土压平衡盾构机刀盘转速自动控制技术

合集下载

土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工技术

土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工技术摘要：为解决上砂下岩富水地层盾构掘进施工的技术难题，文章结合佛山地铁某盾构区间施工案例，对该地层盾构的施工难题开展技术分析及研究。

基于土压平衡盾构机采用泥水平衡盾构掘进原理的掘进技术，通过向土仓注入膨润土泥浆，建立满仓泥水压（达到泥水盾构建立泥水仓的效果），对开挖面前方砂层地质进行平衡稳定，再辅助满仓实压模式掘进的施工方法。

通过实施表明，此技术可有效的降低超排量，控制施工风险，保护地面环境安全。

关键词：上砂下岩；膨润土；盾构；类泥水；渣土改良1前言土压平衡盾构是采用掘进渣土平衡地层水土压力，由于砂质地层含沙量大，含泥量低，具有含黏度低、水量大且具有一定水头压力，渗透系数高，流动性大等特点，土压平衡方式在砂层中很难做到掌子面稳定，其次盾构掘进对地层的扰动容易造成涌砂和涌水，而此时盾构机土仓没法建立满仓土压（满仓实土会造成掘进推力大，无速度），给砂水有流动的空间，从而导致上覆水土压力流失，严重的可能造成多米诺骨牌效应，造成地面塌陷、掘进困难等组诸多难题。

而采用泥水平衡原理，可在土仓建立满仓泥水压，有效平衡地层水土压力，稳定上部砂层，且能保证盾构正常掘进。

因此，在盾构机掘进时向土仓主动加注膨润土泥浆，安全快速地建立主动土压力平衡掌子面的被动土压力，伴随增加土渣渣土的粘度，不形成喷涌、突水等情况，从而避免上述问题。

因而总结形成了“上软下硬富水含砂土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工工法”，以期能为类似工程盾构掘进施工提供借鉴思路。

2工程地质水文情况佛山地铁某盾构区间隧道洞身存在长约243m，最大侵入隧道深度6m的<3-2>中粗砂地层，<3-3>砾砂地层，砂层上方为<2-1b>淤泥质土，<2-2>淤泥质粉细砂、<2-3>淤泥质中粗砂、<2-4>粉质粘土。

隧道洞身范围主要为基岩风化裂隙水，承压水头5.0~26.8m，承压水头埋深比稳定水位深，承压作用强，预测掌子面涌水量约700m³/d。

盾构机刀具磨损及刀盘设计

形成环幅式磨损。
机械工程学院
2020/7/25
17
3.6 刀圈挡圈磨损或脱落挡圈是由两个半圆的钢环安装在滚刀轴的卡槽里焊接
成一个完整的圆环，其作用是防止刀圈从滚刀轴上脱落，一旦刀圈挡圈脱落或焊接处磨损严重，就应该更换刀具。
4.7 滚刀漏油由于密封件的损坏，就可能使密封油泄漏，从而导致
油封座和轮毂的损坏。
④将盾构机沿曲线的割线方向掘进，预偏量为3050mm，以减小管片因受侧向分力而引起的向圆弧外侧的偏移量。
机械工程学院
2020/7/25
4
⑤适当降低推进速度，在盾构机推进启动时，推进速度要以较小的加速度递增（匀速递增）。
⑥推进时，要适当调整左右两组油缸的压力差，使曲线内侧油缸压力略小于外侧油缸压力，但纠偏幅度不要过大。
6.3 定期对刀具进行检查在硬岩区地层中，如果出现推力过大推进速度小扭矩也
偏小，盾构机姿态纠正很难的现象时，就要考虑刀具是否磨损严重，安排开舱检查刀具。
如果连续出现刀盘或螺旋输送机被卡住、驱动电机熄火的现象时，应立即停机进行检查。
一般要在不超过二十环时对刀具进行一次检查，检查看是否有刀圈磨损超限、刀圈断裂、刀圈变形、固定刀圈的螺帽是否松动或掉落、刀座是否有裂纹等，如果一旦发现应立即采取补救措施。
仅在母材上实施硬化堆焊
用于柔软淤泥层（N=0~5左右）的施工距离较短的场合
硬化堆焊
超硬
超硬合金刀刃型
仅在母材的刀刃前，钎焊超硬合金刀刃。
适用于沙层（N 〈25）、淤泥层（N〈10）等比较
超硬刀刃
合
软的地层
金
刀刃粘贴型
超硬合金刀刃+硬化堆焊
型

盾构机参数设定

土压平衡式盾构机控制原理与参数设置随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。

在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，其中土压平衡式盾构机在上海、南京、广州等地铁施工中有着较为出色的表现，笔者以日本小松公司Φ6340盾构机为例，结合施工中的一点经验与理解，对其控制原理和参数设置等做简要总结。

