土压平衡盾构机械结构及功能介绍
盾构机主要结构功能及分类
盾构机主要结构功能及分类盾构机是一种用于地下工程的特种设备，主要用于隧道的掘进。
它的主要结构由多个部分组成，每个部分都有独特的功能。
分类上主要有两种，土压平衡盾构机和密闭式盾构机。
1.土压平衡盾构机的主要结构和功能：（1）盾构机主体结构：主要包括盾构机壳体、导轨、支撑盘、刀盘和推进系统。
盾构机壳体是盾构机的主要结构，起到抗土压力和保护工作人员的作用。
导轨可以保证盾构机在隧道掘进过程中的稳定运动。
支撑盘用于支撑刀盘和推进系统。
（2）刀盘：刀盘是盾构机掘进的核心部分，主要负责切削地层和储存切削土层，同时还可以承载推进力。
刀盘通常由切削刀片和刀杆组成，切削刀片负责切削，切削土层则通过刀杆输送到刀盘内。
（3）推进系统：推进系统是盾构机掘进的动力系统，主要由推进液压缸、液压系统和控制系统组成。
推进液压缸通过提供推进力，推动盾构机前进。
液压系统负责为推进液压缸提供液压能源。
控制系统监控和控制盾构机的运行。
2.密闭式盾构机的主要结构和功能：（1）盾构机主体结构：密闭式盾构机的主体结构与土压平衡盾构机类似，包括盾构机壳体、导轨、支撑盘、刀盘和推进系统。
盾构机壳体保护工作人员，导轨保证盾构机的稳定运动，支撑盘用于支撑刀盘和推进系统。
（2）刀盘：密闭式盾构机的刀盘相对复杂，主要包括切削刀片、刀杆、注浆管和注浆系统。
刀盘负责切削地层和储存切削土层，切削刀片通过刀杆进行切削，同时通过注浆管和注浆系统注入混凝土浆液，以形成地层的支撑结构。
（3）推进系统：推进系统和土压平衡盾构机类似，主要由推进液压缸、液压系统和控制系统组成。
推进液压缸通过提供推进力，推动盾构机前进。
液压系统为推进液压缸提供能源，控制系统监控和控制盾构机的运行。
综上所述，盾构机的种类主要有土压平衡盾构机和密闭式盾构机，其结构和功能都有所区别。
了解盾构机的结构和功能可以帮助人们更好地理解盾构机的工作原理，从而进行合理的使用和维护。
盾构机主要功能部件与结构
盾构机主要功能部件与结构密闭、加泥土压平衡式盾构主要由盾壳与盾尾、开挖机构、管片拼装机构、推进机构、排送机构、动力装置、附属设备等组成。
11.4.1 盾壳与盾尾盾壳由切口环、支承环、钢板束、盾尾等部分通过焊接、铆接、螺栓连接组成。
主要作用是：承受地层压力，起临时支护作用，保护设备及操作人员安全，承受千斤顶水平推力，使盾构在土层中前进，同时也是各机构的骨架与基础。
切口环。
为盾构最前面的一个具有刚度和强度的铸钢或焊接环。
前端切成锐角，便于切入地层，环周有加强筋，将千斤顶水平推力传至钢壳上。
支承环。
与切口环相似是盾构受力的主要部分，是具有一定厚度的铸钢件，由环状加强筋、纵向加强筋、外壳所组成。
环状加强筋焊在支承环两端，纵向加强筋焊在环状加强筋之间，盾构千斤顶安在上面。
支承环内设竖向和水平向立柱与横梁，形成井形隔架，第二层上设置工作平台。
钢板束。
主要作用是保护开挖、掘进、衬砌装置。
由两层钢板铆接而成，分块包在支承环和切口环外面，伸出部分为盾尾。
盾尾。
盾尾由环状外壳与安装在内侧的密封装置构成，其作用是支承隧道周边，防止地下水、开挖面泥浆、泥土与注浆材料被挤入隧道内。
盾尾是进行衬砌组装的地方，其长度取决于衬砌形式。
盾尾密封。
盾尾密封是为了防止注浆材料、地下水和开挖面泥浆与泥土从钢壳面板和管片外围流入盾构机而设置的。
由于盾构保持不断推进，盾尾内壁与衬砌管片外圈结合处摩擦力很大，极容易将密封损坏。
盾尾密封采用三道钢丝刷加密封脂密封方式。
在钢丝刷之间压入密封油脂来承受地下高压泥水。
始发前10 环，每环都注入密封油脂，随后每隔10 环注到第100 环，过了试验段每50 环或100 环注入密封油脂。
遇到特殊情况，如密封不好时，在施工中要注意保证随时补充密封油脂。
11.4.2 开挖机构开挖机构由切削刀盘、刀盘支承与密封系统、刀盘驱动系统、泥土仓等部分组成。
切削刀盘。
盾构刀盘是开挖机构的主要部件。
它直接与开挖面土壤接触，通过推进液压油缸的作用，使盾构刀盘向前推进，刀具切入土层，由驱动装置使刀盘旋转，刀盘把土壤切削下来，隧道向前掘进。
盾构机构造及工作原理简介解析
盾构机构造及工作原理简介解析盾构机构造及工作原理简介第二部分四、盾构机的主控系统及工作原理下图是天地重工生产的土压平衡盾构机示意图，通过这台土压平衡盾构来简单介绍盾构机的构造及工作原理。
盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。
这个钢组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，同时还能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵，这个钢质组件被称为盾构。
而盾构的主要组成部分即为盾体。
盾尾刷和同步注浆系统管片拼装机前盾中盾后盾推进油缸人行闸排土系统刀盘1. 盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体。
前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。
承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。
