泥水平衡盾構(gòu)簡(jiǎn)介課件

泥水平衡盾構(gòu)簡(jiǎn)介

陳橋

盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2017年3月盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室泥水平衡盾構(gòu)簡(jiǎn)介 陳橋1盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2

匯報(bào)提綱一

泥水平衡盾構(gòu)概述二

泥水平衡盾構(gòu)組成

三

泥水平衡盾構(gòu)地質(zhì)適應(yīng)性范圍

四

泥水平衡盾構(gòu)應(yīng)用案例盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2 匯報(bào)提綱2盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3一

泥水平衡盾構(gòu)簡(jiǎn)介盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3一泥水平衡盾構(gòu)簡(jiǎn)介3盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１．概念

泥水平衡盾構(gòu)機(jī)（Slurry

Pressure

Balance

Shield，簡(jiǎn)稱SPB盾構(gòu)），

是一種通過控制泥水倉壓力來平衡掌子面水土壓力的盾構(gòu)機(jī)。泥水盾構(gòu)

是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，裝備刀盤及輸送泥漿的送排泥管和推

進(jìn)油缸，在地面上還配備有泥水處理設(shè)備。4盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１．概念44盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室２．分類

按照控制開挖面泥漿方式的不同，泥水盾構(gòu)可分為兩種：一種是日

本體系的直接控制型；另一種是德國體系的間接控制型（氣壓復(fù)合控制

型）。5刀盤進(jìn)泥管

排泥管連通管

泥漿壓縮空氣泥模形

成區(qū)

地層間接控制型直接控制型盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室２．分類5刀盤進(jìn)泥管排泥5盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1）直接控制型泥水盾構(gòu)的特點(diǎn)

直接控制型泥水系統(tǒng)流程如下：送泥泵從地面泥漿池將新鮮泥漿送入

盾構(gòu)的泥水倉，與開挖泥土進(jìn)行混合，形成稠泥漿，然后由排泥泵輸

送到地面泥水分離處理站，經(jīng)分離后排除土碴，而稀泥漿流向泥漿池，

再對(duì)泥漿密度和濃度進(jìn)行調(diào)整后，重新送入盾構(gòu)的泥水倉循環(huán)使用。

泥水倉中泥漿壓力，可通過調(diào)節(jié)送泥泵轉(zhuǎn)速或調(diào)節(jié)控制閥的開度來進(jìn)

行。由于送泥泵安在地面，控制距離長而產(chǎn)生延遲效應(yīng)不便于控制泥

漿壓力，因此常用調(diào)節(jié)控制閥的開度來進(jìn)行泥漿壓力調(diào)節(jié)。6盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1）直接控制型泥水盾構(gòu)的特點(diǎn)66盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2）間接控制型泥水盾構(gòu)的特點(diǎn)

間接控制型泥水盾構(gòu)，其泥水系統(tǒng)由泥漿和空氣雙重回路組成。在盾構(gòu)的泥水倉內(nèi)插裝一道半隔板，在半隔板前充以壓力泥漿，在半隔板后面盾構(gòu)軸心線以上部分充以壓縮空氣，形成空氣緩沖層，氣壓作用在半隔板后面與泥漿的接觸面上，由于接觸面上氣、液具有相同壓力，因此只要調(diào)節(jié)空氣壓力，就可以確定和保持在開挖面上相應(yīng)的泥漿支護(hù)壓力。7泥水倉氣墊倉盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2）間接控制型泥水盾構(gòu)的特點(diǎn)力。7盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室83）比較

間接控制型泥水盾構(gòu)與直接控制型泥水盾構(gòu)相比，泥水壓力的波動(dòng)小，對(duì)開挖面土層支護(hù)更為穩(wěn)定，對(duì)地表變形控制也更為有利。

直接控制型泥水盾構(gòu)開挖

倉內(nèi)的泥水壓力波動(dòng)較大，

一般在0.05~0.1MPa之間變

化間接控制型泥水盾構(gòu)控制精度高，開挖倉內(nèi)的泥水壓力波動(dòng)小，一般在0.01~0.02MPa之間變化。掌子面壓力的變化被迅速、準(zhǔn)確的平衡，降低了對(duì)地層的擾動(dòng)。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室83）比較間接控制型泥水盾構(gòu)控制8３．泥水平衡原理

泥水穩(wěn)定掌子面的方法源于地下連續(xù)墻的泥漿護(hù)壁原理，其基本原

理是通過在支撐環(huán)前面隔板的密封艙中，注入適當(dāng)壓力的泥漿，在開挖

面形成泥膜，支撐正面土體，并由安裝在正面的刀盤切削土體表面泥膜，

與泥水混合后，形成高密度泥漿。9

當(dāng)泥水壓力大于地下水壓力時(shí)，泥水按照達(dá)西定律滲入土體，形成

與土壤間隙成一定比例的懸浮顆粒，這些顆粒被捕獲并積聚于土體與泥

水的接觸區(qū)，逐漸形成泥膜。當(dāng)泥膜抵抗力遠(yuǎn)大于正面地層壓力時(shí)，產(chǎn)

生泥水平衡效果。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室３．泥水平衡原理9 當(dāng)泥水壓力大于地下水壓力時(shí)，泥水按照達(dá)9盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室10泥膜的類型無泥

膜泥皮泥膜滲透泥膜泥水幾乎不滲透，只形成泥膜泥水全部滲透，不產(chǎn)生泥膜介于前二者之間，即滲透又形成泥膜盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室10泥膜的類型無泥泥皮泥膜滲透泥10盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室11

類型1：泥皮泥膜，泥皮泥膜的建膜速度慢，密封性好，對(duì)泥漿指標(biāo)變化的敏感度高，泥漿濾失量小，一般用于開挖面的靜態(tài)支護(hù)。缺點(diǎn)是失水易開裂和剝落。易形成在滲透系數(shù)小的黏性土層；

類型2：滲透泥膜，滲透泥膜的建膜速度快，對(duì)泥漿指標(biāo)變化的敏感度低，適用于盾構(gòu)掘進(jìn)中開挖面的動(dòng)態(tài)支護(hù)，缺點(diǎn)是泥漿濾量大。易形成在砂質(zhì)土層中。

對(duì)于滲透系數(shù)大的砂礫層，泥膜形成的快慢與摻入泥水中砂粒的最大粒徑和含砂量（砂粒重/黏土顆粒重）關(guān)系密切，為發(fā)揮砂粒填堵土體空隙的作用，砂粒的粒徑應(yīng)該比土體孔隙大且其含量應(yīng)適中。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室11 類型1：泥皮泥膜，泥皮泥膜11盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室12二

泥水平衡盾構(gòu)組成盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室12二泥水平衡盾構(gòu)組成12排漿管盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室13破碎機(jī)１．盾構(gòu)主機(jī)簡(jiǎn)介

切口環(huán)

氣墊倉

刀盤支承環(huán)進(jìn)漿管

推進(jìn)油缸

管片拼裝機(jī)盾尾主驅(qū)動(dòng)

泥水倉排漿管盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室13破碎機(jī)１．盾構(gòu)主機(jī)簡(jiǎn)介13盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室２．刀盤系統(tǒng)

刀盤是泥水盾構(gòu)的主要工作部件，為各種盾構(gòu)刀具提供安裝位置，

根據(jù)工程實(shí)際需求，可分為常規(guī)泥水盾構(gòu)刀盤和帶常壓換刀裝置的刀盤。

前者厚度跟同尺寸的土壓平衡盾構(gòu)的刀盤厚度相當(dāng)，后者厚度一般接近

2m或以上。14盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室２．刀盤系統(tǒng)1414盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室15盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1515盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室16

刀盤的設(shè)計(jì)要求

(1)

能夠降低對(duì)刀具的磨損；

(2)

保護(hù)刀盤的鋼結(jié)構(gòu)，刀盤的結(jié)構(gòu)材料為Q345B

、16MnR、

GS52或相當(dāng)于這種材料的鑄鋼；

(3)

能夠?qū)崿F(xiàn)高的貫入度；

(4)

選擇降低刀具的磨損及維持掌子面穩(wěn)定的最優(yōu)刀盤開口率；

(5)

幅輪設(shè)計(jì)以使每個(gè)旋轉(zhuǎn)方向都有多個(gè)碴土出口；

(6)

2

個(gè)旋轉(zhuǎn)方向(正/反)；

(7)

刀盤前面有獨(dú)立的噴口用于防止刀盤結(jié)泥餅；

(8)

連接到主驅(qū)動(dòng)的連接臂（厚壁管）保證刀盤良好的穩(wěn)定性；

(9)

出碴通道的幾何設(shè)計(jì)必須滿足開挖倉容易出碴；

(10)

大的物料通道從刀盤外緣通到刀盤中心區(qū)域，這樣便于將挖掘的物料運(yùn)輸?shù)介_挖倉；

(11)

碴土開口設(shè)計(jì)限制大的石塊進(jìn)入，能通過的石塊復(fù)合泥水倉格柵和顎式破碎機(jī)的粒徑限制。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室16刀盤的設(shè)計(jì)要求16盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室17

安裝的刀具

（1）刮刀

①刮刀安裝在碴土通道的一側(cè)；

②高質(zhì)量的碳質(zhì)刀刃；

③寬度

100mm左右；

④可以從刀盤后面更換刀具。（2）鏟刀

：

①鏟刀的設(shè)計(jì)保證了快速、清潔的開挖；

②它們可以雙向進(jìn)行開挖，同時(shí)保證了開挖直徑的穩(wěn)定不變。

③鏟刀用可更換的螺紋固定到鋼結(jié)構(gòu)上，因此，可以被單獨(dú)更換。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室17 安裝的刀具17盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室18