控制原理土压平衡式盾构机的土压控制是PID自动调节控制，切削刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先设定值时，土仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。

土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进中的土压进行实时监视，土压计监测到的数值传送到PLC，PLC计算出测量值与设定值之间的差值E，通过PID控制，自动调整螺旋机转速，使E值趋向于零，当E值大于零时，PLC发出指令，增加螺旋机转速，提高出土量直至土仓内土压重新达到新的平衡状态，反之当E值小于零时，PLC 会降低螺旋机转速，以减少偏差。

以保持土仓内土压平衡，使盾构机正常掘进。

主要参数抽样周期：PID 演算处理的时间间隔，周期越短，动作越连续，但增加了单位时间的处理次数，因此PID以外的控制变慢，不需要细微变动时，可延长周期。

过滤系数：用来除去输入模拟值上的高频成分，数值越大，则过滤效果越强，系统反应也就越迟钝。

比例常数P:为了提高系统灵敏度，使土压保持在一定范围，把计测值与设定值的差值E 乘以一个系数，所得结果再与目标值相比较，这个系数就是比例常数P，P 值越大，调控效果越好。

积分时间I：系统引入比例常数后，PLC调控螺旋机的输出操作量mv=P*E,也就是偏差被放大了P倍，这样当系统产生偏差时，可能会使螺旋机转速突然增大或减小了许多，形成超调现象，于是又反过来调整，这就引起螺旋机转速忽大忽小，形成振荡。

为了消除振荡，引入积分环节，使操作量mv 在积分时间内逐渐完成，即螺旋机转速平稳变化，直到消除偏差。

盾构机刀盘的变频控制

ｂｏｙｃｍｐａｎｈｕｒｈａｒｖｅｍｅｏｈｅｄｍａｈｉｅｗｅｇｔｔｏｃｕｓｏｔｔｆｅｕｎｙｃｎｏａｇａｖａｔｇ，Ｓｉｒｇｔｅｃ￣ｅｅｄｄｉｔｄｓｏｆｓｉｌｃｎ，ｅｈｈｅｃｎｌｉｎｈａｑｅｃｏｔｌｈｓａｂｉｄｎａｅＯｒｒｔｈｓｓｉｒｄｅｈｅｆｅｕｎｙｃｎｔｏｆｃｔｅｅｄａｄｄｓｇｐｒｍｅｅｓｗｅｃｎｌａｎｏｅｓｅｄｍａｈｎｅｃｔｏｏｔｅｈｅｔｅｉｏｕｃｄｔｒｑｅｃｏｒｌｏｕｔｒｈａｅｉｎａａｔｒ，ａｅｒｓｍｈｉｌｃｉｏｎｌｆｍｈｎｔｎｒｒ
计算机光盘软件与应用
２１第４期０２年
ＣｍｕｅＤＳｆｗｒｎｐｌｃｔｏｓｏｐｔｒＣｏｔａｅａｄＡｐｉａｉｎ工程技术
盾构机刀盘的变频控制
李驰，朱岩北方重工集团有限公司盾构机分公司，沈阳Ｉ０４）１１１
ｃｉｄｒｏｐｈ，ｔｅｓｌｉｅｉｃｎｂｉｄｔｅｒｎｇｙｌｎｅｓｔｕｓａａｎｅｔｍｔａｕｌｈｉ，ｍａｅａｃｍｐｅｅｔｎ１Ｏｎｔｅｍａｈｉｅｔｅｃｔｅｅｄｉｒｍｐｏｔｎ，ｈｔｋｏｌｔｕｎｅ．ｈｃｎ，ｕｒｈａｓｖｅｙｉｈｒａｔ
［朝
备。具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高、对
地表沉降和环境影响小等优点，与传统的钻爆法隧道施工相比具

盾构机参数

随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。

土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进中的土压进行实时监视，土压计监测到的数值传送到PLC，PLC计算出测量值与设定值之间的差值E，通过PID 控制，自动调整螺旋机转速，使E值趋向于零，当E值大于零时，PLC发出指令，增加螺旋机转速，提高出土量直至土仓内土压重新达到新的平衡状态，反之当E值小于零时，PLC 会降低螺旋机转速，以减少偏差。

以保持土仓内土压平衡，使盾构机正常掘进。

过滤系数：用来除去输入模拟值上的高频成分，数值越大，则过滤效果越强，系统反应也就越迟钝。

积分时间I：系统引入比例常数后，PLC调控螺旋机的输出操作量mv=P*E, 也就是偏差被放大了P倍，这样当系统产生偏差时，可能会使螺旋机转速突然增大或减小了许多，形成超调现象，于是又反过来调整，这就引起螺旋机转速忽大忽小，形成振荡。

