盾构机结构简介PPT幻灯片课件

第二节盾构概述，盾构是一套集多种功能于一体的综合隧道开挖设备，综合了盾构施工中的开挖、出土、支护、注水、引导等一切功能。 现在盾构作为地下交通工程和隧道建设工程的优先设备被广泛应用，优点不受地面交通、河流、航运、季节、气候等条件的影响。 经济合理地保证隧道的安全施工； 盾构掘进、出土、衬砌、拼盘等可以实现自动化、智能化和施工运输控制信息化。 掘进速度快，效率高，施工劳动强度低。 地面环境不受盾构施工的干扰。 缺点，屏蔽机械成本高。 施工于饱和含水软弱地层地表沉陷风险大； 隧道曲线半径过小或浅时难易度较高。 设备转移、运输、安装、场所配置等复杂。 为了适应、和各种类型的土质和屏蔽的工作方式的不同，屏蔽有三种类型、四种模式、三种类型、软弱屏蔽硬岩屏蔽机混合屏蔽。 4种模式：图2-1屏蔽总图开胸式半开胸式(半闭胸式、土压平衡式)闭胸式(土压平衡式)气压式。 图2-1盾构整体图，图2-2盾构主体图，(1)刀盘、刀盘为盾构的核心部件，其结构形式、强度和整体刚性直接影响施工掘进的速度和成本，故障修理处理困难。 常见的结构包括平面圆角刀具、平面斜角刀具和平面直角刀具。 盾构机刀盘刀盘需要足够的强度和刚度。 刀架需要较大的开口率。 针对地层变化，硬岩滚刀和软岩滚刀易于交换。 刀架的结构必须有足够的耐磨强度。 请在刀架上配置充分的淤泥搅拌装置。 请在刀架上配置充分的注入口，在各口安装单向阀。 满足工具冷却、润滑和泥浆的改进。 图2-3刀盘，(1)以下为海克力士公司的刀盘结构和参数：结构形状：平面圆角形刀盘。 铸造和焊接混合型。 外形尺寸： F6280mmF6130mm (刀圈外经) X1410mm总厚度(刀盘厚度580mm )刀盘质量： 57000kg开口率： 28%超挖掘刀行程： 50mm刀盘旋转0-6.1r/min最大转矩： I-4500KN.mmII-1970KN.mm失眠扭转： 5300KN.mm结构：刀架前端面有8个辐板(开有8个对称长孔)，其上有滚刀(齿刀)座、滚刀座和2根搅拌棒，刀架和驱动装置用法兰连接为了保证刀架的扭转强度和整体刚性，刀架的中心部、辐条和凸缘被整体铸造，周边部和中心部以先接合再焊接的方式接合。 (以前必须从国外进口，现在国产化了)。 为了保证刀架在硬岩掘进时的耐磨性，刀架周边焊接有耐磨棒，面板上焊接有格子状的Hardox耐磨材料。 刀架有四路泡沫管和八个出口，每个出口都有止回阀。 一套装有塔式滚刀的超挖掘刀，有两根管道，其行程为50mm。 刀架上安装有4根双刃刀头、31根单刃刀头、64根正面刀头。 十六把边牙刀。 (2)刀具配置：刀具结构、材料及其在车床上的数量和位置关系直接影响掘进速度和寿命。 根据地层条件不同，刀具的结构和配置也不同。 刀具种类，图2-4单刃滚刀构造图，图2-5双刃滚刀构造图，双刃中心刃，单刃滚刀，中心刃滚刀，狭齿滚刀，切刀，圆弧刮刀，仿形刃，刀具破岩机理：软岩切削机理和硬岩破岩机理。 软岩切削的机理是利用工具压迫土层产生的剪切力破坏土层，达到切削效果。 图2-6软土工具切削机理示意图，滚刀破岩为达到满意效果，a .工作面岩层必须具有一定强度，b .滚刀起动扭矩小。因为难以满足以上条件： a .地质因素； b、滚刀生产质量和技术、c、滚刀质量一致性d、钻井模式问题。 刀具配置的不同、刀具配置的不同表现在滚刀和滚刀的配置数量和高水平的组合高度的不同等方面。 刀具高度差和组合高度差对钻井的影响： a .刀具高度有利于防止泥饼。 b .刀具高度差异大有利于破岩。 