前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有推进油缸。
中盾的后边是尾盾，尾盾末端装有密封用的盾尾刷。
2. 刀盘和刀盘驱动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，刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。
它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。
刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置，用于制动刀盘。
电机的防护等级需大于IP55。
为了适用于不同的土质条件，刀盘上安装了多种类型和功能的刀具，所有刀具都由螺栓连接，可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。
刀盘(中交天和14.93米泥水气压平衡复合式盾构机)滚刀与推出式滚刀铲刀切削刀仿形刀与超挖刀铲刀:铲刀可以双向进行开挖，主要用于保证开挖直径的稳定不变。
铲刀切削刀:切削刀主要用于切削软土、泥砂地层。
其中刀口与刀盘旋转方向水平的称为切刀，刀口与刀盘旋转方向垂直的称为削刀切削刀滚刀与推出式滚刀:滚刀用于砂卵石、硬岩地层，它可以将大块的岩石打碎，分成小块。
土压平衡盾构机械结构及功能介绍
中心回转接头
刀盘泡沫注入口结构
刀盘的主要分类
按结构形式分，一般分为两类：辐条 式刀盘和面板式刀盘。
按功能分，一般分为两类：软土刀盘 和复合式刀盘。
开口率的定义
• 开口率是指开口面积占整个刀盘面积的 百分比。一般在20%～65%不等，开口率 对土压平衡盾构有着重要意义，开口是否 合适直接影响到压力控制。
主驱动
液压驱动典型结构（以中铁2号为例）
主要组成：
1）液压马达/8台 2) 减速机/8台 3）小齿轮及其两端的调心滚子轴承/8套 4）主轴承/1个 5）驱动箱及其它环类零件/1套 6）主轴承外密封/3道 7）主轴承内密封/2道
驱动参数
1）驱动形式：液压驱动 2）速度：0～3.34rpm，连续可调 3）最大扭矩：5060KN·m 4）脱困扭矩：6030KN·m 5）最大速度下的扭矩：
• 3、多样化 • 随着城市建设的加快，土地资源越来越珍贵，为了节省空间，越来越
多的异形盾构出现，刀盘也随之变得各式各样。
刀盘主要结构
1、主驱动连接法兰（连接主驱动） 2、扭腿（传递扭矩及轴向力） 3、外圈梁（加强结构强度） 4、刀梁（安装刀具） 5、搅拌棒（渣土改良） 6、渣土改良注入口（渣土改良、回转接头）
中国中铁
土压平衡盾构机
机械结构及功能介绍
中铁隧道装备制造有限公司
目录
一、土压平衡盾构机介绍（结合总装图） 二、主驱动系统 三、出渣系统 四、管片拼装系统 五、设备桥拖车 六、人员仓
一、土压平衡盾构机介绍
• 土压平衡就是在盾构开挖时， 利用土仓内的土压或加注辅助
材料产生的压力来平衡开挖面
的土压及地下水压力，以避免
先行刀
鱼尾刀
• 在软土地层掘进时，因刀盘中心部位不能布置切刀，为改 善中心部位土体的切削和搅拌效果，可在中心部位设计一 把尺寸较大的鱼尾刀。鱼尾刀的设计和布置技术如下：其 一让盾构分两步切削土体，利用鱼尾刀先切削中心部位小 圆断面土体，而后扩大到全断面切削土体，即将鱼尾刀设 计与其他切刀不在一个平面上，即鱼尾刀超前切刀布置， 保证鱼尾刀最先切削土体；其二是将鱼尾刀根部设计成锥 形，使刀盘旋转时随鱼尾刀切削下来的土体，在切向、径 向运动的基础上，又增加一项翻转运动，这样既可解决中 心部分土体的切削问题和改善切削土体的流动性，又大大 提高盾构整体掘进效果。
土压平衡盾构机概念
土压平衡盾构机概念
土压平衡盾构机是一种用于在土中进行隧道挖掘的工程机械设备。
它是盾构机的一种类型，主要用于地下隧道工程的施工。
土压平衡盾构机的工作原理是通过在盾构机前端设置推进挡土板，来平衡土层的压力，防止土压力过大造成隧道坍塌。
盾构机的前端还配备有刀盘，通过旋转切割土层，并将土层运输到后方的输送系统中。
土压平衡盾构机主要由推进装置、刀盘、导向系统、控制系统和输送系统等组成。
推进装置可以通过液压驱动，推进盾构机前进。
刀盘上的刀片可以根据土层类型进行更换，以实现最佳切割效果。
导向系统用于保持盾构机的方向稳定，控制系统则用于操作盾构机的运行。
输送系统负责将挖出的土层从隧道中运输出来。
土压平衡盾构机在隧道施工中具有高效、安全、低风险等特点。
它可以适应各种土层类型的挖掘，并且由于使用了土压平衡技术，可以最大程度地保护隧道周围的土体，减少地表沉降和其他地质灾害的风险。
同时，土压平衡盾构机还可以进行人工开挖和管片施工等工作，是一种多功能、高效的隧道施工设备。
土压平衡盾构构造与组成
5
盾构及掘进技术国家重点实验室
二、土压平衡盾构机各系统介绍
4 盾构及掘进技术国家重点实验室
二、土压平衡盾构机各系统介绍
2.推进油缸
盾体的前进由推进油缸完成，每一组油缸均可独立控制压力 进行操纵而不会引起管片移位或产生引起损坏的压力过载。在 控制室里，司机可以看到数字显示的每组油缸行程及压力。油 缸的布置避开了管片接缝，所有的油缸撑靴均为球形绞接式以 避开管片裂缝或损坏。推进油缸顶在压力仓板后部，油缸布置 如图所示。
盾构隧道高级培训班
土压平衡盾构构造与组成
盾构及掘进技术国家重点实验室