为了消除振荡，引入积分环节，使操作量mv 在积分时间内逐渐完成，即螺旋机转速平稳变化，直到消除偏差。

土压平衡式盾构机控制原理与参数设置

继系统向偏差减小的方向增加或减小操作土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进化．续加一定的偏差时．中的土压进行实时监视．压计监测到的数值传送到ＰＣＬ计算量，操作量的变化程度随积分时间ｌ变化而变化此时可以根据土ＬＰＣ的
如果再次出现小的振荡．需要再增大过滤系数．使在长周期内不即
比例常数Ｐ为了提高系统灵敏度．土压保持在一定范围．：使把
计测值与设定值的差值Ｅ以一个系数．所得结果再与目标值相比乘较这个系数就是比例常数ＰＰ越大调控效果越好值
控制原理
土压平衡式盾构机的土压控制是ＰＥ动调节控制．削刀盘切Ｉ］Ｄ切
转速逐渐增大当Ｐ值上升到一定值时．螺旋机的旋转速度会出现大幅度地反复升降．即系统形成振荡．我们把出现振荡时（）积分时间１２．比例系数确定后．调节积分时间１动土压．变目标值．制造一个系统偏差．察螺旋机回转速度以怎样的速度变观
转速．高出土量直至土仓内土压重新达到新的平衡状态．之当提反
（）微分时间Ｄ．盾构机Ｐ控制中．理对象是土仓内的土３在ＩＤ管积成正比另一方面系统的控制对象是螺旋机转速，而螺旋机转速同单位时间的排土量成正比．样从系统输入来看．系统的输出这

【日本小松“土压平衡”式盾构机电子版说明书】第三章使用篇

【日本小松“土压平衡”式盾构机电子版说明书】第三章使用篇1552964616.doc第三章使用篇1．1操作盘（操作面）的使用1.(触摸盘式盾构操作盘)盾构机的主操作及状态表示通过操作盘部的触摸盘进行。

各操作方法请参阅触摸盘使用说明书。

2.控制电源开关（钥匙开关）（1）插上钥匙（2）不动时在[N]的位置（3）将钥匙转到[ON]的位置接通控制电源，各种机器都可操作。

手松开又回到[N]的位置，但控制电源仍处于接通状态。

（4）将钥匙转到[0FF]位置控制电源切断，既使松开手仍在[OFF]位置警示3.紧急停止按钮是紧急停止的按钮。

当发生危险或故障时，请按下此按钮。

所有的机器都将紧急停止。

一般停止时不要按此按钮。

4.推进油缸操作方式切换开关是切换推进油缸操作方式的开关（1）[掘进]方法是盾构机掘进时使用的方法转到[掘进]的位置推进油缸变为用高压（32.3mpa{330kgf/cm2}）进行伸缩。

推进油缸变为用NO.1台车的操作盘进行操作。

不能用盾构机内的推进油缸操作箱进行操作。

（2）[安装]方法是安装管片时使用的方法转到[安装]的位置推进油缸变为用低压4.9mpa{50kgf/cm2}进行伸缩。

推进油缸变为用盾构机内的推进油缸操作箱进行操作。

不能用NO.1台车的操作盘操作。

5.铃（安全确认）操作按钮是为确保台车后方安全的警铃操作按钮。

按着此按钮，NO.5台车上的铃响起。

6.皮带输送机起动停止按钮是皮带输送机起动停止的开关。

（1）转到[正转]的位置皮带输送机开始起动（正转）。

即使松开手，仍处在[正转]的位置，所以皮带输送机仍是旋转状态。

（2）转到[停止]的位置皮带输送机停止。

松开手仍在[停止]的位置。

（3）转到[倒转]的位置皮带输送机倒转。

松开手回到[停止]的位置，皮带输送机停止运转。

7.螺旋输送机闸门 [开] [关]操作键是螺旋输送机闸门开关键（1）转到[开]的位置螺旋输送机闸门开始[开]。

松开手恢复到[止]的位置，螺旋输送机闸门的[开]动作也随之停止。

德国海瑞克土压平衡盾构机刀盘转速异常故障原因分析和排除

德国海瑞克土压平衡盾构机刀盘转速异常故障原因分析和排除陶云超【摘要】针对广州地铁2/8线盾构5标海瑞克盾构机调试过程出现的刀盘转速异常故障现象,主要从刀盘的液压系统工作原理、电路控制原理、S7-PIC应用、机械等方面做了深入的阐述,最终找出故障原因,为今后施工过程中遇到类似故障问题提供解决问题的经验和方法,同时也充分说明了在盾构机维修过程中只有清楚理解盾构机各系统的工作原理,才能在实际工作中快速排除盾构机的各类故障.【期刊名称】《铁道建筑技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】4页(P129-132)【关键词】盾构机;主驱动系统;液压;电路;PLC;故障【作者】陶云超【作者单位】中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司河南洛阳471013【正文语种】中文【中图分类】U455.31德国海瑞克公司土压平衡盾构机主驱动系统是集机、电、液、气、光多方面知识于一体的机械，自动化程度很高［1－3］。