（3）仿形刀

刀盤上安裝了仿形刀。安裝的仿形刀通過一個(gè)短行程的油缸進(jìn)行操作。仿形刀的伸縮則在主控室內(nèi)按每10°事先加以設(shè)置控制。

盾構(gòu)具有仿形超挖功能是目前盾構(gòu)中較為先進(jìn)的一種，其仿形超挖方位、超挖量可根據(jù)不同的施工要求而調(diào)整。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室18 （3）仿形刀18盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室19

（4）滾刀

滾刀為盾構(gòu)機(jī)主要的破巖工具，其數(shù)量根據(jù)刀盤尺寸大小和設(shè)計(jì)的刀間距來確定，其形式有單刃、雙刃、三刃、鑲齒滾刀等。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室19 （4）滾刀19盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室20

刀具更換

所有的滾刀、刮刀和鏟刀都可以在隧道內(nèi)從刀盤后部更換。一般不需要中途換刀。如有必要，刀具更換作業(yè)可以在常壓和帶壓方式下進(jìn)行。

（1）常壓更換

①開倉常壓更換：地面具備地層加固條件或事先已經(jīng)進(jìn)行了地層加固處理，開挖面的穩(wěn)定有保障，則可在常壓下進(jìn)行刀具檢查和更換作業(yè)。盾構(gòu)在選定地點(diǎn)停機(jī)后，將泥水倉里的泥漿排出一部分，直至泥水倉內(nèi)泥漿液面高度低于泥水倉隔板上的密封門，此時(shí)作業(yè)人員可以通過氣閘打開通往泥水倉的密封門在不帶壓的情況下進(jìn)入泥水倉，從而進(jìn)行刀具檢查和更換。地層加固停機(jī)、排出

泥漿進(jìn)倉進(jìn)行刀具檢修更換盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室20刀具更換地層加固停機(jī)、2021②利用常壓換刀裝置可常壓更換的切刀

安裝了常壓換

刀裝置的刀盤

常用于水下大直徑、長距離盾構(gòu)隧道，如上海長江隧道，南京長江隧道，

揚(yáng)州瘦西湖隧道，佛莞城際鐵路新獅子洋隧道等盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室21②利用常壓換刀裝置可常壓更換的切刀 安裝了常壓換21盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室22

（2）帶壓進(jìn)倉更換

①普通帶壓進(jìn)倉

盾構(gòu)推進(jìn)到選定地點(diǎn)停機(jī)，設(shè)定泥水倉內(nèi)的壓力，用壓縮空氣置換泥水倉內(nèi)的部分泥漿，使液位降到隔板密封倉門以下，與此同時(shí)人員進(jìn)入人倉，對(duì)人倉逐步加壓，直至與泥水倉壓力一致。之后，作業(yè)人員進(jìn)入泥水倉進(jìn)行刀具檢修更換作業(yè)。作業(yè)完成后，人員在人倉內(nèi)減壓，減壓結(jié)束后退出人倉。

缺點(diǎn)：作業(yè)效率低，作業(yè)人員有安全風(fēng)險(xiǎn)

②飽和氣體帶壓進(jìn)倉

基本作業(yè)流程與普通帶壓進(jìn)倉類似，不同之處是作業(yè)人員呼吸的是混合氣體（如氦氧混合氣體），而不是空氣，避免高壓情況下呼吸普通空氣引起的“氮麻醉”現(xiàn)象，體內(nèi)溶解的氣體達(dá)到飽和狀態(tài)后，作業(yè)人員可以一直生活在人造高壓環(huán)境中，直至工作完成，再減壓即可，避免普通帶壓進(jìn)艙壓力反復(fù)加減壓，避免了患減壓病的風(fēng)險(xiǎn)，也提高了作業(yè)效率。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室22 （2）帶壓進(jìn)倉更換22作業(yè)人員轉(zhuǎn)運(yùn)至人艙

23作業(yè)人員進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)艙飽和氣體帶壓進(jìn)艙作業(yè)流程

作業(yè)人員在生活艙加壓完成

后，進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)艙

作業(yè)人員通過轉(zhuǎn)運(yùn)艙進(jìn)

入生活艙休息

整個(gè)作業(yè)循環(huán)中，人員均處于高壓環(huán)境，待完成帶壓

進(jìn)艙作業(yè)后，人員一次減壓出艙

作業(yè)人員完成作業(yè)后進(jìn)

入人艙，等待轉(zhuǎn)運(yùn)

作業(yè)人員進(jìn)入高壓區(qū)作

業(yè)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入人員艙等待轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)人員作業(yè)人員飽和氣體帶壓進(jìn)艙作業(yè)流程 作業(yè)人員在生活艙23盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室３．刀盤主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

（1）概述

主要部件如下：齒輪箱、主軸承、密封支撐、刀盤安裝法蘭環(huán)、密

封壓緊環(huán)、內(nèi)外密封系統(tǒng)、小齒輪，驅(qū)動(dòng)部件（電機(jī)或馬達(dá)）和主軸承。

為給換刀作業(yè)留下空間，主驅(qū)動(dòng)可設(shè)計(jì)為具有伸縮性24驅(qū)動(dòng)電機(jī)液壓馬達(dá)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室３．刀盤主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)24驅(qū)動(dòng)電機(jī)液24盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室25可伸縮式主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可伸縮的距離盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室25可伸縮式主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可伸縮的距25盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室26

（2）主軸承

主軸承由三軸滾柱軸承支撐，帶有內(nèi)齒圈。軸承設(shè)計(jì)使用壽命10000小時(shí)，該軸承具有承受徑向和軸向推力的功能。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室26 （2）主軸承26盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室27內(nèi)密封

（3）主軸承密封系統(tǒng)

內(nèi)外兩個(gè)密封系統(tǒng)可將小齒輪或軸承室與泥水倉分隔開。密封系統(tǒng)使用一個(gè)多道唇密封系統(tǒng)，該系統(tǒng)有連續(xù)的油脂進(jìn)行潤滑。P0注入HBW油脂，P1注入EP2油脂，P2注入潤滑油，P3進(jìn)行泄漏檢測(cè)，P4注入齒輪油

外密封盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室27內(nèi)密封 （3）主軸承密封系統(tǒng)27盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室４．破碎及沖刷裝置

腭式破碎機(jī)安裝在泥水倉底部的排泥管前部，對(duì)較大的礫石進(jìn)行破

碎；液壓鄂式破碎機(jī)由重型油缸驅(qū)動(dòng)破碎腭，破碎器的破碎齒可更換，

并且可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)潤滑。

在破碎機(jī)的出料口安裝有150mm間隔的隔柵，以確保不會(huì)有大直徑

石塊進(jìn)入排泥管道。為避免堵管，在破碎機(jī)的出料口旁邊安裝2路泥水沖

洗管。28盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室４．破碎及沖刷裝置2828盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室29格柵排漿管沖涮管閘門被刀盤切削下的石塊沉到泥水倉底部，經(jīng)過破碎機(jī)破碎，通過格柵后才能被排漿管帶走為防止渣土在排漿管出堆積，引起滯排，利用沖刷管對(duì)排漿管口不斷沖刷，對(duì)渣土進(jìn)行攪拌，以便于排出

顎式破碎機(jī)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室29格柵排漿管沖涮管閘門被刀盤切29盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室５．鉸接裝置密封

對(duì)于小直徑泥水盾構(gòu)，為滿足工程最小半徑掘進(jìn)的需求，在中盾和

盾尾之間采用短行程油缸鉸接，以提高盾構(gòu)掘進(jìn)的靈活性；對(duì)于超大直

徑泥水盾構(gòu)，其刀盤直徑與主機(jī)長度相當(dāng)，則無需采用鉸接。30盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室５．鉸接裝置密封3030盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室６．推進(jìn)系統(tǒng)

盾構(gòu)機(jī)的前進(jìn)由推進(jìn)系統(tǒng)油缸完成，每一組油缸均可獨(dú)立控制壓力

進(jìn)行操縱而不會(huì)引起管片移位或產(chǎn)生引起損壞的壓力過載。在控制室里，

司機(jī)可以看到數(shù)字顯示的每組油缸行程及壓力，油缸的布置要能避開管

片接縫。31盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室６．推進(jìn)系統(tǒng)3131盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室32

油缸缸體尾部由一個(gè)塑膠軸承支撐，這樣，這些油缸就可以不受側(cè)向力的作用從管片向壓力倉板自由伸展。推進(jìn)油缸為兩個(gè)一組，每對(duì)油缸均有獨(dú)立的撐靴，油缸撐靴均為球形絞接式。在推進(jìn)時(shí)，每組油缸各自獨(dú)立進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)?？偟耐七M(jìn)速度由一個(gè)總流量控制閥來調(diào)節(jié)。推進(jìn)系統(tǒng)具有糾偏和爬坡功能。

采用分組聯(lián)合控制技術(shù)，既保證所有液壓缸具有協(xié)調(diào)性和同步性，又可以降低控制成本和系統(tǒng)的復(fù)雜程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)液壓缸的單獨(dú)控制及對(duì)所有液壓缸的同時(shí)控制。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室32 油缸缸體尾部由一個(gè)塑膠軸承32盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室７．管片拼裝機(jī)

管片拼裝機(jī)具有6個(gè)自由度，回轉(zhuǎn)速度0~2rpm，并可實(shí)現(xiàn)微調(diào)。所

有動(dòng)作可遙控，便于與拼裝機(jī)配合操作。33盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室７．管片拼裝機(jī)3333盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室34真空吸盤式，一般在大直徑盾構(gòu)上使用，螺栓與卡扣組合的抓取方式一般用在中型直徑盾構(gòu)上，地鐵盾構(gòu)比較常見。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室34真空吸盤式，一般在大直徑盾構(gòu)34盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室35管片的安裝盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室35管片的安裝35盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室８．盾尾密封系統(tǒng)

