地铁盾构机械组成详解及安装调试讲座

地铁盾构机械组成详解

及安装调试

第一章盾构施工发展历史前言进入21世纪，世界经济的迅猛发展加速了城市化建设。随着城市密集度的提高和高层建筑的不断增加，地面可利用空间越来越少，而地下又布满了各种用途的管线，所以，如何更有效利用和创造地下空间已成为当今城市现代化建没的重要课题，采用盾构法来开发地下空间则是一种最佳选择。城市化建设带动了社会文明的发展，人文自然景观留在地面。而发电厂、储存库、安全区、管道、隧道等地下都市设施都建在地下，采用盾构施工技术掘进隧道的方法也得到了不断的完善。基础设施密集的大都市中心区利用率较高，大都市中心区的基础设施和较高的利用率的地区，对创造地下空间提出了更多更高的要求，大深度、长距离、狭空间隧道开挖技术的开发和利用是决定现代都市可持续发展的重要因素。第1节盾构法隧道的起源1802年，英国采矿工程师阿贝尔·马蒂厄提出修建英吉利海峡隧道的计划，设计从英法两岸用一种有掩体结构的挖掘机修筑隧道（图1—2），每侧各挖掘18.7km，最后在瓦恩·班克浅滩对接贯通。他建议在海峡地下通道的中间设计一个人工岛，隧道的照明由油灯提供．而烟囱将提供通风。1803年法国工程师布鲁诺尔完善了构思，注册了专利（图1—3）布鲁诺尔构想的盾构机械内部结构由不同的单元格组成，每一个单元格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。采用的方法是将所有的单元格牢靠地装在盾壳上。当时设计了两种施工方法，一种是当一段隧道挖完后整个盾壳由液压千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。第一种施工方法被采用，并得到推广应用，演变为成熟的盾构法，目前所有的封闭式盾构都是基于这种方法。此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系数，设计成用全断面螺旋式开挖的封闭式盾壳，衬砌紧随其后的方式（图1-4）。第2节国外盾构机的发展1825年，盾构机首次使用；1830年，使用气压的半机械式盾构；1840年，能够壁后注浆的机械式盾构；1865年，圆形挤压式盾构；1866年，莫尔顿申清“盾构”专利盾构最初称为小筒（cell）或圆筒（cylinder），在莫尔顿专利中第一次使用了“盾构”（shield）这一术语；1825～1911年，为世界早期盾构法隧道发展时期。1917年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以外第一个引进盾构法的国家。1966年，泥水加压盾构问世；1974年，土压平衡盾构EPB；1976年，铰接式盾构；1986～1988年，双圆、多圆断面盾构MF；1993年，球体盾构、扩径盾构；第3节国内盾构隧道的发展1962年2月，中国上海市城建局隧道处开始塘桥试验隧道工程：采用直径为4.16m的一台普通敞胸盾构，在两种有代表性的地层下进行掘进试验，用降水或气压来稳定粉砂层及软粘土地层。在经过反复的论证和地面试验之后，选用由螺栓连接的钢筋混疑土管片作为隧道衬彻，环氧煤焦油作为接缝防水材料试验获得成功，并采集了大量盾构法隧道数据资。2）铁科公司：共计2台。2008年7月，从日本小松公司采购TM614PMX土压平衡式盾构机2台，用于西安快速轨道交通2号线施工；3）四公司：共计3台。2009年10月从日本日立公司采购TS6150BI土压平衡式盾构机3台，用于北京地铁6号线施工；第5节桥隧公司已承揽的

