力。盾位的長度必須根據(jù)管片的寬度和形狀及盾尾密封的結(jié)構(gòu)和道數(shù)來決定。另外在盾尾殼體上合理的布置了8根盾尾油脂 注入管和

9、4根同步注漿管。9 螺旋輸送機(jī)螺旋輸送機(jī)由筒體、驅(qū)動裝置、螺旋軸、出碴閘門組成。是土壓平衡盾構(gòu)的排土裝置，主要有以下三個功能：1）碴土在螺旋機(jī)內(nèi)向外排出的過程中形成密封土塞，碴土壓力從前至后依次遞減。2）在保持土倉土壓的同時，將盾構(gòu)土倉內(nèi)的土體向外連續(xù)排出。3）將土倉內(nèi)的土壓值自動與螺機(jī)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行比較，隨時調(diào)整向外排土的速度，實現(xiàn)連續(xù)的動態(tài)土壓平衡過程，確保盾構(gòu)連續(xù)正常向前掘進(jìn)。按照螺旋軸結(jié)構(gòu)分為2種：1）帶式螺旋軸：在相同的筒體直徑下，可輸送更大粒徑的卵石或石塊，但止水密封效果較差。2）軸式螺旋軸：在相同的筒體直徑下，輸送的粒徑小于帶式軸，但止水密封效果好。11 管片安裝機(jī)管片安裝機(jī)在盾尾內(nèi)

10、部拼裝管片。有46個自由度動作，包括旋轉(zhuǎn)、提升、縱向移動、 XYZ三個軸向的擺動。管片抓取有2種方式。12 皮帶輸送機(jī)13 拖車盾構(gòu)的拖車屬門架結(jié)構(gòu)，用以安放液壓泵站、注漿泵、砂漿罐及電氣設(shè)備等。拖車行走在鋼軌上，拖車之間用拉桿相連。每節(jié)拖車上的安裝設(shè)備如下表：皮帶機(jī)從五節(jié)拖車的上面通過，在5號拖車的位置處卸碴。絕大部分的液壓管、水管、泡沫管及油脂管從拖車內(nèi)通過到盾構(gòu)主機(jī)。在拖車的一側(cè)鋪設(shè)有人員通過的通道。拖車和主機(jī)之間通過一個連接橋連接，拖車在盾構(gòu)機(jī)主機(jī)的拖動下前行。14 液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)包括主驅(qū)動、推進(jìn)系統(tǒng)（包括鉸接系統(tǒng)）、螺旋輸送機(jī)、管片安裝機(jī)及輔助液壓系統(tǒng)。 主驅(qū)動系統(tǒng)和螺旋輸送機(jī)液壓

11、系統(tǒng)共用一個泵站，安裝在二號拖車上。主驅(qū)動系統(tǒng)和螺旋輸送機(jī)液壓系統(tǒng)各自為一個獨(dú)立的閉式循環(huán)系統(tǒng)，這樣可以保證液壓系統(tǒng)的高效率及系統(tǒng)的清潔。推進(jìn)系統(tǒng)和管片安裝機(jī)泵站安裝在盾殼內(nèi)。 15 注脂系統(tǒng)注脂系統(tǒng)包括三大部分：主軸承密封系統(tǒng)，盾尾密封系統(tǒng)和主機(jī)潤滑系統(tǒng)。三部分都以壓縮空氣為動力源，靠油脂泵油缸的往復(fù)運(yùn)動將油脂輸送到各個部位。 主軸承密封可以通過控制系統(tǒng)設(shè)定油脂的注入量（次分），并可以從外面檢查密封系統(tǒng)是否正常。盾尾密封可以通過PLC系統(tǒng)按照壓力模式或行程模式進(jìn)行自動控制和手動控制，對盾尾密封的注脂次數(shù)及注脂壓力均可以在控制面板上進(jìn)行監(jiān)控。 當(dāng)油脂泵站的油脂用完后油脂控制系統(tǒng)可以向操作室發(fā)出

12、指示信號，并鎖定操作系統(tǒng)，直到重新?lián)Q上油脂。這樣可以充分保證油脂系統(tǒng)的正常工作。 16 泡沫系統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)配有一套泡沫發(fā)生系統(tǒng)，用于對碴土進(jìn)行改良。泡沫系統(tǒng)主要由泡沫泵、高壓水泵、電磁流量閥、泡沫發(fā)生器、壓力傳感器、管路組成， 其工作原理如圖所示。 17 膨潤土系統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)還準(zhǔn)備加裝一套膨潤土注入系統(tǒng)。在確定不使用泡沫劑的情況下，關(guān)閉泡沫輸送管道，同時將膨潤土輸送管道打開，通過輸送泵將膨潤土壓入刀盤、碴倉和螺旋輸送機(jī)內(nèi)，達(dá)到改良碴土地目的。 根據(jù)實際需要，可以把膨潤土箱內(nèi)裝入泥漿注入土倉內(nèi)。膨潤土只應(yīng)用在一些特殊的工程下。 18 注漿系統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)采用同步注漿系統(tǒng)，這樣可以使管片后面的間隙及時得到充填，有效的保證