盾尾密封是為了防止周圍地層的土砂、地下水及背后的填充漿液、

掘削面上的泥水、泥土從盾尾間隙流向盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部而設(shè)置的密封措施。

盾尾密封由盾尾鋼絲密封刷和盾尾油脂組成，盾尾的道數(shù)根據(jù)隧道埋深、

水位高低來定，一般取3～5道。由于鋼絲為優(yōu)質(zhì)彈簧鋼絲，鋼絲束內(nèi)充

滿了油脂，使其成為一個(gè)即有塑性又有彈性的整體，油脂保護(hù)鋼絲免于

生銹損壞。36盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室８．盾尾密封系統(tǒng)3636盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室37

盾尾密封系統(tǒng)由主司機(jī)在主控制室操作，有自動(dòng)（行程控制模式）和手動(dòng)兩種模式。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室37 盾尾密封系統(tǒng)由主司機(jī)在主控37盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室９．泥水輸送系統(tǒng)

（1）概述

基本功能：

一是穩(wěn)定掌子面，掌子面的穩(wěn)定性靠膨潤土泥漿對(duì)掌子面的壓力以

及靠膨潤土泥漿的流變特性來確保。

二是通過排泥泵將開挖碴料從泥水倉通過排泥管輸送到分離站。送

泥泵將調(diào)制好的泥水通過送泥管輸送到泥水倉；而排泥泵則將攜帶碴土

的泥水排出，通過排泥管輸送到地面的泥水處理設(shè)備進(jìn)行分離。根據(jù)區(qū)

間長度及排漿泵的能力計(jì)算，來確定中繼泵數(shù)量。38盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室９．泥水輸送系統(tǒng)3838盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室39

泥水循環(huán)系統(tǒng)由送泥泵、排泥泵、中繼泵、送排泥管、延伸管線、輔助設(shè)備等組成。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室39 泥水循環(huán)系統(tǒng)由送泥泵、排泥39盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室40HMT6,6

5FDPPPPPPPP

（2）工作模式

①開挖模式

根據(jù)氣墊室里泥漿的高程以及所要求的排碴流量，調(diào)整P1.1泵（送泥泵）的轉(zhuǎn)速用以校正泥水平衡倉的液面高程達(dá)到所要求的值。調(diào)整P2.1和P2.2泵（排泥泵、中繼泵）的轉(zhuǎn)速，用以校正排碴流量達(dá)到所要求的排碴量。P3泵的轉(zhuǎn)速必須能確保排碴的流體能被泵送到地面的分離廠。調(diào)整P3泵的轉(zhuǎn)速以便在泥漿分離廠入口處達(dá)到必要的壓力。

Vers

usine

de

traitement

de

boue

To

slurry

treatment

plantDepuis

l'usine

de

production

de

boueFrom

the

bentonite

plantLFMP.3MMPFDMMP

P.2.i

PP.1.1P

P.2.1

PP

P.1.i

PV01V03V02V04V05V06V07V09V11V12V08V10V13V17V15V16V14V20V19V18V21V24V23V22盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室40HMT6,6FDPPPPPP40盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室41

②旁通模式

旁通模式是用于盾構(gòu)從一種功能切換到另一種功能，特別是用于安裝管片時(shí)的情況。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室41 ②旁通模式41盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室42

③隔離模式

隔離模式使隧道里的泥漿管道系統(tǒng)與地面系統(tǒng)處于完全隔離的狀態(tài)，設(shè)在地面的分離廠和調(diào)漿池之間的回路仍保持連通，這種模式常用于隧道泥漿管道延伸時(shí)的情況。各排泥泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，送泥泵P1.1仍保持運(yùn)行。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室42 ③隔離模式42盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室43

④逆行模式

也稱為反循環(huán)模式，這個(gè)模式使開挖室里的泥漿逆向流動(dòng)。僅用于一些特別的情況，特別是用于清理排碴管道的堵塞。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室43 ④逆行模式43盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室44

⑤停機(jī)模式

在停機(jī)模式下，所有送排泥泵都停止運(yùn)轉(zhuǎn)，掌子面壓力由壓縮空氣回路來控制。當(dāng)氣墊室泥漿的液面高程低于預(yù)定的低限時(shí)，便進(jìn)行自動(dòng)校正。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室44 ⑤停機(jī)模式44盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室45（3）泥漿管路延伸盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室45（3）泥漿管路延伸45盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室46

（4）泥水輸送系統(tǒng)的管理

泥水倉中的液面高度由送泥泵P1.1（P1.2）來控制。膨潤土泥漿通過地面上的可變速離心泵P1.1（P1.2）從調(diào)漿池泵送到送泥管，對(duì)送泥量進(jìn)行調(diào)節(jié)使氣墊室里的泥漿能保持恒定的液面高度。

進(jìn)入泥水平衡倉的泥漿在盾構(gòu)內(nèi)分成5路，其中上下各2路，回轉(zhuǎn)接頭1路。

排泥回路由一臺(tái)安裝在后配套拖車上的可變速離心泵P2.1和一臺(tái)設(shè)置在取水井底部的可變速接力泵P3（線路長時(shí)依次加入P2.2和P2.3）組成。

流體的密度和流量可以分別使用安裝在每條管線上的γ密度儀及電磁流量儀來測(cè)量，送排泥泵采用變頻控制，通過PLC系統(tǒng)調(diào)節(jié)PID裝置。

軟件通過PLC裝置自動(dòng)地控制泥水循環(huán)回路，控制和監(jiān)控泥水回路的全部數(shù)據(jù)。如泥水平衡倉的液面高度、泥漿回路壓力、排泥泵的空蝕壓力、泥漿密度等。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室46 （4）泥水輸送系統(tǒng)的管理46盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室47泥水循環(huán)控制系統(tǒng)操作界面盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室47泥水循環(huán)控制系統(tǒng)操作界面47盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室48

（5）掌子面加壓系統(tǒng)的管理

掌子面加壓系統(tǒng)通過泥水循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)裝置（特別是送泥系統(tǒng)）及安裝在前盾頂部的壓縮空氣回路對(duì)開挖面的泥水壓力進(jìn)行綜合管理。壓縮空氣墊能夠調(diào)節(jié)泥漿的液面高度，即使在發(fā)生漏水或涌水的情況，它起著一個(gè)吸振器的作用并最終消除壓力峰值，減小泥水壓力的波動(dòng)。

掌子面加壓系統(tǒng)由控制裝置監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)定壓力值與開挖室內(nèi)泥漿壓力值進(jìn)行比較，自動(dòng)控制進(jìn)入氣墊室的壓縮空氣，確保掌子面的泥水壓力穩(wěn)定。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室48 （5）掌子面加壓系統(tǒng)的管理48開挖盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室49

當(dāng)盾構(gòu)掌子面水土壓力增加時(shí)，氣墊倉內(nèi)泥水液位升高，氣體被壓縮而壓力增加，排氣閥打開，降低氣墊倉內(nèi)的壓力，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值后，排氣閥關(guān)閉；

當(dāng)盾構(gòu)掌子面水土壓力減小時(shí)，氣墊倉泥水液位降低，倉內(nèi)氣體體積增加，壓力降低，進(jìn)氣閥打開，升高氣墊倉內(nèi)的壓力，當(dāng)氣體壓力達(dá)到設(shè)定氣壓值時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉。

Pc-+出氣口注漿排渣P進(jìn)氣口開挖盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室49 當(dāng)盾構(gòu)掌子面水土壓力增49盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室50

（6）泥水分離系統(tǒng)

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)由泥漿管路泵送出來的泥漿，被送到一個(gè)泥水分離站進(jìn)行分離，泥水分離站，首先通過一級(jí)初篩，分離大部分的固體石頭和泥塊，第一級(jí)分離后，大部分在3mm以上的石塊土塊被分離出去。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室50 （6）泥水分離系統(tǒng)50盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室51

分離的泥漿流到一個(gè)集漿槽中，再由一個(gè)泥漿泵抽送到二級(jí)漩流器進(jìn)行分離，二級(jí)分離的精度在70μm。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室51 分離的泥漿流到一個(gè)集漿槽中51盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室52

二級(jí)分離后，泥漿再次被抽到三級(jí)漩流器進(jìn)行分離，三級(jí)漩流器分離精度達(dá)到20μm，三級(jí)分離后，泥漿流回制漿池，制漿后又通過泥漿泵流回到刀盤掌子面進(jìn)行置換。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室52 二級(jí)分離后，泥漿再次被抽到52盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１０．電氣系統(tǒng)

盾構(gòu)電氣系統(tǒng)主要由供配電系統(tǒng)（高壓供電，低壓配電）、PLC自

動(dòng)控制系統(tǒng)、盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電氣輔助系統(tǒng)組成。

（1）高低壓配電系統(tǒng)：

盾構(gòu)通常采用高壓10KV供電。通過10KV～380V干式或箱式變壓器

供低壓供電系統(tǒng)使用，低壓供電系統(tǒng)在前盾、盾體、拖車上都安裝有配

電柜來供主驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)油缸、液壓泵站、注漿、管片安裝機(jī)、泥漿輸送

等各個(gè)系統(tǒng)供電。53盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１０．電氣系統(tǒng)5353盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室54

（2）PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)

盾構(gòu)控制系統(tǒng)采用主從、上下位機(jī)和分布式I/O結(jié)構(gòu)。上位機(jī)為PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）和墻面式工控機(jī)組成的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，下位機(jī)是以PLC為主站的可編程控制器系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要用于參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)采集分析。工控機(jī)安裝在盾構(gòu)司機(jī)室，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用，用于人機(jī)對(duì)話、顯示數(shù)據(jù)、設(shè)置和修改系統(tǒng)控制參數(shù)等。上位機(jī)下位機(jī)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室54 （2）PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)上54盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室55