盾构施工工程介绍截止到2010年3月1日，桥隧公司共承揽7个盾构施工项目，合计工程量20943.75米，已完成17907.482米；未完成3036.268米。1）天津地铁二号线第十合同段项目：本标段盾构区间包括【红星路站～靖江路站】盾构区间、【靖江路站～翠阜新村站】2个盾构区间，盾构区间设计总长度为2879.81米。采用1台盾构机掘进，目前已全部完成施工；2）天津地铁二号线第九合同段项目：本标段盾构区间包括【红星路站～新开路站】盾构区间、【新开路站～天津站】2个盾构区间，盾构区间设计总长度为3286.241米。采用2台盾构机掘进。目前已完成【红星路站～新开路站】区间1968.023米隧道掘进；3）南京地铁二号线TA04标项目本标段盾构区间为【中和村站～元通站】，盾构区间设计总长度2885.301米，使用1台盾构机掘进，目前已完成掘进；4）南京地铁一号线南延线TA05标项目本标段盾构区间为【岔路口站～南京南站】，盾构区间设计总长度4104.608米，采用2台复合式盾构机掘进，目前已完成掘进；5）广佛线施工4标本标段盾构区间包括【祖庙～普君北路站】、【普君北路站～朝安站】、【朝安站～桂城站】3个盾构区间，盾构区间设计总长度为4960.027米，使用2台泥水式盾构机掘进，目前已完成掘进；6）南京地铁一号线东延线TA01标项目本标段盾构区间为【马群站～紫金山站】，盾构区间设计总长1152.665米，使用1台盾构机掘进，目前已完成掘进；7）苏州地铁一号线I-TS-09标项目本标段盾构区间为【广济路站-养育巷站】，【养育巷站-人民路站】盾构区间，设计总长1675.098米，使用1台盾构机掘进，目前已开始掘进；第二章盾构机的分类1、按照平衡开挖面的方式A、插板式B、挤压网格式C、土压平衡式D、泥水加压式E、加泥式/加水式2、按照机械化程度A、人工B、机械化C、全自动化3、按照施工过程中的运输方式A、皮带传送B、泥浆泵C、手工挖小车推4、按照掌子面敞开程度A、全敞口B、半敞口C、全封闭（面板式、幅条式）5、断面形式A、单圆B、双圆C、三圆D、矩形E、球形第三章盾构机介绍目前国内常用的盾构机主要分为三种：1）土压平衡式盾构机2）泥水加压式盾构机3）土压平衡加泥式盾构机按照盾构机制造厂家主要分为3个地区：1）日本（小松，川崎，日立等厂家）2）欧洲（德国海瑞克，维尔特等厂家）3）北美（罗宾斯）按照国内管片尺寸，盾构机分为2种尺寸：外径6.2米管片，盾构机刀盘尺寸一般在6.35米-6.4米（主要在上海及长三角地区使用，以及天津等）外径6米管片，盾构机刀盘尺寸一般在6.14-6.25米（主要在北京，西安，郑州，武汉，广州，南昌，长沙，广东地区等）刀盘前盾中盾盾尾通风系统车架1连接桥车架2车架3车架4车架5第1节土压平衡式盾构机简介

德国海瑞克公司土压平衡式盾构机，型号为EPBφ6390，其最大直径为6.39m，总长77m，总重量约406t，总配置功率1013kW，最大掘进扭矩5300kN·m，最大推进力为30000kN，最大掘进速度可达8cm/分钟，最小水平转弯半径250m。本盾构机采用西门子公司的S7-400PLC自动控制系统控制，配备了机电一体化的液压驱动系统、同步注浆设备、泡沫设备、膨润土设备、管片拼装设备、隧道激光导向设备等，并可在地面监控室对盾构机的掘进进行实时监控。1）土压平衡式盾构机的工作原理及工艺流程

①工作原理土压平衡式盾构机是利用安装在盾构机最前面的全断面切削刀盘，在刀盘扭矩力和推进油缸推力的作用下，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，将正面的土体切削下来通过刀盘上的开口，进入到刀盘后面的土仓内，通过配备的泡沫、膨润土系统对充满土仓的切削土体进行改良，形成具有流动性的膏状土体。并使仓内具有适当的压力与开挖面的土压力和水压压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降。与此同时，安装在土仓下面的螺旋输送机进行连续排土作业，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。

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，使隧道一次成型。②土压平衡式盾构施工工艺流程图施工准备盾构就位盾构出洞盾构推进出土管片拼装盾构进洞拆吊盾构,车架及其它设备盾构区间完成生活设施完善三通一平后盾支撑布置盾构安装调试出洞（防水）装置安装就绪装置洞门处理,土体加固施工参数测量采集注浆轴线控制盾尾油脂加注浆液车送浆地面浆液站拌浆盾构基座安置排土到出土渣车里管片运输开启螺旋输送机和排土口成环测量接收井排水装置安装就绪隧道端头封墙基座安装贯通测量地面配套设备安装始发井排水装置安装就绪数据反馈施工参数调整皮带输送机输送出土渣车运输出土洞门处理,土体加固2）盾构机的组成

刀盘前盾中盾盾尾通风系统车架1连接桥车架2车架3车架4车架5盾构机主要以下系统组成，分别是推进及铰接系统、刀盘及驱动系统、管片拼装系统、排土系统、同步注浆系统、泡沫及膨润土系统、集中润滑系统、盾尾密封系统、水冷却系统、工业用气系统、土仓保压系统、电气及中央控制系统、数据采集系统、SLS-T隧道激光导向系统，这些系统分别安装在盾构机的盾体和车架上。