☞ 目录
一、土压平衡盾构机构造总述 二、土压平衡盾构机各系统介绍
盾构及掘进技术国家重点实验室
一、土压平衡盾构机构造总述
盾构及掘进技术国家重点实验室
第一节 土压平衡盾构机构造总述
1、结构概述
盾构机主要由下列部件和系统构成：有盾构壳、推进油 缸 、刀盘、刀盘驱动、主轴承、人闸仓、管片安装机、螺旋输 送机、皮带输送机等设备和装置； 还有控制系统、液压系统、 电力系统、通风系统、密 封润滑系统、隧道导向系 统、报警装置； 以及服务 于盾构工作要求的后配套 设备、运输设备、注浆设 备等辅助设备。
2.1推进油缸布置要求 1）推进油缸轴线与盾构中心线平行； 2）布置尽量靠盾构外圆，等距分布， 推进油缸分度圆与管片中心圆尽可能重合； 3）安装一般对称，即双数； 2.2推进系统对液压推进油缸的要求 1）结构简单、体积小、质量轻、耐久性好，便于安装与布置维护； 2）同步性好； 3）必要的防护装置。 4）推进油缸的控制：压力无级控制（推进力），流量无级控制 （速度）。——液压比例控制阀（压力阀、流量阀）
(完整版)土压平衡盾构课件
• 超挖刀照片
2、刀盘支撑：
• 构造：由固定部(齿轮箱部分)、回转部、主轴承和 密封部分构成，固定部由盾构主机前侧切口环支撑 固定。
• 主轴承承受切削刀盘的轴向、径向负荷和力矩，支 撑刀盘的回转及传动。
1、切削刀盘
• 形式：平面面板式、顺、逆时针回转方向掘削。 • 构造：钢板焊接结构。 • 刀盘前面设有5处注泥口，刀盘背面设有搅拌棒。 • 切削刀盘由6根圆柱形中间悬梁通过主轴承由刀
盘支撑结构支撑。由8台减速变频电机驱动。
• 刀盘面装备有切削刀、边刀、箭形刀等，刀盘配备有2套 超挖刀(1套为预备)。
• 切削刀、刮刀的安装采用辐条二侧螺栓连接、背装式设 计，方便作业人员在刀盘背后（土仓内）进行刀具的拆 装工作。
中心切削刀
正面切削刀
周边刮刀
先行刀
• 超挖刀：
• 形式：液压油缸驱动式。
• 构造：由超挖刀、驱动油缸、导向滑动机构构成，可 对盾构机外周土体进行超挖。以圆周的16分之 1(22.5゜) 为设定单位，在0゜～359゜超挖范围内进 行设定。超挖刀配备有2套(其中一套为预备用)。
四、土压平衡盾构机构造 （以小松TMX634为例）
• 土压平衡盾构机主要由盾壳、开挖系统、推 进系统、排土系统、管片拼装系统、油压、 电气、控制系统、姿态控制装置、导向系统、 壁后注浆装置、后拖台车、集中润滑装置、 超前钻机及预注浆、铰接装置、通风装置、 碴土改良装置及其他一些重要装置如人闸等 组成。
所有盾构的形式，其本体从工作面开始均可分 为切口环（前体）、支承环（中体）和盾尾三部 分，借以外壳钢板联成整体。
盾构主机
1、 盾构机本体：
❖ 在切口环部设有安装刀盘及刀盘支撑的结构，在土仓胸板下 部安装有螺旋机。
土压平衡盾构
土压平衡盾构在现代城市建设中，隧道施工技术一直是一个备受关注的话题。
土压平衡盾构作为隧道施工中的重要技术手段，被广泛运用于地铁、隧道、水利工程等领域。
本文将介绍土压平衡盾构的工作原理、施工流程、应用领域以及发展趋势。
工作原理土压平衡盾构是一种通过对盾构机内部进行适当压力控制，使土体在掌握平衡条件下对盾构机的推进方向施加支护压力的施工方法。
其主要工作原理如下：1.土压平衡控制：通过盾构机内设的控制系统，对注入的压浆进行控制，使得盾构机内外的土压力保持平衡，避免挤压或塌陷的发生。
2.推力控制：由盾构机的主推进液压缸提供推力，推动盾构机朝着设计方向推进，同时根据隧道的地质条件，调整推进速度和力度，保证施工安全。
3.土体支护：在盾构机推进的同时，通过盾构机后部的支护系统提供对土体的支撑和加固，防止隧道倒塌。
施工流程土压平衡盾构施工流程一般包括以下几个步骤：1.现场勘察：对隧道工程的地质条件、地下管线等情况进行详细调查和勘察，了解地层情况，为后续施工提供数据支持。
2.盾构机铺设：将盾构机按照设计要求铺设在施工现场，进行机器调试和检验。
3.推进施工：启动盾构机，根据设计要求控制推进速度和土压平衡，逐步推进隧道施工。
4.土体处理：处理盾构机后部土体的排出和支护，防止土体坍塌，同时保护环境。
5.隧道验收：完成隧道的整体施工后，进行验收，确保施工质量和安全。
应用领域土压平衡盾构技术在地铁、铁路、公路、水利等领域均有广泛应用，其主要应用包括：•地铁隧道：土压平衡盾构在地铁隧道的施工中应用广泛，能够适应不同地质条件，提高施工效率和质量。
•水利工程：在水利隧道、排水管道等工程中，土压平衡盾构可以有效应对复杂的地下水文条件，保证施工安全。
•公路隧道：对于公路隧道的施工，土压平衡盾构可以减少交通影响，提高工程质量。
发展趋势随着城市化进程的不断加快，土压平衡盾构技术在隧道施工中将继续发挥重要作用，并呈现出以下几个发展趋势：•智能化：随着技术的不断发展，土压平衡盾构将趋向智能化，实现自动化控制和监测，提高施工效率和安全性。
土压平衡盾构工作原理和结构
土仓压力=地下水压+土压
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㈢土仓压力控制原因
增大/减小推动速度
地下水压/土压
增大/降低碴土排量
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㈣土仓压力对地表旳影响
压力过小地表 沉降
压力过大地表 隆起
