土压平衡盾构机推进液压系统设计分析解读

收稿日期：2011－05－27

基金项目：国家科技支撑项目（No．2006BAJ16B06）

作者简介：刘福东（1982—），男，黑龙江双城人，2004年毕业于东北大学机械工程及自动化学院液压与控制专业，本科，现从事盾构机液压系统设计。

土压平衡盾构机推进液压系统设计分析

刘福东1，郭京波

2

（1．北京华隧通掘进装备有限公司，北京100081；2．石家庄铁道大学，石家庄050043）

摘要：盾构机具机、电、液、测控、土木等多学科技术于一体的工程机械。本文就北京地铁施工中所使用的一种直径10．22m 土压平

衡盾构机的推进液压系统，

对其功能、原理及设计进行分析研究。关键词：土压平衡；盾构机；推进系统；液压原理

中图分类号：TH 137文献标志码：A

文章编号：1672－741X （2011）增刊1－0405－06

Analysis on Design of Hydraulic System of EPB Shield Stepping

LIU Fudong 1，GUO Jingbo 2

（1．Beijing Huasuitong Boring Equipment Co．，Ltd．，Beijing 100081，China ；

2．Shijiazhuang Tiedao University ，Shijiazhuang 050043，China ）

Abstract ：Tunnel boring machine is a kind of construction machinery which includes machine ，electricity ，hydraulic ，monitoring and control and civil engineering．The functions ，principles and design of screw conveyer hydraulic system of a 10．22m-diameter EPB shield adopted in the construction of Beijing Metro are analyzed．

Key word ：EPB shield ；stepping system ；hydraulic ；theorery

0引言

盾构是城市地铁及地下隧道施工中的重要设备，随着城市进程的加快，其使用范围越来越广，在工程施工中所占的比重也越来越大，盾构机是具机、电、液、测控、土木等多学科技术于一体的工程机械。

在地下隧道施工过程中，为保证地面建筑以及地表设施的安全、防止地表隆起或塌陷，必须严格控制地表沉降。所谓土压平衡就是密封土仓中切削下来的土体和泥水充满密封土仓，并建立适当压力与开挖面的土体压力平衡，以减少对土体的扰动，控制地表沉降。要做到土

压平衡控制，

就要依赖推进系统及螺旋机系统（见图1）配合使用。本文就北京地铁施工中的某一土压平衡盾构机，对其推进液压系统设计进行分析研究。

图1螺旋输送机在盾体中布置示意图

Fig．1Position of screw conveyer in the shield machine

盾构机中盾周边均匀设置36根推进油缸，该油缸通过对已安装完的隧道管片施力，使盾构获得向前掘进的推力。改变推进油缸的推进速度或者改变螺旋输送机的转速均可以达到改变土仓压力的目的。

1推进液压系统的功能要求

见表1。

表1推进液压系统的功能要求表

Table 1Function requirements of screw conveyer hydraulic system

功能要求描述

技术参数

总推力F =108000kN ；推进速度v =0 8．5cm /min；管片宽度L =1800m /min

调速功能掘进过程中，

操作室需要通过手动调整或自动程序调整推进油缸伸出速度以达到调节盾构机土仓压力的目的，所以

推进油缸的速度要求远控可调管片模式

该模式在管片安装时采用，液压系统压力较低，并可随意选择1根或几根推进油缸进行伸出及缩回操作

掘进模式该模式在掘进时采用，液压系统使用高压，不能进行缩回操作选择模式

这种模式下，在掘进过程中可以随意选择活动的推进油

缸，进行高压下的推进操作。当掘进施工需要调向或改变坡

度时，可以选择一部分推进油缸高压推进，另一部分油缸低压随动，利用由此产生的推力差来调整盾构机姿态

推进分区

可以在每个推进分区调节液压压力及流量，

通过在推进分区设定不同的液压压力，可以实现姿态控制操作第31卷增刊12011年8月

隧道建设

Tunnel Construction

Vol．31Sup．1Aug．2011

2推进液压系统原理设计

根据表1的功能要求设计推进系统液压原理图（见图2）

。

图2推进系统液压原理图

Fig．2

Hydraulic mechanism of stepping system

6

04隧道建设

第31卷

3

推进液压系统主要元件技术参数设计计算分析

3．1

推进油缸规格设计计算

根据工艺要求确定设置36根推进液压缸，设置在盾尾內圆周均匀布置。则单缸受力

F 单=

F 36=108000

36

=3000kN 。由于盾构机内空间局限，为减小推进液压缸所占空间，

系统额定压力采用高压P =35MPa 。液压缸内径D 按以上压力计算：

F 单=

π4

D 2