土压平衡盾构工作原理及结构复习课程
试谈土压平衡盾构机的工作原理
试谈土压平衡盾构机的工作原理土压平衡盾构机是由主盾构机、推进系统、土压系统、控制系统等部分组成的。
在施工过程中，主盾构机会在推进系统的作用下逐步向前推进，同时通过土压系统对隧道周围的土体进行控制和支护。
当盾构机前端进入土体时，会产生一定的土压力，这些土压力会通过土压系统来平衡盾构机的推进力，从而保持隧道的稳定和安全。
在工作过程中，土压平衡盾构机会根据具体的隧道工程需求来调整推进速度、土压力、支撑结构等参数，以确保施工过程中的平衡和稳定。
通过控制系统的实时监测和调整，盾构机能够在不同地质条件下进行隧道开挖，同时最大限度地减少对地下环境的影响。
总的来说，土压平衡盾构机的工作原理是通过土压力平衡盾构机的推进力，同时对周围土体进行控制和支护，从而保证隧道施工的安全和稳定。
随着技术的不断进步和完善，土压平衡盾构机在城市地下交通、排水、供水等工程中将发挥越来越重要的作用。
土压平衡盾构机是一种地下隧道工程施工中非常重要的设备，具有高效、安全、环保等优点。
其工作原理是基于土压力平衡盾构机的推进力，保持隧道稳定和安全。
盾构机的工作原理和结构都经历了多年的发展和改进，成为现代地下隧道工程施工中不可或缺的设备之一。
盾构机的推进系统是由推进缸和推进液压缸组成的。
在施工过程中，通过推进液压缸向前推动盾构机，进行隧道开挖。
为了减少推进液压缸的作用力，减缓盾构机推进的速度，以及避免土压力对盾构机前端的影响，需要进行土压平衡控制。
土压平衡系统会根据测量得到的土压力实时调节推进液压缸的作用力，使推进力与土压力保持平衡，确保盾构机的推进顺利进行。
在推进过程中，如果不及时进行土压平衡控制，就会导致盾构机在推进过程中受到不平衡的土压力，造成建筑物沉降、地下管道破裂等严重后果。
因此，土压平衡盾构机的土压平衡系统是隧道施工中的关键部分，它通过对土压力的控制，保证了盾构机的稳定推进。
令人印象深刻的是，土压平衡盾构机在隧道施工的同时，可以减少对地下环境的影响。
一般土压平衡盾构机工作原理
一般土压平衡盾构机工作原理⏹ 1.4 土压平衡盾构⏹土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。
⏹土压平衡工作原理⏹刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的碴车上。
盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。
盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。
掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。
⏹⏹通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力，并使其与开挖面地层水、土压力相平衡，同时直接地利用泥土舱的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。
⏹⏹ 1.4.1 土压平衡盾构机组成⏹土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注浆系统和辅助装置等组成。
⏹适用：软土、软岩（含水/不含水）地层的隧道开挖与衬砌⏹Φ4.33m加泥式土压平衡盾构⏹ 1.4.2土压平衡盾构（EPB）工作原理⏹土压平衡盾构的工作原理⏹通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力，并使其与开挖面地层水、土压力相平衡，同时直接地利用泥土舱的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。
⏹EPB工作原理图⏹EPB⏹ 1.4.3 土压平衡盾构特点⏹土压平衡盾构的特点：⏹主要通过控制盾构开挖速度和螺旋输送机转速，达到控制土压的目的⏹整体结构⏹ 1.5 盾构机的构造⏹土压平衡盾构机构成：⏹ 1.盾壳、盾构推进千斤顶、盾尾密封、铰接装置、人员舱⏹ 2.刀盘和刀盘驱动支承机构⏹ 3.螺旋输送机⏹ 4.管片拼装机⏹ 5.后配套设备。
土压盾构原理及施工工艺课件
土压盾构适用范围
适用范围
土压盾构适用于软土、砂土、粘 土等地质条件下的地下隧道施工
。
适用工程
广泛应用于地铁、市政管廊、水利 隧道、铁路隧道等工程建设中。
限制条件
对于岩石等硬质地质条件，土压盾 构的适用性受到一定限制，可能需 要采用其他施工方法或设备进行隧 道施工。
02
土压盾构施工工艺
施工前期准备
和挑战。
施工工艺
详细介绍在复杂地层条 件下，如何调整和优化 土压盾构法的施工工艺 ，包括设备改进、掘进 模式选择、注浆加固、
风险监控等。
施工难点与对策