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土压平衡盾构构成
按构造分：主机和后配套。 按功能分：控制系统、主驱动系统、推动系统、出碴系统、管片运送及 拼装系统、注浆系统、注脂系统、碴土改良系统、供电系统等。
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㈡类型及模式
为适应多种不同类型地层及盾构工作方式旳不同，盾构主要有 下列三种类型、四种模式：
三种类型： ☆软土盾构机； ☆硬岩盾构机； ☆混合型盾构机。
四种模式： ☆敞开式； ☆半敞开式； ☆土压平衡式； ☆气压式。
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㈠工作原理
刀盘旋转切削泥土经过刀盘开口被压进土舱，经过螺旋机转到皮带 机上，然后输送到碴车里。盾构在推动油缸旳推力作用下向前推动，盾 壳对挖掘出旳还未衬砌旳隧道起着临时支护作用，承受周围土层旳土压 和水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳旳 掩护下进行。
主要作用： ☆实现主机旳向前推动 ☆实现掘进速度旳调整 ☆实现盾构方向旳调整
上 部
左部
右部
下部 28
⑸碴土改良系统
主要作用： ☆改善碴土流塑性，有利于碴土顺畅排出 ☆降低碴土密实度并减小摩擦 ☆拓宽盾构旳适应范围
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⑹注浆系统
主要作用： ☆管片壁后空隙填充，控制地表沉降 ☆形成壁后屏障，形成防水层 ☆稳定管片与周围岩体一体化
1—刀盘；2--土舱；3—承压 隔板；4—人舱；5—推动千 斤顶；6—盾尾密封；7—管 片；8—皮带机；9—拼装机；
10—主驱动；11—螺旋机
土压平衡盾构机概念(一)
土压平衡盾构机概念(一)土压平衡盾构机概述•土压平衡盾构机是一种专用的隧道掘进设备，用于在土层或软岩中进行地下工程建设。
•该盾构机利用承压泥浆的重力来平衡地下水压力，以保持隧道周围土体的稳定。
盾构机原理•盾构机由推进机构、装甲管和承压泥浆系统组成。
•在施工过程中，推进机构将盾构机推进并同时掘进土层，土层从盾构机前部进入装甲管，形成地下通道。
•同时，承压泥浆通过管道注入装甲管内，形成土压平衡，平衡隧道周围土体的水压。
•使用剥离装置，盾构机可以剥离掉前方土体，然后将土层从后部输送到地面。
土压平衡盾构机的主要组成部分1.推进机构–由顶推装置、推进液压缸和推进车架组成。
–顶推装置用于推进盾构机。
–推进液压缸控制盾构机的前进和后退。
–推进车架支撑并稳定盾构机的运动。
2.装甲管–由一系列圆环状的钢制构件组成，连接成固定长度的装甲管。
–装甲管形成了隧道的结构支撑，并对盾构机进行引导。
3.承压泥浆系统–由主泵站、泥浆调配系统和注浆系统组成。
–主泵站负责泥浆的供应和输送。
–泥浆调配系统控制泥浆的浓度和黏度。
–注浆系统负责将泥浆注入装甲管内，形成土压平衡。
4.剥离装置–用于剥离掉盾构机前方的土层。
–通常包括剥离刀、排土室和排土输送系统。
土压平衡盾构机的应用领域•土压平衡盾构机广泛应用于城市地铁、隧道、交通和水利等工程。
•由于其在复杂地质条件下的优越性能，它成为地下隧道施工的首选设备。
结论•土压平衡盾构机采用土压平衡原理，在地下工程建设中发挥着重要作用。
•盾构机的推进机构、装甲管和承压泥浆系统是其主要组成部分。
•土压平衡盾构机广泛应用于各种地下工程领域，推动了城市建设和交通发展的进步。
土压平衡盾构机主要部件功能描述
土压平衡盾构机主要部件功能描述1 概述土压平衡盾构机的基本组成部分主要有下面几大块，如表3—7所示。
表3-7 土压平衡盾构机主要组成表下面根据这些部件或系统在盾构施工中的不同功能特点来分别进行说明。
2 盾体部分盾体部分由刀盘、前体、中体和盾尾四大部分组成。
（1)刀盘和刀具刀盘是安装在盾构机前面的旋转部分，在支撑掌子面土压的同时进行开挖。
通过在不同形式的刀盘上安装不同的刀具或刀具组合，可以适应不同的地质情况下的施工需要。
在正常的工作环境下,刀盘、刀座和刀盘支承结构能够抵抗单轴抗压强度达到120Mpa的强度，不会出现刀盘变形及非正常的磨损。
刀盘包括焊接结构件和刀架.刀盘表面焊接有耐磨层，圆周区域焊接有三道耐磨条.通过刀盘旋转，挖出的碴土从刀盘的8个开口导入土仓。
刀盘的后部开口向内倾斜，有利于导入碴土.焊接的搅拌臂可以使改良添加剂和碴土在刀盘后面进行充分的搅拌。
刀盘安装在主轴承的内齿圈上,通过6个液压马达驱动。
刀盘设计为双向旋转，其转速可无级调节。
通过刀盘的旋转接头,土质改良用的泡沫、膨润土或水被送到土仓内。
回转中心通过刀盘中心的法兰和刀盘连接。
为了适应不同地质的开挖要求，在刀盘上可以安装滚刀、铲刀、刮刀和齿刀。
刀盘上的刀具均可在刀盘后面进行更换。
（2）盾壳盾壳包括三个主要组件：前体（切口环）、中体（支撑环）和盾尾。
1)前体里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。
压力隔板将前体的土仓和主舱分离开来。
隔板上面的门可以让人进入土仓进行保养和检查工作。
此外，隔板有几个开口,可以作为碴土改良材料的入口以及作为修理时输电线的接线盒接头。