（3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是讀取和存儲(chǔ)有監(jiān)測(cè)傳感器所獲得的檢測(cè)值。根據(jù)已記錄的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（如泥水壓力、氣壓、流量、行程、轉(zhuǎn)速等），通過對(duì)機(jī)器和機(jī)器上進(jìn)行的工作過程進(jìn)行完整的記錄，以便在以后的某個(gè)時(shí)點(diǎn)可以完整或部分地追溯隧道施工。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與盾構(gòu)機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行集成，存儲(chǔ)于控制系統(tǒng)的上位機(jī)，盾構(gòu)機(jī)司機(jī)室是整臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)中心。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息化管理，利用互聯(lián)網(wǎng)，可以將盾構(gòu)掘進(jìn)狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等相關(guān)單位，為整個(gè)工程的信息化管理提供重要的信息來源。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室55 （3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)55盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室56盾構(gòu)施工遠(yuǎn)程信息化管理系統(tǒng)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室56盾構(gòu)施工遠(yuǎn)程信息化管理系統(tǒng)56盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１２．輔助系統(tǒng)

1）同步注漿系統(tǒng)

同步注漿與盾構(gòu)掘進(jìn)是同時(shí)進(jìn)行，是通過同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注

漿管，在盾構(gòu)向前推進(jìn)盾尾空隙形成時(shí)進(jìn)行，漿液在盾尾空隙形成的瞬

間及時(shí)將其填充，使周圍的巖體及時(shí)獲得支撐，可防止巖體坍塌，控制

地表沉降，有利于隧道襯砌的防水。

同步注漿系統(tǒng)包括砂漿罐、注漿泵、管道、壓力傳感器等設(shè)備。57盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１２．輔助系統(tǒng)5757盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室58

2）隧道導(dǎo)向系統(tǒng)

全自動(dòng)激光導(dǎo)向系統(tǒng)使盾構(gòu)掘進(jìn)方向能有效控制并能及時(shí)調(diào)整，保證隧道線形及最后貫通誤差要求。該系統(tǒng)能夠?qū)Χ軜?gòu)在掘進(jìn)中的各種姿態(tài)、以及盾構(gòu)掘進(jìn)的方向和位置關(guān)系進(jìn)行精確的測(cè)量和顯示。操作人員可以根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的信息，快速、實(shí)時(shí)地對(duì)盾構(gòu)的掘進(jìn)方向及姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，減小掘進(jìn)偏差。導(dǎo)向系統(tǒng)連續(xù)不斷地提供盾構(gòu)的三維坐標(biāo)和定向的、連續(xù)的動(dòng)態(tài)信息，導(dǎo)向系統(tǒng)附帶的通信裝置能夠接收數(shù)據(jù)，由隧道掘進(jìn)軟件計(jì)算盾構(gòu)的方位和坐標(biāo)，并以圖表和數(shù)字表格的形式準(zhǔn)確的顯示盾構(gòu)的位置。

盾構(gòu)機(jī)的激光導(dǎo)向系統(tǒng)主要有全站儀、激光靶板、后視棱鏡、計(jì)算機(jī)及隧道掘進(jìn)軟件組成，所測(cè)量的數(shù)據(jù)傳入盾構(gòu)機(jī)主控室，由計(jì)算機(jī)及隧道掘進(jìn)軟件計(jì)算分析，確定盾構(gòu)機(jī)的方位。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室58 2）隧道導(dǎo)向系統(tǒng)58盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室59盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室5959盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室60

3）人閘倉

雙室人閘倉與盾體上的連接法蘭相連。這些人閘倉的形狀與尺寸取決于盾構(gòu)機(jī)安裝條件。雙室人閘倉的中間被一個(gè)供人進(jìn)出的壓力門隔開。右邊的人倉用作進(jìn)出泥水倉的正常通道，左邊的人倉可用于材料閘或在緊急情況下使用。人閘能同時(shí)容納

3+2

個(gè)人及一副1.8

米長的擔(dān)架。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室60 3）人閘倉60盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１３．后配套系統(tǒng)

后配套系統(tǒng)主要由以下構(gòu)成：

①運(yùn)送管片的橋架；

②吊運(yùn)系統(tǒng)（管片存儲(chǔ)）；

③裝載盾構(gòu)機(jī)工作必需的電氣及液壓元件的拖車。

所有設(shè)備都安裝在拖車行進(jìn)方向左右兩側(cè)。這使得拖車中間有足夠

的空間讓

運(yùn)輸車行走，把管片輸送到安裝器。后配套系統(tǒng)為管片吊運(yùn)、

液壓泵站、電力系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、泥水環(huán)流系統(tǒng)的安裝提供了平臺(tái)。61盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１３．后配套系統(tǒng)6161盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室62盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室6262盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室63

2）管片吊運(yùn)

通過拖車上的吊機(jī)梁，利用管片吊機(jī)的兩個(gè)電動(dòng)葫蘆將管片逐一卸到管片輸送小車（喂片機(jī)）上。管片儲(chǔ)存在連接橋區(qū)域和喂片機(jī)上，喂片機(jī)安裝在連接橋區(qū)域下，用于將管片運(yùn)輸?shù)焦芷囱b機(jī)區(qū)域。

吊機(jī)布置形式為雙梁式，行走形式為鏈輪鏈條式，能夠滿足運(yùn)行坡度50‰以及更大坡度的需求。起吊葫蘆有快速和慢速兩個(gè)選擇檔位，用于空載和重載兩種工況；行走部分包括運(yùn)行小車和驅(qū)動(dòng)部分，運(yùn)行速度約10m/min。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室63 2）管片吊運(yùn)63盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室64管片的運(yùn)輸盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室64管片的運(yùn)輸64盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室65

3）拖車上的其他裝置

（1）液壓泵站

為推進(jìn)系統(tǒng)、管片拼裝機(jī)等需要液壓驅(qū)動(dòng)的部件、設(shè)備提供動(dòng)力來源。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室65 3）拖車上的其他裝置65盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室66（2）刀盤主驅(qū)動(dòng)油脂泵為主驅(qū)動(dòng)提供密封、潤滑油脂。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室66（2）刀盤主驅(qū)動(dòng)油脂泵66盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室67（3）冷卻通風(fēng)系統(tǒng)為盾構(gòu)機(jī)上的設(shè)備提供冷卻用水，保持隧道內(nèi)的通風(fēng)狀態(tài)。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室67（3）冷卻通風(fēng)系統(tǒng)67盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室68三

泥水平衡盾構(gòu)地質(zhì)適應(yīng)性范圍盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室68三泥水平衡盾構(gòu)地質(zhì)適應(yīng)性68盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

泥水加壓盾構(gòu)最初是在沖積粘土和洪積砂土交錯(cuò)出現(xiàn)的特殊地層中使

用，由于泥水對(duì)穩(wěn)定開挖面的作用明顯，因此在軟弱的淤泥質(zhì)土層、

松動(dòng)的砂土層、砂礫層、卵石、砂礫層、砂礫和堅(jiān)硬土的互層等地層

中均適用。

目前泥水加壓盾構(gòu)工法對(duì)地層的適用范圍不斷擴(kuò)大，即使處于惡化的施工環(huán)境和存在地下水等的不良條件下，由于有相應(yīng)的處理方法，因而幾乎能適應(yīng)所有的地層69盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室泥水加壓盾構(gòu)最初是在沖積粘69盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室70

粘性土層

粘土礦物經(jīng)相互間電化學(xué)結(jié)合而形成的粘性土層，近似變質(zhì)了的膠塊狀體，由泥水比重和加壓帶來的力容易形成對(duì)開挖面的穩(wěn)定，不論粘性土層的軟弱狀態(tài)如何，都適合于用泥水盾構(gòu)施工。泥水盾構(gòu)也適用于粉砂土地層施工

。

砂層

不含水的砂層由于漏漿，不能保持住對(duì)開挖面的加壓和穩(wěn)定。通常，在含有某一數(shù)量的粉砂土、粘土的沖積層中，幾乎都有一定的含水量，全部都是細(xì)砂的地層是少見的，干燥的松弛砂也很少有，由于砂層內(nèi)摩擦角有許多是在φ=28°左右，所以大部分可用泥水加壓來保持開挖面的穩(wěn)定。松弛的含水層，在其它盾構(gòu)工法中很難保持土層穩(wěn)定，可采用泥水盾構(gòu)并提高其泥水比重量多的砂、粘度和壓力。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室70 粘性土層70盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室71

礫石層

對(duì)于水分多、不含有作為粘合劑的粉砂土及粘土等的礫石層和有大直徑的礫石層，可采用泥水盾構(gòu)施工，并在泥水艙內(nèi)安裝礫石破碎裝置。

貝殼層

貝殼層大多含水并存在土體中，相對(duì)于礫石層更加堅(jiān)硬，開挖面較難穩(wěn)定，但使用大直徑泥水盾構(gòu)能夠較好的適應(yīng)這種地層。

泥水盾構(gòu)能適用于各類地質(zhì)的土層，對(duì)開挖面難以穩(wěn)定的土質(zhì)特別有效，還能克服地面條件和其它地下條件的因素所造成的種種困難，譬如上部是河或海等有水體的地方；有道路、建筑物的地方；適合于要減少沉降的地方等。在這些場(chǎng)所采用泥水加壓盾構(gòu)，無論在工法上還是經(jīng)濟(jì)上都是有效的。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室71 礫石層71盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室72四

