盾构机主要部件组成及施工工艺

盾构机主要部件组成及施工工艺

雷宏

盾构是一个具备多种功能于一体的综合性设备，它集合了隧道施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能。盾构施工的过程也就是这些功能合理运用的过程。

盾构在结构上包括刀盘、盾体、人舱、螺旋输送机、管片安装机、管片小车、皮带机和后配套拖车等；在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、自动导向系统及通风、供水、供电系统、有害气体检测装置等。

1、刀盘和刀具

刀盘：根据北京地铁特殊地质条件设计。辐条式刀盘，开口率约为50%。6个刀梁。刀梁及隔板上有5路碴土改良的注入孔（泡沫、膨润土、水注入管路）。刀盘表面采用耐磨材料或堆焊耐磨材料，确保刀盘的耐磨性。刀盘具有正反转功能，切削性能相同。

刀具：中心鱼尾刀1把，先行刀36把、主切刀82把（高64把、低18把），保径刀24把；合计：143把。另配超挖刀2把。

2、盾体

盾体钢结构承受土压、水压和工作荷载（土压3bar）。

盾体包括：前盾、中盾、盾尾。

●前盾

前盾又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。隔板上面设人舱、球阀通道、四个搅拌器。前盾上有液压闭合装置，可以关闭螺旋输送机的前闸门。前盾的隔板上装有土压传感器。

●中盾和盾尾

中盾又称支承环，前盾和中盾用螺栓联接，并加焊接联接。

中盾内布置有推进油缸、铰接油缸和管片安装机架。中盾的盾壳园周布置有超前钻孔的预留孔。

中盾和盾尾之间通过铰接油

缸连接，两者之间可以有一定的

夹角，从而使盾构在掘进时可以

方便的转向。

盾尾安装了三道密封钢丝刷

及8个油脂注入管道、8根内置的

同步注浆管道（4根正常使用4

根注浆管为备用）。

3、主驱动系统

主驱动机构包括主轴承、八个液压马达、八个减速器和安装在后配套拖车上的主驱动液压泵站。刀盘通过螺栓与主轴承的内齿圈联接在一起，刀盘驱动系统通过液压马达驱动主轴承的内齿圈来带动刀盘旋转。

主轴承采用大直径三滚柱轴承，外径2820mm。

4、推进系统

盾构的推进机构提供盾构向前推进的动力。推进机构包括32个推进油缸和推进液压泵站。推进油缸按照在圆周上的区域分为四组，顶部3对油缸一组、左侧4对油缸一组、右侧4对油缸一组、底部5对油缸一组。油缸的后端顶在管片上以提供盾构前进的反力。

推进系统油缸分组控制如图所示，其中4个位置的油缸装有位移传感器。

焊接有耐磨片。

螺旋输送机通过二个液压马达带二个减速机周边驱动，其转速范围可以在0~21rpm内无级调速，可以很好的控制出土量和控制土舱的土压力。

为了提高碴土的流动性，可以向螺旋输送机周边的孔注入膨润土或泡沫。

螺旋输送机最大输送粒径为250mm。

6、皮带输送机

皮带机用于将螺旋输送机输出的碴土传送到盾构后配套的碴车上。皮带机布置在后配套拖车的上面。

7、管片安装机构

管片安装机安装在盾尾，有6个自由度，有遥控和线控两种方式。

管片吊机及管片转运小车：管片（共6块）由2个管片运输车由洞外运送到洞内后，首先由管片吊机吊起放置到管片转运小车上，然后由管片转运小车送到管片安装机能够抓到的位置。管片转运小车一次可以存放3块管片。

8、人舱

人员舱是人员出入土舱进行维修和检查的转换通道，出入土舱的工具和材料也由此通过。人员舱有两种状态：无压模式（非工作状态）；加压模式（工作状态）。人员舱包括主舱和材料舱（3+2），它们由压力门隔开。

进入土舱具有一定的危险性。进入人员舱的工作人员必须经过身体检查，并接受相关的专业技术培训。

9、拖车

后配套拖车用以安装液压泵站、注浆泵、砂浆罐及电气设备等。拖车行走在专用轨道上，拖车之间用拉杆相连。每节拖车上的安装设备如下表：

10、液压系统

液压系统是盾构为各主要执行元件提供动力并执行的关键系统，主要包括主驱动、推进（铰接）、螺旋输送机、管片安装机、辅助系统、循环过滤冷却系统等，液压系统的元器件全部采用国际知名品牌的产品，元器件质量可靠性能稳定，保证了液压系统的可靠性。

11、注脂系统

注脂系统包括三大部分：主轴承密封系统，盾尾密封系统和主机润滑系统。三部分都以压缩空气为动力源。

12、碴土改良系统

盾构配有两套碴土改良系统：膨润土系统和泡沫系统。两者在注入口共用一套输送管路。

泡沫系统：用于对碴土进行改良。泡沫系统主要由泡沫泵、高压水泵、电磁流量阀、泡沫发生器、压力传感器、管路组成，

膨润土注入系统：在确定不使用泡沫剂的情况下，关闭泡沫输送管道，同时将膨润土输送管道打开，通过输送泵将膨润土压入刀盘、碴舱和螺旋输送机内，达到改良碴土地目的。

`

膨润土系

统接口

M

回转

机构

刀盘

刀盘注入口M

盾壳

压缩空气

螺旋输送机

水泵

泡沫剂泵

泡沫发生器

盾构后配套

泡沫剂箱

水箱

泡沫及膨润土系统示意图

13、同步注浆系统

盾构采用同步注浆系统，可以使管片外面的间隙及时得到充填，有效的保证隧道的施工质量及防止地面下沉。

注浆系统示意图如下：

注浆系统示意图

14、自动导向系统

盾构安装了一套自动导向系统。本系统能够对盾构在掘进中的各种姿态、以及盾构的线路和位置关系进行精确的测量和显示。操作人员可以及时的根据导向系统提供的信息，快速、实时地对盾构的掘进方向及姿态进行调整，保证盾构掘进方向的正确。

DS2000自动导向系统示意图

Leica TCA1202-S型自动全站仪、工业触摸式壁挂电脑、R型和B型无线通讯控制箱、盾构姿态自动测量软件、2个电子棱镜；倾角传感器；后视棱镜组。；

Leica TCA1202-S

型自动全站仪

2个棱镜

R型和B型

控制箱

触摸电脑盾

构姿态自动

测量软件

地面监控

系统

倾角传感器