在前体的隔板上安装有土压传感器用以监测土仓内的土压，以便在土压平衡模式下及时对土仓内的土压进行反馈和调节。
2）中体在中体内布置了推进油缸支座和管片安装机架。
管片安装机支架通过相应的法兰面和管片安装机梁连接起来。
推进缸和连接盾尾的铰接油缸布置在中体。
在中体的盾壳上焊接了带球阀的可在需要时实施超前钻孔的预留孔，当需要时还可以通过这些预留孔注入膨润土等用以减小盾壳与土层的磨擦，或实施临时止水。
NTU039土压平衡盾构机结构与分系统功能分析
Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ 技术应用
润滑 脂输 送 到刀 盘面 板 的泡 沫 喷射 口、磨 损检 测 口和仿 形 拼 装机 左右 臂用 法 兰连接 在 中盾上 ，拼 装机 的支 撑架 通过
技术应用 Ｉ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｎ Ｔ Ｕ Ｏ ３ ９土 压 平 衡 盾 构 机 结 构 与 分 系 统 功 能 分 析
◆ 王 颖
北方重Ｚ － 集 团有限公 司盾 构机分公 司质 量部
辽宁沈 阳 ｌ １ ０ １ ４ １
充满 泥 土而 又不 至于饱 满 。盾 构机 掘进 一环 的距 离后 ，管 片拼 装机操 作 人员 操纵 拼装机 ， 进行单 层衬 砌管 片 的安装 ，
了地 面 监 控 室 对 盾 构 机 运 行 的 实 时 监控 。针 对 作 业 环 境 盾 构机 掘 进时 ，启 动 同步 注浆 系统 ，浆液 注 入隧 道管 片与
螺旋排土机构 、 后配套装置 、 电气系统 、 辅助设备组成 ［ ４ － ５ ］ ｏ
２ ． １ 刀 盘 Fra bibliotek１土压平衡盾构机的工作原理
Ｎ Ｔ Ｕ ０ ３ ９ 土 压平 衡 式盾 构 机是 北 方重 工 集 团有 限 公 司 盾 构 机分 公 司针对 用户 需求 进行 定 制开 发 的大型 装备 ，总
的不 同 ，盾 构机 又分 为 土压平 衡 式盾 构机 （ 密 封式 ）、泥
土层之间的环隙中，稳定管片和地层 ，使隧道一次成型。 ２ Ｎ Ｔ Ｕ０ ３ ９土压平衡 盾构机 的结构
盾 构机 由刀盘 、 盾体 、 主驱 动 、 保 压人 舱 、 管 片拼 装机 、
土压平衡盾构机械结构及功能介绍
复合式刀盘
刀具的分类及工作原理
• 目前使用的刀具一般有两类：一是切削类刀具， 二是滚动类刀具。 • 1、切削类刀具
• 刮削刀具是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具，刮削 刀具的种类繁多，目前盾构掘进机上常用的刮削刀具类有 边刮刀、刮刀、切刀、齿刀、先行刀、仿形刀、刮板等。
撕裂刀
先行刀
• 先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置， 因此也称为超前刀。先行刀在设计中主要考虑与 切刀组合协同工作。先行刀在切刀切削土体之前 先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良 好的切削条件。先行刀的切削宽度比切刀窄，一 般设计为切刀的一半，切削效率较高。采用先行 刀可显著增加切削土体的流动性，大大降低切刀 的扭矩，提高切刀的切削效率，减少切刀的磨耗。 在松散体地层，尤其是砂卵石地层和钙质结核地 层，先行刀的使用效果十分明显。
三、可靠性要求
• 确保回转架转角不超限 • 超压保护 • 确保回转架停车制动可靠 • 管片扣紧状态检测采用压力和位置双重检 测 • 两个回转马达均带制动器 • 管片机设无线遥控装置
管片拼装机的型式
• 从使用动力来分，目前有液压式、电气驱 动等，从安装位置来分，可分为安装在盾 构内的环式、中空轴式等形式。
六、人舱
• 人仓包括主舱和辅舱，两舱横向连接，之间有舱 门相通。通过前盾隔板上的门可以由主舱进入开 挖仓。辅舱的作用是在出现紧急情况时出入，主 舱最多可以进3人，辅舱最多可进2人。 • 主舱和辅舱都可独立操作，内部都配有以下设备： 通讯系统、排气阀和通风阀、时钟、气压计、温 度计、供暖设备，人舱外还配有记录仪（记录两 舱和开挖仓内的压力情况）、压力表（显示人舱 和开挖仓的压力）和流量表。
图１-1 土压平衡原理示意图
二、主驱动系统
土压平衡盾构工作原理及结构
土仓压力<水压力+土压力
地面下陷
土仓压力控制因素
土仓压力控制因素图 增大/减小推进速度
增大 / 减小螺旋输送机排放速 度
地下水压 土压
42
30
⑺注脂系统
根据盾构使用、设计理念的不同而有所区别，总体来说盾构注脂 系统包括以下三种： ☆HBW注脂系统 ☆主轴承密封注脂系统 ☆盾尾密封注脂系统
31
⑻供电系统
主要作用： ☆实现高压电缆延伸 ☆实现动力系统供电 ☆实现控制系统供电 ☆实现照明及应及照明供电
32
⑼水循环、排污系统
主要作用: ☆实现供排水管路延伸 ☆实现各系统供水 ☆实现各系统冷却 ☆实现施工污水排放
变频电机
一般电机
液压驱动
驱动部外形尺寸 后续设备
效率 起动力矩 起动冲击 转速微调控制
中 少
0.95 大 小 好 差
大 少
0.9 较小 大
小 较多
0.65 较大 较小 好
噪声 盾构温度
维护保养
小 低
易
小 较低
易
大 较高
较复杂
26
⑶主轴承润滑及密封系统
刀盘室
盾构主体
主密封及油脂 刀盘支座 小齿轮
电机 主轴承 轴承箱
房屋开裂