泥水平衡盾構(gòu)應(yīng)用案例盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室72四泥水平衡盾構(gòu)應(yīng)用案例72序號(hào)隧道名稱盾構(gòu)掘進(jìn)長度地點(diǎn)盾構(gòu)直徑建成情況1上海長江隧道7.5km×2上海15.43m已建成2南京緯三路過江隧道南線4.135km北線3.557km南京14.93m已建成3揚(yáng)州瘦西湖隧道1.28km揚(yáng)州14.93m已建成4武漢三陽路隧道4.6km武漢15.76m在建5佛莞城際新獅子洋隧道4.9km廣州、東莞13.6m在建6蘇埃通道工程3.05km×2汕頭≥15m在建盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室73

在我國城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的背景下，國內(nèi)的大直徑盾構(gòu)隧道（直徑大于12m）工程不斷涌現(xiàn)，如已建成的上海長江隧道、南京緯三路過江隧道、揚(yáng)州瘦西湖隧道，在建的佛莞城際鐵路新獅子洋隧道、蘇埃通道等，這些工程項(xiàng)目的實(shí)施，為我國在大直徑盾構(gòu)隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)和裝備制造應(yīng)用方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。序號(hào)隧道名稱盾構(gòu)掘進(jìn)長度地點(diǎn)盾構(gòu)直徑建成情況1上海長江隧道773

上海長江隧道工程連接長興島和浦東新區(qū)，采用兩臺(tái)?15.43m泥水盾

構(gòu)施工，單機(jī)掘進(jìn)距離7472m，最高水壓6.5bar。地層主要以淤泥質(zhì)粘土、

粉質(zhì)粘土、粉砂為主，工程具有掘進(jìn)距離長、開挖直徑大、水壓高的特

點(diǎn)。

74盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（1）上海長江隧道工程 上海長江隧道工程連接長興島和浦東新區(qū)，采用兩臺(tái)?15.474盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室75

南京緯三路過江隧道工程采用兩臺(tái)?14.93m泥水平衡盾構(gòu)施工，南線4135m，北線3437m，最高水壓7.5bar，地質(zhì)條件為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地層、粉細(xì)砂地層、礫砂地層、圓礫地層以及極少強(qiáng)風(fēng)化泥巖，石英含量最高達(dá)65%，工程具有掘進(jìn)距離長，開挖直徑大，水壓高，地層磨蝕性、透水性高的特點(diǎn)。（2）南京緯三路過江隧道盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室75 南京緯三路過江隧道工程采用75盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室76

揚(yáng)州瘦西湖隧道工程采用一臺(tái)?14.93m泥水平衡盾構(gòu)施工，盾構(gòu)掘進(jìn)距離為1275m，最高水壓3.9bar，工程具有環(huán)保要求高、地層粘度高、水壓高、隧道直徑大的特點(diǎn)。（3）揚(yáng)州瘦西湖隧道盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室76 揚(yáng)州瘦西湖隧道工程采用一臺(tái)76盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室77

武漢三陽路越江隧道是國內(nèi)第一條公路及鐵路合建的超大型盾構(gòu)法隧道，也是國內(nèi)目前最大直徑的盾構(gòu)法隧道，隧道開挖直徑達(dá)15.76m，盾構(gòu)段2.59km，隧道最大埋深達(dá)39.5m，最低點(diǎn)位于長江最高水位以下60多米處，隧道主要穿越粉細(xì)砂、中粗砂、粉砂質(zhì)泥巖以及膠結(jié)礫巖等地層，地質(zhì)狀況復(fù)雜。（4）武漢三陽路越江隧道盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室77 武漢三陽路越江隧道是國內(nèi)第77

佛莞城際鐵路新獅子洋隧道盾構(gòu)段4.9km，其中水下部分1.7km，隧道

開挖直徑為13.6m，隧道最大覆土厚度64m，獅子洋最大水深17m。巖石飽

和抗壓強(qiáng)度最大75.7MPa（石英砂巖）。盾構(gòu)隧道洞身穿過第四系沉積層、

軟硬不均和全斷面巖層，局部為破碎帶，工程具有距離長、水壓高、地質(zhì)

情況復(fù)雜的特點(diǎn)。

78盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（5）佛莞城際鐵路新獅子洋隧道 佛莞城際鐵路新獅子洋隧道盾構(gòu)段4.9km，其中水下部分178盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室79

蘇埃通道工程跨越汕頭內(nèi)海灣，海域長約3.5km，盾構(gòu)段計(jì)劃采用15m級(jí)的泥水盾構(gòu)施工，單線掘進(jìn)距離為3.05km。設(shè)計(jì)的管片內(nèi)徑為13.3m，外徑為14.5m，隧道頂部最大埋深37.5m（距海平面），地質(zhì)狀況復(fù)雜，不良地質(zhì)有砂土液化、軟土震陷、花崗巖球狀風(fēng)化體、基巖突起等，為首條高烈度地震區(qū)（8度）大直徑水下隧道，施工難度極大。（6）蘇埃通道工程盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室79 蘇埃通道工程跨越汕頭內(nèi)海灣79盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室80盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室8080泥水平衡盾構(gòu)簡(jiǎn)介

陳橋

盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2017年3月盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室泥水平衡盾構(gòu)簡(jiǎn)介 陳橋81盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2

匯報(bào)提綱一

泥水平衡盾構(gòu)概述二

泥水平衡盾構(gòu)組成

三

泥水平衡盾構(gòu)地質(zhì)適應(yīng)性范圍

四

泥水平衡盾構(gòu)應(yīng)用案例盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2 匯報(bào)提綱82盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3一

泥水平衡盾構(gòu)簡(jiǎn)介盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3一泥水平衡盾構(gòu)簡(jiǎn)介83盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１．概念

泥水平衡盾構(gòu)機(jī)（Slurry

Pressure

Balance

Shield，簡(jiǎn)稱SPB盾構(gòu)），

是一種通過控制泥水倉壓力來平衡掌子面水土壓力的盾構(gòu)機(jī)。泥水盾構(gòu)

是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，裝備刀盤及輸送泥漿的送排泥管和推

進(jìn)油缸，在地面上還配備有泥水處理設(shè)備。4盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１．概念484盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室２．分類

按照控制開挖面泥漿方式的不同，泥水盾構(gòu)可分為兩種：一種是日

本體系的直接控制型；另一種是德國體系的間接控制型（氣壓復(fù)合控制

型）。5刀盤進(jìn)泥管

排泥管連通管

泥漿壓縮空氣泥模形

成區(qū)

地層間接控制型直接控制型盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室２．分類5刀盤進(jìn)泥管排泥85盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1）直接控制型泥水盾構(gòu)的特點(diǎn)

直接控制型泥水系統(tǒng)流程如下：送泥泵從地面泥漿池將新鮮泥漿送入

盾構(gòu)的泥水倉，與開挖泥土進(jìn)行混合，形成稠泥漿，然后由排泥泵輸

送到地面泥水分離處理站，經(jīng)分離后排除土碴，而稀泥漿流向泥漿池，

再對(duì)泥漿密度和濃度進(jìn)行調(diào)整后，重新送入盾構(gòu)的泥水倉循環(huán)使用。

泥水倉中泥漿壓力，可通過調(diào)節(jié)送泥泵轉(zhuǎn)速或調(diào)節(jié)控制閥的開度來進(jìn)

行。由于送泥泵安在地面，控制距離長而產(chǎn)生延遲效應(yīng)不便于控制泥

漿壓力，因此常用調(diào)節(jié)控制閥的開度來進(jìn)行泥漿壓力調(diào)節(jié)。6盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1）直接控制型泥水盾構(gòu)的特點(diǎn)686盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2）間接控制型泥水盾構(gòu)的特點(diǎn)

間接控制型泥水盾構(gòu)，其泥水系統(tǒng)由泥漿和空氣雙重回路組成。在盾構(gòu)的泥水倉內(nèi)插裝一道半隔板，在半隔板前充以壓力泥漿，在半隔板后面盾構(gòu)軸心線以上部分充以壓縮空氣，形成空氣緩沖層，氣壓作用在半隔板后面與泥漿的接觸面上，由于接觸面上氣、液具有相同壓力，因此只要調(diào)節(jié)空氣壓力，就可以確定和保持在開挖面上相應(yīng)的泥漿支護(hù)壓力。7泥水倉氣墊倉盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2）間接控制型泥水盾構(gòu)的特點(diǎn)力。87盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室83）比較

間接控制型泥水盾構(gòu)與直接控制型泥水盾構(gòu)相比，泥水壓力的波動(dòng)小，對(duì)開挖面土層支護(hù)更為穩(wěn)定，對(duì)地表變形控制也更為有利。

直接控制型泥水盾構(gòu)開挖

倉內(nèi)的泥水壓力波動(dòng)較大，

一般在0.05~0.1MPa之間變

化間接控制型泥水盾構(gòu)控制精度高，開挖倉內(nèi)的泥水壓力波動(dòng)小，一般在0.01~0.02MPa之間變化。掌子面壓力的變化被迅速、準(zhǔn)確的平衡，降低了對(duì)地層的擾動(dòng)。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室83）比較間接控制型泥水盾構(gòu)控制88３．泥水平衡原理

泥水穩(wěn)定掌子面的方法源于地下連續(xù)墻的泥漿護(hù)壁原理，其基本原

理是通過在支撐環(huán)前面隔板的密封艙中，注入適當(dāng)壓力的泥漿，在開挖

面形成泥膜，支撐正面土體，并由安裝在正面的刀盤切削土體表面泥膜，

與泥水混合后，形成高密度泥漿。9

當(dāng)泥水壓力大于地下水壓力時(shí)，泥水按照達(dá)西定律滲入土體，形成

與土壤間隙成一定比例的懸浮顆粒，這些顆粒被捕獲并積聚于土體與泥

水的接觸區(qū)，逐漸形成泥膜。當(dāng)泥膜抵抗力遠(yuǎn)大于正面地層壓力時(shí)，產(chǎn)

