盾构机培训资料201702演示幻灯片

第一章:液压基础知识,常用液压元件图形符号,1,符号，表示能量传递（1）,在回路图中，图示符号用于表示能量传递和液压管路。为清晰表示回路图，应尽可能地绘制直线而避免交叉。,2,符号，表示能量传递（2）,在加热器和冷却器的符号中，箭头方向与热量流动方向相一致。,3,符号，表示能量转换,液压泵由带驱动轴符号的圆表示，其中三角符号表示工作油液的流动方向。因工作介质为有压液体，所以，三角符号为实心。在气动技术中，工作介质为气体，三角符号为空心。,4,符号，表示液压马达,液压马达与液压泵的符号不同，其区别在于表示工作油液流动方向的箭头相反。,5,符号，表示单作用液压缸,单作用液压缸仅具有一个油口，工作油液只能进入无杆腔。对于单作用液压缸，其回缩或由外力（图示无前端盖符号）或由复位弹簧（图示第二个符号）来实现。,6,符号，表示双作用液压缸,双作用液压缸具有两个油口，工作油液既可进入无杆腔，也可进入有杆腔。差动缸与双作用液压缸的符号不同，其区别在于差动缸活塞杆末端带两条直线。差动缸面积比通常为2:1，对于双端活塞杆的液压缸，其面积比为1:1（同步液压缸）。,7,符号，表示换向阀（1）,换向阀符号由油口数和工作位置数表示，通常，换向阀至少含有两个油口和工作位置。在换向阀符号中，方框数为换向阀的工作位置数，方框内箭头表示工作油液流动方向，而直线则表示在不同工作位置上各油口的接通情况。换向阀符号一般对应于其静止位置。,8,符号，表示换向阀（2）,该图示为二位四通和二位五通换向阀的符号。为标识油口，通常采用下列两种方法，即一种为采用字母P、T、R、A、B和L，而另一种则采用连续字母A、B、C和D等。在相关标准中，通常首选第一种方法。,9,符号，表示换向阀（3）,图示为三位四通换向阀的符号，其具有不同中位机能。,10,符号，表示人工驱动方式,换向阀工作位置切换可通过各种驱动方式来实现。在换向阀符号中，应采用相应符号表示驱动方式，如按钮和踏板符号。弹簧通常用于换向阀复位，不过，换向阀复位也可通过再次驱动来实现，如在带手柄操作和锁定装置的换向阀中。在DINISO1219标准中给出了各种驱动方式。,11,符号，表示机控方式,图示为推杆式、按钮式和滚轮式驱动方式的符号。,12,符号，表示压力控制阀,压力控制阀可用方框表示，方框中箭头表示工作油液流动方向。油口采用P（进油口）和T（回油口）或A和B表示，方框中箭头位置说明阀口是常开还是常闭的，倾斜箭头表示压力控制阀在其压力范围内可调。压力控制阀分为溢流阀和减压阀等。,13,符号，表示流量阀,流量阀根据其是否受油液粘度影响而有所区别，不受油液粘度影响的流量阀称为节流阀。流量阀包括节流阀、可调节流阀和调速阀。流量阀采用矩形框表示，矩形框内含有节流阀符号以及表示压力补偿的箭头。倾斜箭头表示其流量可调。,14,符号，表示单向阀,单向阀符号用压在阀座上的小球表示。液控单向阀符号则是在单向阀符号外加方框，其控制管路为虚线，控制油口用字母X标识。,15,符号，表示测量元件,图示为液压技术中所用的测量元件符号。,16,第二章:盾构机分类及选型,主要内容1盾构机分类2盾构机选型3盾构机选型举例,17,第一节:盾构机分类,(1)按掘削地层分类硬岩盾构（TBM）软岩盾构软土盾构硬岩软土盾构,双护盾,TBM,18,软土盾构,复合盾构,19,(2)按盾构机横截面形状分类半圆形圆形椭圆形马蹄形双圆搭接形三圆搭接形矩形,20,21,(3)按盾构机横截面的形状分类超小型盾构18m,22,(4)按掘削面的敞开程度分类全部敞开式：无盖敞开式、有盖敞开式部分敞开式：网格式封闭式：中心支承式、中间支承式、周边支承式,23,(5)按掘土出土器械的机械化程度程度分类人工挖掘式、半机械掘削式、机械掘削式,手掘式盾构半机械式盾构网格式盾构,24,(6)按掘削面的加压平衡方式分类外加支承式气压式泥水式土压式,25,(7)按刀盘运动形式分类,26,(8)按盾构机特殊构造分类中折盾构球体盾构异径母子盾构重心靠前盾构特殊构造的盾构现场换刀盾构可直接掘削前障碍物盾构机体可分可合盾构固体回收盾构倾斜中空轴全断面机内注浆盾构倾斜中空轴全断面机内注浆+活动前檐盾构,27,(9)按盾构机的功能、用途分类,28,(10)按盾构隧道衬砌施工方法分类,29,(11)综合分类,30,第二节:盾构机选型,一.盾构掘进机选型依据(1)土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成分等个参数）(2)开挖面稳定（自立性能）(3)隧道埋深、地下水位(4)设计隧道的断面(5)环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性）(6)衬砌类型(7)工期(8)造价(9)宜用的辅助工法(10)设计路线、线形、坡度（11）电气等其他设备条件,31,盾构掘进机选型的一般程序,32,不同地质条件下全断面掘进机选型,33,不同地质条件下全断面掘进机选型,34,盾构掘进机选型的其他条件（1）工期条件的制约（2）造价因素的制约（3）环境因素的制约（4）基地条件的制约（5）设计路线、平面竖向曲线形状的制约,35,二.为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同，盾构机可分为三种类型、四种模式：,三种类型：软土盾构机；硬岩盾构机；混合型盾构机。