现以本单位在调试盾构机时出现的刀盘转速异常故障的排除为例对盾构机刀盘转速异常故障原因进行分析。

盾构机在调试刀盘驱动系统时发现，刀盘转速怎么也达不到厂家规定的调试转速即4.5 r／min。

刀盘转速最大调到1.5 r／min再也调不上去。

盾构机刀盘转速最大调到1.5 r／min再也调不上去，说明刀盘驱动系统机械传动部分没有故障，很可能刀盘液压系统、主电路或控制电路部分出现故障［4］。

3.1 刀盘驱动的简单原理刀盘转动的动力是盾构机刀盘驱动部分电机在PLC控制下按一定的程序控制由3台大功率315 kW电机驱动3台大功率双向变量泵给8台大功率液压马达供油使马达旋转，从而驱动盾构机刀盘旋转切土［5－6］；在和其中一台驱动马达相连的减速齿轮箱上装有制动器，可以控制盾构机刀盘的启动和停止。

盾构机刀盘驱动的原理如图1所示。

3.2 检查刀盘驱动液压部分3.2.1 检查刀盘液压驱动回路滤清器和管路对刀盘液压驱动回路所有滤清器和管路进行检查没有发现管路堵塞、漏油和接错现象。

高强度灰岩中的土压平衡式盾构机喷涌控制技术

高强度灰岩中的土压平衡式盾构机喷涌控制技术摘要：本文基于城市轨道交通工程实例，对中分化灰岩地层中土压平衡式盾构机喷涌控制技术进行了研究。

关键词：城市轨道交通施工；盾构机；喷涌控制技术1.引言盾构机掘进过程中，刀盘切削下来的渣土在土仓和螺旋机排土器内部堆积，渣土压力作用于开挖面，以平衡开挖面上的水土压力。

由于盾构机在掘进过程中，渣土以塑性流动状态随螺旋机连续排出，故此时盾构机的土压平衡为一个动态平衡状态。

若排土口处大量涌水，则难以建立土压平衡，开挖面的稳定性难以保证。

2. 技术概述土压平衡式盾构适用于第四纪软土层、岩层及复合地层的区间隧道施工。

掘进施工可采用土压平衡、气压平衡和敞开三种模式。

盾构机配备了自动导向系统, 可控制和稳定掘进方向, 具有灵活转向纠偏能力。

盾构刀盘结构能满足不同地层的掘进速度要求。

盾构配备了同步注浆系统, 对控制隧道周围土体沉陷及建筑物保护非常有利。

盾构配备了泡沫及膨润土注入系统, 有利于碴土改良。

配备了压缩空气系统, 有利于防止工作面的渗水及控制地表沉降，施工占地少，对环境的影响小。

3. 施工实例徐州市城市轨道交通一号线【彭城广场站～文化宫站盾构区间】土建施工项目盾构工程隧道双线总长为1499.795m，线路最大纵坡为28.137‰，区间隧顶埋深约为16.04m～24.2m。

本标段盾构区间采用海瑞克复合盾构机施工，刀盘开挖直径6480mm，刀盘开口率36%，盾构机最大推力42572KN，最大扭矩6228KNm，脱困扭矩7447 KNm，最大工作压力4.5bar。

区间管片采用外径∅6200mm，内径∅5500mm，宽度1200mm，厚度350mm的钢筋混凝土管片错缝拼装而成。

直线环设计为标准左环、标准右环两种管片型式，为便于管片的管理及满足曲线模拟和施工纠偏的需要，设计了左、右转弯楔形环，通过其与标准左、右环的各种组合来拟合不同的曲线，同时实现错缝拼装。

每环管片分块为6块(1个封顶块、2个邻接块、3个标准块)，管片连接采用弯螺栓连接(环缝16根，纵缝12根)，楔形环为双面楔形，楔形量为37.2mm。

中交天和8580mm土压平衡盾构机安全操作规程

中交天和8580mm土压平衡盾构机安全操作规程1．设备运行参数1.1主机参数盾构直径：8580mm 开挖直径：8634mm管片内径：7500mm 盾尾间隙：40mm刀盘结构形式：面板式开口率：36%刀盘转速： 0 -2.65rpm额定扭矩：20530KN.m 脱困扭矩：28740KN.m最大推进速度：80mm/min 最大推力：7600KN螺旋输送机最大出土量：615m³/h2. 操作规程及方法2.1开机前检查a.开始掘进前必须先检查各系统是否正常，泡沫、油、水、砂浆、油脂、膨润土等是否充足，渣土车是否到位；b.检查后配套轨道是否正常；c.检查盾构操作面板状态：螺旋输送机前闸门开启，螺旋机缩限位，管片拼装模式应无效。