生泥水平衡效果。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室３．泥水平衡原理9 當(dāng)泥水壓力大于地下水壓力時(shí)，泥水按照達(dá)89盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室10泥膜的類型無泥

膜泥皮泥膜滲透泥膜泥水幾乎不滲透，只形成泥膜泥水全部滲透，不產(chǎn)生泥膜介于前二者之間，即滲透又形成泥膜盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室10泥膜的類型無泥泥皮泥膜滲透泥90盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室11

類型1：泥皮泥膜，泥皮泥膜的建膜速度慢，密封性好，對(duì)泥漿指標(biāo)變化的敏感度高，泥漿濾失量小，一般用于開挖面的靜態(tài)支護(hù)。缺點(diǎn)是失水易開裂和剝落。易形成在滲透系數(shù)小的黏性土層；

類型2：滲透泥膜，滲透泥膜的建膜速度快，對(duì)泥漿指標(biāo)變化的敏感度低，適用于盾構(gòu)掘進(jìn)中開挖面的動(dòng)態(tài)支護(hù)，缺點(diǎn)是泥漿濾量大。易形成在砂質(zhì)土層中。

對(duì)于滲透系數(shù)大的砂礫層，泥膜形成的快慢與摻入泥水中砂粒的最大粒徑和含砂量（砂粒重/黏土顆粒重）關(guān)系密切，為發(fā)揮砂粒填堵土體空隙的作用，砂粒的粒徑應(yīng)該比土體孔隙大且其含量應(yīng)適中。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室11 類型1：泥皮泥膜，泥皮泥膜91盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室12二

泥水平衡盾構(gòu)組成盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室12二泥水平衡盾構(gòu)組成92排漿管盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室13破碎機(jī)１．盾構(gòu)主機(jī)簡(jiǎn)介

切口環(huán)

氣墊倉

刀盤支承環(huán)進(jìn)漿管

推進(jìn)油缸

管片拼裝機(jī)盾尾主驅(qū)動(dòng)

泥水倉排漿管盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室13破碎機(jī)１．盾構(gòu)主機(jī)簡(jiǎn)介93盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室２．刀盤系統(tǒng)

刀盤是泥水盾構(gòu)的主要工作部件，為各種盾構(gòu)刀具提供安裝位置，

根據(jù)工程實(shí)際需求，可分為常規(guī)泥水盾構(gòu)刀盤和帶常壓換刀裝置的刀盤。

前者厚度跟同尺寸的土壓平衡盾構(gòu)的刀盤厚度相當(dāng)，后者厚度一般接近

2m或以上。14盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室２．刀盤系統(tǒng)1494盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室15盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1595盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室16

刀盤的設(shè)計(jì)要求

(1)

能夠降低對(duì)刀具的磨損；

(2)

保護(hù)刀盤的鋼結(jié)構(gòu)，刀盤的結(jié)構(gòu)材料為Q345B

、16MnR、

GS52或相當(dāng)于這種材料的鑄鋼；

(3)

能夠?qū)崿F(xiàn)高的貫入度；

(4)

選擇降低刀具的磨損及維持掌子面穩(wěn)定的最優(yōu)刀盤開口率；

(5)

幅輪設(shè)計(jì)以使每個(gè)旋轉(zhuǎn)方向都有多個(gè)碴土出口；

(6)

2

個(gè)旋轉(zhuǎn)方向(正/反)；

(7)

刀盤前面有獨(dú)立的噴口用于防止刀盤結(jié)泥餅；

(8)

連接到主驅(qū)動(dòng)的連接臂（厚壁管）保證刀盤良好的穩(wěn)定性；

(9)

出碴通道的幾何設(shè)計(jì)必須滿足開挖倉容易出碴；

(10)

大的物料通道從刀盤外緣通到刀盤中心區(qū)域，這樣便于將挖掘的物料運(yùn)輸?shù)介_挖倉；

(11)

碴土開口設(shè)計(jì)限制大的石塊進(jìn)入，能通過的石塊復(fù)合泥水倉格柵和顎式破碎機(jī)的粒徑限制。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室16刀盤的設(shè)計(jì)要求96盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室17

安裝的刀具

（1）刮刀

①刮刀安裝在碴土通道的一側(cè)；

②高質(zhì)量的碳質(zhì)刀刃；

③寬度

100mm左右；

④可以從刀盤后面更換刀具。（2）鏟刀

：

①鏟刀的設(shè)計(jì)保證了快速、清潔的開挖；

②它們可以雙向進(jìn)行開挖，同時(shí)保證了開挖直徑的穩(wěn)定不變。

③鏟刀用可更換的螺紋固定到鋼結(jié)構(gòu)上，因此，可以被單獨(dú)更換。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室17 安裝的刀具97盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室18

（3）仿形刀

刀盤上安裝了仿形刀。安裝的仿形刀通過一個(gè)短行程的油缸進(jìn)行操作。仿形刀的伸縮則在主控室內(nèi)按每10°事先加以設(shè)置控制。

盾構(gòu)具有仿形超挖功能是目前盾構(gòu)中較為先進(jìn)的一種，其仿形超挖方位、超挖量可根據(jù)不同的施工要求而調(diào)整。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室18 （3）仿形刀98盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室19

（4）滾刀

滾刀為盾構(gòu)機(jī)主要的破巖工具，其數(shù)量根據(jù)刀盤尺寸大小和設(shè)計(jì)的刀間距來確定，其形式有單刃、雙刃、三刃、鑲齒滾刀等。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室19 （4）滾刀99盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室20

刀具更換

所有的滾刀、刮刀和鏟刀都可以在隧道內(nèi)從刀盤后部更換。一般不需要中途換刀。如有必要，刀具更換作業(yè)可以在常壓和帶壓方式下進(jìn)行。

（1）常壓更換

①開倉常壓更換：地面具備地層加固條件或事先已經(jīng)進(jìn)行了地層加固處理，開挖面的穩(wěn)定有保障，則可在常壓下進(jìn)行刀具檢查和更換作業(yè)。盾構(gòu)在選定地點(diǎn)停機(jī)后，將泥水倉里的泥漿排出一部分，直至泥水倉內(nèi)泥漿液面高度低于泥水倉隔板上的密封門，此時(shí)作業(yè)人員可以通過氣閘打開通往泥水倉的密封門在不帶壓的情況下進(jìn)入泥水倉，從而進(jìn)行刀具檢查和更換。地層加固停機(jī)、排出

泥漿進(jìn)倉進(jìn)行刀具檢修更換盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室20刀具更換地層加固停機(jī)、10021②利用常壓換刀裝置可常壓更換的切刀

安裝了常壓換

刀裝置的刀盤

常用于水下大直徑、長距離盾構(gòu)隧道，如上海長江隧道，南京長江隧道，

揚(yáng)州瘦西湖隧道，佛莞城際鐵路新獅子洋隧道等盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室21②利用常壓換刀裝置可常壓更換的切刀 安裝了常壓換101盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室22

（2）帶壓進(jìn)倉更換

①普通帶壓進(jìn)倉

盾構(gòu)推進(jìn)到選定地點(diǎn)停機(jī)，設(shè)定泥水倉內(nèi)的壓力，用壓縮空氣置換泥水倉內(nèi)的部分泥漿，使液位降到隔板密封倉門以下，與此同時(shí)人員進(jìn)入人倉，對(duì)人倉逐步加壓，直至與泥水倉壓力一致。之后，作業(yè)人員進(jìn)入泥水倉進(jìn)行刀具檢修更換作業(yè)。作業(yè)完成后，人員在人倉內(nèi)減壓，減壓結(jié)束后退出人倉。

缺點(diǎn)：作業(yè)效率低，作業(yè)人員有安全風(fēng)險(xiǎn)

②飽和氣體帶壓進(jìn)倉

基本作業(yè)流程與普通帶壓進(jìn)倉類似，不同之處是作業(yè)人員呼吸的是混合氣體（如氦氧混合氣體），而不是空氣，避免高壓情況下呼吸普通空氣引起的“氮麻醉”現(xiàn)象，體內(nèi)溶解的氣體達(dá)到飽和狀態(tài)后，作業(yè)人員可以一直生活在人造高壓環(huán)境中，直至工作完成，再減壓即可，避免普通帶壓進(jìn)艙壓力反復(fù)加減壓，避免了患減壓病的風(fēng)險(xiǎn)，也提高了作業(yè)效率。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室22 （2）帶壓進(jìn)倉更換102作業(yè)人員轉(zhuǎn)運(yùn)至人艙

23作業(yè)人員進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)艙飽和氣體帶壓進(jìn)艙作業(yè)流程

作業(yè)人員在生活艙加壓完成

后，進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)艙

作業(yè)人員通過轉(zhuǎn)運(yùn)艙進(jìn)

入生活艙休息

整個(gè)作業(yè)循環(huán)中，人員均處于高壓環(huán)境，待完成帶壓

進(jìn)艙作業(yè)后，人員一次減壓出艙

作業(yè)人員完成作業(yè)后進(jìn)

入人艙，等待轉(zhuǎn)運(yùn)

作業(yè)人員進(jìn)入高壓區(qū)作

業(yè)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入人員艙等待轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)人員作業(yè)人員飽和氣體帶壓進(jìn)艙作業(yè)流程 作業(yè)人員在生活艙103盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室３．刀盤主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