下面分别介绍如下：

盾体：盾体是由刀盘、前盾、中盾和盾尾通过螺栓连接组成的。刀盘直径6.39m，前盾，中盾，盾尾的外径分别是6.39m、6.38m、6.37m。刀盘前盾中盾盾尾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6.39m，也是盾构机上直径最大的部分。刀盘驱动可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现0～2.51转/分钟的无级变速。前盾前盾的外型像一个圆筒,在其内部安装有用于支撑刀盘主驱动装置和螺旋输送机的钢结构。排土系统中的螺旋输送机的安放位置是向上并与水平轴线有一个角度，一直延伸到盾尾，直到皮带运输机。在前盾中还安装有土仓保压系统的人行闸，它的作用是当掘进过程中刀具磨损，工作人员进入到土仓检察及更换刀具时，要使用人行闸。联接螺旋输送机联接人闸中盾前盾和中盾用螺栓固定，并焊接在一起。在中盾安装有推进系统的32个推进油缸，以及起连接盾尾作用的14个铰接油缸(这种铰接连接可以使盾构机易于转向)。推进油缸铰接油缸盾尾盾尾的外型像一个圆筒，它通过14个铰接油缸与中盾连接起来。在盾尾中集成有注浆系统管路，给管片环形间隙用浆液注浆。盾尾刷管片拼装机在盾尾里还安装有管片拼装机系统。管片拼装机是用来拼装管片的设备，拼装手可以使用有线的或遥控的控制器操作管片拼装机，在盾尾的保护下，用来拼装管片。我们采用的是1.2m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、两块临接块和一块封顶块。

管片拼装机排土机构

在盾体中还安装有排土机构，主要包括螺旋输送机和皮带输送机。碴土由螺旋输送机从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，龙门吊将土箱吊至地面，并倒人碴土坑中。②车架部分

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。盾构机的车架部分主要由以下几部分组成：连接桥、五节车架及其上面安装的盾构机操作所需的操作室、连接桥在其下部安装有管片运输设备，包括管片输送车、运送管片的电动吊车的连接桥轨道。1＃车架

安装有盾构机的中央操作室、注浆设备、运送管片的电动吊车。盾构机中央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。盾构机操作室的作用是用来操作盾构机，实现盾构机的各种功能。注浆设备主要包括两个注浆泵、浆液箱及管线。盾构机掘进时，注浆泵泵出的浆液被同步注入隧道管片与土层之间的环隙中，浆液凝固后就可以起到稳定管片和地层的作用。中央操作室注浆设备2＃车架

安装有包含液压油箱在内的液压泵站、膨润土泵和膨润土箱。液压油箱及液压泵站作用是为整个盾构机的液压设备提供压力油。膨润土装置作用是用来改良土质，以利于盾构机的掘进。液压泵站膨润土箱膨润土泵3＃车架

装有盾尾密封油脂泵及润滑油脂泵，泡沫系统，一组配电柜及一台二次风机。盾尾密封油脂泵作用是在盾构机掘进时将盾尾密封油脂盾尾壳体与管片之间的腔室中，以防止注射到管片背后的浆液进入盾体内。

润滑油脂泵作用是将油脂给刀盘驱动齿轮箱、螺旋输送机齿轮箱及刀盘回转接头中进行润滑。泡沫系统的作用是产生泡沫，并向盾构机土仓中注入泡沫，用于开挖土层的改良，作为支撑介质的土在加入泡沫后，其塑型、流动性、防渗性和弹性都得至U改进，可减少盾构机掘进驱动功率和刀具的磨损。二次风机用来给盾构机提供良好的通风。配电柜泡沫系统风机润滑油脂泵盾尾密封油脂泵4＃车架

装有变压器、电缆卷筒、两台空压机、一个1立方米贮气罐。变压器、电缆卷筒的作用是将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。

空压机是用来给整个盾构机各个用气部件及装置提供压缩空气。电缆卷筒空压机贮气罐5＃车架

装有供水系统（供水泵、水管卷筒）、风管盒。供水系统的用途：给盾构机的液压油箱、驱动装置、空压机、配电柜中的电器部件及刀盘驱动的变速箱提供冷却功能，为泡沫剂的合成提供用水，提供给盾构机及隧道清洁用水。第2节土压平衡加泥式盾构机简介1.技术数据该盾构机设计适用土层为淤泥质黏土、黏土、粉质黏土、沙质粉土、粉质沙土，最大覆土深度30m。盾构机设计使用的管片为内径5500mm，外径6200mm，管片厚度350mm管片的最大宽度为1.2m。该盾构机壳体长度8581mm，盾构机主机长11400mm。盾构机最大外径6340mm，最小转弯半径300m，最大爬坡度4.4%，总推力34180KN，工作扭矩4070KNm，最大扭矩5040KNm。总长58.566（米），总配置功率1369kW，最大掘进速度可达6cm/分钟，最小水平转弯半径300m。2.盾构机的组成该盾构机由以下组成：1）盾构机主机----刀盘----切口环----支撑环----盾尾