四种模式：开胸式；半开胸式（半闭胸式、欠土压平衡式）；闭胸式（土压平衡式）；气压式。软土盾构机适应于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩。刀盘只安装刮刀，无需滚刀。硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整，只安装滚刀，不需要刮刀。混合盾构机适应于以上两种情况，适应更为复杂多变的复合地层。可同时安装滚刀和刮刀。气压盾构是在加气压状态下的施工模式，即可用于泥水加压式盾构机，也可用于土压平衡式盾构机。,36,37,二号线穿越汉口和武昌，隧道穿越地质种类比较全面：粘土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉细砂、中粗砂、砂岩、粉砂岩、石英砂岩、炭质灰岩、钙质泥岩、强风化泥岩、强风化含碳硅质页岩等。,3.武汉地铁的路线与地质,三.盾构机选型举例,38,偏软地层导致的地表沉降由于硬质附着性粘土导致的刀盘与土仓的堵塞丰富的地下水与水压的问题软质风化岩砂岩泥岩半固结粘土淤泥的掘进膨胀性陈旧粘土导致的盾构机推力增加附着性粘土与基岩的掘进掘进途中的刀具更换,3.2本工程重点/难点,39,3.3隧道管片参数,40,3.盾构机总体参数（方案）,盾构机总体设计范围及主要尺寸开挖直径：6280mm前护盾直径：6250mm主机长度：约9.0m（含刀盘）总长度包括后配套：约82m总重量包括后配套：420t最小曲线半径：250m,盾构机总体设计范围最大掘进速率8cm/min平均掘进速率3.5cm/min管片平均安装时间30min/环管片宽度1500mm根据上述计算每班次掘进速率6环/8hours每日双班工作时掘进速率12环/16hours,41,3.主要机械性能（方案）,刀盘驱动驱动形式电驱动2级调速式（装备动力：600kw）刀盘转速高速转动：2.0rpm低速转动：1.0rpm刀盘扭矩常用最大：5,844kN-m高速转动：2,922kN-m脱困扭矩7,000kN-m盾构机千斤顶总推力38,500kN单位面积推力：1,255kN/数量1,750kN22根最大伸长速度8.0cm/min铰接装置总推力24,000kN数量2,000kN12根铰接操作全方向（上下、左右、倾斜方向）,42,3.主要机械性能（方案）,螺旋出渣机驱动驱动形式液压驱动方式（装备动力：110kw）排土量280m3/h（最大排出粒径：250mm500mmL）直径700mm（带轴式螺旋机）转速1.024rpm驱动扭矩常用最大：55.7kN-m脱困时最大：65,0kN-m管片拼装装置形式型方式（管片拼装作业空间大）操作方式无线遥控操作转动速度高速：1.5rpm低速：0.3rpm两级调速（高速低速无线遥控切换）调节可实现微调、微动操作,43,防止粘土附着对策（）,在刀盘进土口位置装备高压水喷射管,44,防止粘土附着对策（）,扩大刀盘中央部分的开口，重视泥土从刀盘中心部进入土仓,45,防止粘土附着对策（）,在土仓内隔壁上装备前后滑动式固定搅拌翼，并可从其前端添加泥浆,46,防止粘土附着对策（）,装备在刀盘内侧可以覆盖整个区域的搅拌翼,47,防止粘土附着对策（）,固定土仓隔壁中心部分，防止转动脚中心部分泥土堵塞,48,泥浆注入口的配置,刀盘面板前面：3处固定隔板一侧：4处固定搅拌翼前端：1处螺旋出渣机：3处可选择泥浆、泡沫和聚合物3种类型,喷出口阀门构造照片,49,对应复合地层的刀具配置,50,复合地层的刀具装备与对策,可更换滚刀与强化先行刮刀如岩石强度在30Mpa以下可使用强化先行刮刀进行掘进如岩石强度为30250Mpa则应适用滚刀进行掘进,51,滚刀的形状与特点,尺寸：17英寸允许磨损量：20mm允许负荷：250kN允许线速度：150m/min材质：特殊工具钢转动力：70Nm,52,刀盘耐磨损对策,刀盘外周堆焊钉状耐磨物,外周进行硬化耐磨层堆焊,耐磨板,53,刀盘驱动部土砂密封,特点土砂密封：3条唇形密封1段V型密封：3段迷路密封：拉比利斯（迷宫）式检测：温度检测传感器供油脂：自动供脂其他：密封接触面采用硬质材料,54,铰接构造,铰接装置总推力24,000kN数量2,000kN12根铰接方向全方向（上下、左右、倾斜方向）,55,铰接密封,形式：型密封2段、灰尘密封1段耐压：1.0Mpa润滑：自动供脂,56,盾尾密封,形式：3段金属刷浆液逆流：注浆液逆流防止板润滑：盾尾油脂自动注入供脂位置：每列6处（共计12处）耐水压：0.4Mpa,57,螺旋出渣机的特点,驱动方式液压驱动方式（装备动力：110kw）出土量280m3/h（最大排出粒径：250mm500mmL）直径700mm（带轴式出渣机）转速1.024rpm驱动扭矩常用最大：55.7kN-m脱困时最大：65,0kN-m前端部耐磨对策（套筒与螺旋桨硬化堆焊）,58,螺旋机防止水喷涌对策（旋转出渣机）,59,螺旋机更换零件及特点,更换零件螺旋机前部套筒：2层套筒（更换修补）前部螺旋机：可分割结构,60,填补空洞用注入管配置,注入配管前方：4处前体外周：4处后体外周：4处,61,第三章:盾构机构造,盾构机是掘进机的一种类型。掘进机的定义是：用机械能破碎隧道掌子面、随即将破碎物质连续向后输出并获得预期的洞型、洞线的机器。盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，这个钢质组件被称为盾构。盾构的另一个作用是能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵。,62,一、概述盾构机由主机和后配套两部分组成，机器总长55m，主机长约5.7m，后配套长约49.3m，开挖直径6.39m，整机总重约385T。主机部分由刀盘系统、推进系统、输送系统、管片拼装系统和盾构附件组成；可完成盾构推进、土体输出、管片安装、同步注浆、超前勘探注浆等作业。后配套部分由后配套车和布置在车架上的控制系统、电气系统和附属设备组成；主要作用是操纵控制、提供掘进动力、管片输送、注浆料供应、土体转载、轨道铺设、各种管线延伸等。,63,二、盾构机作业步骤（一）、掘进准备1、根据激光导向系统数据准确调向。2、出土运输车辆就位后，转运管片及注浆料。3、随时掌握各种管线卷筒储备情况，不足时及时延伸。（二）、正常掘进1、启动皮带输送机、刀盘驱动液压马达，然后开启推进系统和螺旋输送机，正常掘进。2、需要时，针对不同地质分别向刀盘和螺旋输送机内加膨润土浆或泡沫剂。3、同步注浆系统配合掘进正常进行。4、完成1.2m掘进停机，出土运输车开至始发井卸土，另一辆运输车进入。,64,（三）、拼装管片1、推进油缸分组收缩，让出空间，逐块拼装管片。2、将真圆保持器撑在刚拼好的管片环上。3、收缩拖拉油缸，将后配套前移一个行程，一个循环结束，准备下一循环的开始。,65,第一节:主机,66,第一小节:刀盘系统,刀盘刀具刀盘驱动抗偏摆,67,(一）刀盘,1、刀盘为全断面平面型、开式刀盘，刀盘正面和侧缘均经耐磨涂层处理。刀盘转速在0-1.36rpm时，扭矩为4694KNm，在0-2.29rpm时，扭矩为2787KNm。前者为脱困时使用，后者为正常时使用，刀盘可以正反方向旋转，工作效率相等。2、刀盘的开口率在40%，最大开口尺寸为230mm，能够控制砾石尺寸在230mm以下通过刀盘，满足在螺旋输送机内畅通无阻的输送。3、刀盘预留盘式滚刀与撕裂刀可互换的安装位置，以应付隧道掘进中可能遇到的大粒径石块，提高刀盘对不同地质情况的适应性。撕裂刀、盘形滚刀由耐磨的高强度钢材经热处理渗碳而成，适用于开挖岩土和风化层。,68,刀盘,69,刀盘设计要求,(1)能够降低对刀具的磨损(2)保护刀盘的钢结构(3)能够实现高的贯入度(4)刀盘开口率为最小36%。大的开口率能够大大降低刀具的磨损。(5)4个幅轮设计以使每个旋转方向都有4个碴土出口2个旋转方向(左/右)(7)刀盘前面4条独立的泡沫注入管用于渣土改良以降低磨损(8)连接到主驱动的连接臂（厚壁管）保证刀盘良好的稳定性(9)出渣通道的几何设计必须满足开挖舱容易出渣(10)大的物料通道从刀盘外缘通到刀盘中心区域，这样便于将挖掘的物料运输到开挖舱。(11)渣土开口设计限制大的石块进入，这些石块可以通过螺旋输送机运出去。,70,刀盘的材料,刀盘的结构材料为Q345B、16MnR、GS52或相当于这种材料的铸钢。,71,刀盘结构,刀盘设计成盘形结构且带有很阔的进料口,4根辐臂支撑的厚壁法兰连接主驱动装置，并且作为刀盘面板的基座。刀盘在下列的开口边缘备有所需的刀具以便于将挖掘的物料运输到开挖舱：刀盘中心的径向开口边缘刀盘外圆周的开口边缘中心回转体上配有注射调节土壤介质的通道。刀盘有4个泡沫/膨润土/水通道和2个液压油通道。,72,切削刀具,切削刀具数量：软土刀具（刮刀）：120把中心刀：1把铲刀：16把仿形刀：2把,73,（二）、刀具,1、刀盘上安装有128把镶钨硬质合金的铲齿型刀，8把矩形磨刀，一把锥型中心刀，一把铲齿型扩孔刀，以满足对土体的切削。2、刀盘侧边还安装有一把可伸缩50mm的扩孔刀，以满足转弯半径800m的需要。3、刀具使用寿命为2km。,74,（三）、刀盘驱动,刀盘安装在驱动组件上，驱动组件由主轴承、密封支承、密封装置以及8组驱动系组成。每组驱动系统由液压马达、减速机、小齿轮组成。液压马达连接减速机、小齿轮，再通过大齿轮驱动刀盘可正反方向以0-1.36rpm、0-2.29rpm两种转速转动,输出最大扭矩为4694KN.m。刀盘的掘进位置可随时通过线性传感器显示。主轴承足以承受由于开挖支撑面产生的各类切削载荷，以及刀盘和作用在刀盘上土体的重量。主轴承的滚子和滚道由一独立的压力油系统提供润滑，该润滑油系统配有独立的滤油器、配油管及油泵。通过润滑油泵不断地喷油至轴承中，所有小的磨损颗粒将被冲下并留在滤油器中，驱动齿轮由同样的压力油系统提供润滑。主轴承润滑系统的油温由一监控装置调节，超温报警并自动停止刀盘转动。主轴承回转部分设置三道密封环，密封环间用3bar压力润滑脂自动加入进行润滑并防止水和土体的浸入，如果润滑系统出现故障，监控装置将使刀盘停止转动。主轴承使用寿命为15000小时,75,（四）、抗偏摆,刀盘可进行正向或反向旋转，反向旋转刀盘是为了纠正护盾在正向旋转时产生的偏摆。装在护盾上的偏摆传感器是为了保证掘进过程中盾构机不会偏摆超过极限位置，如果达到预定的偏摆极限，可通过改变刀盘的转向和推进油缸的推力大小、方向来达到纠偏.,76,第二小节:推进系统,77,（一）、推进油缸,主机向前移动，由分布于盾壳圆周上的40个推进油缸完成。