盾构机主要结构功能及分类
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盾构机主要结构
功能及分类
目录
第一章 主驱动结构功能及分类 第二章 主机盾体结构及功能简介 第三章 螺旋输送机结构功能及分类 第四章 管片拼装机结构功能及分类
切口环
盾构机的基本组成
支撑环
尾盾
尾刷密封
管片密封
刀盘 土仓
螺旋机
主驱动 推进缸
人员仓
管片拼装机
盾构机的基本工作原理
土压平衡盾构的基本原理
刀盘切削下来的渣土 通过刀盘上的开口进 入土仓，渣土在土仓 内经过搅拌和渣土改 良成为流塑状，盾构 推进油缸的推力通过 承压隔板传递给土仓 内的渣土，继而传递 给开挖面，以平衡开 挖面处的地下水压和 土压，从而保持开挖 面的稳定。螺旋输送 机从承压隔板的开孔 伸入土仓进行排土.
• 按照结构方式分为4种： 1）铰接结构，盾体从前至后，直径依次减小，防卡性能好但开挖直径大。 2）铰接结构，前中尾盾直径相同，防卡性能差但开挖直径小（软土）。 3）无铰接结构，盾体从前至后，直径依次减小，防卡性能好但开挖直径大。转向性
能差于铰接结构。取消铰接后盾体结构简单，也不存在铰接密封泄漏之忧。 4）无铰接结构，直筒式，前中尾盾直径相同，防卡性能差但开挖直径小。其余优缺
道为特殊密封刷，此密封在成 都地铁2号线已得到广泛应用， 在深圳也已有应用，提高了盾 尾密封性能。
主机盾体结构及功能简介（人仓）
• 按照舱室数量分为2种： 1）双仓：主仓和副仓，副仓也称为材料仓。
主仓和土仓在不减压状态下，通过副仓的 独立降压升压，分别与主仓隔断和连接， 完成进仓作业过程中外部刀具材料的运进， 提高作业有效时间和效率。结构复杂。 2）单仓：结构简单，但带压进仓作业的有效 时间短，效率低。
③周边支承方式
· 主驱动有2种：液压驱动及变频或双速电机驱动，特性曲线相当。液压驱动装 置体积小，适于中小盾构。电驱动体积较大，适于中大特大盾构。
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 噪声 盾构温度 维护保养
盾构机主驱动结构功能及分类
电驱、液驱对比情况
变频电机驱动
中 少 0.95 大 小 好 小 低 易
23
主机盾体结构及功能简介（人仓）
中铁号设备通常配置双舱并联人仓及成熟的德国SAMSON公司的全气动压力调节装置， 此套系统为全气控装置，在网电断电时系统仍能正常工作，确保带压换刀时舱内人员安全。
准备舱
主舱
主机盾体结构及功能简介（推进油缸）
推进油缸 作用：推进油缸尾部装有撑靴，依靠推进 油缸伸出后顶推管片的反作用力使盾构机 前进。 分类：分为单缸布置和双缸布置，布置数 量和结构形式主要由所在城市隧道的管 片分度决定。如贵局苏州所用的113、114 号盾构布置有6组双缸和10组单缸，管片分
抓举头
管片拼装机结构功能及分类
• 管路支架为拼装机的管路布置提 供平台，所有管线布置能满足拼 装机的回转，平移等动作。
• 工作平台通过法兰固定在平移机 构上，随平移机构一起动作，为 观察管片拼装及管片螺栓的连接 提供工作平台。
操作与安全 • 拼装机的操作有无线遥控器控
制和有线控制两种。 • 拼装机上设有报警灯和报警喇
定速电机驱动
大 少 0.9 较小 大 不能无级调速 小 较低 易
液压驱动
小 较多 0.65 较大 较小 好 大 较高 较复杂
盾构机主驱动结构功能及分类
电驱在脱困情况下，若刀盘卡死（电机堵转）， 此时受到变频器及电机特性限制，实际扭矩仅为脱 困扭矩的60%左右。而液驱在脱困情况下，溢流阀 处于溢流状态，刀盘驱动扭矩一直保持脱困扭矩下 脱困。在频繁正反转脱困时，电驱不及液驱响应快， 脱困效果差。
盾构机主驱动结构功能及分类
主 轴 承
盾构机主驱动结构功能及分类
驱动箱
主轴承
盾构机主驱动结构功能及分类
目录
第一章 主驱动结构功能及分类 第二章 主机盾体结构及功能简介 第三章 螺旋输送机结构功能及分类 第四章 管片拼装机结构功能及分类
