土壓平衡盾構工作原理及結構

1、1土壓平衡盾構工作原理及結構2一、土壓平衡盾構簡介二、土壓平衡盾構工作原理三、土壓平衡盾構結構四、盾構開挖面平衡機理目目 錄錄34 土壓平衡盾構的發(fā)展基于擠壓式盾構和泥水盾構，始于日本，20世紀70年代初，第一臺土壓平衡盾構由日本設計制造，直徑3.72m。1985年國內第一次引進土壓平衡盾構，直徑4.33m，1987年國內首臺土壓平衡盾構研制成功，直徑4.35m。發(fā)展概況發(fā)展概況5類型及模式類型及模式 為適應各種不同類型地層及盾構工作方式的不同，盾構主要有以下三種類型、四種模式：四種模式： 敞開式； 半敞開式； 土壓平衡式； 氣壓式。三種類型： 軟土盾構機； 硬巖盾構機； 混合型盾構機。67

2、刀盤旋轉切削泥土通過刀盤開口被壓進土艙，通過螺旋機轉到皮帶機上，然后輸送到碴車里。盾構在推進油缸的推力作用下向前推進，盾殼對挖掘出的還未襯砌的隧道起著臨時支護作用，承受周圍土層的土壓和水壓以及將地下水擋在盾殼外面。掘進、排土、襯砌等作業(yè)在盾殼的掩護下進行。工作原理工作原理1刀盤；2-土艙；3承壓隔板；4人艙；5推進千斤頂；6盾尾密封；7管片；8皮帶機；9拼裝機；10主驅動；11螺旋機8 盾構千斤頂的推力通過承壓隔板傳遞到土艙內的泥土漿上，由泥土漿的壓力作用于開挖面，以抵消開挖面處的地下水壓和土壓，形成平衡從而保持開挖面的穩(wěn)定。土壓平衡原理土壓平衡原理9土倉壓力控制因素土倉壓力控制因素增大增大/

3、 /減小推進速度減小推進速度增大增大/ /減少碴土排量減少碴土排量地下水壓地下水壓/ /土壓土壓10土倉壓力對地表的影響土倉壓力對地表的影響壓力過小地表壓力過小地表沉降沉降壓力過大地表壓力過大地表隆起隆起1112按結構分：主機和后配套。按功能分：控制系統(tǒng)、主驅動系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、出碴系統(tǒng)、管片運輸及拼裝系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、注脂系統(tǒng)、碴土改良系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等。土壓平衡盾構組成土壓平衡盾構組成 1.刀盤；2.主軸承；3.推進油缸；4.人艙；5.螺旋機；6.管片安裝機；7.排土閘門；8.管片小車；9.管片吊機；10.皮帶機13盾構主機盾構主機 主機由刀盤、前體、中體、盾尾、螺旋輸送機、管片安裝機等幾大部分

4、組成。14刀盤刀盤輻條面板式輻條面板式面板式面板式輻條式輻條式主要作用：切削和支撐15刀盤支承方式刀盤支承方式中心支承式 (a)中間支承式 (b) 周邊支承式 (c)16切削刀具切削刀具-軟土軟土17切削刀具切削刀具-硬巖硬巖硬巖刀具分類硬巖刀具分類切削刀具切削刀具齒刀齒刀切刀切刀 球齒滾刀球齒滾刀楔齒滾刀楔齒滾刀盤形滾刀盤形滾刀輔助刀具輔助刀具超挖刀超挖刀刮刀刮刀破巖刀具破巖刀具18前盾前盾 前盾又稱切口環(huán)，是開挖土倉和擋土的主要部分，位于盾構機的前端，結構為圓筒形，里面主要裝有刀盤驅動、人員艙、各種傳感器及部件等。19中盾中盾 中盾又稱支撐環(huán)，是盾構承受推力作用的主要受力結構。中盾內沿周邊

5、布置有推進千斤頂、鉸接油缸、管片拼裝機和部分液壓設備等。20盾尾盾尾 盾尾主要用于掩護隧道管片拼裝工作及盾體尾部的密封，通過螺栓或鉸接油缸與中盾相連，并裝有鉸接密封、注漿管路及油脂管道等。21人艙人艙 人艙是工作面與切削面之間的唯一通道，主要用于在需要檢查、更換刀具或維修刀盤及排除工作面異物等工作。分帶壓和常壓兩種工分帶壓和常壓兩種工作模式作模式。22螺旋機螺旋機 螺旋輸送機由筒體、伸縮油缸、液壓馬達、螺旋軸、出碴閘門等組成。主要有以下功能： 1）連續(xù)向外排碴，通過速度調整實現連續(xù)的動態(tài)土壓平衡； 2）排碴過程中形成土塞效應，維持土壓穩(wěn)定。伸縮油缸液壓馬達螺旋軸出碴閘門筒體23管片拼裝機管片拼