每2个油缸连接一块靴板顶住管片端面产生反力使盾构机前移。为便于隧道的掘进、导向、纠偏和管片安装，这40个油缸又分成5个组，可进行整体或单独控制的操作。盾体的前进由推进油缸完成。每一组油缸均可独立控制压力进行操纵而不会引起管片移位或产生引起损坏的压力过载。在控制室里，司机可以看到数字显示的每组油缸行程及压力。油缸的布置避开了管片接缝，所有的油缸撑靴均为球形绞接式以避开管片裂缝或损坏。推进油缸顶在压力舱板后部。油缸缸体尾部由一个塑胶轴承支撑，这样，这些油缸就可以不受侧向力的作用从管片向压力舱板自由伸展。推进油缸为两个一组，每对油缸均有独立的撑靴。在推进时，组油缸各自独立进行压力调节。总的推进速度由一个总流量控制阀来调节。推进油缸回路设计最大推进速度为80mm/分钟。推进系统具有纠偏和爬坡功能。根据计算，最大总推力约为35,180-40000kN,主驱动器全部输出功率峰值为440kW，最高转速为2.5rpm。并有安全余量。,78,油缸位置示意图,79,（二）、靴板,推进油缸顶在“靴板”上以使顶进力平均分配到隧道管片上。每两个推进油缸使用一个“靴板”，该“靴板”可自由地根据管片边缘进行对正。每组油缸可以独立操作以便提供方向控制或方便安装管片，该“靴板”在紧固管片连接螺栓时，向管片提供压力，并协助进行封顶管片的定位。,80,第三小节:输送系统,（一）、螺旋输送机下部通过一个位于土仓底部的密封套筒固定，上部通过可滑动伸缩的外套筒固定在支撑架上，实现出土口与皮带输送机接土口位置相对固定。（二）、螺旋输送机出土口安装了一个可以根据旋转速度调节开口的泄料闸门，筒内6组螺旋叶片安装在中心轴上，可正反方向旋转，速度0-17rpm，可自动和手动控制。对于EPB工况，操作员可以控制出土量以控制土仓的压力。螺旋输送机出土排放至皮带输送机上。（三）、螺旋输送机设有检修钳式闸门和伸缩装置，当螺旋输送机从密封舱内缩回时，钳式闸门自动关闭密封，以便检修。（四）、为保证在盾构机发生断电或出现故障时，卸料闸门依旧能关上、密封良好，该机设有断电自动关门和手动应急关门装置。,81,物料运输概述掘进过程中产生的碴土，通过速度可调的螺旋输送机，从土仓运送到皮带输送机进料端，再由皮带输送机运送到盾构机后部的渣车。皮带输送机长度的确定取决于渣车的数量。每个渣车都可移动到皮带输送机出料口的下方.,82,螺旋输送机,螺旋输送机安装在土仓壁的连接法兰上。把碴土从盾构机土仓底部运送到皮带输送机进料端。驱动装置由球面轴承支撑能应付螺旋输送机如有磨损时并保护驱动密封系统。螺旋输送机主要部件包括：1.安装/连接法兰（焊接在仓壁上）2.前段带有耐磨保护3.伸缩段出料管驱动装置，包括：离合器座离合器带有球面轴承的三排密封系统带有行星齿轮的液压马达有轴式螺旋（3分之1的螺旋具有耐磨保护）卸料口的闸门,83,螺旋输送机外管有六个R2”螺纹接头型的物料注射孔。螺旋输送机内径和轴径决定了能通过的碴土的最大尺寸为520mmx290mm。如果孤石的尺寸超过可以通过螺旋输送机的最大粒径，可以将螺旋输送机缩回，并关闭前闸门。然后可以从开挖舱人工搬除孤石.周末停机及维护期间，螺旋输送机出料口可用滑动闸门关上。滑动闸门靠液压油缸操纵，具备在停电时自动关闭的紧急功能。,84,85,第四小节:管片安装系统,86,（一）、管片安装机,1、管片安装机由一个带管片夹的旋转环组成，安装于盾尾内，纵向移动距离1.4m，环向可绕轴旋转200度。2、管片拼装机由便携式遥控器来操作，速度可调，它可控制管片的升降、回转、前后移动等动作，如液压失压，拼装机的液压回路可使管片机在其最后一个位置锁定。3、管片拼装机设有故障刹车系统、防超载设施和警报器，保证安装工作可靠、安全。,87,管片安装机,88,1.管片安装器安装在盾尾区域，用来安装衬砌管片。安装器所具有的各种动作能在施工场地条件下使管片精密地就位。它主要的运动构件的功能均可通过比例控制来实现。在管片安装模式下，为达到最理想的衬砌效果，每个/对推进油缸可以单独控制。所有方向运动可靠，功率足够，采用比例液压控制的管片安装器可以快速地达到毫米级的安装精度。2.管片安装器由以下构件组成：臂梁移动机架回转机架安装头管片安装器的行程允许在隧道内更换前面两排盾尾刷3.悬臂梁用于管片安装器的纵向移动。它通过法兰与中盾H架连接。盾构与拖车之间的所有管线连接都穿过管片安装机敞开的中心部位。管片安装器悬臂梁与桥架用油缸铰接。4.移动机架安装在悬臂梁上，可通过两个液压缸的伸缩作纵向移动。带内齿的滚动轴承用法兰连接在移动机架上，并以此带动回转机架。回转驱动马达安装在移动机架上。回转运动通过驱动马达上的齿轮驱动，该液压马达具有制动装置。5.回转机架用法兰安装在滚动轴承的内圈上，其侧向安装有伸缩臂。由内部的伸缩油缸带动，伸缩油缸可以单独伸缩。6.安装头:内部伸缩管两端固定在安装头的悬臂梁上，安装头带有机械夹持系统。安装头上可以实现如下运动：安装头的旋转与倾侧。7.动力输入:管片安装器旋转部件装有：液压动力、阀的信号电压。动力通过组合供能系统供给.8.技术参数:结构安装器为中空式，并带有管片夹持系统，有6个自由度。运动全液压驱动，速度可以比例调节纵向移动：2000mm旋转：/-200度伸缩：1000mm9.安装头旋转：/-2.5度安装头倾侧：/-2.5度操作力纵向移动：50kN提升力：120kN额定扭矩：0-150kNm10.