盾构机简介赵玉菊09课件

盾构机简介赵玉菊2018年4月盾构机简介欧美将全断面隧道掘进机统称为TBM，日本则一般统称为盾构机，细分可称为硬岩隧道掘进机和软地层隧道掘进机。中国则一般习惯将硬岩隧道掘进机称为TBM，将软地层掘进机称为盾构机。(1)在岩石中开挖隧道的TBM：

通常用这类TBM在稳定性良好、中～厚埋深、中～高强度的岩层中掘进长大隧道。这类掘进机所面临的基本问题是如何破岩，保持掘进的高效率和工程顺利。(2)在松软地层中掘进隧道的TBM（国内通常称为盾构机）：通常用这类TBM在具有有限压力的地下水位以下的基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道。这类掘进机所面临的基本问题是空洞、开挖掌子面的稳定、市区地表沉降等。。盾构机简介对于全断面隧道掘进机，目前在国内有两种提法，其一是岩石掘进机（TBM），其二是盾构机。TBM就是适合硬岩掘进的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。当然，盾构机目前也有安装硬岩TBM滚刀的复合盾构。而硬岩TBM又可分为:

敞开式TBM、双护盾式TBM、单护盾式TBM。硬岩TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍，最佳日进尺可达150m；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。盾构机简介软岩TBM适用于软弱性围岩施工的隧道掘进机，是目前城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。采用盾构机施工的区间隧道，可以做到对土体弱扰动，不影响地面建筑物和交通，减少地上、地下的大量拆迁。这两种设备的技术开发与应用，在我国地下工程领域具有十分广阔的前景。目前，世界上生产硬岩掘进机TBM的厂家主要有美国罗宾斯ROBBINS，德国海瑞克HERRENKNECHT，德国WIRTH（2013年中国中铁工程装备集团有限公司收购该公司TBM知识产权），法国法码通NFM（现属中国北方重工NHI）。/v_show/id_XMTQwOTM1MjM4NA==.html盾构机简介盾构机概念盾构机是集机、电、液、气为一体，具有掘进、出渣、衬砌等功能的大型复杂设备，边推进边形成隧道，实现了隧道施工的工厂化作业。工作原理

盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即盾壳，它对开挖掘出未衬砌的隧道段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，同时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。8

土压平衡盾构机：通过土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。通过螺旋输送机排放渣土。工作原理9水土土压+压=仓力力压力工作原理10

软土土压平衡盾构机

主要用于软土、砂土、杂填土、粘土、粉质粘土、砂质粘土、淤泥质粘土、粉土、交杂少量砾石等地层，如北京、上海、西安、南京、长春、苏州等地铁部分标段。

盾构的工作原理及分系统介绍工作原理11复合式土压平衡盾构机主要用于长沙、昆明、南京、南昌、南宁等中风化、微风化砂质泥质板岩、中风化泥质粉砂岩、砾砂、角砾、块石、圆砾、碎石等交互复合地层，及用于成都、兰州、广州、深圳等中粗砂、松散卵石、密实卵石、上软下硬、岩层等地层。工作原理12泥水平衡盾构机通过泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的渣土以泥浆形式输送到地面，经过分离再循环至开挖面。工作原理13工作原理14泥水平衡盾构机分类就平衡的控制形式而言可分为日系泥水盾构的直控式和欧系泥水盾构的气垫式。工作原理盾构机的分类1.按照断面形状分类可分为：单圆盾构、复圆盾构（多圆盾构）、非圆盾构。其中复圆盾构分为双圆盾构和三圆盾构，非圆盾构分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构、半圆盾构。马蹄形盾构和非圆盾构统称为“异形盾构”。盾构机的分类2.按照直径大小分类：（1）直径0.2-2m的成为微型盾构；（2）直径2-4.2m的成为小型盾构；较多用于饮水、排水、电缆、通信及其它市政公用设施综合管道项目。（3）直径4.2-7m的称为中型盾构；广泛应用于地铁隧道工程中。（4）直径7-12m称为大型盾构；较多用于水底公路隧道及铁路隧道。（5）直径12m以上的称为特大型盾构；（15.44m上海沪崇隧道，德国18m泥水已经在研制）。

3.按照稳定掌子面的方式分类（现在主要）：根据稳定掌子面方式的不同，分为土压平衡盾构、泥水平衡盾构。其中土压平衡盾构根据地层条件可采用敞开式（大气压力）、半敞开式（压缩空气）、土压平衡式（改良后的碴土）三种模式掘进。盾构机结构功能介绍1、盾构机按结构分：由盾体、后配套台车两部分组成盾构机结构功能介绍2、盾构机部件尺寸及重量情况盾构机结构功能介绍3.