6、裝機 管片安裝機主要完成管片的安裝，由油缸、行走梁、支承架、旋轉架及抓舉頭等組成。24后配套后配套 后配套主要包括設備橋和拖車，每個拖車上都裝有支持盾構前進和施工的裝置，拖車通過設備橋與管片拼裝機的行走梁相接，跟隨盾構機前進。25控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要作用： 實現各系統(tǒng)間通訊及連鎖 實現各系統(tǒng)數據采集與處理 實現各系統(tǒng)參數調整與控制26驅動系統(tǒng)驅動系統(tǒng)驅動類型：變頻電機、一般電機、液壓驅動。主要作用：刀盤旋轉轉向調整轉速調整。變頻電機一般電機液壓驅動驅動部外形尺寸 中 大 小后續(xù)設備 少 少 較多效率 0.95 0.9 0.65起動力矩 大 較小 較大起動沖擊 小 大 較小轉速微調控制 好差 好

7、噪聲 小 小 大盾構溫度 低 較低 較高維護保養(yǎng) 易 易 較復雜27小齒輪 主密封及油脂 刀盤支座 盾構主體 刀盤室 電機 軸承箱 主軸承 主軸承潤滑及密封系統(tǒng)主軸承潤滑及密封系統(tǒng)28推進系統(tǒng)推進系統(tǒng)主要作用： 實現主機的向前推進 實現掘進速度的調整 實現盾構方向的調整下 部 上 部左 部 右 部29碴土改良系統(tǒng)碴土改良系統(tǒng)主要作用： 改善碴土流塑性，有利于碴土順暢排出 降低碴土密實度并減小摩擦 30注漿系統(tǒng)注漿系統(tǒng)主要作用： 管片壁后空隙填充，控制地表沉降 形成壁后屏障，形成防水層 穩(wěn)定管片與周圍巖體一體化31注脂系統(tǒng)注脂系統(tǒng)HBW注脂系統(tǒng) 主軸承密封注脂系統(tǒng) 盾尾密封注脂系統(tǒng)32供電系統(tǒng)供

8、電系統(tǒng)主要作用： 實現高壓電纜延伸 實現動力系統(tǒng)供電 實現控制系統(tǒng)供電 實現照明及應及照明供電33水循環(huán)、排污系統(tǒng)水循環(huán)、排污系統(tǒng)主要作用: 實現供排水管路延伸 實現各系統(tǒng)供水 實現各系統(tǒng)冷卻 實現施工污水排放34空氣系統(tǒng)空氣系統(tǒng)壓縮空氣：壓縮空氣： 實現盾構各氣動元件的供氣 實現人倉內人呼吸用供氣二次通風：二次通風： 實現通風管的延伸 實現施隧道內的通風效果，如降溫、排塵等35導向系統(tǒng)導向系統(tǒng)主要作用： 實現盾構方向的監(jiān)控（水平、豎直） 實現盾體滾動角監(jiān)控四、 盾構開挖面平衡機理4.1盾構施工中的技術難點壓力平衡盾構施工中的技術難點壓力平衡房屋開裂房屋開裂地表下沉地表下沉防洪堤坍塌防洪堤坍塌

9、土壓平衡盾構開挖面的穩(wěn)定由下列各因素的綜合作用而維持：土壓平衡盾構開挖面的穩(wěn)定由下列各因素的綜合作用而維持：u 土倉內的土壓力平衡地層壓力和水壓力；土倉內的土壓力平衡地層壓力和水壓力；u 螺旋輸送機調節(jié)排土量；螺旋輸送機調節(jié)排土量；u 適當保持泥土的流動性，根據需要調節(jié)添加劑的注入量適當保持泥土的流動性，根據需要調節(jié)添加劑的注入量。土倉壓力土倉壓力=水壓力水壓力+土壓力土壓力平衡平衡4.2 土壓平衡盾構開挖面平衡機理土壓平衡盾構開挖面平衡機理Pw 水 壓 力PE 土 壓 力PTBM 盾 構 土 倉 壓 力Pw +PE 水壓力水壓力+土壓力土壓力地面隆起地面隆起Pw 水 壓 力PE 土 壓 力PTBM 盾 構 土 倉 壓 力Pw +PE PTBM 地 表 面地 下 水 位EPB 盾 構