盾構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)、組成及工作原理

盾構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)、組成及工作原理陳慶賓2014年7月12目錄盾構(gòu)的工作原理和分系統(tǒng)介紹二盾構(gòu)的起源和發(fā)展趨勢(shì)趨勢(shì)一3盾構(gòu)的發(fā)展史和發(fā)展趨勢(shì)1818年，法國的布魯諾爾(M.I.Brune1)，最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的設(shè)想，并在英國取得了專利。1825年，他第一次在倫敦泰晤河下開始用一個(gè)斷面高6.8m、寬11.4m的矩形盾構(gòu)修建隧道，但先后兩次被淹。1843年，在后續(xù)氣壓平衡的加入下，經(jīng)過18年施工，完成了全長458m的第一條盾構(gòu)法隧道。4盾構(gòu)的發(fā)展史和發(fā)展趨勢(shì)Ｍ．Ｉ．Ｂｒｕｎｅｌ設(shè)計(jì)的在泰晤士河底施工的盾構(gòu)1828年1月12日泰晤河水涌入盾構(gòu)機(jī)5盾構(gòu)的發(fā)展史和發(fā)展趨勢(shì)在倫敦地下隧道施工的過程中，氣壓盾構(gòu)法的施工工藝不斷的革新，使得盾構(gòu)得到了相當(dāng)程度的發(fā)展，與此同時(shí)格雷賽德還提出了在盾尾后面的襯砌外環(huán)中充填漿液加固的施工方法，為盾構(gòu)的發(fā)展起到了重大的推動(dòng)作用；20世紀(jì)初盾構(gòu)法已經(jīng)在西方發(fā)達(dá)國家普遍使用，但氣壓法對(duì)于地質(zhì)的氣密性，人員的安全性，施工效率等方面還比較落后，直到20世紀(jì)60年代日本和德國的工程師在總結(jié)以往施工經(jīng)驗(yàn)的前提下更新提高了設(shè)計(jì)模型，提出了半氣壓、泥水平衡和土壓平衡盾構(gòu)，發(fā)展并完善了相應(yīng)的施工工藝和相應(yīng)的配套設(shè)備，慢慢形成了今天的盾構(gòu)工法；6盾構(gòu)的發(fā)展史和發(fā)展趨勢(shì)年代特征第一代(1818～1880年）Brunel的盾構(gòu)Greathead和Barlow的盾構(gòu)第二代(1880～1960年）機(jī)械式盾構(gòu)，氣壓式盾構(gòu)，開挖面的穩(wěn)定城市盾構(gòu)工法第三代(1960～1980年）閉胸式盾構(gòu)泥水式，土壓式第四代(1980～）橫向：高自動(dòng)化，大斷面，大深度，長距離，高速化斷面的多樣化；縱向：多模式且智能化切換，7盾構(gòu)的發(fā)展史和發(fā)展趨勢(shì)8盾構(gòu)的發(fā)展史和發(fā)展趨勢(shì)9盾構(gòu)的發(fā)展史和發(fā)展趨勢(shì)10盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹2.1總述2.1.1土壓平衡盾構(gòu)機(jī)通過土壓作用于開挖面以平衡開挖面的水土壓力。通過螺旋輸送機(jī)排放渣土。11水土土壓+壓=倉力力壓力盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹12土壓平衡盾構(gòu)的分類軟土土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主要用于軟土、砂土、雜填土、粘土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、粉土、交雜少量礫石等地層，如北京、上海、西安、南京、長春、蘇州等地鐵部分標(biāo)段。

盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹13 復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主要用于長沙、昆明、南京、南昌、南寧等中風(fēng)化、微風(fēng)化砂質(zhì)泥質(zhì)板巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、礫砂、角礫、塊石、圓礫、碎石等交互復(fù)合地層，及用于成都、蘭州、廣州、深圳等中粗砂、松散卵石、密實(shí)卵石、上軟下硬、巖層等地層。盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹142.1.2泥水平衡盾構(gòu)機(jī)通過泥膜的張力保持水壓力，以平衡作用于開挖面的土壓力和水壓力。開挖的渣土以泥漿形式輸送到地面，經(jīng)過分離再循環(huán)至開挖面。盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹15盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹16泥水平衡盾構(gòu)機(jī)分類就平衡的控制形式而言可分為日系泥水盾構(gòu)的直控式和歐系泥水盾構(gòu)的氣墊式。盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹172.2系統(tǒng)組成及工作原理刀盤刀盤是實(shí)現(xiàn)開挖功能的工作部件，是最能體現(xiàn)盾構(gòu)設(shè)計(jì)水平的部件，因其需要直接面對(duì)復(fù)雜多變的地質(zhì)和承受頻繁的沖擊載荷而對(duì)其要求極高。具有寬泛地質(zhì)適應(yīng)性的刀盤和適應(yīng)長距離連續(xù)掘進(jìn)的刀盤是行業(yè)面臨的共同問題。復(fù)合刀盤盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹軟土刀盤盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹主驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)、承受刀盤推力和扭矩，因其重要性和不易更換性等特點(diǎn)而被稱為盾構(gòu)的核心部件，包括變速箱、主軸承、減速機(jī)、密封、連接環(huán)件、高強(qiáng)螺栓等。按驅(qū)動(dòng)方式可以分為：電驅(qū)、液驅(qū)按刀盤支撐方式可以分為：中心支撐、中間支撐、周邊支撐按齒輪嚙合方式可以分為：內(nèi)嚙合、外嚙合主驅(qū)動(dòng)①中心支承方式②中間支承方式③周邊支承方式驅(qū)動(dòng)支承方式盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹支撐方式比較盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹中心支撐、液壓驅(qū)動(dòng)、內(nèi)嚙合傳動(dòng)主驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)形式按照驅(qū)動(dòng)形式分可分為變頻電驅(qū)和液驅(qū)盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹中間支撐、電驅(qū)動(dòng)、內(nèi)嚙合傳動(dòng)盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹

電驅(qū)和液驅(qū)對(duì)比表項(xiàng)目①變頻驅(qū)動(dòng)②液壓驅(qū)動(dòng)備注驅(qū)動(dòng)部外形尺寸大小一般①﹕②=（1.5～2）﹕1后續(xù)設(shè)備多較多①需要增加變頻設(shè)備等效率（％）9370液壓傳動(dòng)效率低起動(dòng)電流小小變頻起動(dòng)電流??；②無負(fù)荷起動(dòng)電流小起動(dòng)力矩大小起動(dòng)力矩可達(dá)到額定力矩的120％啟動(dòng)沖擊小較小利用變頻軟起動(dòng)，沖擊?。虎诳刂埔簤罕门帕?，可緩慢起動(dòng)，沖擊較小轉(zhuǎn)速控制、微調(diào)好好變頻調(diào)速；②控制液壓泵排量，可以控制轉(zhuǎn)速和進(jìn)行微調(diào)噪聲小大液壓系統(tǒng)噪聲大隧道內(nèi)溫度低高液壓系統(tǒng)傳動(dòng)效率低，功率損耗大，溫度高維護(hù)保養(yǎng)容易較困難液壓系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)要求高，保養(yǎng)較復(fù)雜盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹

密封方式比較：歐系盾構(gòu)密封多采用多道唇形橡膠密封+迷宮密封結(jié)構(gòu)，具有一次壽命長，耐高溫等特點(diǎn)，但需消耗HBW密封脂。日系盾構(gòu)密封多采用多道聚氨酯密封+迷宮密封結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，一次壽命短，不耐高溫，但不需消耗HBW密封脂。兩種密封形式各有千秋，如果能夠正確的使用都能達(dá)到密封效果。

