盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介PPT課件

第二節(jié)盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 盾構(gòu)是一個(gè)具備多種功能于一體的綜合性隧洞開挖設(shè)備 它集和了盾構(gòu)施工過(guò)程中的開挖 出土 支護(hù) 注漿 導(dǎo)向等全部的功能 目前 盾構(gòu)機(jī)已成為地下交通工程及隧道建設(shè)施工的首選設(shè)備被廣泛使用 優(yōu)點(diǎn) 不受地面交通 河道 航運(yùn) 季節(jié) 氣候等條件的影響 能夠經(jīng)濟(jì)合理地保證隧道安全施工 盾構(gòu)的掘進(jìn) 出土 襯砌 拼裝等可實(shí)行自動(dòng)化 智能化和施工運(yùn)輸控制信息化 掘進(jìn)速度較快 效率較高 施工勞動(dòng)強(qiáng)度較低 地面環(huán)境不受盾構(gòu)施工的干擾 缺點(diǎn) 盾構(gòu)機(jī)械造價(jià)較高 在飽和含水的松軟地層中施工地表沉陷風(fēng)險(xiǎn)大 隧道曲線半徑過(guò)小或埋深較淺時(shí)難度較大 設(shè)備的轉(zhuǎn)移 運(yùn)輸 安裝及場(chǎng)地布置等較復(fù)雜 為適應(yīng)各種不同類型土質(zhì)及盾構(gòu)機(jī)工作方式的不同 盾構(gòu)機(jī)可分為三種類型 四種模式 三種類型 軟土盾構(gòu)機(jī) 硬巖盾構(gòu)機(jī) 混合型盾構(gòu)機(jī) 四種模式 圖2 1盾構(gòu)機(jī)總圖 開胸式 半開胸式 半閉胸式 欠土壓平衡式 閉胸式 土壓平衡式 氣壓式 圖2 1盾構(gòu)機(jī)總圖 圖2 2盾構(gòu)機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)圖 一 刀盤 刀盤是盾構(gòu)機(jī)的核心部件 其結(jié)構(gòu)形式 強(qiáng)度和整體剛度都直接影響到施工掘進(jìn)的速度和成本 并且出了故障維修處理困難 常見的結(jié)構(gòu)有 平面圓角刀盤 平面斜角刀盤 平面直角刀盤 盾構(gòu)機(jī)刀盤應(yīng)滿足以下要求 刀盤應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度 刀盤應(yīng)有較大的開口率 針對(duì)地層的變化 能夠方便地更換硬巖滾刀和軟巖齒刀 刀盤結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的耐磨強(qiáng)度 刀盤上應(yīng)配置足夠的渣土攪拌裝置 刀盤上應(yīng)配置足夠的注入口 各口并裝有單向閥 以滿足刀具的冷卻 潤(rùn)滑和渣土改良 圖2 3刀盤 1 下面是海瑞克公司的刀盤結(jié)構(gòu)和參數(shù) 結(jié)構(gòu)形狀 平面圓角形刀盤 鑄造和焊接混合型 外形尺寸 F6280mmF6130mm 刀圈外經(jīng) 1410mm總厚 刀盤厚580mm 刀盤質(zhì)量 57000kg開口率 28 超挖刀行程 50mm刀盤轉(zhuǎn)0 6 1r min最大扭矩 I 4500KN mmII 1970KN mm脫困扭 5300KN mm結(jié)構(gòu) 刀盤前端面有8條輻板 開有8個(gè)對(duì)稱的長(zhǎng)條孔 其上配有滾刀 齒刀 座 刮刀座和2根攪拌棒 刀盤與驅(qū)動(dòng)裝置是用法蘭連接 法蘭與刀盤之間是靠四根粗大的輻條相連 為保證刀盤的抗扭強(qiáng)度和整體剛度 刀盤中心部分 輻條和法蘭是采用整體鑄造 周邊部分和中心部分采用先拴接后焊結(jié)的方式連接 以前該件需從國(guó)外進(jìn)口 現(xiàn)在已國(guó)產(chǎn)化 為保證刀盤在硬巖掘進(jìn)時(shí)的耐磨性 刀盤的周邊焊有耐磨條 面板上焊有柵格狀的Hardox耐磨材料 刀盤上裝有4路泡沫管并分8個(gè)出口 各口都裝有單向閥 裝有塔形滾刀超挖刀一套 配油管2根 其行程為 50mm 刀盤上可裝雙刃滾刀4把 單刃滾刀31把 正面齒刀64把 邊緣齒刀16把 2 刀具的配置 刀具的結(jié)構(gòu) 材料及其在刀盤上的數(shù)量和位置關(guān)系直接影響到掘進(jìn)速度和使用壽命 不同的地層條件對(duì)刀具的結(jié)構(gòu)和配置是不相同的 刀具種類 圖2 4單刃滾刀結(jié)構(gòu)圖 圖2 5雙刃滾刀結(jié)構(gòu)圖 雙刃中心刀 單刃滾刀 中心齒刀 窄齒刀 切刀 弧形刮刀 仿形刀 刀具的破巖機(jī)理 分軟巖切削機(jī)理和硬巖破巖機(jī)理 