主机盾体结构及功能简介
主机盾体结构及功能简介
前 盾
主机盾体结构及功能简介
再输送到开挖面。泥
水盾构适用的地质范
冲刷管
排浆管
围较大，从软弱砂质 土层到砂砾层都可以
使用。
利用泥浆在由泥浆形成的泥膜面上的压力平衡开挖面水土压力
盾构机的基本工作原理
泥水盾构泥浆环流输送系统
地面泥水分离站
主机排浆泵
排浆管路
DRYING SEPARATION
PREPARATION BENTONITIC MUD TANK
2）在保持土仓土压的同时，将盾构土仓内的土体向外连续排出。 3）将土仓内的土压值自动与螺机转速值进行比较，随时调整向外排土 的速度，实现连续的动态土压平衡过程，确保盾构连续正常向前掘进。
螺旋输送机结构功能及分类
当地下水比较丰富、土层透水系数较高，且螺旋机内的碴土难以形成“土塞”时，发
生螺旋机喷涌现象的可能性较大。为此，针对性设计如下：
上，抓举头上的抓持系统为机械式 抓举，通过位移和压力双重检测， 确保抓持可靠，同时还具有连锁功 能。 • 抓举头上的两个源自文库油缸能实现以下 动作：抓举头的俯仰和偏转。
举升机构
管片拼装机结构功能及分类
图5.1 举重钳 1仰俯油缸 2偏转油缸 3扣头持重座 4扣头 5扣头螺栓
6扣头螺钉 7关节轴承 8扣头油缸 9轭架
（1）盾构机出土口设置2个闸门， 交替开启以降低喷涌压力；
保压泵接口
（2）预留了膨润土和高分子聚合物注入
接口，必要时，可向土仓壁和螺旋机内注入膨润土 或高分子聚合物，以缓解螺旋机的喷碴压力。
双闸门
（3）设置有保压泵接口，必要时可联接泥浆泵或泥浆管，缓解喷碴压力。
螺旋输送机结构功能及分类
螺旋输送机结构功能及分类
主机盾体结构及功能简介
盾尾密封一般采用钢丝刷密封装置，钢丝刷是集弹簧钢板、钢丝刷 及不锈钢金属网于一体的结构（也有采用钢板刷）。盾尾油脂泵向每道 钢丝刷密封之间的腔室提供压力油脂，以提高止水性能。根据不同的水 土压力可选择不同排数的尾刷布置方式。
主机盾体结构及功能简介
盾尾密封： 设置3道密封刷，其中最后一
利用盾构施加于开挖舱内渣土的压力平衡开挖面水土压力
盾构机的基本工作原理
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
气垫仓
盾构机的基本工作原理
泥水平衡盾构的基本结构
泥水仓
刀盘 主驱动 冲刷管
主机排浆泵
破碎机位置
排浆管吸口 管片拼装机
盾构机的基本工作原理
泥水平衡盾构的基本原理和结构
目录
第一章 主驱动结构功能及分类 第二章 主机盾体结构及功能简介 第三章 螺旋输送机结构功能及分类 第四章 管片拼装机结构功能及分类
螺旋输送机结构功能及分类
螺旋输送机由筒体、驱动装置、螺旋轴、出碴闸门组成。是土压平衡盾 构的排土装置，主要有以下三个功能：
1）碴土在螺旋机内向外排出的过程中形成密封土塞，碴土压力从前至 后依次递减。
度为22.5°
主机盾体结构及功能简介（铰接油缸）
铰接油缸 按照铰接方式分为2种： 1）主动铰接：铰接油缸和推进油缸 均有调向功能，铰接缸在推进缸前 面，可直接迫使刀盘转向。调向时 可采用主动转向方式也可采用被动 转向方式。调向性能好；硬岩层换 刀方便；铰接与推进依次动作，利 于脱困；不利于人仓在顶部布置。 2）被动铰接：铰接油缸随动，拉 力相对较小，脱困能力弱。利于人 仓布置。
叭，报警信号自动发出，当拼 装机在旋转时，报警灯亮。
管片拼装机结构功能及分类
环式拼装机 在支承环后部或在盾构液压缸压力垫附近的盾尾设置支承滚轴，在滚轴上 安装中空形的圆环，其中设有可自由伸缩的臂。采用这种形式时，可得到 较大的作业空间，便于布置出土设备。
螺旋输送机按驱动结构分，一般有周边驱动和中心驱动两种结构形式。 中心驱动，结构紧凑，便于相邻部件的布置。 周边驱动，出渣口在后部，提高出渣位置，渣土通过无轴区时利用自身重
力堆积、密实，形成土塞，使渣土具有一定连续性，并能起到一定止水作 用。
目录
