第十七章 隧道掘进机械

1、第十七章第十七章 隧道掘进机械隧道掘进机械 第一节第一节 概概 述述 隧道掘进有三种方法：钻爆法、掘进机法和盾构法。 钻爆法钻爆法 钻爆法掘进的优点：灵活性和适应性较强、机械设备成本低。 掘进机法掘进机法 掘进机是靠旋转并推进刀盘，通过盘形滚刀破碎岩石而使隧道全断面一次成 形的机器。当隧道长度与隧道断面直径比超过600时，采用这种机器开凿隧道是 十分合算的。 掘进机的技术水平主要表现在以下几个方面： (1)规格系列化。 (2)刀具大型化。 (3)断面形状多样化。 (4)扩大地质的适应性。 盾构法盾构法 盾构掘进机是一种集开挖、支护、衬砌等多种作业于一体的大型隧道施工 机械。使用这种机械施工的方

2、法叫盾构法。 第二节第二节 凿凿 岩岩 机机 凿岩机的工作原理凿岩机的工作原理 钻爆法掘进巷道时，首先在工作面岩壁上钻凿出许多直径3442mm、深度 1.52m的炮眼，然后在炮眼内装入炸药进行爆破。凿岩机就是一种在岩壁上钻 凿炮眼用的钻眼机械，或称钻眼机具。凿岩机是按冲击破碎岩石的原理进行工 作的。 钎子钎子 钎子结构由钎头2、钎杆1两部分组成。钎杆与钎头连接方式有两种： 一种是锥面摩擦连接(锥角330)，另一种是螺纹连接。 钎头按刃口形状不同，可分一字形、十字形和X形等，其中最常用的是一字形钎头。 钎杆由专用钎子钢(ZK8Cr、ZKSiMn等)制成，断面呈有中心孔的六角形。 凿岩机的种类凿岩

3、机的种类 凿岩机的种类很多，按所用动力可分为气动、电动、内燃和液压四类。 凿岩机按支承和推进方式可分为手持式、气腿式、伸缩式和导轨式。 气动凿岩机气动凿岩机 气动凿岩机主 要由钎子1、凿岩 机2、注油器3、 水管4、风管5和 气腿6所组成。 液压凿岩机液压凿岩机 (一一)概述概述 液压凿岩机是在气动凿岩机的基础上发展起来的一种凿岩机。它以高压液 体为动力，推动活塞在缸体内往复运动，冲击钎杆能克服气动凿岩机存在的问 题和缺陷。 优点：优点： (1)动力消耗少，能量利用率高。 (2)凿岩速度高。 (3)作业条件好。 (4)液压凿岩机的运动件都在油液中工作，润滑条件好。 (5)操作方便，适应性强。

4、二二)液压凿岩机的结构和工作原理液压凿岩机的结构和工作原理 YYG-80型液压凿岩机的冲击机构属于前后腔交替进、回油式，采用滑阀配 油。冲击机构由缸体4、活塞5和滑阀12等组成。缸体做成一个整体，滑阀与活 塞的轴线互相平行。在缸孔中，前后各有一个铜套6、3支承活塞运动，并导入液 压油。滑阀的作用是自动改变油液流入活塞前、后腔的方向，使活塞往复运动， 打击冲击杆8的尾部，从而将冲击能量传给钎子。 YYG-80型液压凿型液压凿 岩机冲击配油机构岩机冲击配油机构 的工作原理的工作原理 YYG-80型液压凿岩机冲击配油机构的工作原理如图17-6所示。 如图17-6a所示，活塞冲程开始时油液经e孔、滑阀

5、K腔和Q腔流入回油管O 回油箱。此时两端正腔、F腔均通油箱，阀芯保持不动。当活塞运动到一定位置 时，A腔与b孔接通，部分高压油经b孔到阀芯左端E腔，而阀芯右端F腔经d孔、 缸体B腔和c孔回油箱，在压力差作用下，阀芯右移，同时活塞冲击钎尾，完成冲 击行程，开始返回行程。 图17-6b为活塞返回行程开始时的情况。此时压力油经滑阀H腔、e孔进入活 塞右端M腔，活塞左端A腔经a 孔、滑阀N腔回油箱，活塞被推动左移。当活塞移 动到打开d孔时，M腔部分压力油经d孔作用在阀芯右端，推动阀芯左移，油流换 向，回程结束并开始下一个循环的冲程。在活塞左移的过程中，当活塞左端关闭 f 孔后，D腔内油液被压缩，使回程

