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 1 1 刀盘和刀具 刀盘和刀具 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 64 把 低 18 把 保径刀 24 把 合计 143 把 另配超挖刀 2 把 2 2 2 盾 盾 盾体体体 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 前前盾盾 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 中中盾盾和和盾盾尾尾 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 缸连接 两者之间可以有一定的 夹角 从而使盾构在掘进时可以 方便的转向 盾尾安装了三道密封钢丝刷 及 8 个油脂注入管道 8 根内置 的同步注浆管道 4 根正常使用 4 根注浆管为备用 3 3 3 主驱动系统 主驱动系统 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 4 4 推进系统 推进系统 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 5 5 5 螺旋输送机 螺旋输送机 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 6 6 皮带输送机 皮带输送机 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 布置在后配套拖车的上面 7 7 7 管片安装机构 管片安装机构 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 8 8 人舱 人舱 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 左侧推进缸左侧推进缸 右侧推进缸右侧推进缸 顶部推进缸顶部推进缸 底部推进缸底部推进缸 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 9 9 拖车 拖车 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 拖车号主要安装设备 设备桥皮带机 管片吊机 管路 泡沫发生器 1 控制室 注浆泵 砂浆罐 小配电柜 泡沫发生装置 2 主驱动系统泵站 膨润土罐及膨润土泵 3 主配电柜 泡沫箱及泡沫泵 油脂站 4 两台空压机 风包 主变压器 电缆存放区 5 水管卷筒 储风筒 皮带机卸碴点 101010 液压系统 液压系统 液压系统 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 111111 注脂系统 注脂系统 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 121212 碴土改良系统 碴土改良系统 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 泡泡沫沫系系统统 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 膨膨润润土土注注入入系系统统 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 膨润土系 统接口 M 回转 机构 刀盘 刀盘注入口 M 盾壳 压缩空气 螺旋输送机 水泵 泡沫剂泵 泡沫发生器 盾构 后配套 泡沫剂箱 水箱 泡泡沫沫及及膨膨润润土土系系统统示示意意图图 131313 同步注浆系统 同步注浆系统 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 注注浆浆系系统统示示意意图图 141414 自动导向系统 自动导向系统 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 DS2000 自自动动导导向向系系统统示示意意图图 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 Leica TCA1202 S 型自动全站仪型自动全站仪 2 个棱镜个棱镜 R 型和型和 B 型型 控制箱控制箱 触摸电脑盾触摸电脑盾 构姿态自动构姿态自动 测量软件测量软件 地面监控地面监控 系统系统 倾角传感器倾角传感器 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 实现地面对地下的管理和控制 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 2 不同的权限管理 防止人为误差 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 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 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 151515 电气控制系统 电气控制系统 电气控制系统 供电 10KV 3P 50HZ 电源 400V 控制电源 230VAC 24VDC 照明 230VAC 箱式变压器 干式 2 台 IP55 温度监测报警和保护 主配电 无功补偿 COS 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盾构作业的施工流程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