土压平衡盾构工作原理及结构ppt课件

1,土压平衡盾构工作原理及结构,2,一、土压平衡盾构简介,二、土压平衡盾构工作原理,三、土压平衡盾构结构,四、盾构开挖面平衡机理,目录,3,4,土压平衡盾构的发展基于挤压式盾构和泥水盾构，始于日本，20世纪70年代初，第一台土压平衡盾构由日本设计制造，直径3.72m。1985年国内第一次引进土压平衡盾构，直径4.33m，1987年国内首台土压平衡盾构研制成功，直径4.35m。,发展概况,5,类型及模式,为适应各种不同类型地层及盾构工作方式的不同，盾构主要有以下三种类型、四种模式：,四种模式：敞开式；半敞开式；土压平衡式；气压式。,三种类型：软土盾构机；硬岩盾构机；混合型盾构机。,6,7,刀盘旋转切削泥土通过刀盘开口被压进土舱，通过螺旋机转到皮带机上，然后输送到碴车里。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压和水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。,工作原理,1刀盘；2-土舱；3承压隔板；4人舱；5推进千斤顶；6盾尾密封；7管片；8皮带机；9拼装机；10主驱动；11螺旋机,8,盾构千斤顶的推力通过承压隔板传递到土舱内的泥土浆上，由泥土浆的压力作用于开挖面，以抵消开挖面处的地下水压和土压，形成平衡从而保持开挖面的稳定。,土压平衡原理,土仓压力=地下水压+土压,9,土仓压力控制因素,增大/减小推进速度,增大/减少碴土排量,地下水压/土压,10,土仓压力对地表的影响,压力过小地表沉降,压力过大地表隆起,11,12,按结构分：主机和后配套。按功能分：控制系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、管片运输及拼装系统、注浆系统、注脂系统、碴土改良系统、供电系统等。,土压平衡盾构组成,1.刀盘；2.主轴承；3.推进油缸；4.人舱；5.螺旋机；6.管片安装机；7.排土闸门；8.管片小车；9.管片吊机；10.皮带机,13,盾构主机,主机由刀盘、前体、中体、盾尾、螺旋输送机、管片安装机等几大部分组成。,14,刀盘,辐条面板式,面板式,辐条式,主要作用：切削和支撑,15,刀盘支承方式,中心支承式(a)中间支承式(b)周边支承式(c),16,切削刀具-软土,17,切削刀具-硬岩,硬岩刀具分类,切削刀具,齿刀,切刀,球齿滚刀,楔齿滚刀,盘形滚刀,辅助刀具,超挖刀,刮刀,破岩刀具,18,前盾,前盾又称切口环，是开挖土仓和挡土的主要部分，位于盾构机的前端，结构为圆筒形，里面主要装有刀盘驱动、人员舱、各种传感器及部件等。,19,中盾,中盾又称支撑环，是盾构承受推力作用的主要受力结构。中盾内沿周边布置有推进千斤顶、铰接油缸、管片拼装机和部分液压设备等。,20,盾尾,盾尾主要用于掩护隧道管片拼装工作及盾体尾部的密封，通过螺栓或铰接油缸与中盾相连，并装有铰接密封、注浆管路及油脂管道等。,21,人舱,人舱是工作面与切削面之间的唯一通道，主要用于在需要检查、更换刀具或维修刀盘及排除工作面异物等工作。分带压和常压两种工作模式。,22,螺旋机,螺旋输送机由筒体、伸缩油缸、液压马达、螺旋轴、出碴闸门等组成。主要有以下功能：1）连续向外排碴，通过速度调整实现连续的动态土压平衡；2）排碴过程中形成土塞效应，维持土压稳定。,伸缩油缸,液压马达,螺旋轴,出碴闸门,筒体,23,管片拼装机,管片安装机主要完成管片的安装，由油缸、行走梁、支承架、旋转架及抓举头等组成。,24,后配套,后配套主要包括设备桥和拖车，每个拖车上都装有支持盾构前进和施工的装置，拖车通过设备桥与管片拼装机的行走梁相接，跟随盾构机前进。,25,控制系统,主要作用：实现各系统间通讯及连锁实现各系统数据采集与处理实现各系统参数调整与控制,26,驱动系统,驱动类型：变频电机、一般电机、液压驱动。主要作用：刀盘旋转转向调整转速调整。,27,小齿轮,主密封及油脂,刀盘支座,盾构主体,刀盘室,电机,轴承箱,主轴承,主轴承润滑及密封系统,28,推进系统,主要作用：实现主机的向前推进实现掘进速度的调整实现盾构方向的调整,29,碴土改良系统,主要作用：改善碴土流塑性，有利于碴土顺畅排出降低碴土密实度并减小摩擦拓宽盾构的适应范围,30,注浆系统,主要作用：管片壁后空隙填充，控制地表沉降形成壁后屏障，形成防水层稳定管片与周围岩体一体化,31,注脂系统,根据盾构使用、设计理念的不同而有所区别，总体来说盾构注脂系统包括以下三种：HBW注脂系统主轴承密封注脂系统盾尾密封注脂系统,32,供电系统,主要作用：实现高压电缆延伸实现动力系统供电实现控制系统供电实现照明及应及照明供电,33,水循环、排污系统,主要作用:实现供排水管路延伸实现各系统供水实现各系统冷却实现施工污水排放,34,空气系统,压缩空气：实现盾构各气动元件的供气实现人仓内人呼吸用供气二次通风：实现通风管的延伸实现施隧道内的通风效果，如降温、排尘等,35,导向系统,主要作用：实现盾构方向的监控（水平、竖直）实现盾体滚动角监控,四、盾构开挖面平衡机理,4.1盾构施工中的技术难点压力平衡,房屋开裂,地表下沉,防洪堤坍塌,土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合作用而维持：土仓内的土压力平衡地层压力和水压力；螺旋输送机调节排土