防洪堤坍塌
地表下沉
4.2 土压平衡盾构开挖面平衡机理
土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合作用而维持： 土仓内的土压力平衡地层压力和水压力；
螺旋输送机调节排土量；
适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。
土仓压力=水压力+土压力
平衡
土仓压力>水压力+土压力
地面隆起
(完整版)盾构机主要结构功能及分类
主机盾体结构及功能简介
盾尾密封一般采用钢丝刷密封装置，钢丝刷是集弹簧钢板、钢丝刷 及不锈钢金属网于一体的结构（也有采用钢板刷）。盾尾油脂泵向每道 钢丝刷密封之间的腔室提供压力油脂，以提高止水性能。根据不同的水 土压力可选择不同排数的尾刷布置方式。
主机盾体结构及功能简介
盾尾密封： 设置3道密封刷，其中最后一
螺旋输送机按驱动结构分，一般有周边驱动和中心驱动两种结构形式。 中心驱动，结构紧凑，便于相邻部件的布置。 周边驱动，出渣口在后部，提高出渣位置，渣土通过无轴区时利用自身重
力堆积、密实，形成土塞，使渣土具有一定连续性，并能起到一定止水作 用。
目录
第一章 主驱动结构功能及分类 第二章 主机盾体结构及功能简介 第三章 螺旋输送机结构功能及分类 第四章 管片拼装机结构功能及分类
度为22.5°
主机盾体结构及功能简介（铰接油缸）
铰接油缸 按照铰接方式分为2种： 1）主动铰接：铰接油缸和推进油缸 均有调向功能，铰接缸在推进缸前 面，可直接迫使刀盘转向。调向时 可采用主动转向方式也可采用被动 转向方式。调向性能好；硬岩层换 刀方便；铰接与推进依次动作，利 于脱困；不利于人仓在顶部布置。 2）被动铰接：铰接油缸随动，拉 力相对较小，脱困能力弱。利于人 仓布置。
PUMP P1
进浆泵
隧道中继泵
进浆管路
BACK UP
PUMP P2
PUMP P3
泥浆管延伸装置
盾构机主驱动结构功能及分类
刀盘支撑及主驱动 • 刀盘支承方式有3种： 1）中心支承式（适用于中小型直径盾构）2）中间支承式（适用于中大型直径盾
构）3）周边支承式（适用于小型直径盾构）
①中心支承方式
土压平衡式盾构机的组成及工作原理
土压平衡式盾构机的组成及工作原理随着科学技术日新月异的发展，新事物不断涌现，盾构机的出现虽然有一定时间，但是，盾构机集成了很多现代科技。
大型PLC,各种性能优良的液压泵，各种先进的控制理念都体现在了盾构机上。
我们要去学习和了解它，从而去创新和改造它。
现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。
盾构机挖掘主要靠刀盘切削来完成，不同地质刀盘通常配备有不同数量的切刀或滚刀。
为了确保切刀的耐久性，要选择与土质相适应的切刀形状。
刀刃材料通常是以钨碳化合物为主烧结超硬合金。
切刀要合理排列以达到能切削整个掌子面的目的。
地层为岩石或地层中存在大块卵石情况下，安装滚刀是必不可少的，盾构机掘进时刀盘旋转的同时启动推进千斤顶将刀盘压紧岩层，刀盘上的滚刀一边滚动一边破岩，刀盘旋转推力使得滚刀不断滚动前进，从而对整个掌子面的岩石开挖。
刀盘上有仿形刀装置，此装置为液压缸驱动，由切削刀，液压油缸构成，在必要时（如纠偏，转弯）进行盾体外周超挖或余掘。
主驱动系统有两个变量柱塞泵（分别有两个315KW电机，电机分别由两个软启动器驱动），8个液压马达（用来驱动刀盘），补油泵（75KW电机驱动），1/ 5控制泵，恒功率阀块，HBW油脂系统，轴承润滑系统，冷却水系统组成。
1.启动控制泵，缓慢调节控制泵的切断阀（顺时针增大压力），泵输出压力逐步升高，控制泵的安全压力设定为8.0Mpa。
2.启动补油泵，再缓慢调节溢流阀，溢流阀压力升至2.0Mpa。
锁紧补油泵旁路溢流阀和换油流量调节溢流阀锁紧螺母；3.启动冷却水泵（主驱动有8个液压马达，每个液压马达带一个减速器，用来冷却减速器，）。
4.启动润滑油脂系统，HBW系统，齿轮油系统）4.硬件上强制给PLC一个启动信号(不需要启主驱泵)。
选择刀盘旋转方向（即主泵上三位四通换向阀得电情况两个泵需一致），观察两个主泵斜盘变化，变化正常后再按正常程序启动主泵。
盾构机功能简介
注浆工艺参数确定
• 注浆量和注浆压力的控制 • 壁后注浆的注入量受浆液向土体中的渗透、泄露损失（浆液流到注入区 域之外）、小曲率半径施工、超挖、壁后注浆所用浆液的种类等多种因 素的影响。虽然这些因素的影响程度目前尚在探索，但控制注入量多少 的基本原则是不变的，就是要保证有足够的浆液能很好的填充管片与地 层之间的空隙。 • 一般每环浆液注入率为130 ~ 180%，施工中如果发现注入量持续增多 时，必须检查超挖、漏失等因素。而注入量低于预定注入量时，可以考 虑是注入浆液的配比、注入时期、盾构推进速度过快或出现故障所致， 必须认真检查采取相应的措施。 • 注入压力要考虑不同地层的多种情况，注入压力一般是2～4bar，考虑 在砂质或砂卵石地层中浆液的扩散，所以注入压力要比在粘土中的注入 压力小一些。 • 在壁后注浆施工中，为控制注浆效果和质量，应对注入压力和注入量这 两个参数进行严格控制，应采取的是以设定注入压力为主，兼顾注入量 注入压力为主， 注入压力为主 的方法。 • • 可以单独控制，也可以在搅拌站控制室进行联动控制。
注浆材料和配比的选择
• • • • • • • • • • • • • • • •