6、蓄能器3储存能量，同时还可对活塞起缓冲作 用。当冲程开始时，该蓄能器就释放能量，以加快活塞向前运动的速度，提高冲 击力。 第三节第三节 凿岩台车凿岩台车 凿岩台车按钻臂多少，可分为双臂、三臂和多臂式；按行走机构分为轨轮 式、轮胎式和履带式。凿岩台车的控制有液压控制、压气控制和液压与压气联 合控制等三种。 CTJ-3型凿岩台车主要由推进器1、两侧相同的两个侧支臂2、一个中间支 臂4、凿岩机3、轮胎行走机构6以及压气、液压和供水系统组成。 推进器推进器 推进器是导轨式凿岩机的轨道，并给凿岩机以工作所需的轴向推进力。 CTJ-3型 凿岩台车采用气动马达-丝杠推进器。 钻臂是凿岩台车的主要部件，它的作

7、用是支承推进器和凿岩机，并可调整推进 器的方位，使之可在全工作面范围内进行凿岩。 钻臂钻臂 第四节第四节 掘掘 进进 机机 概述概述 掘进机法掘进隧道具有的优点： (1)速度快、成本低。 (2)安全性好。 (3)工程量小。 (4)劳动条件好。 按照工作机构切割工作面的方式，掘进机可分为部分断面隧道掘进机 和全断面隧道掘进机两大类。 部分断面隧道掘进机部分断面隧道掘进机 部分断面隧道掘进机具有掘进速度快、生产效率高、适应性强、操作方便 等优点。 ELMB型隧道掘进机主要由截割头1、悬臂2、装运机构3、行走机构4、液 压泵站5、皮带转载机10和若干液压缸等组成。 ELMB型隧道掘进机的截割头截割方

8、式型隧道掘进机的截割头截割方式 (一一)工作机构工作机构 ELMB型隧道掘进机的工作机构采用悬臂式工作机构，这种工作机构的优点 是：悬臂可以沿工作面的水平或垂直方向上作左右或上下摆动，对复杂的地质条 件适应性较好，能掘出各种形状的断面，结构简单，便于维修和更换截齿，也可 及时支护隧道。 截割头为一圆锥形钻削 式截割头，主要由中心钻1、 截齿2、齿座4和锥体5等组 成。 (二二)装载与转运机构装载与转运机构 ELMD型隧道掘进机的蟹爪式装载机构与中间刮板输送机组成掘进机的装运 机构。截割头破碎下来的碎岩由装载机铲板上的两个蟹爪扒入中间刮板输送机。 蟹爪工作机构由蟹爪1、曲柄圆盘3、连杆4和摇杆5

9、等组成 (三三)行走机行走机 构构 ELMB型隧道掘进机采用履带行走机构，左右履带分别由一台内曲线大扭矩 液压马达驱动。在行走机构后部设有一组支承液压缸。 (四四)液压系统液压系统 ELMB型隧道掘进机除截割头为电动机单独驱动外，其余部分均为液压传 动，整个液压系统由一台45kW双出轴电动机分别驱动两台双联齿轮泵，为各 液压马达和液压缸提供压力油。 ELMB型隧道掘进机液压系统共设四个回路，即装运回路、行走回路、工 作机构及铲煤板回路和转载及起重回路。 (五五)除尘装置除尘装置 ELMB型隧道掘进机的喷雾灭尘系统设有内喷雾、外喷雾和冷却-引谢喷雾三 部分，其工作过程为： (1)水水门三通工作臂

10、内喷雾装置； (2)水水门三通节流阀外喷雾装置； (3)水水门液压系统冷却器水冷电动机引射喷雾器。 全断面隧道掘进机全断面隧道掘进机 (一一)全断面隧道掘进机的工作原理全断面隧道掘进机的工作原理 岩石掘进机一般采用盘形滚刀破岩，在驱动刀盘运动时，安装在刀盘心 轴上的盘形滚刀沿岩壁表面滚动，液压缸将刀盘压向岩壁，从而使滚刀刃面 将岩石压碎而切入岩体中。刀盘上的滚刀在岩壁表面挤压出同心凹槽，凹槽 达到一定深度时，相邻两凹槽间的岩石被滚刀剪切成片状碎片剥落下来。 (二二)全断面隧道掘进机的结构全断面隧道掘进机的结构 1刀盘刀盘 刀盘10是由 高强度、耐磨损 的锰钢板焊接成 的箱形构件。刀 盘前盘呈球