2）盾构机车架----双梁系统----1＃车架----2＃车架----3＃车架----4＃车架----5＃车架3.盾构的各部结构

3.1盾构机主机盾构壳体由切口环、支承环和盾尾组成。盾构壳体具有足够的强度以承受土压力、水压、盾构千斤顶推进反力和掘进反力。技术数据盾壳外径：Ø6340mm盾尾内径：Ø6260mm盾壳厚度：40mm盾尾间隙：30mm主机全长(刀盘中心刀刀头到盾尾)：11400mm刀盘盘体长度（不含刀具）：400mm切口环长度：1836mm支承环长度：3492mm盾尾长度：2700mm盾构全长：约59000mm灵敏度：1.35主机重量：约250吨A刀盘刀盘是盾构掘进机的关键部件，采用中间支承形式，刀盘面板上布置有开挖刀、中心刀、周边刀三种形式的刀具。类型：面板式刀盘开口率：35%切削直径：6340mm主切削刀：96把中心切削刀：1把周边切削刀：8把主切削刀采用全断面双向布置在主梁上的形式，保证刀盘不论正反转，在切削轨迹上都有两把以上的开挖刀进行切削。主切削刀布置按照刀盘内外圈切削受力的不同而合理分配，同时在刀盘外圈副梁上增加开挖刀，改善刀盘的切削能力。中心切削刀设计采用单边一字形式，在中心切削刀切削直径不变的前提下，增加了刀盘中心区域的开口率，能有效地避免泥饼现象的产生。而沿刀盘圆周布置的周边切削刀在刀盘旋转切削后，能形成与盾构壳体直径相等的一圈软土真空腔，改良土体的流入，降低了摩擦力，增加周边切削刀可以降低无功消耗、提高有效切削能力。B刀盘驱动刀盘驱动装置为刀盘开挖掘进提供所需的转动扭矩，是整个盾构的核心部件。它是由9组液压马达和1套从德国进口的重型三排圆柱组合轴承（带内齿）等组成。技术数据类型：中间支承型油马达组：9组刀盘正常工作扭矩：4070KNm刀盘最大工作扭矩：5040KNm刀盘转速：0~1r/min旋转方向：顺或逆时针方向最大工作压力：32MPa额定工作压力：28MPaC切口环由密封舱隔板将盾构分隔成开挖区和工作区，隔舱板与刀盘体之间的空间形成土舱用于堆积刀盘切下来的碴土，并在舱内进出，处在动态平衡的压力下。密封隔舱面板的上下左右位置装有土压传感器，用来测定土舱内的土压。另外，还有若干的加泥加水口，用来改善土舱内的土体性质。刀盘驱动装置安装在隔舱板座孔上，螺旋机安装在隔舱板下部预留法兰座上。工作区安装有人行闸、液压管路、阀组等。D支撑环支承环内部焊有加强环圈和“H”型梁，以保证足够的强度和刚度。“H”梁上横挂工作平台，盾构机的推进千斤顶沿圆周方向均布于支承环的千斤顶安装孔座上；用于管片拼装的拼装机安装在支承环的后部，H型支架增加了支承环的强度并用于拼装平台和双梁系统的安装。支撑环的主要组成部件1）推进机构盾构的推进机构提供盾构向前推进的动力。推进机构包括16组（32个）推进油缸和推进液压泵站。推进千斤顶包括13组26只短行程千斤顶，行程为1490mm：以及3组6只长行程千斤顶，行程为2240mm。支撑环的主要组成部件1）推进机构盾构的推进机构提供盾构向前推进的动力。推进机构包括16组（32个）推进油缸和推进液压泵站。推进千斤顶包括13组26只短行程千斤顶，行程为1490mm：以及3组6只长行程千斤顶，行程为2240mm。推进系统油缸的分区如图所示，16组盾构千斤顶分为四个压力区域，即上压力区（一区）、右压力区（二区）、下压力区（三区）、左压力区（四区），各区推进油缸的工作压力比例可调。其中蓝色位置的4只油缸（2#，10#，18#，26#）设有行程传感器，由此我们可以知道油缸的伸出长度和盾构的掘进状态。最大总推力：34180KN单位面积推力：1083KN/M2推进千斤顶（长行程）3组（6只）（1068KN×2240s×34MPa）推进千斤顶（短行程）13组（26只）（1068KN×1490s×34Mpa）最大工作压力：34MPa额定工作压力：25Mpa推进速度: 0~6cm/min2）人行闸人行闸由主舱和预备舱组成，两舱被压力门分隔开。在检查和维护作业的过程中，负责作业的人员可携带工具进入开挖舱。人行闸及承压隔板上有1个直径为560mm圆形闸门以进入开挖室。E盾尾盾尾具有足够的长度满足开挖和衬砌管片安装的工作空间。盾尾密封由二道钢丝刷和一道钢板刷组成，在施工中通过盾尾油脂压注系统向管片和盾尾密封之间充填油脂来保证密封效果和减少摩擦力。通过注浆管路压入浆液，充填建筑间隙，防止漏水和地面沉降。盾尾密封确保盾构壳体的内表面和管片的外表面之间的密封，防止砂土和水的涌入。盾尾密封共设置三道，内侧两道为钢丝刷，外侧一道为钢板刷。钢丝刷和各道密封间充填盾尾密封油脂。盾尾密封装置中设有盾尾密封油脂压注系统，盾壳上的加脂管道为外置式加脂管道，通过加脂控制系统对盾尾密封处进行加脂操作。F管片拼装机管片拼装机采用挡轮、托轮将拼装机盘体支承于盾构支承环上，拼装机具有回转、提升、平移和钳口调整夹紧四个动作，以满足管片拼装的动作要求，并配有电缆卷筒，以改善拼装机的工况条件。拼装机的回转动作是由一台带制动的液压马达驱动，拼装机的回转速度为高低两档：0.5rpm、1.0rpm，回转角度为±210°；提升动作由2只提升油缸来完成，提升行程为730mm；平移动作由1只平移油缸来完成，平移行程为1000mm；钳头调节夹紧动作由4只钳口油缸来完成。类型：齿环式回转速度:0.5rpm/1rpm（2档调速）回转角度：±210°回转扭矩：100KN·M回转工作压力：21Mpa最大单块管片吊重:4.5t提升千斤顶：2只平移千斤顶：1只钳口千斤顶：4只回转液压马达：1台G螺旋输送机螺旋输送机位于开挖室下部，其作用是有效地排除弃土和更好地控制土压力。螺旋输送机的可变转速，和任何时候都是可调的弃土隔离闸门开口，一起限定了土压力值。这样就可以使开挖下来的弃土在加压模式开挖中不断地被排出。螺旋机的壳体上设有2个加水加泥口，用来改善土体流动性。另外还配备了1对闸门紧急开关装置，用于紧急状态时及时关闭螺闸门。类型：芯轴式螺旋输送机驱动方式： 液压马达驱动螺杆转速： 0.5～16rpm/min最大出土能力：260m3/h扭矩：45kN.m闸门类型：闸板门驱动类型：液压缸驱动安全装置：蓄能器在断电时提供液压动力2）盾构机车架A