軟巖切削機(jī)理是刀具對(duì)土層的擠壓所產(chǎn)生的剪切力來(lái)破壞土層而達(dá)到切削效果 圖2 6軟土刀具切削機(jī)理示意圖 滾刀破巖要想達(dá)到滿意效果 必須滿足兩個(gè)條件 a 工作面的巖層要有一定強(qiáng)度 b 滾刀的啟動(dòng)扭矩要小 因?yàn)橐韵乱蛩睾茈y滿足以上條件 a 地質(zhì)因素 b 滾刀的制造質(zhì)量及工藝 c 滾刀質(zhì)量一致性 d 開挖模式問題 刀具配置的差異性 刀具配置的差異性表現(xiàn)在滾刀和刮刀的配置數(shù)量和高等級(jí)組合高度差等方面 刀具的高度差及組合高度差對(duì)開挖的影響 a 刀具高對(duì)防結(jié)泥餅有利 b 刀具的高度差大有利于破巖 表2 2配置差異表 滾刀與滾刀之間的刀間距 圖2 8刀間距示意圖 滾刀的刀間距也是影響破巖能力的關(guān)鍵因素 刀間距過(guò)大會(huì)在兩刀之間出現(xiàn)破巖的盲區(qū)而形成 巖脊 刀間距過(guò)小會(huì)將巖體碾成小碎塊 降低破巖功效 刀盤邊緣部分的刀間距一般都小于90mm 正面刀具的刀間距一般在100mm 有的在115 120mm 二 前體 前體又叫切口環(huán) 是開挖土倉(cāng)和擋土部分 位于盾構(gòu)的最前端 結(jié)構(gòu)為圓筒形 前端設(shè)有刃口 以減少對(duì)底層的擾動(dòng) 圖2 9前體結(jié)構(gòu)示意圖 在圓筒垂直于軸線 約在其中段處焊有壓力隔板 隔板上焊有安裝主驅(qū)動(dòng) 螺旋輸送機(jī)及人員艙的法蘭支座和四個(gè)攪拌棒 還設(shè)有螺旋機(jī)閘門機(jī)構(gòu)及氣壓艙 根據(jù)需要 此外 隔板上還開有安裝5個(gè)土壓傳感器 通氣通水等的孔口 不同開挖形式的盾構(gòu)機(jī)前體結(jié)構(gòu)也不相同 舉例參數(shù) F6250mm 直徑 X1700mm 長(zhǎng)度 X60mm 板厚 X57t 質(zhì)量 1 主驅(qū)動(dòng)裝置 主驅(qū)動(dòng)裝置由主軸承 八個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá) 八個(gè)減速器及主軸承密封組成 軸承外圈通過(guò)連接法蘭用螺絲與前體固定 內(nèi) 齒 圈用螺絲和刀盤連接 借助液壓動(dòng)力帶動(dòng)液壓馬達(dá) 減速器 軸承內(nèi)齒圈直接驅(qū)動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn) 舉例參數(shù) 最大扭矩 I 4500KN mII 1970KN m脫困扭矩 5300KN m輸出轉(zhuǎn)速 0 6 1r min主軸承外徑 F2600mm質(zhì)量 6 64t壽命 10000h 圖2 10主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖 三 中體 圖2 11中體結(jié)構(gòu)示意圖 中體又叫支承環(huán)是盾構(gòu)的主體結(jié)構(gòu) 承受作用于盾構(gòu)上的全部載荷 是一個(gè)強(qiáng)度和剛性都很好的圓形結(jié)構(gòu) 地層力 所有千斤頂?shù)姆醋饔昧?刀盤正面阻力 盾尾鉸接拉力及管片拼裝時(shí)的施工載荷均由中體來(lái)承受 中體內(nèi)圈周邊布置有盾構(gòu)千斤頂和鉸接油缸 中間有管片拼裝機(jī)和部分液壓設(shè)備 動(dòng)力設(shè)備 螺旋輸送機(jī)支承及操作控制臺(tái) 舉例參數(shù) F6240mm 直徑 X2580mm 長(zhǎng)度 X40mm 板厚 X31 4t 質(zhì)量 1 人員艙 人員艙是在需要壓縮空氣以平衡盾構(gòu)圍巖的水土壓力 以保持作業(yè)面的穩(wěn)定作業(yè)時(shí)使用 圖2 12人員艙結(jié)構(gòu)示意 舉例參數(shù) 結(jié)構(gòu)雙艙型 1800mm 長(zhǎng) X2550mm 寬 X1600mm 高 工作壓力 0 3Mpa實(shí)驗(yàn)壓力 0 45Mpa容納人數(shù) 普通艙3人 緊急艙2人 圖2 13推進(jìn)油缸分區(qū) 圖2 14推進(jìn)系統(tǒng)油缸分組圖 2 推進(jìn)油缸 盾構(gòu)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)提供盾構(gòu)向前推進(jìn)的動(dòng)力 推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括30個(gè)推進(jìn)油缸和推進(jìn)液壓泵站 