表2-2配置的差异表，滚刀与滚刀的刀刃间隔，图2-8刀刃间隔的图像，滚刀的刀刃间隔也是影响破岩能力的重要因素。 刀的间隔过了大会，两刀之间出现了破岩死角，形成了“岩脊”。 刀间距过小将岩体碎成小块，降低破岩效果。 刀盘边缘部的刀距一般不足90mm，正面刀具的刀距一般为100mm，为115-120mm。 (二)前体、前体也称为切口环，挖掘土仓和遮土部分，位于屏蔽件最前端，构造为圆筒形，前端设有边缘，减少对底层的干扰，是图2-9的前体构造的示意图，与圆筒垂直，在其中段焊接有压力隔板，主驱动于隔板， 安装螺旋输送机和人舱的法兰支架和4个搅拌棒焊接，设置螺旋闸门机构和气压箱(根据需要)，并且，根据分隔板上安装有5个土压传感器、通气通水等的节流孔的开挖形式不同，屏蔽前体的构造也不同例参数： F6250mm (直径) X1700mm (长度) X60mm (板厚) X57t (质量)、(1)主驱动装置、主驱动装置由主轴承、8个液压驱动马达、8个减速机以及主轴承密封件构成，轴承外圈通过连结凸缘用螺钉与前体固定，内(齿)轮通过螺钉与刀盘连结，通过液压动力例参数：最大转矩： I-4500KN.mII-1970KN.m失眠转矩： 5300KN.m输出转速：0-6.1r/min主轴承外径： F2600mm质量：6.64t寿命： 10000h，图2-10主驱动结构图，(3)中体，图2-11中体结构图，中体称为支撑环是强度和刚性都很好的圆形构造，地层力、所有千斤顶的反作用力、刀盘正面阻力、盾尾铰链的拉力和管组装时的施工载荷都由中体承受。 中体内轮周围配置有屏蔽千斤顶和铰链缸，中途有管组装机和部分液压设备、动力设备、螺旋输送机支撑和操作控制台。例如参数： F6240mm (直径) X2580mm (长度) X40mm (板厚) X31.4t (质量)，(1)人员室、人员室需要压缩空气以平衡屏蔽围岩的水土压力时使用。图2-12人室构造模式，例参数：构造双室型，1800mm (长) X2550mm (宽) X1600mm (高)工作压力：0.3Mpa实验压力：0.45Mpa容纳人数：普通船室3人，紧急船室2人。图2-13推进气缸分区、图2-14推进系统气缸分区图、(2)推进气缸、防护罩的推进机构提供使防护罩前进的动力。 推进机构由30个推进气缸和推进液压泵站组成。 推进气缸按圆周上的区域分为4组，每组有78个气缸。 (3)铰链油缸必须减少防护罩的长宽比，以便防护罩在掘进时能够在姿势调整或小曲线半径掘进时顺畅地通过。 这是通过用铰链油缸连接护罩的中体和护罩尾来实现的。 铰链系统由14个铰链油缸和预紧式铰链密封件组成。 铰链油缸一般处于保持位置，盾尾通过主体的拖动被动前进。 护罩弯曲时，气缸也应该处于保持位置，护罩的尾部可以根据方向转换的需要自动调整位置。 例参数气缸数： 14 )气缸尺寸： F180mmXF80mmX150mm动作压力： 30Mpa牵引力： 7340KN、(四)盾尾和盾尾密封件、图2-16盾尾密封件的示意图、图2-15盾尾结构的示意图、盾尾主要是隧道管的组装作业和盾体尾部的密封件铰链密封件和屏蔽密封装置是为了防止水、土以及压注材料从屏蔽件侵入到屏蔽件内。 为了减小土层和管片之间的间隙，减少注入量和对地层的干扰，盾尾采用了圆筒形的薄壳，但是土压和蛇行、回旋时可以同时承受外力。 盾位的长度必须由管的宽度和形状以及盾尾密封的构造和根数决定。 施工中纠正偏移的频率较高，要求防护密封具有弹性，要求具有耐磨性、防撕裂性，能够充分适应防护套与管子之间的间隙，防护套的尾部结构图一般采用效果较好的钢刷和钢板压紧结构。 