盾构机按系统分：主要有驱动系统、推进系统、铰链系统、密封系统、管片拼装与吊装系统、注浆系统、水系统、膨润土系统、泡沫注入系统、通风系统、激光导向系统、气体检测系统等组成。盾构机结构功能介绍（1）驱动系统

主驱动系统的作用是提供刀盘正反方向掘削动力的同时承受刀盘掘削土体的轴向支撑反力。

主驱动系统主要包含变速箱、主轴承、液压马达、减速机、小齿轮、法兰、内外密封和位于后配套拖车上的主驱动液压泵站。

主轴承采用大直径、整体内齿圈、三排圆柱滚子结构，拥有良好的承受轴向推力、轴向反推力、径向力及倾覆力矩性能，主轴承正常使用寿命大于10000小时盾构机结构功能介绍（2）推进液压系统由推进电机泵组、主换向阀组、液压过滤器、推进分区控制阀组及推进油缸等部件组成。推进系统为盾构机向前掘进提供推进力，并对推进速度和盾构机掘进姿态进行控制。

盾构机结构功能介绍

（3）盾构铰接

形式为被动铰接，在前盾与中盾连接处设置有铰接油缸。盾构需要转弯时，通过每组推进油缸的行程差来调节中盾与盾尾之间的夹角，此时铰接油缸进出油相互连通，行程可自行调整，从而实现转弯；盾构直线掘进时，进出油口锁紧。当铰接油缸行程超限时可手动调节球阀，给铰接油缸供油，防止油缸损坏。

（4）润滑、密封系统

油脂集中润滑系统由电动油脂泵、递进式分配器组成。电动油脂泵将油脂输送到递进式分配器，递进式分配器再将油脂均匀分配到主驱动、螺旋输送机、中心回转接头的各个润滑点。

气动油脂泵将盾尾油脂从拖车上输送到盾体内，每一路配有气动球阀和压力传感器，并能自动控制盾尾油脂注入到盾尾密封腔的量；总管路上配有压力传感器，并在控制室显示压力数据。盾构机结构功能介绍

（5）管片拼装与吊装系统

管片拼装机固定在盾尾区域，用于安装衬砌管片。

管片拼装机主要由悬臂梁、回转机构、平移机构、管片抓持机构和提升油缸等组成。由单独的液压系统提供动力，通过对液压马达和液压油缸等执行机构动作的比例控制，可实现拼装管片的纵向移动、径向移动、横向移动、回转、横摇和俯仰动作，使得管片能够快速精确的完成定位并安装。

管片拼装机的控制方式有无线遥控和有线控制两种，两种方式都可以对每个动作进行单独灵活的控制，也可协同控制几个动作，控制精度高，安全可靠。

吊运系统主要由双梁式管片起吊机构组成。吊运系统将管片从位于盾构机一号拖车尾部的管片卸载区运至管片拼装区域。盾构机结构功能介绍盾构机结构功能介绍（6）注浆系统

同步注浆

盾构配有注浆泵，通过盾尾的注浆管道将砂浆注入到开挖直径和管片外径之间的环形间隙。注浆压力可以调节，注浆泵泵送频率在可调范围内实现连续调整，并通过注浆同步监测系统监测其压力变化。控制室可以看到单个注浆点的注入量和注浆压力信息。随时可以储存和检索砂浆注入的操作数据。盾构机结构功能介绍二次注浆浆液为双液浆及时补浆，可减少地面沉降。其主要由双液注浆泵、浆比调节器、机械式搅拌机等组成。具有注浆压力高、流量大、浆液比例可调等特点。双液注浆泵将水泥浆液和水玻璃同时按一定比例注入管片壁后。盾构机结构功能介绍（7）水系统

盾构循环水系统包括内循环水系统和外循环水系统。

内循环水系统主要用于冷却主驱动的减速机、主驱动齿轮润滑油、螺旋输送机的减速机、空气压缩机、等。

外循环水系统主要用于冷却液压油和内循环水，以及提供设备消耗用水等。

通过管道从隧道外引水至尾部拖车处，并与盾构的延伸管路连接上，给盾构提供外循环水。台车上安装的离心水泵用于提供内循环水系统的动力，台车上的增压泵保证盾构上的设备用水有一定的压力。盾构机结构功能介绍盾构机结构功能介绍（8）泡沫系统

泡沫系统用于对碴土进行改良，其主要由泡沫原液泵、高压水泵、电磁流量阀、泡沫发生器、压力传感器、电磁流量计等组成。每一路泡沫可单独控制流量。其中，刀盘上布置有泡沫注入口，螺旋机上布置有泡沫注入口。盾构机结构功能介绍（9）膨润土系统

膨润土系统与泡沫系统在连接桥到刀盘之间共享一套输送管路。在不使用泡沫的情况下，关闭泡沫分支管路，同时将膨润土分支管路打开，通过泵送的形式将膨润土输送到掌子面、土舱和螺旋输送机内，达到改良碴土的目的。盾构施工时可实现一部分管路注膨润土，同时另一部分管路注泡沫的功能。盾构机结构功能介绍（10）通风系统

隧道通风机送入的新鲜空气进入通风筒内，通过通风管送至连接桥前端，给作业面提供新鲜的空气。盾构机结构功能介绍（11）激光导向系统

盾构安装了一套自动导向系统。能够对盾构在掘进中的姿态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，实时地对盾构的掘进姿态进行调整。

工作原理：通过测量固定在盾构中心轴线上方的激光靶的绝对坐标，根据激光靶与盾首和盾尾的相对位置关系，推算出盾首和盾尾的绝对坐标。然后将盾首和盾尾的绝对坐标与设计轴线相比较得出