移动速度旋转速度：0-1rpm纵向移动：0-8m/min主油缸伸缩：0-8m/min规格：设备功率45kW。对混凝土管片的要求：起吊螺纹管位于管片中心点，螺纹管的尺寸大于或等于M30，允许的拉力150kN，允许的径向力90kN。靠近起吊孔处用钢筋加强，以承受管片拼装或后配套系统上的管片吊车侧向位移时产生的剪力。,89,（二）、管片吊运机,管片吊运机由一根梁及总成组成。管片吊运机按照次序从管片车上吊起管片运至管片拼装机处。,90,（三）、真圆保持器,真圆保持器用以支撑刚拼好的管片环，保证管片环在自重和土压力作用下不产生变形。盾构向前推进时管片就从盾尾脱出，管片受到自重和土压的作用会产生变形，当该变形量很大时，既成环和拼装环拼装时就会产生高低不平，给安装纵向螺栓带来困难。为了避免管片产生高低不平的现象，应有必要让管片保持真圆，该装置就是真圆保持器。,91,第五小结:盾构附件,（一）、盾壳盾壳是一个用于承受围岩压力，并随盾构推进而前移的圆筒形金属壳，它由主盾和盾尾两部分组成，相互之间由16个液压油缸铰接而成，主盾和盾尾之间可以做相对转动（转动角度2之间），用于改善盾构机的转弯性能。（二）、气闸室气闸室设置在盾构密封舱的背后上部，气闸室为双室，右室用于正常情况下的通道；左室用于紧急情况下的通道。气闸室内的允许工作压力3bar。工作人员可通过这两个气闸室进入盾构密封舱内，对密封舱内刀盘上的零部件、刀具等进行保养维修或更换。（三）、尾封护盾尾端有三排钢丝密封刷与管片径向和轴向紧密贴合，最后面的密封刷与一块从盾构机尾端向外径延伸的刮板相匹配，可防止浆液流进护盾和隧道内。如果尾刷有磨损或损坏可进行更换，它们是一部分一部分组合起来，所以更换十分方便，尾刷的润滑油脂是由后配套系统上的尾封黄油泵通过尾端的管道注入，其注入压力为7bar，注油速度和注油量可预定自动注入，必要时也可进行人工操作。,92,四）、超前钻机在管片安装器上上安装有超前钻机，可绕轴旋转200，以便对刀盘前方周围土体进行20m距离超前加固注浆。五）、超声波探测刀盘前面设有2个超声波探测头，可对前方10-20m区域的大石块或异物进行超前探测和预报，以便提前采取措施进行处理。,93,盾构壳,盾构机的钢结构是根据土压、水压和动荷载及操作荷载的压力而设计的。盾壳由两片焊接构件组成。此焊接构件带有机械加工的密封面和中心回转轴承以及两盾体间（前盾和中盾）的连接法兰。这样，组装和拆卸工作将更加方便。盾构机集成了所有的接头和工作所需的管线,94,95,气闸室,96,盾尾,盾尾钢结构钢板厚40mm，以适应预计的工作压力,与盾体的连接是一种被动式铰接设计。机加工的中盾尾部和盾尾前部为铰接提供密封面。后体与中盾的连接采用的是铰接油缸。铰接油缸行程和压力由数字显示在控制室。,97,第二节:后配套,第一小节:后配套车后配套全长49.3m，由5辆车串接组成，盾构机与后配套之间通过桁梁联接，每辆车底部装有4对车轮，每对车轮由聚亚氨脂材料封面，直接走行在安装好的管片上，既减少了铺设后配套车走行轨，又可避免损伤管片。车架与车轮用球铰联接以适应后配套偏摆和曲线运行。为限制后配套车在管片上行走时发生左右偏摆，在管片下部纵向两边装有止偏限位轮，通过后配套车两侧的限位梁弹性接触而达到抗偏摆的目的。盾构掘进机附属设备均安装在后配套车上，见表6-3-1。,98,后配套主要设备配置,99,第二小节:控制系统,（一）、主机操作台安装在一封闭的隔音操作室内，此室位于第一辆后配套车右侧，室内可容纳2人。各种主要控制通过主操作室完成。（二）、主控制室配置有一个WDAS数据采集系统，系统配备两台电脑，分别供洞内盾构机主操作室操作人员与洞外办公室管理人员联系使用，两台电脑通过通讯电缆连接。所有操作数据通过软件系统送到两台电脑显示屏，并自动记录操作数据。WDAS系统可记录：即时数据和储存过去的数据，并打印出或储存在内存中保存。数据采集包括：刀盘的转速、方向、扭矩和油压；推进油缸的速度、位置、轴线和油压；螺旋输送机的转速、扭矩、内压和闸门开启；皮带输送机驱动马达油压；主要液压马达油压；油温和容量；主轴承润滑系统和压力；密封润滑系统和压力；土压监测；出土量监测；气体监测；EPB总电力曲线；导向系统输出数据；注浆压力比例；注浆系统输出；气闸室温度压力；机械的状态。,100,第三小节:电气系统,（一）、主变压器主变压器安装于后配套的后部。主变压器一次侧电压10KV，二次侧电压380V、220V，装备容量1250kVA。一次侧由熔刀开关保护，二次侧负载采用断路器保护。系统配有漏电和保护设施。（二）、高压电缆卷筒电缆卷筒包括一个电缆盘、高压接线环、驱动系统及水平卷绕装置。电缆按单层方式缠绕使电流容量无需减低。水平卷绕装置使电缆均匀地绕于电缆盘上。（三）、电气设计盾构机装机总功率750kW，基本设计中已包括了三相配电与控制设备及所有的盾构机所需的灯具。静止盾壳内的马达启动器及断路器装设于防爆箱体内。马达控制按钮、指示灯、操作台也装设于该箱内。（四）、断路器及马达启动器静止盾壳内的马达启动器、短路器装设于防爆箱体内。电机配有过载保护并可通过开关设定。,101,第五小节:配套设备,（一）、泥浆泵在后配套中，设有泥浆泵，当刀盘前面的土体自稳性差，水渗漏大时，可向土体内注入泥浆或膨润土浆液，防止土体渗漏，增强土体承载能力，改善土体物理力学指标，满足施工要求。