盾构机主机与车架连接部位双梁系统

作用：用来连接盾构机主机与车架，吊运管片至管片拼装机。类型：环链葫芦+走行机构起重重量：3.2+3.2T提升速度：3.5m/min移动速度：116mm/s电机功率：3.5x2+0.75x2kwB皮带输送机皮带输送机的作用是把螺旋机卸料口的出土运送到土箱车。皮带机由驱动单元和位于后配套上的出料口组成。皮带上有防跑偏装置。皮带输送机主要由以下部件组成：皮带、卸料部件、张紧装置。全长采用挡板结构，尾部设有进料斗。皮带输送机的头部采用螺旋拉紧形式，张紧行程600mm。头尾部设有清扫器，头部和尾部分别设有2组喷淋水管，用以清扫。皮带输送机的左右各有一对紧急停止按钮。整机能够在水平曲线200m的弯道上使用。类型：内置电机电滚筒驱动最大输送量：310m3/h带速：1.6m/s带宽：650mm输送长度：28m电机功率：15KwC1＃车架1＃车架长6500mm左面为注浆系统中间为单梁系统右面为操作室1＃车架右面-操作室1＃车架中间-单梁系统

作用：用来倒运管片和钢轨等材料类型：环链葫芦+自行机构起重重量：

5T提升速度：3.5m/min移动速度：119.5mm/s电机功率：3.5+2.2kw单梁系统1＃车架左面-注浆系统注浆系统为自带液压控制系统的注浆系统，它由搅拌桶和双杆泥浆泵组成，注浆的流量和压力可通过调节液压泵的流量和压力的大小来进行控制和调节。技术参数类型：卧式搅拌桶+双杆注浆泵额定压力：5MPa流量：8M3/h电机功率：22Kw/18.5Kw注浆点设置：5点（沿盾壳周边）搅拌桶容量：4m3搅拌桶电机功率：18.5kw双杆注浆泵注浆罐D2＃车架2＃车架长6500mm左面为加泥加水系统右面为--盾尾油脂压注系统