有无其他报警提示；d.检查导向系统（PPS、演算工房等）工作是否正常；2.2掘进操作a.推进前必须将面板的螺旋输送机转速调节旋钮、刀盘转速调节旋钮、掘进速度旋钮等调至最小位；b.推进前必须先启动盾尾密封油脂泵，选定油脂孔，并选择自动位，如果实际需要可选择手动位；c.先按警报器三秒以上,再启动皮带机；d.再启动刀盘，根据显示的盾构滚动角正负状态选择刀盘转向，调整刀盘转速，并且同时选择手动或半自动方式启动泡沫系统；e.刀盘启动转速严禁调节过快，注意刀盘扭矩变化，若刀盘停转，先把转速调至最小再重新启动；f.慢慢开启螺旋输送机的后闸门，启动螺旋输送机，并渐渐增大螺旋输送机的转速；g.开始推进；h.掘进时应有一个人随时巡检盾构机各种设备的状态，如泵站噪声情况，液压系统管路是否渗漏，油脂及泡沫系统原料是否充足，轨道是否通畅，注浆是否正常等；i.主司机应时刻监视螺旋输送机的出渣情况，根据导向系统（PPS、演算工房等）调整盾构的姿势。

2.3 掘进结束2.3.1当掘进结束时，必须按以下顺序停止掘进：a. 停止注入泡沫、水、空气；b. 停止推进(注意按要求保持停机时的土压)；c. 逐步降低螺旋输送机的转速至零，停止螺旋输送机；d. 关闭螺旋输送机后闸门；e. 停止皮带机；f. 若刀盘扭矩较大，则可持续转动刀盘，在扭矩降低至一定程度时，减小刀盘转速至零，停止刀盘，这样有利于下次刀盘启动；3.维护保养要求3.1定期润滑3.1.1为了安全使用盾构机，增加各部位的使用寿命，减少故障率，必须按照要求进行维保。

Ф6840 mm土压平衡盾构机复合刀盘

随着现代城市的发展，类似开挖隧道的工程也在不断增多，如各种地下管道的工程、地铁工程和跨海隧道等，盾构机以其机械化程度高、安全可靠、不受地表状况影响，工作环境良好，施工进度快等诸多优点在隧道工程建设中得到广泛应用。

土压平衡盾构机（Earth pressure balance shield machine ，简称EPB ），是隧道建设及地下空间开发领域广泛应用的一种现代化工程机械装备[1]。

它是通过控制推进速度和排土量来保持密封舱内的水土压力和开挖面水土压力之间的平衡，从而维持开挖面的稳定性，有效防止地表变形，主要适用于软土、砂砾或含水等混合地层中的隧道掘进。

刀盘布置在盾构机的最前方（见图1），负责对土体进行掘削，同时对掘削面有一定的支撑和稳定作用，刀盘上中心鱼尾刀负责搅拌土体，保证土体的流动性。

以前的刀盘设计大多数只针对单一地质情况，但是许多地区地质情况复杂，比如大量软土中夹杂坚硬石块等，这时需要既能开挖软土也能破碎岩石的刀盘。

为此，本文专门设计了一种复合式刀盘，该刀盘集中心刀、滚刀、撕裂刀和刮刀于一体，可以充分适应复杂的地质情况。

1刀盘的结构刀盘分为面板式、辐条式和辐板式三种。

本文的盾构机采用辐板式刀盘，它同时兼有面板式和辐条式的优点，能够保持开挖面的稳定，而且掘进扭矩较小。

刀盘的支撑形式分为三种：中心支撑、中间支撑和周边支撑。

本文刀盘采用中间支撑，这种支撑方式多用于直径较大的刀盘，容易满足面板所需载荷强度，土仓中土砂流动性好，进仓作业空间充分。

本刀盘主体由辐板、面板、围板、盲板和法兰焊接而成（见图2）。

其所有外表面均堆焊耐磨层或焊接耐磨板，以增强刀盘表面的耐磨性能。

本刀1.一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连1166002.大连中集特种物流装备有限公司工程师，辽宁大连116600Ø6840mm 土压平衡盾构机复合刀盘张晶1，高兴2摘要：以Ø6840mm 土压平衡盾构机为例，介绍土压平衡盾构机刀盘的功能及组成，各种掘削刀具的结构和作用，指出刀盘设计的难点和重点。