注浆材料应具备的基本性能
根据地质条件、工程特点以及盾构机的型式，浆液应具备以下性能： 1 具有良好的长期稳定性及流动性，并能保证适当的初凝时间，以适应盾构施工以及远距 离输送的要求。 2 具有良好的充填性能。 3 在满足注浆施工的前提下，尽可能早地获得高于地层的早期强度。 4 浆液在地下水环境中，不易产生稀释现象。 5 浆液固结后体积收缩小，泌水率小。 6原料来源丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求。 7 浆液无公害，价格便宜。
主机及后配套
主机 后配套 右
左
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房屋开裂
防洪堤坍塌
地表下沉
南京某地铁到达过程造成的隧道塌方
皮带输送机
• 参照CAD总装图进行理解 • 主要结构和功能（16号为例）
• • • • • 拉线开关4处 跑偏检测装置2处 清理装置4处 打滑检测装置1处 分流装置1处
四、管片拼装系统
• 管片拼装机 • 管片吊机 • 管片输送小车
有轴
无轴
驱动装置
• 螺旋输送机按结构分，一般有周边驱动和 中心驱动两种结构形式。
中心驱动式
周边驱动式
中心驱动，结构紧凑，便于相邻部件的布 置。
周边驱动，出闸口在后部，提高出渣位 置，易喷涌防止渣土从皮带机倒流。渣 土通过无轴区时利用自身重力堆积、密 实，形成土塞，使渣土具有一定连续性 ，并能起到一定止水作用。
7 8 9 10
好 小 小 好
差 小 小 好
好 大 大 差
11
变频方式：在产业界普遍采用，其安全性、效率、可靠性都好。 离合器方式：其安全性、效率、可靠性好。但适应土质变化的可靠性差，并且起动、反转，速度控 制差。 液压方式：其安全性、效率、可靠性差。 变频方式①： 变频电机+减速机+驱动刀盘； 离合器方式②：电机+离合器（磁粉）+减速机+驱动刀盘； 液压方式③： 液压马达+减速机+驱动刀盘。
管片吊机
• 概述
管片吊机的功能是从管片车上将管片吊 运到管片运输小车上。管片吊机的轨道为 双梁布置，从1号拖车到设备桥的前方。吊 机包括两个电动葫芦和驱动装置。 管片吊机设置一个行走档，快速/慢速 两个提升挡。
滚动刀具
• 滚动刀具是指不仅随刀盘转动，还同时作自转运动的破岩刀具。 根据刀刃的形状滚刀可分为：齿形滚刀（钢齿和球齿）、盘形滚 刀（钢刀圈滚刀和球齿刀圈滚刀）。见图 根据安装位置滚刀可分为：正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩孔滚 刀。 目前盾构掘进机滚刀主要是盘形滚刀，盘形滚刀又有单刃、双刃 和多刃。
仿行刀
刀盘主要结构
1、主驱动连接法兰（连接主驱动） 2、扭腿（传递扭矩及轴向力） 3、外圈梁（加强结构强度） 4、刀梁（安装刀具） 5、搅拌棒（渣土改良） 6、渣土改良注入口（渣土改良、回转接头）
中心回转接头
刀盘泡沫注入口结构
刀盘的主要分类
按结构形式分，一般分为两类：辐条 式刀盘和面板式刀盘。 按功能分，一般分为两类：软土刀盘 和复合式刀盘。
管片拼装机
一、概述
管片拼装机是管片拼装系统的一个重要组成 部分，管片拼装系统有管片车、管片吊机、管片 输送器、管片拼装机、整圆器组成； 管片拼装机安装在盾尾部分，是一种可以安全 迅速地把管片组装成所定形式的机械 ，它可以实 现多个自由度的动作。
二、功能要求
•管片安装机能完成锁紧、升降、平移、回 转、仰俯、横摇和偏转七种动作。 •管片安装机有足够的回转力矩和平移力回 转机构应具备常闭制动功能。 •在设计中要考虑对污染、泄漏、噪声的控 制措施。
出土量的控制
出土量的控制是影响开挖面稳定和周边地基 的重要因素，稍有不慎就会造成地面沉降等严重 后果，所以必须充分注意管理。 1）出土量的控制通过调整闸门的开度来调整； 2）出土量的控制靠推进速度及螺旋输送机内的螺 旋转速来调整； 3）出土量的控制要密切配合刀盘的切削速度，使 之尽量相等，土舱内既充满泥土，又不致于过于 饱满。
1、环式
• 在支承环后部或在盾构液压缸压力垫附近 的盾尾设置支承滚轴，在滚轴上安装中空 形的圆环，其中设有可自由伸缩的臂。采 用这种形式时，可得到较大的作业空间， 便于布置出土设备。
2、中心轴式
通过法兰把移动梁连接在支撑环米字 粱上，移动环合旋转环通过滚轮轴承安装 在移动梁上。中心空间小，但轴向移动距 离很大。
主要结构组成
1、螺旋叶片 2、外壳 3、排土闸门 4、驱动装置 5、伸缩装置 6、观察窗
双闸门控制
单闸门控制
螺旋输送机的型式
螺旋输送机的型式大致区分为有轴和无轴两 种型式。 1） 对于中间有轴的螺旋输送机，能通过的最大 粒径较小，例如内径φ 800的螺旋机通过粒径在 φ 300左右。 2） 在含有卵砾石的地层中，为了尽量增加螺旋 输送机通过土能力，常采用无轴螺旋输送机。但 是在透水性好的土质条件下，需认真研究止水性 等压力保持能力，并且无轴的螺旋输送机被堵塞 时，由于只有螺旋叶片的结构较为软弱，它不能 通过反转来实现脱困，否则螺旋输送机在套管内 会立刻被扭坏。
电驱与液驱的比较