（二）、泡沫发生器在后配套车中设有泡沫发生器和配料设备，根据工程需要，配料参数确定后，有电控系统自动配制，并通过管道输送到刀盘前的土体中，通过刀盘的搅拌，以改善不稳定土体的渗透性、粘性和流动性。降低螺旋输送机的粘结及堵塞，减少刀盘等机械功率的消耗和磨损。（三）、皮带输送机后配套车上部装有1#、2#皮带输送机，两机串联，各长26m，以适应在隧道曲线上正常运行。从螺旋输送器输出的土体由装有称重仪的皮带输送机运到皮带输送机机尾处的车斗内，通过牵引机车的缓慢移动将一辆辆车斗装满直到一个掘进循环完毕，再由牵引机车牵引到起始竖井处由地面上的行吊吊至地面，进行卸土。（四）、注浆泵注浆泵安装在后配套2号车中，便于安装管片时，给管片背隙进行同步注浆，防渗和加固。另外，刀盘前上方土体不稳时，超前钻孔后，可进行超前加固注浆，注浆的作用不同，注浆压力不同，可通过调整注浆泵来完成。（五）、管片库管片库设在主机与后配套之间的隧道仰拱上，它是一个滑动平板，长度约7.5米。管片通过起吊行车吊运过来放在其上，作为过渡贮存之用，每次能贮存一环管片。管片前移时，可通过滑动平板上的2个液压油缸带动环形链条拖引而至，每拖引一次将一片管片送到管片安装器提取位置。（六）、管片吊运装置管片吊运桁架安装在拖拉桥上，2个3吨电动葫芦组成的行车，将沿隧道轴向前后移动，把管片从运输车上吊运至管片库滑动平台，旋转90。根据管片安装需要，滑动平台把管片不断送到管片安装器位置。（七）、安全防护系统装有一个瓦斯监测系统；配有电瓶应急灯；所有动力电源线均为五芯防火电缆；所有紧急停车和安全电路均为双作用自测型；皮带输送机上安装有可视、可闻警报器；所有电机起动都有单独保护，并在关闭位置上有闭锁装置；所有液压设备均有防燃性能；盾构机和后配套系统设备噪音最大1m内不超过85分贝。（八）、其它后配套车的地板上铺设轨距为700mm的轨道，管片车、材料车、出土车均在上面行走，接力风机和风管安装在后配套车上部，各种油管、水管、电缆线等均布置在车的两侧。第5号车地板是活动的，可通过液压缸侧向翻起，在此区域铺设钢轨。,102,第三节盾构机主要尺寸和关键参数计算,第一小节:土压平衡盾构机的主要尺寸和技术参数见表6-4-1,103,104,105,106,第二小节:盾构机关键参数计算,一、盾构机液压油缸总推力总推力P=KcF=Kc(F1+F2+F3+F4)(KN)式中：Kc安全系数，取1.5。F1盾构机与地层之间的摩擦力(KN)F2刀盘正面的侧向压力(KN)F3刀盘正面的地下水压力(KN)F4盾尾内部与管片衬砌之间的摩阻力(KN)根据计算总推力P：P=1.5(15053.688+1433.73+544.876+2.7)=25552(KN)海瑞克公司盾构机油缸总推力35600(KN)25552(KN)，满足施工要求。二、盾构机刀盘扭矩计算刀盘最大扭矩：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8+T9（kNm）式中：T1刀具切削土体所需的扭矩（kNm）T2由于刀盘自重所产生的抗旋转的扭矩（kNm）T3刀盘正面推力所产生的抵抗旋转的扭矩（kNm）T4刀盘密封装置抵抗旋转的扭矩（kNm）T5刀盘正面的摩擦扭矩（kNm）T6刀盘周边的摩擦扭矩（kNm）T7刀盘背面的摩擦扭矩（kNm）T8刀盘开口处切削碴土所需的扭矩（kNm）T9刀盘在密封舱内搅拌碴土所需的扭矩（kNm）根据计算刀盘最大扭矩:T=0.374+178.92+1136.39+9.68+1228.9+202.3+983.1+0.4+0.07=3740kNm海瑞克公司盾构机刀盘最大扭矩4694kNm3740kNm，满足工程需要。,107,第四章:盾构机原理,盾构机的工作原理:1盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。2掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。3.管片拼装盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道次成型。,108,第一节:盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用,盾构机的最大直径为6.28m，总长65m，其中盾体长8.5m，后配套设备长56.5m，总重量约406t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN?m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cmmin。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾体、刀盘、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。,109,第一小节:盾体,盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是625m。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力，这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、c、D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。