（1）概述

主要部件如下：齒輪箱、主軸承、密封支撐、刀盤安裝法蘭環(huán)、密

封壓緊環(huán)、內(nèi)外密封系統(tǒng)、小齒輪，驅(qū)動(dòng)部件（電機(jī)或馬達(dá)）和主軸承。

為給換刀作業(yè)留下空間，主驅(qū)動(dòng)可設(shè)計(jì)為具有伸縮性24驅(qū)動(dòng)電機(jī)液壓馬達(dá)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室３．刀盤主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)24驅(qū)動(dòng)電機(jī)液104盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室25可伸縮式主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可伸縮的距離盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室25可伸縮式主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可伸縮的距105盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室26

（2）主軸承

主軸承由三軸滾柱軸承支撐，帶有內(nèi)齒圈。軸承設(shè)計(jì)使用壽命10000小時(shí)，該軸承具有承受徑向和軸向推力的功能。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室26 （2）主軸承106盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室27內(nèi)密封

（3）主軸承密封系統(tǒng)

內(nèi)外兩個(gè)密封系統(tǒng)可將小齒輪或軸承室與泥水倉分隔開。密封系統(tǒng)使用一個(gè)多道唇密封系統(tǒng)，該系統(tǒng)有連續(xù)的油脂進(jìn)行潤滑。P0注入HBW油脂，P1注入EP2油脂，P2注入潤滑油，P3進(jìn)行泄漏檢測(cè)，P4注入齒輪油

外密封盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室27內(nèi)密封 （3）主軸承密封系統(tǒng)107盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室４．破碎及沖刷裝置

腭式破碎機(jī)安裝在泥水倉底部的排泥管前部，對(duì)較大的礫石進(jìn)行破

碎；液壓鄂式破碎機(jī)由重型油缸驅(qū)動(dòng)破碎腭，破碎器的破碎齒可更換，

并且可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)潤滑。

在破碎機(jī)的出料口安裝有150mm間隔的隔柵，以確保不會(huì)有大直徑

石塊進(jìn)入排泥管道。為避免堵管，在破碎機(jī)的出料口旁邊安裝2路泥水沖

洗管。28盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室４．破碎及沖刷裝置28108盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室29格柵排漿管沖涮管閘門被刀盤切削下的石塊沉到泥水倉底部，經(jīng)過破碎機(jī)破碎，通過格柵后才能被排漿管帶走為防止渣土在排漿管出堆積，引起滯排，利用沖刷管對(duì)排漿管口不斷沖刷，對(duì)渣土進(jìn)行攪拌，以便于排出

顎式破碎機(jī)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室29格柵排漿管沖涮管閘門被刀盤切109盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室５．鉸接裝置密封

對(duì)于小直徑泥水盾構(gòu)，為滿足工程最小半徑掘進(jìn)的需求，在中盾和

盾尾之間采用短行程油缸鉸接，以提高盾構(gòu)掘進(jìn)的靈活性；對(duì)于超大直

徑泥水盾構(gòu)，其刀盤直徑與主機(jī)長度相當(dāng)，則無需采用鉸接。30盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室５．鉸接裝置密封30110盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室６．推進(jìn)系統(tǒng)

盾構(gòu)機(jī)的前進(jìn)由推進(jìn)系統(tǒng)油缸完成，每一組油缸均可獨(dú)立控制壓力

進(jìn)行操縱而不會(huì)引起管片移位或產(chǎn)生引起損壞的壓力過載。在控制室里，

司機(jī)可以看到數(shù)字顯示的每組油缸行程及壓力，油缸的布置要能避開管

片接縫。31盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室６．推進(jìn)系統(tǒng)31111盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室32

油缸缸體尾部由一個(gè)塑膠軸承支撐，這樣，這些油缸就可以不受側(cè)向力的作用從管片向壓力倉板自由伸展。推進(jìn)油缸為兩個(gè)一組，每對(duì)油缸均有獨(dú)立的撐靴，油缸撐靴均為球形絞接式。在推進(jìn)時(shí)，每組油缸各自獨(dú)立進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。總的推進(jìn)速度由一個(gè)總流量控制閥來調(diào)節(jié)。推進(jìn)系統(tǒng)具有糾偏和爬坡功能。

采用分組聯(lián)合控制技術(shù)，既保證所有液壓缸具有協(xié)調(diào)性和同步性，又可以降低控制成本和系統(tǒng)的復(fù)雜程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)液壓缸的單獨(dú)控制及對(duì)所有液壓缸的同時(shí)控制。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室32 油缸缸體尾部由一個(gè)塑膠軸承112盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室７．管片拼裝機(jī)

管片拼裝機(jī)具有6個(gè)自由度，回轉(zhuǎn)速度0~2rpm，并可實(shí)現(xiàn)微調(diào)。所

有動(dòng)作可遙控，便于與拼裝機(jī)配合操作。33盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室７．管片拼裝機(jī)33113盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室34真空吸盤式，一般在大直徑盾構(gòu)上使用，螺栓與卡扣組合的抓取方式一般用在中型直徑盾構(gòu)上，地鐵盾構(gòu)比較常見。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室34真空吸盤式，一般在大直徑盾構(gòu)114盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室35管片的安裝盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室35管片的安裝115盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室８．盾尾密封系統(tǒng)

盾尾密封是為了防止周圍地層的土砂、地下水及背后的填充漿液、

掘削面上的泥水、泥土從盾尾間隙流向盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部而設(shè)置的密封措施。

盾尾密封由盾尾鋼絲密封刷和盾尾油脂組成，盾尾的道數(shù)根據(jù)隧道埋深、

水位高低來定，一般取3～5道。由于鋼絲為優(yōu)質(zhì)彈簧鋼絲，鋼絲束內(nèi)充

滿了油脂，使其成為一個(gè)即有塑性又有彈性的整體，油脂保護(hù)鋼絲免于

生銹損壞。36盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室８．盾尾密封系統(tǒng)36116盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室37

盾尾密封系統(tǒng)由主司機(jī)在主控制室操作，有自動(dòng)（行程控制模式）和手動(dòng)兩種模式。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室37 盾尾密封系統(tǒng)由主司機(jī)在主控117盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室９．泥水輸送系統(tǒng)

（1）概述

基本功能：

一是穩(wěn)定掌子面，掌子面的穩(wěn)定性靠膨潤土泥漿對(duì)掌子面的壓力以

及靠膨潤土泥漿的流變特性來確保。

二是通過排泥泵將開挖碴料從泥水倉通過排泥管輸送到分離站。送

泥泵將調(diào)制好的泥水通過送泥管輸送到泥水倉；而排泥泵則將攜帶碴土

的泥水排出，通過排泥管輸送到地面的泥水處理設(shè)備進(jìn)行分離。根據(jù)區(qū)

間長度及排漿泵的能力計(jì)算，來確定中繼泵數(shù)量。38盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室９．泥水輸送系統(tǒng)38118盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室39

泥水循環(huán)系統(tǒng)由送泥泵、排泥泵、中繼泵、送排泥管、延伸管線、輔助設(shè)備等組成。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室39 泥水循環(huán)系統(tǒng)由送泥泵、排泥119盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室40HMT6,6

5FDPPPPPPPP

（2）工作模式

①開挖模式

根據(jù)氣墊室里泥漿的高程以及所要求的排碴流量，調(diào)整P1.1泵（送泥泵）的轉(zhuǎn)速用以校正泥水平衡倉的液面高程達(dá)到所要求的值。調(diào)整P2.1和P2.2泵（排泥泵、中繼泵）的轉(zhuǎn)速，用以校正排碴流量達(dá)到所要求的排碴量。P3泵的轉(zhuǎn)速必須能確保排碴的流體能被泵送到地面的分離廠。調(diào)整P3泵的轉(zhuǎn)速以便在泥漿分離廠入口處達(dá)到必要的壓力。

Vers

usine

de

traitement

de

boue

To

slurry

treatment

plantDepuis

l'usine

de

production

de

boueFrom

the

bentonite

plantLFMP.3MMPFDMMP

P.2.i

PP.1.1P

P.2.1

PP

P.1.i

PV01V03V02V04V05V06V07V09V11V12V08V10V13V17V15V16V14V20V19V18V21V24V23V22盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室40HMT6,6FDPPPPPP120盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室41

②旁通模式

旁通模式是用于盾構(gòu)從一種功能切換到另一種功能，特別是用于安裝管片時(shí)的情況。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室41 ②旁通模式121盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室42

③隔離模式

隔離模式使隧道里的泥漿管道系統(tǒng)與地面系統(tǒng)處于完全隔離的狀態(tài)，設(shè)在地面的分離廠和調(diào)漿池之間的回路仍保持連通，這種模式常用于隧道泥漿管道延伸時(shí)的情況。各排泥泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，送泥泵P1.1仍保持運(yùn)行。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室42 ③隔離模式122盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室43

④逆行模式

也稱為反循環(huán)模式，這個(gè)模式使開挖室里的泥漿逆向流動(dòng)。僅用于一些特別的情況，特別是用于清理排碴管道的堵塞。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室43 ④逆行模式123盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室44

⑤停機(jī)模式

在停機(jī)模式下，所有送排泥泵都停止運(yùn)轉(zhuǎn)，掌子面壓力由壓縮空氣回路來控制。當(dāng)氣墊室泥漿的液面高程低于預(yù)定的低限時(shí)，便進(jìn)行自動(dòng)校正。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室44 ⑤停機(jī)模式124盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室45（3）泥漿管路延伸盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室45（3）泥漿管路延伸125盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室46

（4）泥水輸送系統(tǒng)的管理

泥水倉中的液面高度由送泥泵P1.1（P1.2）來控制。膨潤土泥漿通過地面上的可變速離心泵P1.1（P1.2）從調(diào)漿池泵送到送泥管，對(duì)送泥量進(jìn)行調(diào)節(jié)使氣墊室里的泥漿能保持恒定的液面高度。

