土压平衡盾构机械结构及功能介绍

辐条式刀盘
面板式刀盘
软土刀盘
• 在软弱土地层一般只需配置切削型刀具， 如切刀、边刮刀、中心刀等。以中铁6号盾 构为例，装有1 把鱼尾形中心刀，100把切 刀，16 把周边刮刀、66把先行刀及1把超 挖刀。
复合式刀盘
• 隧道施工总是在一定的施工环境(基础地质、工程地质、 水文地质等)中进行,按其变化程度可分为均一地层和复合 地层。均一地层可分为两种:单纯的软土地层和单纯的硬 岩地层。上海、天津、北京地铁隧道的施工当中遇到的可 归为均一地层,但严格的均一地层现实中是不存在的。复 合地层的组合方式是非常复杂多样的,但总的来说可分为 三大类:一类是在掘进断面上不同地层的组合;一类是在掘 进轴线方向上地层的不同组合;另一类是上述两者兼而有 之。在广州、南京、深圳的地铁修建中都遇到了大量的复 合地层的困扰,严重影响了施工效率,增加了施工成本。为 了应对不同的地层条件,发明了复合盾构技术。复合盾构 技术是根据掘进面不同的地层条件,盾构机采用不同的掘 进模式,例如土压平衡模式、气压平衡模式及非土压平衡 模式等。在复合式地层,也要求刀盘采用混合式设计,即在 同一个刀盘上同时布置2种或2种以上的类型的刀具,切刀 和滚刀并存。
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
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。
1350KN·m/3.34rpm 6）驱动功率：630KW
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。
• 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，wk.baidu.com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）
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。
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。
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
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：