中盾的后边是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向。,110,第二小节:刀盘,刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘的开口率约为28，刀盘直径628m，也是盾构机上直径最大的部分，一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀盘和刀盘驱动部分，刀盘上可根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具或软土刀具，刀盘的外侧还装有一把超挖刀，盾构机在转向掘进时，可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盘的径向方向向外伸出，从而扩大开挖直径，这样易于实现盾构机的转向。超挖刀油缸杆的行程为50mm。刀盘上安装的所有类型的刀具都由螺栓连接，都可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。法兰板的后部安装有一个回转接头，其作用是向刀盘的面板上输入泡沫或膨润土及向超挖刀液压油缸输送液压油。,111,第三小节:刀盘驱动,刀盘驱动由螺栓牢固地连接在前盾承压隔板上的法兰上，它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现0-61rpm的无级变速。刀盘驱动主要由8组传动副和主齿轮箱组成，每组传动副由一个斜轴式变量轴向柱塞马达和水冷式变速齿轮箱组成，其中一组传动副的变速齿轮箱中带有制动装置，用于制动刀盘。安装在前盾右侧承压隔板上的一台定量螺旋式液压泵驱动主齿轮箱中的齿轮油，用来润滑主齿轮箱，该油路中一个水冷式的齿轮油冷却器用来冷却齿轮油。,112,第四小节:双室气闸,双室气闸装在前盾上，包括前室和主室两部分，当掘进过程中刀具磨损工作人员进入到泥土仓检察及更换刀具时，要使用双室气闸。在进入泥土仓时，为了避免开挖面的坍坍，要在泥土仓中建立并保持与该地层深度土压力与水压力相适应的气压，这样工作人员要进出泥土仓时，就存在一个适应泥土仓中压力的问题，通过调整气闸前室和主室的压力，就可以使工作人员可以适应常压和开挖仓压力之间的变化。但要注意，只有通过高压空气检查和受到相应培训有资质的人员，才可以通过气闸进出有压力的泥土仓。现以工作人员从常压的操作环境下进入有压力的泥土仓为例，来说明双室气闸的作用。工作人员甲先从前室进入主室，关闭前室和主室之间的隔离门，按照规定程序给主室加压，直到主室的压力和泥土仓的压力相同时，打开主室和泥土仓之间的闸阀，使两者之间压力平衡，这时打开主室和泥土仓之间的隔离门，工作人员甲进入泥土仓。如果这时工作人员乙也需要进入泥土仓工作，乙就可以先进入前室，然后关闭前室和常压操作环境之间的隔离门，给前室加压至和主室及泥土仓中的压力相同，扣开前室和主室之间的闸阀，使两者之间的压力平衡，打开主室和前室之间的隔离门，工作人员乙进入主室和泥土仓中。,113,第五小节:管片拼装机,管片拼装机由拼装机大梁、支撑架、旋转架和拼装头组成。拼装机大梁用法兰连接在中盾的后支撑架上，拼装机的支撑架通过左右各两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中，一个内圈为齿圈形式外径32m的滚珠轴承外圈通过法兰与拼装机支撑架相连，内圈通过法兰与旋转架相连，拼装头与旋转支架之间用两个伸缩油缸和一个横粱相连接。现以拼装头在正下方位置的情况为例，来说明拼装机的运动情况。两个拼装机行走液压油缸可以使支撑架、旋转架、拼装头在拼装机大梁上沿隧道轴线方向移动；安装在支撑架上的两个斜盘式轴向柱塞旋转马达，通过驱动滚珠轴承的内齿圈可以使旋转架和拼装头沿隧道圆周方向左右旋转各200度；通过伸缩油缸可以使拼装头上升或下降；拼装头在油缸的作用下又可以实现在水平方向上的摆动，和在竖直方向上的摆动以及抓紧和放松管片的功能。这样在拼装管片时，就可以有六个方向的自由度，从而可以使管片准确就位。拼装手可以使用有线的或遥控的控制器操作管片拼装机，用来拼装管片。我们采用的是12m长的通用管片，一环管片由六块管片组成，它们是三个标准块、两块临块和一块封顶块。封顶块可以有十个不同的位置，代表十种不同类型的管环，通过选择不同类型的管环就可以使成型后的隧道轴线与设计的隧道轴线相拟合。隧道成型后，管环之间及管环的管片之间都装有密封，用以防水。管片之间及管环之间都由高强度的螺栓连接。,114,第六小节:排土机构,盾构机的排土机构主要包括螺旋输送机和皮带输送机。螺旋输送机由斜盘式变量轴向柱塞马达驱动，皮带输送机由电机驱动。碴土由螺旋输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上，皮带输送机再将碴土向后运输至第四节台车的尾部，落入等候的碴土车的土箱中，土箱装满后，由电瓶车牵引沿轨道运至竖井，龙门吊将士箱吊至地面，并倒人碴土坑中。