重点分析在复杂地层中 施工过程中遇到的难点 和问题，如硬岩掘进、 突水突泥处理、溶洞处 理等，并分享相应的技
术创新和经验教训。
THANKS
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土压盾构工作原理
土压平衡原理
利用切削刀具在开挖面上切削土体，使土体进入土压平衡 室，通过调节土压平衡室内的土压力，使之与开挖面外的 土压力保持平衡，从而保持开挖面的稳定。
推进系统
推进系统推动盾构机主机向前移动，同时支护系统根据设 定参数进行支护，确保开挖后的隧道断面保持稳定。
出土运输
切削下来的土体通过出土装置运出隧道，完成土体开挖和 运输的过程。
施工操作技术
施工人员的操作技术水平对施工质量有重要影响。控制方法包括严格 的施工人员培训、规范化的操作流程和有效的施工质量监管。
施工安全措施
建立健全安全管理体系
企业应建立完善的安全管理体系，包括制定安全规章制度 、明确安全责任和实施安全检查等。
实施作业人员安全培训
所有参与施工的人员都应接受安全培训，提高安全意识， 掌握安全操作技能。
定期进行设备安全检查
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）
试谈土压平衡盾构机的工作原理(doc 14页)
试谈土压平衡盾构机的工作原理(d o c 14页)土压平衡盾构属封闭式盾构，土压平衡盾构在掘进过程中，随着刀盘不断切削岩土，在沿圆周布置的液压千斤顶推力下，盾构机不断向前推进。
当盾构机向前推进一个管片的长度时，便可以用管片拼装机将若干管片依从下而上的顺序拼装成环。
渣土经由有轨电瓶机车运至洞外。
下面来了解下土压平衡和泥水平衡盾构的区别。
一、土压平衡盾构机工作原理土压平衡盾构机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。
螺旋运输机是靠转速控制来掌握出土量，出土量要密切配合刀盘切削速度，以保持密封舱内始终充满泥土而又不致过于饱满。
这种盾构避免了局部气压盾构主要缺点，也省略了泥水加压盾构投资较大的控制系统、泥水输送系统和泥水处理等设备。
二、土压平衡和泥水平衡盾构的区别1、结构不同土压平衡盾构：前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。
当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土压、水压基本平衡，使得掘削面与盾构面处于平衡状态。
泥水平衡盾构：在盾构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。
开挖面的密封隔仓内注入泥水，通过泥水加压和外部压力平衡，以保证开挖面土体的稳定。
2、作用不同土压平衡盾构：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，能够承受来自地层的压力，防止地下水或流砂的入侵。
泥水平衡盾构：推进时开挖下来的土进入盾构前部的泥水室，经搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用泥水泵送到地面，泥水在地面经过分离，然后进入地下盾构的泥水室，不断地排渣净化使用。
3、盾构方式不同土压平衡盾构：盾构靠螺旋输送机将碴土排送至土箱，运至地表。
由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。
(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。
土压平衡盾构机工作原理
土压平衡盾构机工作原理
土压平衡盾构机是一种用于地下隧道施工的机械设备，主要通过施加土压力来平衡施工工作面前方的土压力，保持工作面的稳定。
具体的工作原理如下：
1. 盾构机由盾构壳体、刀盘、密封门、推进系统、护盾螺旋输送机等组成。
2. 盾构机首先将自身移到施工段的尾端，并固定在隧道壁上。
3. 利用螺旋输送机将前方挖掘的土层推送到密封门后方，并将土层通过施工段的输送管道运出。
4. 盾构机通过液压缸向前推进一定距离，使刀盘在前方继续挖掘土层。
同时，通过调节液压缸的伸缩长度，控制挖掘过程中的土压力。
土壤的土压力抵消了盾构机的推进力，实现土压平衡。
5. 在盾构机推进的同时，隧道壁采取防护措施，如设置衬砌或喷射混凝土，以保持施工现场的稳定。
6. 通过不断向前推进和挖掘土层，盾构机逐渐完成了整个隧道的挖掘和推进作业。
这种工作原理可以保证隧道工作面的稳定，并避免地面塌陷等安全问题的发生。
同时，土压平衡盾构机还可以充分利用挖掘的土层作为支撑，减少了对其他支撑结构的依赖，提高了施工效率。
土压平衡式盾构机的工作原理13页
土压平衡式盾构机的工作原理13页