盾體

盾體是設(shè)備和人員在隧道內(nèi)安全工作的保護(hù)屏障，同時(shí)也是安裝盾構(gòu)主機(jī)各部件的框架結(jié)構(gòu)，采用高強(qiáng)鋼板制作的盾體在滿足強(qiáng)度的前提下要提供足夠的工作空間，鉸接式盾體保證了小曲線半徑的順利通過。 按鉸接方式分為：后部推進(jìn)主動(dòng)鉸接、前部推進(jìn)被動(dòng)鉸接式 按前后盾體直徑關(guān)系分為：直筒型、錐型盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹

主動(dòng)鉸接式盾體被動(dòng)鉸接式盾體盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹

主動(dòng)鉸接：

前盾和中盾通過鉸接油缸連接，中盾和盾尾通過螺栓連接或焊接連接，推進(jìn)油缸裝在中盾上，鉸接油缸承受刀盤推力和前盾承受的土體反力和摩擦力。鉸接油缸和推進(jìn)油缸都能夠分區(qū)控制壓力和行程。被動(dòng)鉸接：

前盾和中盾通過螺栓連接，中盾和盾尾通過鉸接油缸連接，推進(jìn)油缸裝在中盾上，鉸接油缸主要承受盾尾的調(diào)向力和摩擦力。推進(jìn)油缸能夠分區(qū)控制壓力和行程，鉸接油缸通過回縮、放松和鎖緊幾種狀態(tài)切換被動(dòng)適應(yīng)中盾和成型隧道。盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹序號(hào)性能特點(diǎn)后部推進(jìn)主動(dòng)鉸接前部推進(jìn)被動(dòng)鉸接1糾偏操作性好不好2鉸接油缸推力大?。ㄍ献ЯΓ?推進(jìn)油缸側(cè)向力小大4盾殼內(nèi)部空間小大5盾殼受力差好6造價(jià)成本高低主動(dòng)鉸接和被動(dòng)鉸接的對(duì)比表盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹螺旋輸送機(jī)主要功能：出碴和保壓；螺旋軸形式：軸式、帶式；閘門結(jié)構(gòu)形式：弧形閘門、閘板門；驅(qū)動(dòng)方式：中間驅(qū)動(dòng)、后部驅(qū)動(dòng)；新結(jié)構(gòu)：雙螺旋；主要難題：保壓、耐磨；帶式螺旋軸式螺旋盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹流體系統(tǒng)同步注漿系統(tǒng)

通過盾尾的注漿管道將砂漿注入到開挖直徑和管片外徑之間的環(huán)形間隙。為管片提供支護(hù)，并起到密封控制降沉的作用；30同步注漿管布置：有外置式和內(nèi)置式兩種，外置式只能應(yīng)用于軟土地質(zhì)，內(nèi)置式同步注漿管布置不同廠家有不同的解決方案，性能各有千秋；內(nèi)置式注漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)外置式注漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹渣土改良系統(tǒng)

通過專用的外加劑，改良土體的流塑性和透水性等性質(zhì)以適應(yīng)盾構(gòu)施工；其主要由泡沫系統(tǒng)、膨潤土系統(tǒng)和聚合物注入系統(tǒng)等組成泡沫系統(tǒng) 由混合單元、發(fā)生單元、泵送單元及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成，主要作用是將泡沫原液與水以一定比例混合后輸送到泡沫發(fā)生器發(fā)泡膨脹后輸送到掌子面；膨潤土系統(tǒng)

由儲(chǔ)存攪拌單元、泵送單元及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成，主要作用是將已經(jīng)膨化好的膨潤土漿液輸送到掌子面；31渣土改良系統(tǒng)示意圖盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹盾尾密封系統(tǒng)

通過專用管路將盾尾密封油脂注入到盾尾的兩個(gè)盾尾密封腔內(nèi)用于密封盾尾；后配套拖車

后配套拖車是承載盾構(gòu)工作必需的電氣及液壓等設(shè)備，以及相應(yīng)的輔助施工設(shè)備的載體，是盾構(gòu)設(shè)備的重要組成部分；32盾構(gòu)的工作原理及分系統(tǒng)介紹33液壓系統(tǒng)