11、形， 分别装有双刃中 心滚刀1、正滚 刀2、边滚刀3。 盘形滚刀的结构盘形滚刀的结构 2刀盘的传动系统刀盘的传动系统 TBM32型全断面隧道掘进机刀盘的传动系统 3行走机构行走机构 掘进机的行走机构由水平支撑和推进液压缸两部分组成。 TBM32型全断面隧道掘进机行走机构的结构型全断面隧道掘进机行走机构的结构 第五节第五节 盾盾 构构 机机 盾构机是一种集开挖、支护、衬砌等多种作业于一体的大型隧道施工机械。 采用盾构施工时，应考虑下面几方面因素：采用盾构施工时，应考虑下面几方面因素： (1)地质条件。 (2)覆盖土层要深。 (3)断面要大。 (4)电源问题。 (5)远离主要建筑物。 (6)水源。

12、 (7)施工段要长。 机械化盾构的特点和几种施工法的适用范围机械化盾构的特点和几种施工法的适用范围 (一一)机械化盾构的特点机械化盾构的特点 (1)工效高，工期短。 (2)减少塌方，生产安全。 (3)降低成本，经济性明显。 (4)能随土层地质的变化，改变掘进方法。 (5)造价高。 (6)掌子面局部塌方，发现不及时会引起沉陷，造成局部超 挖和增大加固的难度。 (7)设计制造工期长，刀具磨损更换难。 (二二)几种盾构法的适用范围几种盾构法的适用范围 1切削轮式盾构切削轮式盾构 用主轴旋转驱动切削轮 挖土，随切削轮旋转的周边 铲斗将挖下的土屑倾落于皮 带输送机上，运输机将土运 到盾构后部的运土斗车里

13、， 再由牵引车运住洞外。同时， 推进千斤顶将盾构不断推进， 当推进到一个衬砌管片宽度 后，立即进行逐片拼装管片 的拼装，整圈衬砌拼装完后， 再开始继续挖土和盾构顶进。 2气压式盾构气压式盾构 为了防止掌子面坍塌，将工作面密封在具有一定气压下，阻止地下水外流， 以利于挖土。在较大的砂砾层地质中使用气压是无效的。 3泥水加压式盾构泥水加压式盾构 在盾构前部设置一个密封区，注入一定压力的泥浆水，以平衡地下水压力， 阻止地下水流出，防止塌方。 4土压平衡式盾构土压平衡式盾构 在螺旋输送机和切削轮架内充满着土砂，利用螺旋的回转力压缩土壤，形成 具有一定压力的连续防水壁，抵抗地下水压力，阻止流水和塌方。

14、机械化盾构的主要结构及功能机械化盾构的主要结构及功能 机械化盾构有多种形式，按切削机构划分有切削轮式、挖掘式、铣削管式 等；按切削方式区分有旋转切削式和网格切削式等。不论是何种形式，都由以 下几部分组成，即切削机构、盾壳、动力装置、拼装机、推进装置、出料装置 和控制设备等。 1切削部分切削部分 A 切削刀切削刀 切削刀有三角形、螺旋形、片式、楔形、水力切割等几种形式。 B 切削面的形式切削面的形式 软地层中掌子面土壤不能直立，刀盘面各刀刃之间的空挡要安装挡土板，以防 土砂流入；硬地层时，一般前面无需挡板，只用带刀臂的切削轮；切削面应向 下适度倾斜，这样盾壳后的切口环上部向外伸出，使掌子面稳定，

15、减少塌方。 C 切削轮支承机构和顶进机构切削轮支承机构和顶进机构 切削轮的支承形式有中心支承式、圆周分散文承式、混合支承式。 D 切削轮的驱动机构切削轮的驱动机构 切削轮的驱动方式有：中心轴驱动式、切削轮驱动式、行星驱动方式、油缸 直接驱动方式等。 2盾壳盾壳 盾壳即盾 构的外壳或叫 盾体，是盾构 各机构的骨架 和基础，用来 承受地层压力， 起临时支护作 用，同时承受 千斤顶水平推 力，使盾构在 土层中顶进。 A 切口环结构切口环结构 B 支承环结构支承环结构 C 钢板束钢板束 D 立柱与横梁立柱与横梁 E 盾头与盾后盾头与盾后 盾壳结构：盾壳结构： 3. 动力装置动力装置 盾构机械的动力主要是电力和液压动力。 4拼装机构拼装机构 随着盾构的向前推进，隧道的永久支护需要同时进行拼装，即将地面上 预制好的钢筋混凝土管片，运输到盾构尾部，然后用拼装机构逐片拼装。隧 道的永