土压平衡式盾构机是一种用于地下隧道掘进的机械设备。
其工作原理是利用盾构机首部的刀盘推进土层，同时使用液压缸平衡盾构机内外的土压力，以保持稳定状态。
具体工作原理如下：
1. 盾构机首部的刀盘通过转动和推进的方式，将土层切割和破碎。
2. 切割和破碎的土层通过后方的螺旋输送器向后运输，然后通过输送带或螺旋输送器排出盾构机的尾部。
3. 盾构机通过在尾部添加环片或者喷浆的方式，构建一个水密的推进环境。
这样可以将尾部的土层固定住，并保持一定的土压平衡。
4. 在挖掘过程中，盾构机的液压缸通过调整液力来平衡盾构机内外的土层压力。
这样可以防止隧道坍塌并保证工作环境的安全稳定。
5. 盾构机的整个推进过程是连续进行的，直到达到预定的掘进目标位置。
总的来说，土压平衡式盾构机利用盾构机首部的刀盘切割和破碎土层，通过盾构机内的土压平衡系统以及尾部的环片或喷浆，来维持一定的土压平衡，从而实现地下隧道的安全掘进。
土压平衡盾构机土压力计算汇总课件
工程实例一：地铁隧道施工
总结词
复杂地质条件、高精度要求
详细描述
在地铁隧道施工中，土压平衡盾构机需要面对复杂的地质条件，如软土、硬岩、断层等。为了确保施工安全和隧 道质量，需要进行精确的土压力计算，以控制盾构机的推进力和出土量。
工程实例二：大型水管隧道施工
总结词
长距离、大埋深、高水压
详细描述
在大型水管隧道施工中，盾构机需要穿越较长的距离和深厚的土层。同时，还需要承受较高的水压力。 因此，土压力计算对于控制盾构机的推进力和保证隧道结构的稳定性至关重要。
工程实例三：城市综合管廊施工
总结词
狭窄空间、密集管线、环境保护要求高
VS
详细描述
在城市综合管廊施工中，盾构机需要在狭 窄的空间内穿越，同时需要避让众多的管 线。此外，由于城市环境的特殊性，对施 工过程中的环境保护要求较高。因此，土 压力计算需要更加精确，以防止对周围环 境和管线造成不良影响。
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02
在盾构机前方的土体中产生主动土压力，用于平衡前方土体的
重量。
主动土压力影响因素
03
与土的容重、土的厚度、土的摩擦角和内摩擦角等因素有关。
被动土压力计算
被动土压力计算公式
P_p = γ * h * tan(θ - φ)
被动土压力作用位置
在盾构机后方的土体中产生被动土压力，用于平衡后方土体的重 量。
土压力定义与类型
土压力定义
土压力是指土壤或其他地质体在 盾构机推进过程中对盾构机仓壁 产生的侧向压力。
土压力类型
主动土压力、被动土压力、静止 土压力等。
土压力计算方法
经典理论计算方法
基于土壤力学的基本原理，通过土壤的物理性质和盾构机的 几何参数进行计算。
《土压平衡盾构》课件
结语
1 土压平衡盾构技术的优点
该技术能够提高施工效率，减少环境破坏，并且能够应用于各种不同的隧道项目。
2 未来发展趋势
随着城市建设的持续推进，土压平衡盾构技术将继续发展，并在更多领域得到应用。
3 展望与展示
我们期待土压平衡盾构技术未来的创新和突破，为城市建设贡献更多的力量。
参考文献
1. 土压平衡盾构技术发展历程 2. 盾构技术的前世今生 3. 城市建设中盾构技术的应用前景
《土压平衡盾构》PPT课 件
土压平衡盾构是一种先进的隧道掘进技术，在城市建理、应用案例、施工注意事项以及未来 发展趋势。
盾构简介
改变城市面貌
盾构技术可以高效、安全 地掘进隧道，改变城市的 交通和建设方式。
大规模工程
盾构通常用于大型基础设 施项目，如地铁、水利工 程和石油管道。
提高施工效率
与传统爆破掘进相比，盾 构技术能够减少噪音和对 周围环境的影响。
土压平衡技术概述
1 防止地层塌方
土压平衡技术利用循环水系统平衡隧道周围土层的土压力，防止塌方。
2 减少环境破坏
与其他掘进方法相比，土压平衡盾构减少了地面沉降和振动对周围环境的影响。
3 确保施工安全
土压平衡技术可以在挖掘隧道时提供良好的稳定性，降低事故发生的风险。
土压平衡盾构的工作原理
1
工作原理概述
土压平衡盾构利用液压系统平衡土压
盾构机结构与作用
2
力，并推进隧道掘进机。
盾构机包括刀盘、推进缸和支撑系统
等组件，这些组件合作推进隧道。
3
循环水系统的作用
循环水系统用于平衡和控制土层的水
土压平衡系统的作用
4
压力，保证隧道施工的稳定性。
土压平衡盾构机的工作原理
土压平衡盾构机的工作原理土压平衡盾构机，听起来是不是有点高大上？其实，这玩意儿就像个现代化的“挖土机”，但它的工作原理却有点复杂，不过没关系，咱们来简单聊聊，保证让你明白！1. 什么是土压平衡盾构机？土压平衡盾构机，简称“盾构机”，就像个超大的钢铁怪兽，主要用来挖隧道。
想象一下，你在沙滩上挖坑，沙子会往外流，挖得越深，流出的沙子越多。
但如果你用一个桶把沙子捞起来，坑就不会塌了，这就是盾构机的道理！它的核心任务就是在挖的同时，保持周围土壤的平衡，不让隧道塌掉。