加泥式土压平衡盾构施工技术

加泥式土压平衡盾构施工技术中铁十六局盾构工程项目经理部内容提要：本文详细介绍了土压平衡盾构机组成、工作原理，并结合深圳地铁7标段盾构隧道的施工，重点对盾构隧道的主要施工过程和关键工艺技术进行总结和分析。

关键词：土压平衡盾构施工技术一、盾构施工法概述及盾构机的选型1．1盾构施工法概述盾构施工法于19世纪初在英国开始使用，经过反复摸索，在近30～40年间取得了飞速发展，现在，该施工法已同矿山法一起成为城市隧道施工的两大主要施工方法。

20世纪90年代该项技术被引进我国，主要集中应用盾构技术来进行上、下水道、电力通讯隧道、人防工事、地铁隧道等施工。

目前在上海、广州、深圳、南京等城市已经开始采用盾构法来施工地铁隧道，盾构法在国内逐渐开始发展普及。

盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。

其主要施工程序为：1、建造盾构工作井2、盾构机安装就位3、出洞口土体加固处理4、初推段盾构掘进施工5、隧道正常连续掘进施工6、盾构接收井洞口的土体加固处理7、盾构进入接收井解体吊出盾构施工与矿山法施工具有以下优点：1、地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；2、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；3、因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证；4、穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围可不受施工影响；5、穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候影响；6、对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全；7、在费用和技术难度上不受覆土深度影响。

盾构法施工也存在一些缺点：1、一次性投入大，施工设备费用较高；2、覆土较浅时，地表沉降较难控制；3、用于施作小曲率半径（R＜20D）隧道时掘进较困难。

1．2盾构机的选型盾构施工法大体上分为开放式和封闭式两种。

开放式就是没有隔墙而工作面开放的盾构，考虑到确保工作面稳定、高压气下的作业环境等问题，目前已基本上不再采用这个方法。

浅析海瑞克土压平衡盾构机刀盘电机控制系统

浅析海瑞克土压平衡盾构机刀盘电机控制系统作者：彭川来源：《城市建设理论研究》2013年第26期摘要：土压力平衡盾构机是工程中重要的一种机械，其刀盘电机的控制系统是土压力平衡盾构机的重要组成部分，Herrenknecht土压力盾构机是目前使用较为广泛的一种土压力盾构机，研究其刀盘电机控制系统的设计应用方面的内容对盾构机的刀盘系统的发展具有重要意义。

文章从Herrenknecht土压力盾构机刀盘控制系统的构成出发，探讨了刀盘控制系统的难点问题以及刀盘电机的逻辑控制。

关键词：海瑞克；土压力盾构机；刀盘电机控制系统；逻辑控制中图分类号：TM3 文献标识码：A1刀盘电机控制系统的构成海瑞克土压力盾构机的刀盘电机控制系统主要由PLC、变频器、人机界面三者组成，在盾构机工作的过程中，操作员通过人机界面来控制刀盘的运行，使得刀盘的工作在设定的范围内，变频器的运转是通过Profibus总线和PLC进行信息的传输的，变频器是对380 V/50 Hz的工频交流电进行变频以此来达到驱动盾构机刀盘运转。

目前因为盾构机的生产核心技术都在欧美等国家的手中，特别是刀盘电机控制系统，研究海瑞克土压力盾构机的刀盘电机控制系统的设计可以为国产盾构机的发展起到积极的推动作用，同时研究海瑞克土压力平衡盾构机刀盘电机控制系统能够促进盾构机控制系统方面的极大发展。

2刀盘电机控制系统的难点问题因为土压力盾构机的体积较大，其中电机设计的设备较多，系统设计繁杂，复杂性较高，刀盘电机在运行的过程中往往会涉及到液压系统、润滑系统、、水系统等辅助型系统。

辅助系统与刀盘电机系统的协调性问题一直是盾构机刀盘电机控制系统设计的难题，若处理不好系统与系统之间的问题，盾构机在使用的过程中，很容易发生崩溃的现象，严重的影响盾构机的正常使用，在工程中，若盾构机发生故障，则会造成较大的损失。

文章从状态机的编程将刀盘电机的运行分成若干个系统，再根据若干子系统的条件进行子程序的设计。

土压平衡盾构机刀盘结构介绍和维护

土压平衡盾构机刀盘结构介绍和维护单位：中铁十四局隧道公司长株潭一工区姓名：王岚内容提要：本文介绍了盾构机刀盘的结构、刀具的类型、刀具破岩机理和维护。

关键词：盾构机；刀盘；刀具；刀具磨损；刀具维护刀盘是盾构机的切削工具，是盾构机的主要工作部件。

刀盘旋转时，刀具切削隧道掌子面的土体，对掌子面的地层进行开挖，开挖后的碴土通过刀盘的开口进入土仓；同时支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能；对于土压平衡盾构，刀盘对土仓内的碴土进行搅拌，使碴土具有一定的塑性，然后通过螺旋输送机将碴土排出。