--集中润滑系统

--稀油润滑系统2＃车架左面-加泥加水系统

加泥加水系统由一台注水泵、搅拌桶、四台螺杆泵和阀件组成.可根据需要向土舱和刀盘前部加注水或泥浆。技术参数类型：卧式搅拌桶+螺杆泵+离心泵数量：4台流量：31.3M3/h最大工作压力：1.2MPa螺杆泵电机功率：5.5X4Kw搅拌桶容量：7m3搅拌桶电机功率：18.5kw加水泵流量：12.5m3/h加水泵扬程：50m离心泵电机功率：5.5kw加泥点设置：4（刀盘）×4（密封隔仓）×2（螺旋机）螺杆泥浆泵加泥搅拌桶2＃车架右面-

盾尾油脂压注系统盾尾油脂的压注由气动压注泵完成，系统由一台空压机提供动力。它主要用于对盾尾密封装置进行补充充填盾尾密封油脂。盾尾油脂系统的开启在驾驶室操作完成。盾尾油脂的分配分为自动和手动2种模式。盾尾油脂泵空压机2＃车架右面-

集中润滑系统集中润滑系统由电动自动补脂泵、电动干润滑电动泵、压力开关、分配器和单向阀等组成，构成双线干油润滑系统。油脂润滑系统主要用于润滑大轴承前的土砂密封圈。集中润滑系统由控制台进行控制，其运转方式分为连续压脂和间断压脂、自动和就地（强制）控制。当润滑油脂压力低于某一压力A时，则处于连续压脂状态；当油脂压力处于A压力和B压力之间时，则处于间断压脂状态；当油脂压力高于B压力时，则集中润滑电机将停止运转。在刀盘液压系统运转前，应先运转集中润滑系统，在掘进过程中集中润滑系统根据油脂压力作连续或间断运行。集中润滑油脂泵2＃车架右面-

稀油润滑系统稀油润滑系统由稀油循环泵站、磁性过滤器、阀门等组成。稀油润滑系统主要用于润滑大轴承的齿轮和小齿轮的。在刀盘液压系统运转前，应先运转大轴承稀油润滑系统，在掘进过程中润滑系统持续运行。稀油润滑系统E3＃车架3＃车架长6500mm左面为刀盘驱动液压系统右面为--变压器柜

--低压配电柜3＃车架左面-刀盘驱动液压系统采用开式系统，由3台丹尼逊液压件公司的液压泵供油驱动9台并联定量液压马达回转；可以分别控制液压马达的回转方向与转速。冷却器和过滤器使油液得到更新冷却和清洁作用。电机功率：3×160Kw1＃刀盘泵组2＃刀盘泵组3＃刀盘泵组主油箱3＃车架右面-

变压器柜/低压配电柜

1＃低压配电柜变压器1台规格：10/0.4KV1000KVAF4＃车架4＃车架长6500mm左面为

--推进液压系统

--拼装机提升、平移液压系统--拼装机回转液压系统--螺旋机闸门液压系统--螺旋机驱动液压系统右面为--高压开关柜

--2＃低压配电柜4＃车架左面-液压系统分布推进泵组管片拼装机回转泵组螺旋输送机驱动泵组螺旋输送机闸门泵组辅助油箱①推进系统采用开式系统。由1台37Kw电机驱动液压泵分别供油给32只推进油缸。由16只电磁换向阀分别控制16组推进油缸的伸缩动作。16组推进油缸分上、下、左、右四区，各由4个比例减压阀控制各区的压力。设置液压锁起到安全保护和防止盾构后退的作用，由切换总阀和2组溢流阀组提供了2种系统压力，高压用于盾构的推进和在拼装状态千斤顶的回缩；低压用于在拼装状态千斤顶的伸。②拼装机回转液压系统:采用开式系统。由1台22KW电机驱动液压泵供油，驱动1台径向大扭矩液压马达回转，由2组由电磁换向阀-节流阀-平衡阀组成的控制阀组控制液压马达的回转方向和转速，平衡阀对液压马达起平衡和安全保护作用。③拼装机提升、平移液压系统:采用开式系统。油箱采用气囊形式的密闭油箱；1只平移油缸、2只提升油缸、4只钳头油缸的动力油由11KW电机驱动的齿轮泵提供；4组由电磁换向阀-单向平衡阀-节流阀组成的支撑控制阀组控制4个钳头油缸的伸缩动作；由电磁换向阀-节流阀组成的平移控制阀组控制平移油缸的伸缩动作；由电磁换向阀-平衡阀-节流阀组成的控制阀组控制2只提升油缸的伸缩动作，电磁阀起换向作用，平衡阀起平衡和安全保护作用，节流阀起调速作用。④螺旋机驱动液压系统采用开式系统。由1台90KW电机驱动的液压泵向液压马达供油，由电磁换向阀控制液压马达的转向。⑤螺旋机闸门液压系统采用开式系统。由1台7.5KW电机驱动的液压泵供油给1只闸门油缸，由电磁换向阀控制闸门开闭，由手操换向阀-单向阀-电接点压力表、蓄能器起构成自动补油和紧急关闭控制系统。4＃车架右面-