進(jìn)入泥水平衡倉的泥漿在盾構(gòu)內(nèi)分成5路，其中上下各2路，回轉(zhuǎn)接頭1路。

排泥回路由一臺(tái)安裝在后配套拖車上的可變速離心泵P2.1和一臺(tái)設(shè)置在取水井底部的可變速接力泵P3（線路長時(shí)依次加入P2.2和P2.3）組成。

流體的密度和流量可以分別使用安裝在每條管線上的γ密度儀及電磁流量儀來測(cè)量，送排泥泵采用變頻控制，通過PLC系統(tǒng)調(diào)節(jié)PID裝置。

軟件通過PLC裝置自動(dòng)地控制泥水循環(huán)回路，控制和監(jiān)控泥水回路的全部數(shù)據(jù)。如泥水平衡倉的液面高度、泥漿回路壓力、排泥泵的空蝕壓力、泥漿密度等。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室46 （4）泥水輸送系統(tǒng)的管理126盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室47泥水循環(huán)控制系統(tǒng)操作界面盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室47泥水循環(huán)控制系統(tǒng)操作界面127盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室48

（5）掌子面加壓系統(tǒng)的管理

掌子面加壓系統(tǒng)通過泥水循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)裝置（特別是送泥系統(tǒng)）及安裝在前盾頂部的壓縮空氣回路對(duì)開挖面的泥水壓力進(jìn)行綜合管理。壓縮空氣墊能夠調(diào)節(jié)泥漿的液面高度，即使在發(fā)生漏水或涌水的情況，它起著一個(gè)吸振器的作用并最終消除壓力峰值，減小泥水壓力的波動(dòng)。

掌子面加壓系統(tǒng)由控制裝置監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)定壓力值與開挖室內(nèi)泥漿壓力值進(jìn)行比較，自動(dòng)控制進(jìn)入氣墊室的壓縮空氣，確保掌子面的泥水壓力穩(wěn)定。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室48 （5）掌子面加壓系統(tǒng)的管理128開挖盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室49

當(dāng)盾構(gòu)掌子面水土壓力增加時(shí)，氣墊倉內(nèi)泥水液位升高，氣體被壓縮而壓力增加，排氣閥打開，降低氣墊倉內(nèi)的壓力，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值后，排氣閥關(guān)閉；

當(dāng)盾構(gòu)掌子面水土壓力減小時(shí)，氣墊倉泥水液位降低，倉內(nèi)氣體體積增加，壓力降低，進(jìn)氣閥打開，升高氣墊倉內(nèi)的壓力，當(dāng)氣體壓力達(dá)到設(shè)定氣壓值時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉。

Pc-+出氣口注漿排渣P進(jìn)氣口開挖盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室49 當(dāng)盾構(gòu)掌子面水土壓力增129盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室50

（6）泥水分離系統(tǒng)

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)由泥漿管路泵送出來的泥漿，被送到一個(gè)泥水分離站進(jìn)行分離，泥水分離站，首先通過一級(jí)初篩，分離大部分的固體石頭和泥塊，第一級(jí)分離后，大部分在3mm以上的石塊土塊被分離出去。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室50 （6）泥水分離系統(tǒng)130盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室51

分離的泥漿流到一個(gè)集漿槽中，再由一個(gè)泥漿泵抽送到二級(jí)漩流器進(jìn)行分離，二級(jí)分離的精度在70μm。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室51 分離的泥漿流到一個(gè)集漿槽中131盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室52

二級(jí)分離后，泥漿再次被抽到三級(jí)漩流器進(jìn)行分離，三級(jí)漩流器分離精度達(dá)到20μm，三級(jí)分離后，泥漿流回制漿池，制漿后又通過泥漿泵流回到刀盤掌子面進(jìn)行置換。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室52 二級(jí)分離后，泥漿再次被抽到132盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１０．電氣系統(tǒng)

盾構(gòu)電氣系統(tǒng)主要由供配電系統(tǒng)（高壓供電，低壓配電）、PLC自

動(dòng)控制系統(tǒng)、盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電氣輔助系統(tǒng)組成。

（1）高低壓配電系統(tǒng)：

盾構(gòu)通常采用高壓10KV供電。通過10KV～380V干式或箱式變壓器

供低壓供電系統(tǒng)使用，低壓供電系統(tǒng)在前盾、盾體、拖車上都安裝有配

電柜來供主驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)油缸、液壓泵站、注漿、管片安裝機(jī)、泥漿輸送

等各個(gè)系統(tǒng)供電。53盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１０．電氣系統(tǒng)53133盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室54

（2）PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)

盾構(gòu)控制系統(tǒng)采用主從、上下位機(jī)和分布式I/O結(jié)構(gòu)。上位機(jī)為PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）和墻面式工控機(jī)組成的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，下位機(jī)是以PLC為主站的可編程控制器系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要用于參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)采集分析。工控機(jī)安裝在盾構(gòu)司機(jī)室，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用，用于人機(jī)對(duì)話、顯示數(shù)據(jù)、設(shè)置和修改系統(tǒng)控制參數(shù)等。上位機(jī)下位機(jī)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室54 （2）PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)上134盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室55

（3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是讀取和存儲(chǔ)有監(jiān)測(cè)傳感器所獲得的檢測(cè)值。根據(jù)已記錄的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（如泥水壓力、氣壓、流量、行程、轉(zhuǎn)速等），通過對(duì)機(jī)器和機(jī)器上進(jìn)行的工作過程進(jìn)行完整的記錄，以便在以后的某個(gè)時(shí)點(diǎn)可以完整或部分地追溯隧道施工。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與盾構(gòu)機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行集成，存儲(chǔ)于控制系統(tǒng)的上位機(jī)，盾構(gòu)機(jī)司機(jī)室是整臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)中心。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息化管理，利用互聯(lián)網(wǎng)，可以將盾構(gòu)掘進(jìn)狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等相關(guān)單位，為整個(gè)工程的信息化管理提供重要的信息來源。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室55 （3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)135盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室56盾構(gòu)施工遠(yuǎn)程信息化管理系統(tǒng)盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室56盾構(gòu)施工遠(yuǎn)程信息化管理系統(tǒng)136盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１２．輔助系統(tǒng)

1）同步注漿系統(tǒng)

同步注漿與盾構(gòu)掘進(jìn)是同時(shí)進(jìn)行，是通過同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注

漿管，在盾構(gòu)向前推進(jìn)盾尾空隙形成時(shí)進(jìn)行，漿液在盾尾空隙形成的瞬

間及時(shí)將其填充，使周圍的巖體及時(shí)獲得支撐，可防止巖體坍塌，控制

地表沉降，有利于隧道襯砌的防水。

同步注漿系統(tǒng)包括砂漿罐、注漿泵、管道、壓力傳感器等設(shè)備。57盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１２．輔助系統(tǒng)57137盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室58

2）隧道導(dǎo)向系統(tǒng)

全自動(dòng)激光導(dǎo)向系統(tǒng)使盾構(gòu)掘進(jìn)方向能有效控制并能及時(shí)調(diào)整，保證隧道線形及最后貫通誤差要求。該系統(tǒng)能夠?qū)Χ軜?gòu)在掘進(jìn)中的各種姿態(tài)、以及盾構(gòu)掘進(jìn)的方向和位置關(guān)系進(jìn)行精確的測(cè)量和顯示。操作人員可以根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的信息，快速、實(shí)時(shí)地對(duì)盾構(gòu)的掘進(jìn)方向及姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，減小掘進(jìn)偏差。導(dǎo)向系統(tǒng)連續(xù)不斷地提供盾構(gòu)的三維坐標(biāo)和定向的、連續(xù)的動(dòng)態(tài)信息，導(dǎo)向系統(tǒng)附帶的通信裝置能夠接收數(shù)據(jù)，由隧道掘進(jìn)軟件計(jì)算盾構(gòu)的方位和坐標(biāo)，并以圖表和數(shù)字表格的形式準(zhǔn)確的顯示盾構(gòu)的位置。

盾構(gòu)機(jī)的激光導(dǎo)向系統(tǒng)主要有全站儀、激光靶板、后視棱鏡、計(jì)算機(jī)及隧道掘進(jìn)軟件組成，所測(cè)量的數(shù)據(jù)傳入盾構(gòu)機(jī)主控室，由計(jì)算機(jī)及隧道掘進(jìn)軟件計(jì)算分析，確定盾構(gòu)機(jī)的方位。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室58 2）隧道導(dǎo)向系統(tǒng)138盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室59盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室59139盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室60

3）人閘倉

雙室人閘倉與盾體上的連接法蘭相連。這些人閘倉的形狀與尺寸取決于盾構(gòu)機(jī)安裝條件。雙室人閘倉的中間被一個(gè)供人進(jìn)出的壓力門隔開。右邊的人倉用作進(jìn)出泥水倉的正常通道，左邊的人倉可用于材料閘或在緊急情況下使用。人閘能同時(shí)容納

3+2

個(gè)人及一副1.8

米長的擔(dān)架。盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室60 3）人閘倉140盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１３．后配套系統(tǒng)

后配套系統(tǒng)主要由以下構(gòu)成：

①運(yùn)送管片的橋架；

②吊運(yùn)系統(tǒng)（管片存儲(chǔ)）；

③裝載盾構(gòu)機(jī)工作必需的電氣及液壓元件的拖車。

所有設(shè)備都安裝在拖車行進(jìn)方向左右兩側(cè)。這使得拖車中間有足夠

的空間讓

運(yùn)輸車行走，把管片輸送到安裝器。后配套系統(tǒng)為管片吊運(yùn)、

液壓泵站、電力系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、泥水環(huán)流系統(tǒng)的安裝提供了平臺(tái)。61盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室１３．后配套系統(tǒng)61141盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室62盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室62142盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室63

2）管片吊運(yùn)

通過拖車上