施工过程中，其工作条件极其恶劣，受力复杂，是盾构机检查维护的主要部件，其结构特点结合刀具布置形式及刀具形状是否适合应用工程的地质条件，直接影响到盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。

1.刀具的选择对于不同地层的开挖，盾构的刀具通常采用不同型式：开挖地层为硬岩时，采用盘形滚刀；地层为较软岩石时，采用齿刀；地层为软土或破碎软岩时，可采用切刀或刮刀。

2.刀具的布置刀具的布置有两种方式:（1）刀具整体连续排列方式，因其切削阻力较大，盾构机密封舱内土体流动性差，现已很少使用，仅偶尔在切削阻力小的淤泥质地层中采用。

（2）刀具牙型交错连续排列方式，因其切削阻力小、切削效率高、密封舱内土体流动性好和易搅拌而被广泛使用。

目前世界上基本均采用牙型交错连续排列方式。

3.常用的主要刀具种类盾构开挖性能主要通过刀具的选择和布置来保证。

根据不同地质情况选用不同类型的刀具及刀具组合，实现刀具配置的灵便性，提高刀盘的开挖效率。

目前盾构机上常用的主要刀具有切刀、刮刀、齿刀、双刃滚刀、单刃滚刀等。

图1 刀具的示意图和实物照片3.1滚刀3.1.1滚刀的分类滚刀分为单刃滚刀和双刃滚刀。

盘形滚刀刀圈盘形滚刀单刃滚刀双刃滚刀单刃滚刀也叫盘形滚刀，用于硬岩地层的掘进，刀圈高于刀盘面板175mm,其刀圈可以更换，根据岩石的强度可以选用破岩能力不同的刀圈。

掌子面与刀盘面间碴土空间大，利于流动，可根据开挖地层的条件与齿刀实现互换，所以它们的刀座相同。

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。

盾构机工作原理

盾构机工作原理盾构机是一种用于地下隧道开挖的机械装置，被广泛应用于城市地铁、交通隧道等工程项目中。

它通过一系列复杂的工作原理，实现快速、安全、高效地开挖地下隧道。

本文将介绍盾构机的工作原理，以及其中的关键技术。

一、盾构机的基本构造盾构机主要由盾构壳体、推进装置、刀盘、支撑系统、导向系统等部分组成。

其中，盾构壳体是整个盾构机的最外层，它能够承受来自周围土层的水平和垂直力，起到保护工人和设备的作用。

推进装置则负责推动盾构机向前行进，刀盘则是开挖土层的关键部分。

支撑系统和导向系统则保证了盾构机在施工过程中的稳定性和精度。

二、盾构机的工作原理盾构机的工作原理主要分为掘进和推进两个阶段。

在掘进阶段，盾构机首先通过刀盘将土层剥离，同时使用液压系统在刀盘上形成一定的掘进压力，推动刀盘前进。

随着刀盘前进，土层被切削或刮削，同时由于推进装置施加的力和液压系统的作用，将较大的土层从刀盘周围的空间中移除。

这个过程中，盾构机的支撑系统将壳体固定在前方已经开挖好的地层上，确保盾构机的稳定性。

在推进阶段，盾构机以掘进的方式将土层推动到刀盘的后方，同时不断向前行进。

背推杆和螺杆机构对盾构机进行推进，使刀盘能够持续地进行掘进工作。

盾构机的工作速度取决于土层的性质和刀盘的类型。

当刀盘前进到一定位置后，人工对壳体后方进行砌筑，形成一段隧道，使得盾构机能够顺利推进。

三、盾构机的关键技术1. 刀盘技术：刀盘是盾构机的核心部分，直接负责土层的开挖和切削。

根据土层的不同性质，刀盘可以采用不同的设计，如压力式刀盘、剥离式刀盘等。

刀盘的结构和材料的选择也会对施工效果产生影响，因此刀盘技术是盾构机关键技术之一。

2. 盾构机导向与控制技术：盾构机施工需要保证掘进的精度和方向的稳定性。

导向与控制技术通过激光测距仪、导向仪以及监控系统等设备，实时监测盾构机的位置和姿态。

这些数据可以帮助调整刀盘的方向，确保盾构机按照设计要求进行施工。

3. 土压平衡技术：土压平衡技术是盾构机使用过程中的一项关键技术。

盾构施工质量控制关键技术

盾构施工质量控制关键技术摘要：本文基于盾构施工技术优势，分析研究其质量控制关键技术的提升措施，涵盖盾构掘进控制技术、管片同步注浆控制技术、管片拼装控制施工技术、预防轴线偏差的技术，以期为相关从业人员提供参考。