1.1 盾构机的结构这盾构机可不是一个简单的玩意儿，它的结构可是相当复杂。
前面有个巨大的刀盘，像个旋转的风车，专门用来切割土壤。
后面是一个宽敞的工作舱，工人在里面操作，真的是“身处其境”，挖土如泥！而且，它还配备了很多先进的仪器，能够监测周围的土壤情况，实时调整工作状态，真是“未雨绸缪”啊。
1.2 工作原理说到工作原理，这可是个“高深莫测”的话题。
盾构机的刀盘转动时，会把前面的土壤切割成小块，然后用强力的推进装置把这些小块推到后面的工作舱里。
与此同时，它还会注入一些“护土剂”，保持土壤的稳定。
这样一来，隧道就能稳稳当当地挖出来，简直就像“巧妇难为无米之炊”，有了“米”，事情就好办了！2. 土压平衡的秘密那么，什么是土压平衡呢？简单说，就是在挖掘的过程中，保持前方和后方土壤的压力平衡。
这样，隧道就不会因为土壤的压力不均而发生塌方。
你看，土压平衡就像打乒乓球，两个对手要有相当的实力，才能打得过瘾，否则一方太强，另一方就会“遭殃”！2.1 如何保持平衡？为了保持这个平衡，盾构机里有个聪明的设计，叫做“土压监测系统”。
这个系统就像一个“护航员”，实时监测土壤的压力。
如果发现前面的土压力太大，机器就会自动调整，适当放出一些土，保持平衡。
就像玩平衡木，如果一边太重，就得赶紧调整重心，否则就会掉下来，搞得狼狈不堪！2.2 遇到困难怎么办？当然，挖隧道的过程也不总是一帆风顺。
土压平衡盾构施工技术培训教材(76张)PPT
b) 即时注浆方式
即时注浆是在每一环掘进完成后, 从盾尾的管片注浆 孔实施背填注浆的, 以尽量缩短尾部空隙的发生和尾 部填充时间的延迟。在特殊地段, 如软弱土层和急转 弯段, 采用两套注浆系统同时进行盾尾同步注浆和管 片即时注浆。
c) 补充注浆方式
根据工程实际情况( 如管片渗漏、隧道沉降等) , 可采 取在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次( 或多次) 背 填注浆, 控制滞后沉降, 减轻隧道防水压力。
2、地表沉降处理
3、渗漏水处理
土压平衡盾构施工技术
现代盾构机主要分为土压平衡式、泥 水平衡式、硬岩式、复合式等类型。传统 的盾构施工法大多有赖于气压、降水、注 浆加固等措施来对付不稳定地层的局面, 而土压平衡式盾构是对盾构正面的土加压 ，确保开挖面的稳定, 即在切削刀盘后面 的密封腔内充满开挖下来的土砂，并保持 一定土压力，能较好地稳定开挖面和防止 地表隆陷, 是当今一种成熟的盾构新技术 。
二、土压平衡盾构机操作 2、盾构机参数控制
严格按要求控制盾构的推进参数，其中包 括千斤顶的油压控制、土仓压力的设定值、掘 进速度、出土量、自转控制、刀盘扭距等。应 根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉 降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各 种勘探、测量数据信息，谨慎操作。
主要注意：土压力、掘进速度、出土量、 纠偏量等；
二、土压平衡盾构机操作 3、其他操作控制
3）洞门混凝土凿除 盾构工作井围护结构为地下连续墙结构，出洞
前需凿除洞圈内钢筋混凝土。最后一层凿至外层钢筋 ，暴露内、外排钢筋，割去外排钢筋，保留内排钢筋 。一般采用风镐将洞门作粉碎性分层凿除处理。
为确保高压旋喷桩加固效果，应严格控制每次 凿除深度，一般为每层20cm。洞门混凝土凿除外层钢 筋后，应在洞门上下左右及中部各开一孔，用来观察 外部正面土体的加固效果，确认效果良好后，继续凿 除剩余混凝土。对洞门内的外、内排钢筋依次作割除 处理。整个凿除作业应密切注意外侧土体加固效果， 根据实际情况，最终安全地将洞门凿除。
土压平衡式盾构机的工作原理
土压平衡盾构机的工作原理一、盾构机的工作原理：1、盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时启动盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过盾构井口垂直运至地面。
2、掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。
3、管片拼装盾构机掘进一环的距离后，通过管片拼装机通缝或错缝拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。
二、盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用盾构机的刀盘直径为6.28m，总长80余m，其中盾体长8.5m，后配套设备长72m，总重量约480t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩 5300kN•m，最大推进力为36400kN，最快掘进速度可达8cm／min。