高压开关柜/2＃低压配电柜

G5＃车架5＃车架长6500mm左面为

--水箱、冷却、加水系统

右面为--放置高压电缆5＃车架左面-

冷却系统与加水系统冷却系统由1台7.5kw（流量65m3/h）的水泵和2台冷却器组成，用于液压系统的冷却。加水系统由水箱和1台加水泵组成，用于盾构机用水。冷却水泵加水泵冷却器水箱5＃车架右面-放置高压电缆

堆放电缆冷却系统与加水系统H电气系统1）供电方式采用10KV高压供电方式，电源来自地面施工变电所10KV配电柜，通过一根型号为UGEF－11KV－3×35＋1×16的高压橡套电缆向盾构供电，电缆沿隧道一侧敷设，直至4＃台车的高压开关柜。盾构5＃台车（右）为高压电缆堆放平台。3＃车架4＃车架5＃车架1＃配电柜变压器2＃配电柜10KV高压开关柜电缆堆放2）电压等级和用途供电电源：交流10KV，三相50HZ。动力电源：交流380V，三相50HZ。照明电源：交流220V，单相50HZ。控制电源：交流220V，单相50HZ。仪器仪表电源：直流24V、10V。电磁阀电源：普通电磁阀，交流110V，单相50HZ。比例泵和比例阀电源：直流24V3）电气设备的接地盾构电力变压器低压侧为中性点直接接地系统。利用盾构特大面积的金属外壳作为工作接地体，与主变压器低压侧的中性点直接连接，形成一个可靠的接地系统。盾构内所有台车的金属构架、配电箱柜和单体电气设备的电动机金属外壳（如电动机、控制箱柜、接线盒、盾构的高压柜和变压器的外壳等）均应可靠接地。固定安装在盾构壳体和各台车车架上的电动机应和金属壳体和车架可靠连接，若两侧车架连接未采用电焊焊接，则车架之间应作接地跨接。4）照明系统盾构照明采用环境照明和局部照明结合，照度满足盾构施工和盾构维修的需要。环境照明中配用不少于1/3的应急照明灯具，应急时间2小时。主要照明灯具采用防水单管荧光灯具（220V18W）。盾构内和拼装区各配置4套18W灯具，台车通道每节配置4套18W灯具，其中应急灯具共为11套。拼装区和台车首尾各增设2套投光灯具（250W）。未经设计人员同意，不得任意增加照明灯具，以免因为过载损坏照明变压器。5）盾构控制盾构设备的电动机均由低压配电柜直接供电和控制，它们的启动、运转和停止均应满足各系统工艺和时序的要求。盾构设4个PLC站，主站位于控制台、1#站位于1C柜、2#站位于2C柜、3#站位于拼装控制箱。盾构的推进操作集中在控制台上进行，拼装操作分散在控制台、千斤顶操作盒、拼装操作盒等上进行本盾构数据采集系统，是基于Windows操作平台，以MicrosoftAccess为后台数据库，应用组态王等开发工具开发完成的实时数据采集系统。系统还配置了电接点压力表，液位开关，压力开关、接近开关等检测元器件。第3节