推進(jìn)油缸按照在圓周上的區(qū)域分為四組 每組7 8個(gè)油缸 3 鉸接油缸 為了使盾構(gòu)在掘進(jìn)時(shí)能夠靈活的進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整及小曲線半徑掘進(jìn)時(shí)能夠順利通過(guò) 必須減少盾構(gòu)的長(zhǎng)徑比 它是通過(guò)鉸接油缸把盾構(gòu)的中體和盾尾相連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的 鉸接系統(tǒng)包括十四個(gè)鉸接油缸和預(yù)緊式鉸接密封 鉸接油缸一般處于保持位置 盾尾在主機(jī)的拖動(dòng)下被動(dòng)前進(jìn) 當(dāng)盾構(gòu)轉(zhuǎn)彎時(shí) 油缸也應(yīng)處于保持位置 盾尾可以根據(jù)調(diào)向的需要自動(dòng)調(diào)整位置 舉例參數(shù)油缸數(shù)量 14 油缸尺寸 F180mmXF80mmX150mm工作壓力 30Mpa牽引力 7340KN 四 盾尾及盾尾密封 圖2 16盾尾密封示意圖 圖2 15盾尾結(jié)構(gòu)示意圖 盾尾主要用于掩護(hù)隧道管片拼裝工作及盾體尾部的密封 通過(guò)交接油缸與中體相連 并裝有預(yù)緊式鉸接密封 鉸接密封和盾尾密封裝置都是為防止水 土及壓注材料從盾尾進(jìn)入盾構(gòu)內(nèi) 為減小土層與管片之間的空隙 從而減少注漿量及對(duì)地層的擾動(dòng) 盾尾做成一圓筒形薄殼體 但又要能同時(shí)承受土壓和糾偏 轉(zhuǎn)彎時(shí)所產(chǎn)生的外力 盾位的長(zhǎng)度必須根據(jù)管片的寬度和形狀及盾尾密封的結(jié)構(gòu)和道數(shù)來(lái)決定 由于施工中糾偏的頻率較高 盾尾密封要求彈性好 耐磨 防撕裂 能充分適應(yīng)盾尾與管片間的空隙 盾尾結(jié)構(gòu)示意圖一般采用效果較好鋼絲刷加鋼片壓板結(jié)構(gòu) 鋼絲刷中充滿油脂 既有彈性又有塑性 五 螺旋輸送機(jī) 圖2 18螺旋輸送機(jī)葉片 圖2 17螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 螺旋輸送機(jī)是土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的重要部件 其作用是 掘進(jìn)渣土排出的唯一通道 掘進(jìn)時(shí)通過(guò)螺旋機(jī)內(nèi)形成的土塞建立密封前方土倉(cāng)內(nèi)的壓力 有效地抵御地下水 螺旋輸送機(jī)由液壓馬達(dá)減速裝置驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)裝置與螺旋輸送機(jī)采用球形鉸接 以適應(yīng)螺旋軸的自由擺動(dòng) 為防止渣土的侵入 其輸出端采用了與主軸承外密封相同的結(jié)構(gòu) 并自動(dòng)注脂 螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速范圍可以在0 22rpm內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速 控制出土量很方便 調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)的出土速度是控制土倉(cāng)壓力的重要方法之一 圖2 19螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng) 舉例參數(shù) 形式 一端懸浮中心軸式 外徑 F900mm 導(dǎo)程 600mm 驅(qū)動(dòng)功率 315KW 最大扭矩 215kN m 轉(zhuǎn)速 0 22 4r min 無(wú)級(jí)調(diào)速 最大出土能力 300m3 h 最大通過(guò)塊度 300mm 閘門耐壓 0 3MPa 液壓式 六 管片安裝機(jī)構(gòu) 管片安裝機(jī)由 大梁 支承架 旋轉(zhuǎn)架及拼裝頭組成 大梁以懸臂梁的形式安裝在盾構(gòu)中體的支承架上 支承架通過(guò)行走輪可縱向移動(dòng) 旋轉(zhuǎn)架通過(guò)大齒圈繞支承架回轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)架上裝有兩個(gè)提升油缸用以實(shí)現(xiàn)對(duì)拼裝頭的提升和橫向擺動(dòng) 拼裝頭與鉸接的方式安裝在旋轉(zhuǎn)架的提升架上 安裝頭上裝有兩個(gè)油缸 用以控制安裝頭的水平和縱向兩個(gè)方向上的擺動(dòng) 其結(jié)構(gòu)如圖所示 圖2 20管片安裝機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 七 皮帶輸送機(jī) 皮帶機(jī)用于將螺旋輸送機(jī)輸出的碴土傳送到盾構(gòu)后配套的碴車?yán)?