盾构机主要由9大部分组成，他们分别是刀盘、盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。
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，其外径是分别为6250mm、6240mm和6230mm。
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仓压力值。
前盾的后部是中盾，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，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后部已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力。
土压平衡式盾构机的工作原理
土压平衡盾构机的工作原理一、盾构机的工作原理：1、盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时启动盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过盾构井口垂直运至地面。
2、掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。
3、管片拼装盾构机掘进一环的距离后，通过管片拼装机通缝或错缝拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。
二、盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用盾构机的刀盘直径为6.28m,总长80余m,其中盾体长8.5m,后配套设备长72m，总重量约480t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN・m，最大推进力为36400kN，最快掘进速度可达8cm/山皿。
盾构机主要由9大部分组成，他们分别是刀盘、盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。
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，其外径是分别为6250mm、6240mm和6230mm。
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仓压力值。
前盾的后部是中盾，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，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后部已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力。
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
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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
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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
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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
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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
2.土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理傅德明上海市土木工程学会1土压平衡盾构的结构原理进行叙所以图2土Array 1.1.2.有关。
1.1.2.1(1)(2)①面板：土质条件②③盾尾密封：特别重要的是对于地下水压、壁后注浆压应具有良好的密封性，为了提高止水性能，止水带的设置层数不能太少。
④土压计：为测量土舱内的泥土压力，必须选用精度高、耐久性好的优质产品，并设置在适当的位置上。
⑤千斤顶安全锁：在开挖面土压力作用下，盾构始终受到正面土压作用，为了在管片组装等推进停止过程中盾构机不发生后退，液压系统应设置销定装置。