泥水加压式盾构机简介（一）盾构机主要技术数据介绍

本标段采用德国海瑞克公司生产的复合式泥水平衡盾构机，型号为Mix-6250，其开挖直径为6.28（米），总长77.755m（米），总配置功率1369kW，最大掘进扭矩5213kN·m，最大推进力为34210KN，最大掘进速度可达6cm/分钟，最小水平转弯半径300m。本盾构机采用西门子公司的S7-400PLC自动控制系统控制，配备了机电一体化的液压驱动系统、同步注浆设备、二次注浆设备、泥水回路设备、管片拼装设备、隧道激光导向设备等，并可在地面监控室对盾构机的掘进进行实时监控。刀盘前盾中盾盾尾连接桥车架1车架2车架3车架42.泥水式盾构机工作流程泥水平衡式盾构机是利用安装在盾构机最前面的全断面切削刀盘，在刀盘扭矩力和推进油缸推力的作用下，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，将正面的土体切削下来通过刀盘上的开口，进入到刀盘后面的开挖舱内。地面泥水处理站通过泥水系统进浆管路，把调配好的浆液输送到刀盘的开挖舱里，并使舱内具有适当的压力与开挖面的土压力和水压压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降。与此同时，安装在开挖舱下面的泥水排出管路进行连续排泥作业，通过排泥管路把泥浆输送至地面泥水处理站。盾构机掘进一环的距离后，通过操作管片拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。泥水平衡式盾构施工工艺流程图施工准备盾构机就位盾构机始发盾构机推进出土管片拼装盾构机到达拆吊盾构,车架及其它设备盾构区间完成泥水处理站安装三通一平后盾支撑布置盾构安装调试始发（防水）装置安装就绪洞门处理,土体加固施工参数测量采集注浆轴线控制盾尾油脂加注浆液车送浆地面浆液站拌浆始发架安置通过排泥管路排出管片运输浆液通过进浆管路进入成环测量接收井排水装置安装就绪隧道端头封墙接收架安装贯通测量其它配套设备安装始发井排水装置安装就绪数据反馈施工参数调整泥浆泥水处理站洞门处理,土体加固3.泥水式盾构机工作原理泥水式盾构机施工时稳定开挖面的工作原理是：以泥水压力来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面的稳定，同时，控制开挖面变形和地基沉降，在开挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于开挖面。前盾中间装有一道分割隔板，将前盾分隔成两部分，在分割隔板的前面叫开挖舱，里面充满了压力泥浆；在分割隔板的后面叫气垫调解舱，由压缩空气和泥水双重系统组成，在盾构轴线以上部分叫气垫舱，里面加入压缩空气，形成气压缓冲层；下面叫调节舱，里面为压力泥浆。气压作用在隔板后面的泥浆，由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此只要调节空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力；当盾构掘进时，由于泥浆的流失或盾构推进速度变化，进出泥浆量将会失去平衡，空气和泥浆接触面位置就会出现上下波动现象；通过液位传感器，可以根据液位的变化控制供泥泵的转速，使液位恢复到设定位置，以保持开挖面支护压力的稳定；当液位达到最高极限位置时，可以自动停止供泥泵，当液位到达最低极限位置时，可以自动停止排泥泵，气垫舱的压力是根据开挖面需要的支护泥浆压力而确定的，空气压力可通过空气控制阀使压力保持恒定，同时由于空气缓冲层的弹性作用，使液位波动时对支护液也无明显影响。4.泥水式盾构机的组成盾构机主要以下系统组成，分别是推进及铰接系统、刀盘及驱动系统、管片拼装系统、泥水回路系统、同步注浆系统、二次注浆系统、集中润滑系统、盾尾密封系统、水冷却系统、工业用气系统、开挖舱保压系统、电气及中央控制系统、数据采集系统、SLS-T隧道激光导向系统，这些系统分别安装在盾构机的盾体和车架上。下面分别介绍如下：

盾体：盾体是由刀盘、前盾、中盾和盾尾通过螺栓连接组成的。刀盘直径6.28m，前盾，中盾，盾尾的外径分别是6.25m、6.24m、6.23m。刀盘前盾中盾盾尾（1）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26％，刀盘直径设计为6260mm，加上边缘滚刀高度，直径为6280mm，是盾构机上直径最大的部分。重约55t，加上刀具的重量约为65T左右，厚度（长度）755mm。刀盘驱动可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现0～2.5转/分钟的无级变速。刀具的布置刀盘刀具的布置既要考虑对软土掘进的适应性，又要考虑对硬岩区段掘进的适应性。本工程中刀盘上共布置有100把刀具，使用的刀具类型及数量为：①边缘区双刃滚刀计6把；②边缘弧形刮刀（周边刀）计16把；③正面齿刀（刮刀）计64把；④正面区单刃齿刀(或双刃滚刀)计8把；⑤中心区双刃齿刀(或双刃滚刀)计6把。正面区滚刀和中心区滚刀可根据需要与齿刀互换。每把滚刀最大受力为250kN。刀具布置组合本盾构机根据工程需要采用了软岩刀具布置和硬岩刀具布置两种刀具布置形式，区别在于正面区与中心区齿刀和滚刀的互换。软土刀具组合：边缘双刃滚刀（6把）+边缘弧形刮刀16把）+正面齿刀（64把）+正面区单刃齿刀（8把）+中心区双刃齿刀（6把）硬岩刀具组合：边缘双刃滚刀（6把）+边缘弧形刮刀（16把）+正面齿刀（64把）+正面区双刃滚刀（8把）+中心区双刃滚刀6把）盾构机刀具型式多样，充分针对地质变化的多样性进行设计：硬岩段使用滚刀掘进；软土层采用软土刀具掘进，可增加刀盘开口率，地层适应范围更广。