螺旋输送机有前后两个闸门，前者关闭可以使泥土仓和螺旋输送机隔断，后者可以在停止掘进或维修时关闭，在整个盾构机断电紧急情况下，此闸门也可由蓄能器贮存的能量自动关闭，以防止开挖仓中的水及渣土在压力作用下进入盾构机。,115,第七小节:后配套设备,后配套设备主要由以下几部分组成：管片运输设备、四节后配套台车及其上面安装的盾构机操作所需的操作室、电气部件、液压部件、注浆设备、泡沫设备、膨润土设备、循环水设备及通风设备等。A.管片运输设备管片运输设备包括管片运送小车、运送管片的电动葫芦及其连接桥轨道。管片由龙门吊从地面下至竖井的管片车上，由电瓶车牵引管片车至第一节台车前的电动葫芦方，由电动葫芦吊起管片向前运送到管片小车上，由管制、车再向前运送，供给管片拼装机使用。B.一号台车及其上的设备一号台车上装有盾构机的操作室及注浆设备。盾构机操作室中有盾构机操作控制台、控制电脑、盾构机PLC自动控制系统、VMT隧道掘进激光导向系统电脑及螺旋输送机后部出土口监视器。C.二号台车及其上的设备二号台车上有包含液压油箱在内的液压泵站、膨润土箱、膨润土泵、盾尾密封油脂泵及润滑油脂泵。液压油箱及液压泵站为刀盘驱动、推进油缸、铰接油缸、管片拼装机、管片运输小车、螺旋输送机、注浆泵等液压设备提供压力油。泵站上装有液压油过滤及冷却回路，液压油冷却器是水冷式。盾尾密封油脂泵在盾构机掘进时将盾尾密封油脂由12条管路压送到三排盾尾密封刷与管片之间形成的两个腔室中，以防止注射到管片背后的浆液进入盾体内。润滑油脂泵将油脂泵送到盾体中的小油脂桶中，盾构机掘进时，4kw电机驱动的小油脂泵将油脂泵送到主驱动齿轮箱、螺旋输送机齿轮箱及刀盘回转接头中。这些油脂起到两个作用，一个作用是被注入到上述三个组件中唇形密封件之间的空间起到润滑唇形密封件工作区域及帮助阻止赃物进入被密封区域内部的作用，对于螺旋输送机齿轮箱还有另外一个作用，就是润滑齿轮箱的球面轴承。D.三号台车及其上的设备三号台车上装有两台打气泵、一个1立方米贮气罐、一组配电柜及一台二次风机。打气泵可提供8Bar的压缩空气并将压缩空气贮存在贮气罐中，压缩空气可以用来驱动盾尾油脂泵、密封油脂泵和气动污水泵，用宋给人闸、开挖室加压，用来操作膨润土、盾尾油脂的气动开关，用来与泡沫剂、水混合形成改良土壤的泡沫，用来8嘞气动工具等。二次风机由11kW的电机驱动，将由中间井输送至第四节台车位置处的新鲜空气，继续向前泵送至盾体附近，以给盾构机提供良好的通风。E.四号台车及其上的设备四号台车上装有变压器、电缆卷筒、水管卷筒、风管盒。铺设在隧道中的两条内径为100mm的水管作为盾构机的进、回水管，将竖井地面的蓄水池与水管卷筒上的水管连接起来，与蓄水池连接的一台高压水泵驱动盾构机用水在蓄水池和盾构机之间循环。通常情况下，进人盾构机水管卷筒水管的水压控制在5Bar左右。正常掘进时，进人盾构机水循环系统的水有以下的用途：对掖压油、主驱动齿轮油、空压机、配电柜中的电器部件及刀盘驱动副变速箱具有冷却功能，为泡沫剂的合成提供用水，提供给盾构机及隧道清洁用水。蓄水池中的水用冷却塔进行循环冷却。风管盒中装有折叠式的风管，风管与竖井地面上的风肌连接，向隧道中的盾构机里提供新鲜空气。新鲜空气通过风管被送至第四节台车的位置。,116,第八小节:电气设备,盾构机电气设备包括电缆卷筒、主供电电缆、变压器、配电柜、动力电缆、控制电缆、控制系统、操作控制台、现场控制台、螺旋输送机后部出土口监视器、电机、插座、照明、接地等。电器系统最小保护等级为IP55。主供电电缆安装在电缆卷筒上，10kV的高压电由地面通过高压电缆沿隧道输送到与之连接的主供电电缆上，接着通过变压器转变成400v，50Hz的低压电进人配电柜，再通过供电电缆和控制电缆供盾构机使用。西门子S7-PLC是控制系统的关键部件，控制系统用于控制盾构机掘进、拼装时的各主要功能。例如盾构机要掘进时，盾构机司机按下操作控制台上的掘进按钮，一个电信号就被传到PLC控制系统，控制系统首先分析推进的条件是否具备(如推进油缸液压油泵是否打开，润滑脂系统是否工作正常等，如果推进的条件不具备，就不能推进，如果条件具备，控制系统就会使推进按钮指示灯变亮，同时控制系统也会给推进油缸控制阀的电磁阀供电，电磁阀通电打开推进油缸控制阀，盾构机开始向前推进。PLC安装于控制室，在配电柜里装有远程接口，PLC系统也与操作控制台的控制电脑及VMT公司的SLS-T隧道激光导向系统电脑相连。盾构机操作室内的操作控制台和盾构机某些可移动装置旁边的现场控制台(如管片拼装机、管片吊车、管片运送小车等)用来操作盾构机，实现各种功能。操作控制台上有控制系统电脑显示器、实现各种功能的按钮、调整压力和速度的旋钮、显示压力或油缸伸长长度的显示模块及各种钥匙开关等。螺旋输送机后部出土口监视器用来监视螺旋输送机的出土情况。电机为所有液压油泵、皮带机、泡沫剂泵、合成泡沫用水水泵、膨润土泵等提供动力。当电机的功率在30kW以下时，采用直接起动的方式，当电机的功率大于30kW时，为了降低起动电流，采用星形三角形起动的方式。,117,第九小节:辅助设备,辅助设备包括数据采集系统、S1S-T隧道激光导向系统、注浆装置、泡沫装置、膨润土装置。,118,A.数据采集系统,数据采集系统的硬件是一台有一定配置要求的计算机和能使该计算机与隧道中掘进的盾构机保持联络的调制解调器、转换器及电话线等原件。该计算机可以放置在地面的监控室中，并始终与隧道中掘进的盾构机自动控制系统的PL