(3)掘削面稳定测量为了判断开挖面的稳定性，可在盾构上装设土压、排土量、刀盘扭矩、盾构千斤顶推力等计测仪器和开挖面坍塌探测仪等。
通过实测数据的分析，判断掘削面的稳定状况。
(4)添加材注入装置土压平衡式盾构上的加材注入装置由添加材注入泵、设置在刀盘和土舱内等处的添加材注入口等组成。
注入位置、注入口径、注入口数量应根据土质、盾构直径、机械构造进行选择。
因注入口被土砂堵塞时，修理、清扫等都很困难，故应采用防堵结构。
添加材注入装置必须能跟踪刀盘扭矩的变动，及时改变注入材料在地层中的渗透，排出碴土的状态，土舱内的泥土压等参数，即调节注入压和注入量。
(5)搅拌装置搅拌装置必须在刀盘的开挖部位，取土部位有效地使土砂进行相对运动，防止发生共转、粘附、沉积等现象。
搅拌装置有以下几种，可单独使用，也可组合使用。
①刀盘(刀头、轮辐、中间梁)。
②刀盘背面的搅拌翼。
③调协在螺旋排土器芯轴上的搅拌翼。
④设置在隔壁上的固定翼。
⑤独立驱动搅拌翼。
(6)①②③④⑤的设备。
1.2细-2cm/s)，1.2.1(1)刀盘:设计原是图3刀盘和液压驱动,图4螺旋输送机(2)排土机构:由螺旋碴土输土机、排土控制器及泥土输出设备构成。
(3)土体搅拌机构1.2.2运行管理这里只介绍掘土量和排土量的运行管理，其目的是确保掘削面稳定。
避免地层沉降过大给邻近构造物带来的不良影响。
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平衡
土仓压力>水压力+土压力 地面隆起
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
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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。
4
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㈠工作原理
刀盘旋转切削泥土通过刀盘开口被压进土舱，通过螺旋机转到皮带 机上，然后输送到碴车里。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进，盾 壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压 和水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的 掩护下进行。
1—刀盘；2--土舱；3—承 压隔板；4—人舱；5—推进 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 6 机
㈡土压平衡原理
盾构千斤顶的推力通过承压 隔板传递到土舱内的泥土浆上， 由泥土浆的压力作用于开挖面， 以抵消开挖面处的地下水压和 土压，形成平衡从而保持开挖 面的稳定。
☆HBW注脂系统 ☆主轴承密封注脂系统 ☆盾尾密封注脂系统
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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
31
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
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⑽空气系统
压缩空气： ☆实现盾构各气动元件的供气 ☆实现人仓内人呼吸用供气
土压平衡盾构工作原理及结构
2
㈠发展概况
土压平衡盾构的发展基于挤压式盾构和泥水盾构，始于日本，20 世纪70年代初，第一台土压平衡盾构由日本设计制造，直径3.72m。 1985年国内第一次引进土压平衡盾构，直径4.33m，1987年国内 首台土压平衡盾构研制成功，直径4.35m。
3
㈡类型及模式
为适应各种不同类型地层及盾构工作方式的不同，盾构主要有以 下三种类型、四种模式：
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 ☆拓宽盾构的适应范围
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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
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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：