No 1 2 3 4 5 6 项目 驱动部 尺寸 后续设 备 效率 (%) 起动电 流 起动力 矩 起动冲 击 转速控 制、微 调 噪音 隧道内 温度 维护保 养 综合评 价 变频方式① 中 少 0.95 小 中 小 离合器方 式② 大 少 0.9 小 中 大 液压方式 ③ 小 大 0.65 小 小 小 备 注 如以③外形尺寸为1，则①1.5~2，②2~2.5。 ③需要液压泵、大油箱、冷却装置等，所以后续设备大。 由于①，②采用电机驱动，故效率高。 ①利用变频起动电流小，②因为切断离合器起动，电流小， ③由于无负荷起动电流小。 ①起动力矩可以达到额定力矩的120%，③约低20%。 ①利用变频，③控制液压泵排量，可以低转速、缓慢起动。 ②由于离合器离、合，所以冲击大。 ①利用变频，③控制液压泵排量，可以控制转速、微调。 ②由于采用离合器，所以一般只要二种速度。 ③由于液压系统，所以噪音大 ③由于液压系统，功率损耗大，所以温度大。 ①、②几乎不要，③液压系统维护保养复杂，要求高。
中国中铁
土压平衡盾构机
机械结构及功能介绍
中铁隧道装备制造有限公司
目 录
一、土压平衡盾构机介绍（结合总装图） 二、主驱动系统 三、出渣系统 四、管片拼装系统 五、设备桥拖车 六、人员仓
一、土压平衡盾构机介绍
• 土压平衡就是在盾构开挖时， 利用土仓内的土压或加注辅助 材料产生的压力来平衡开挖面 的土压及地下水压力，以避免 掌子面坍塌或地层失水过多而 引起地表下沉的一种盾构掘进 模式。如图１-1所示，在盾构 开挖时土仓内的压力P2和掌子 面上的压力P1相平衡，其中P2 包括土仓内碴土的压力和注入 材料的压力，这种掘进模式即 为土压平衡模式，P1等于土柱 压力和水柱压力的总和。
图１-1 土压平衡原理示意图
二、主驱动系统
1、刀盘 2、主驱动
刀 盘
概述
• 1、重要性 • 刀盘是盾构机的关键部件之一，刀盘及刀具的选择是否合适直接影响 盾构掘进机的切削效果和掘进速度，甚至关系到盾构施工的成败。 • 2、个性化 • 盾构在施工过程中会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩 及硬岩等。刀盘刀具不可能是千篇一律的，必须根据工程地质情况进 行个性化设计。 • 3、多样化 • 随着城市建设的加快，土地资源越来越珍贵，为了节省空间，越来越 多的异形盾构出现，刀盘也随之变得各式各样。
变频驱动典型结构（以中铁16号为例）
主要组成：
1）变频电机/6台 2) 减速机/6台 3）小齿轮/6个 4）主轴承/1个 5）驱动箱及其它环类零件/1套 6）主轴承外唇形密封/4道，外MY型密封/3道 7）主轴承内唇形密封/3道，内MY型密封/3道
驱动参数
1）驱动形式：变频电机驱动 2）速度：0～3rpm，连续可调 3）最大扭矩：5500KN· m 4）脱困扭矩：6900KN· m 5）驱动功率：660KW
主驱动
液压驱动典型结构（以中铁2号为例）
主要组成：
1）液压马达/8台 2) 减速机/8台 3）小齿轮及其两端的调心滚子轴承/8套 4）主轴承/1个 5）驱动箱及其它环类零件/1套 6）主轴承外密封/3道 7）主轴承内密封/2道
驱动参数
1）驱动形式：液压驱动 2）速度：0～3.34rpm，连续可调 3）最大扭矩：5060KN· m 4）脱困扭矩：6030KN· m 5）最大速度下的扭矩： 1350KN· m/3.34rpm 6）驱动功率：630KW
先行刀
鱼尾刀
• 在软土地层掘进时，因刀盘中心部位不能布置切刀，为改 善中心部位土体的切削和搅拌效果，可在中心部位设计一 把尺寸较大的鱼尾刀。鱼尾刀的设计和布置技术如下：其 一让盾构分两步切削土体，利用鱼尾刀先切削中心部位小 圆断面土体，而后扩大到全断面切削土体，即将鱼尾刀设 计与其他切刀不在一个平面上，即鱼尾刀超前切刀布置， 保证鱼尾刀最先切削土体；其二是将鱼尾刀根部设计成锥 形，使刀盘旋转时随鱼尾刀切削下来的土体，在切向、径 向运动的基础上，又增加一项翻转运动，这样既可解决中 心部分土体的切削问题和改善切削土体的流动性，又大大 提高盾构整体掘进效果。
复合式刀盘
刀具的分类及工作原理
• 目前使用的刀具一般有两类：一是切削类刀具， 二是滚动类刀具。 • 1、切削类刀具
• 刮削刀具是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具，刮削 刀具的种类繁多，目前盾构掘进机上常用的刮削刀具类有 边刮刀、刮刀、切刀、齿刀、先行刀、仿形刀、刮板等。
撕裂刀
先行刀
• 先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置， 因此也称为超前刀。先行刀在设计中主要考虑与 切刀组合协同工作。先行刀在切刀切削土体之前 先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良 好的切削条件。先行刀的切削宽度比切刀窄，一 般设计为切刀的一半，切削效率较高。采用先行 刀可显著增加切削土体的流动性，大大降低切刀 的扭矩，提高切刀的切削效率，减少切刀的磨耗。 在松散体地层，尤其是砂卵石地层和钙质结核地 层，先行刀的使用效果十分明显。
主驱动
主轴承
驱动箱
主驱动润滑
主轴承密封系统通过油脂注入向迷宫方向挤出， 防止砂土进入密封系统。 密封系统由3道TBMS密封构成。密封保护通过3 种注射方式实现： 腔室1：使用气动泵与齿轮马达分配器在各点平 均注入HBW 油脂。 腔室2：用气动泵从6个点向外密封，4个点向内 密封注入EP2油脂。 腔室3：在主轴承滚道、小齿轮与小轴承内注满 320号齿轮油。