关键词：盾构法；施工质量；控制技术0引言在城市密集地区的轨道交通建设中，通常对施工噪音和震动控制要求较高，这种情况下，盾构法相较于传统爆破法更受青睐。

加之，城市地下的地质环境通常较为复杂，包括软土、黏土、砂层、岩层等，对地铁隧道施工技术提出了更高的要求。

盾构机能够适应不同类型的地质条件，包括掘进稳定性和地面沉降控制等方面的要求。

此外，盾构法能够实现高度精确的隧道开挖和管片拼装，确保施工质量的一致性和可靠性。

在施工效率上，盾构法能够实现连续、高效的隧道开挖和管片拼装，大大缩短了施工工期。

1盾构掘进控制技术1.1掘进参数控制在盾构法施工过程中，掘进参数控制是一个关键的技术，用于确保盾构机在开挖隧道时能够满足设计要求并保持施工质量。

掘进参数控制涉及推进速度、土压平衡、刀盘转速和注浆等方面的控制。

通常情况下，试掘进100米进行监测、把控，合理调整参数，确保盾构机在施工过程中达到预期的设计要求。

1）推进速度控制：盾构机的推进速度需要根据地质条件和设计要求进行控制。

通过监测盾构机的推进速度，并根据实际情况进行调整，可以避免过快或过慢的推进速度带来的问题，确保施工质量。

2）土压平衡控制：盾构机使用土压平衡控制系统来稳定周围土层，在开挖过程中维持合适的土压力。

通过控制盾构机的刀盘转速、膨润土注入速度等参数，可以实现土压平衡控制，避免压力过大或过小引起的不稳定情况。

3）刀盘转速控制：盾构机的刀盘转速直接影响掘进效率和土层破碎情况。

根据地质情况和土层特性合理调整刀盘转速，可以控制土层的破碎程度，保证开挖的稳定性和质量。

4）注浆控制：盾构法施工过程中常使用注浆技术来加固周围土层，并防止土体塌方。

控制注浆的压力、流量和浆液配比等参数，确保注浆效果良好，提供足够的支撑力，保障隧道的稳定性和施工质量。

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。

土压平衡盾构机下穿混合复合地层刀盘刀具设计要点

工装设计土压平衡盾构机下穿混合复合地层刀盘刀具设计要点欧阳雨祁吴依婷赵亮陆康俊孙诚忠简琦薇*（上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海 201620）摘要：本文归纳总结了土压平衡盾构机刀盘刀具设计参数和要点，结合案例详细说明了下穿混合复合地层时盾构机刀盘及刀具参数选取、布置方式及设计难点，为土压平衡盾构机开挖混合复合地层安全施工提供科学指导。

关键词：土压平衡盾构机；混合复合地层；刀盘刀具；设计参数；设计要点1 引言随着我国经济持续快速发展与城市化水平不断提高，隧道及地下空间开发与利用迅猛发展[1]。

盾构机又名全断面隧道掘进机，是隧道施工关键设备，按开挖土层不同分为岩石隧道掘进机和软土隧道掘进机。

土压平衡盾构机是一种常见软土隧道掘进机，在下穿混合复合地层时，尤其含大量淤泥粉尘砂质地层时，可保证掌子面稳定与刀盘周围土压平衡，防止地面大幅度下沉。

盾构机开挖的核心是刀盘刀具，为降低刀盘刀具磨损毁坏风险，减少工程成本，加快工程进程，有必要对刀盘刀具进行研究。

2 土压平衡盾构机刀盘设计要点刀盘是盾构机关键部件，直接影响盾构机工作效率、工程进展及经济效益。

设计参数主要包括：2.1 开口率刀盘开口尺寸需与盾构刀具布置及土仓内压力相适应。

土压平衡盾构机刀盘可采用辐条式或辐板式，前者开口率约60%至90%，后者开口率约30%至50%[2]。

在粘性土层条件下，为预防结块形成泥饼，在满足刀盘结构强度、刀具布置及岩层支护条件等情况下应尽量增大刀盘开口率。

特别是开口靠近刀盘中心部位，增大刀盘开口率能使渣土易于流动，提高开挖效率。

2.2 刀盘扭矩刀盘总扭矩由盾构形式、构造、直径及围岩条件等确定。

刀盘扭矩主要由刀盘正面及侧面与土体间摩阻力扭矩、刀盘背面与压力舱内土体间摩阻力扭矩、压力舱内刀盘和搅拌叶片的搅拌扭矩组成[3]。

可见，刀盘扭矩受开口率及地层摩擦系数影响最显著，加大开口率及改良渣土措施可有效降低刀盘扭矩。