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⑴控制系统
主要作用： ☆实现各系统间通讯及连锁 ☆实现各系统数据采集与处理 ☆实现各系统参数调整与控制
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⑵驱动系统
驱动类型：变频电机、一般电机、液压驱动。 主要作用：刀盘旋转转向调整转速调整。
变频电机 一般电机 液压驱动
驱动部外形尺寸 中
大
小
后续设备
少
少
较多
效率
0.95
0.9
0.65
起动力矩
1.刀盘；2.主轴承；3.推进油缸；4.人舱；5.螺旋机；6.管片安装机； 7.排土闸门；8.管片小车；9.管片吊机；10.皮带机
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㈠盾构主机
主机由刀盘、前体、中体、盾尾、螺旋输送机、管片安装机等几 大部分组成。
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⑴刀盘
主要作用： ☆切削和支撑
面板式
辐条式
辐条面板式
13
刀盘支承方式
☆中心支承式 (a) ☆中间支承式 (b) ☆周边支承式 (c)
1）连续向外排碴，通过速度调整实现连续的动态土压平衡； 2）排碴过程中形成土塞效应，维持土压稳定。
液压马达 伸缩油缸
出碴闸门
螺旋轴 筒体
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⑺管片拼装机
管片安装机主要完成管片的安装，由油缸、行走梁、支承架、旋 转架及抓举头等组成。
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㈡后配套
后配套主要包括设备桥和拖车，每个拖车上都装有支持盾构前进 和施工的装置，拖车通过设备桥与管片拼装机的行走梁相接，跟随 盾构机前进。
14
切削刀具--软土
15
切削刀具--硬岩
球齿滚刀
破岩刀具
硬
岩
刀 具
切削刀具
分
类
楔齿滚刀 盘形滚刀
切刀 齿刀
刮刀
辅助刀具
超挖刀
16
⑵前盾
前盾又称切口环，是开挖土仓和挡土的主要部分，位于盾构机的 前端，结构为圆筒形，里面主要装有刀盘驱动、人员舱、各种传感 器及部件等。
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⑶中盾
中盾又称支撑环，是盾构承受推力作用的主要受力结构。中盾内 沿周边布置有推进千斤顶、铰接油缸、管片拼装机和部分液压设备 等。
二次通风： ☆实现通风管的延伸 ☆实现施隧道内的通风效果，如降温、排尘等
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⑾导向系统
主要作用： ☆实现盾构方向的监控（水平、竖直） ☆实现盾体滚动角监控
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四、 盾构开挖面平衡机理
4.1盾构施工中的技术难点－压力平衡
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=地下水压+土压 7
㈢土仓压力控制因素
增大/减小推进速度
地下水压/土压
增大/减少碴土排量
8
㈣土仓压力对地表的影响
压力过小地表 沉降
压力过大地表 隆起
9
10
土压平衡盾构组成
按结构分：主机和后配套。 按功能分：控制系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、管片运输及 拼装系统、注浆系统、注脂系统、碴土改良系统、供电系统等。
大
较小
较大
起动冲击
小
大
较小
转速微调控制
好
差
好
噪声
小
小
大
盾构温度
低
较低
较高
维护保养
易
易
较复杂
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⑶主轴承润滑及密封系统
刀盘室 刀盘支座
盾构主体
主密封及油脂 小齿轮
轴承箱
电机 主轴承
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⑷推进系统
主要作用： ☆实现主机的向前推进 ☆实现掘进速度的调整 ☆实现盾构方向的调整上 部左部 Nhomakorabea右部
下部 27
⑸碴土改良系统
18
⑷盾尾
盾尾主要用于掩护隧道管片拼装工作及盾体尾部的密封，通过螺 栓或铰接油缸与中盾相连，并装有铰接密封、注浆管路及油脂管道等。
19
⑸人舱
人舱是工作面与切削面之间的唯一通道，主要用于在需要检查、 更换刀具或维修刀盘及排除工作面异物等工作。分带压和常压两种工 作模式。
20
⑹螺旋机
螺旋输送机由筒体、伸缩油缸、液压马达、螺旋轴、出碴闸门等 组成。主要有以下功能：