皮帶機(jī)由皮帶機(jī)支架 前隨動(dòng)輪 后主動(dòng)輪 上下托輪 皮帶 皮帶張緊裝置 皮帶刮泥裝置 和帶減速器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成 安裝布置在后配套連接橋和拖車的上面 為安全起見 其上設(shè)有3處急停開關(guān) 舉例參數(shù) 驅(qū)動(dòng)形式 電機(jī) 皮帶機(jī)長(zhǎng)度 45m 皮帶寬度 800mm 皮帶運(yùn)行速度 2 5m s 最大輸送能力 750m3 h 電機(jī)功率 30KW 八 拖車 盾構(gòu)的拖車屬門架結(jié)構(gòu) 用以安放液壓泵站 注漿泵 砂漿罐及電氣設(shè)備等 拖車行走在鋼軌上 拖車之間用拉桿相連 每節(jié)拖車上的安裝設(shè)備如下表 九 液壓系統(tǒng) 統(tǒng)及盾構(gòu)的液壓系統(tǒng)包括主驅(qū)動(dòng) 推進(jìn)系統(tǒng) 包括鉸接系統(tǒng) 螺旋輸送機(jī) 管片安裝機(jī)及輔助液壓系統(tǒng) 主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和螺旋輸送機(jī)液壓系統(tǒng)共用一個(gè)泵站 安裝在二號(hào)拖車上 主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和螺旋輸送機(jī)液壓系統(tǒng)各自為一個(gè)獨(dú)立的閉式循環(huán)系統(tǒng) 這樣可以保證液壓系統(tǒng)的高效率及系統(tǒng)的清潔 推進(jìn)系統(tǒng)和管片安裝機(jī)泵站安裝在盾殼內(nèi) 十 注脂系統(tǒng) 注脂系統(tǒng)包括三大部分 主軸承密封系統(tǒng) 盾尾密封系統(tǒng)和主機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng) 三部分都以壓縮空氣為動(dòng)力源 靠油脂泵油缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)將油脂輸送到各個(gè)部位 主軸承密封可以通過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)定油脂的注入量 次 分 并可以從外面檢查密封系統(tǒng)是否正常 盾尾密封可以通過(guò)PLC系統(tǒng)按照壓力模式或行程模式進(jìn)行自動(dòng)控制和手動(dòng)控制 對(duì)盾尾密封的注脂次數(shù)及注脂壓力均可以在控制面板上進(jìn)行監(jiān)控 當(dāng)油脂泵站的油脂用完后油脂控制系統(tǒng)可以向操作室發(fā)出指示信號(hào) 并鎖定操作系統(tǒng) 直到重新?lián)Q上油脂 這樣可以充分保證油脂系統(tǒng)的正常工作 十一 碴土改良系統(tǒng) 盾構(gòu)機(jī)配有兩套碴土改良系統(tǒng) 泡沫系統(tǒng)和膨潤(rùn)土系統(tǒng) 兩者共用一套輸送管路 在1號(hào)拖車處相接 十二 泡沫系統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)配有一套泡沫發(fā)生系統(tǒng) 用于對(duì)碴土進(jìn)行改良 泡沫系統(tǒng)主要由泡沫泵 高壓水泵 電磁流量閥 泡沫發(fā)生器 壓力傳感器 管路組成 其工作原理如圖所示 十三 膨潤(rùn)土系統(tǒng) 盾構(gòu)機(jī)還準(zhǔn)備加裝一套膨潤(rùn)土注入系統(tǒng) 在確定不使用泡沫劑的情況下 關(guān)閉泡沫輸送管道 同時(shí)將膨潤(rùn)土輸送管道打開 通過(guò)輸送泵將膨潤(rùn)土壓入刀盤 碴倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)內(nèi) 達(dá)到改良碴土地目的 根據(jù)實(shí)際需要 可以把膨潤(rùn)土箱內(nèi)裝入泥漿注入土倉(cāng)內(nèi) 膨潤(rùn)土只應(yīng)用在一些特殊的工程下 十四 注漿系統(tǒng) 盾構(gòu)機(jī)采用同步注漿系統(tǒng) 這樣可以使管