钢刷充满油脂，具有弹性和塑性。 (5)螺旋输送机，图2-18螺旋输送机叶片，图2-17螺旋输送机结构图，螺旋输送机是土压平衡屏蔽的重要部件。 其作用是挖掘淤泥排放的唯一通道掘进时用螺杆内形成的土栓密封前方土仓内的压力，有效防止地下水。 螺旋输送机由液压马达减速装置驱动，驱动装置和螺旋输送机采用球形接头，支持螺旋轴的自由摆动。 为了防止污泥侵入，其输出端采用与主轴承的外密封相同的结构，自动加脂。 螺杆的转速范围为022rpm，可进行无级调整，有助于控制出土量。 调节螺旋输送机出土速度是控制土仓压力的重要方法之一。图2-19螺旋输送机的驱动、示例参数：型号：一端悬浮中心轴式、外径： F900mm、导程： 600mm、驱动功率： 315KW、最大转矩： 215kN.m、转速：0-22.4r/min (无级调速)、最大出土能力： 300m3/h、最大通过块度： 300mm (6)软管安装机构、软管安装机由大梁、支承框架、旋转框架以及对接头构成。 大梁以悬臂梁的形式安装在屏蔽中间体的支承框架上，支承框架可以通过行走轮向纵向移动，旋转框架通过大环形齿轮绕支承框架旋转，旋转框架上安装有两个提升缸，以组装头和铰链的形式旋转框架的提升其结构如图所示。图2-20气管安装机的结构示意图，(7)皮带输送机、皮带输送机用于将螺旋输送机出土的切割土运送到屏蔽后设置的切割车中。 传送带由传送带支架、前从动车、后主动车、上下的载体、传送带、传送带张紧装置、传送带刮泥装置、带减速机的驱动马达等构成。 在后部安装桥梁和拖车连接的上面。 为了安全起见，那里设有3处紧急停止开关。 例参数：驱动形式：马达、皮带长度： 45m、皮带宽度： 800mm、皮带行走速度：2.5m/s、最大输送能力： 750m3/h、马达输出： 30KW。 (8)拖车、盾构拖车为门架结构，设有液压泵站、注水泵、砂浆箱及电气设备等。 拖车在轨道上行驶，拖车之间用拉杆连接。 各拖车安装设备如下表： (9)液压系统、系统及盾构液压系统包括主驱动、推进系统(包括铰接系统)、螺旋输送机、管安装机及辅助液压系统。 主驱动系统和螺旋输送机液压系统共用泵站安装在二号拖车上。 主驱动系统和螺旋输送机液压系统是各自独立的闭式循环系统，能够保证液压系统的高效率和系统的清洁。 推进系统和软管安装机泵站设置在屏蔽箱内。 (10 )加脂系统、加脂系统包括主轴承密封系统、盾尾密封系统和主机润滑系统三大部分。 3个部分以压缩空气为动力源，通过润滑脂泵气缸的往复运动将润滑脂输送到各部分。 主轴承密封可通过控制系统设定润滑脂的注入量(次/分钟)，从外部检查密封系统是否正常。在PLC系统中，盾尾密封件可在压力模式或行程模式下进行自动控制和手动控制，可通过控制面板监视盾尾密封件的供脂次数和供脂压力。 油脂泵站的油脂被使用后，油脂控制系统向操作室发出指示信号，锁定操作系统，直到油脂被补充。 这充分保证了润滑脂系统的正常工作。 (11 )挖土改良系统、盾构机搭载了发泡系统和膨润土系统这两个挖土改良系统。 两者共有一套输送管路，用一号拖车相接。 (12 )泡沫系统屏蔽具备泡沫发生系统，改良碎片土。 泡沫系统主要由泡沫泵、高压泵、电磁流量阀、泡沫发生器、压力传感器、管道组成，其工作原理如图所示。 (十三)膨润土系统、盾构机拟追加膨润土注入系统。 确定不使用泡沫剂时，在关闭泡沫输送管道的同时打开膨润土输送管道，用输送泵将膨润土压入刀架、压载舱、螺旋输送机中，达到改善压载土地的目的。 根据实际需要，可以在膨润土箱中装泥倒入土仓。 膨润土只在特殊的工程中使用。