第一章 主驱动结构功能及分类 第二章 主机盾体结构及功能简介 第三章 螺旋输送机结构功能及分类 第四章 管片拼装机结构功能及分类
泥水仓
气垫仓
压缩空气
盾构机的基本工作原理
泥水平衡盾构的基本原理
泥膜
泥水仓
气垫仓
泥水盾构采用膨润土 悬浮液（俗称泥浆） 作为支护材料。将泥
浆送入泥水室，在开
挖面上形成不透水的
泥膜，通过该泥膜平
衡作用于开挖面的水
土压力。开挖的土砂
以泥浆形式输送到地
面，通过泥浆处理设
备进行分离，分离后
的泥水进行重新调浆，
管片安装机在盾尾内部拼装管片。有4~6个自由度动作，包 括旋转、提升、纵向移动、XYZ三个轴向的摆动。管片抓取有 2种方式。 地铁盾构一般采用机械抓取式
机械抓取式
真空吸盘式
管片拼装机结构功能及分类
• 举升机构由两个独立的油缸通过法 兰与回转机构连接，油缸的升缩杆 和举重钳铰接，能实现升降功能。
• 两个独立的油缸能实现横摇动作。 • 抓举头通过关节轴承安装在举重钳
点与3）相同。 · 按照注浆管布置方式盾尾分为2种： 1）盾尾注浆管外置，仅适于软土地层，开挖直径较小（日系居多）。 2）盾尾注浆管内置，适于所有地层，开挖直径较大。
具体选择何种结构形式还需根据实际地质条件确定。
主机盾体结构及功能简介
尾盾
第一道密封刷更换
中盾和盾尾之间设计有两道密封，一道为橡胶密封，一道为紧急气囊密封，如下图所示。 正常情况下，橡胶密封起作用，在涌水或橡胶密封损坏需要更换时，使用紧急气囊密封， 在更严重的情况下从C孔注入聚氨酯，起到临时密封作用。
PUMP P1
进浆泵
隧道中继泵
进浆管路
BACK UP
PUMP P2
PUMP P3
泥浆管延伸装置
盾构机主驱动结构功能及分类
刀盘支撑及主驱动 • 刀盘支承方式有3种： 1）中心支承式（适用于中小型直径盾构）2）中间支承式（适用于中大型直径盾
构）3）周边支承式（适用于小型直径盾构）
①中心支承方式
②中间支承方式
管片拼装机结构功能及分类
中铁装备中心轴式 管片拼装机具有6个自由度，回
转速度0~2rpm，并可实现微调。 所有动作可遥控，便于与拼装机配 合操作。
管片拼装机各动作采用比例阀 控制，对于管片拼装的控制精度高， 速度快，且拼装管片质量好。
回转架旋转限位包括旋转编码 器限位及接近开关双层保护设计。
管片拼装机结构功能及分类
在砂卵石及上软下硬地层掘进，载荷变化频繁， 电机不及液压马达适应性优越，因此电驱相对液驱 抗冲击能力差。
11
盾构机主驱动结构功能及分类
配置的主轴承共有两排80mm直径的主推滚子，可承受较大偏载，主轴承直径 3061mm，有效使用寿命≥10000小时。外密封4道，内密封3道。
外密封示意图
内密封示意图
功能及分类
目录
第一章 主驱动结构功能及分类 第二章 主机盾体结构及功能简介 第三章 螺旋输送机结构功能及分类 第四章 管片拼装机结构功能及分类
切口环
盾构机的基本组成
支撑环
尾盾
尾刷密封
管片密封
刀盘 土仓
螺旋机
主驱动 推进缸
人员仓
管片拼装机
盾构机的基本工作原理
土压平衡盾构的基本原理
刀盘切削下来的渣土 通过刀盘上的开口进 入土仓，渣土在土仓 内经过搅拌和渣土改 良成为流塑状，盾构 推进油缸的推力通过 承压隔板传递给土仓 内的渣土，继而传递 给开挖面，以平衡开 挖面处的地下水压和 土压，从而保持开挖 面的稳定。螺旋输送 机从承压隔板的开孔 伸入土仓进行排土.
• 按照结构方式分为4种： 1）铰接结构，盾体从前至后，直径依次减小，防卡性能好但开挖直径大。 2）铰接结构，前中尾盾直径相同，防卡性能差但开挖直径小（软土）。 3）无铰接结构，盾体从前至后，直径依次减小，防卡性能好但开挖直径大。转向性
能差于铰接结构。取消铰接后盾体结构简单，也不存在铰接密封泄漏之忧。 4）无铰接结构，直筒式，前中尾盾直径相同，防卡性能差但开挖直径小。其余优缺
道为特殊密封刷，此密封在成 都地铁2号线已得到广泛应用， 在深圳也已有应用，提高了盾 尾密封性能。
主机盾体结构及功能简介（人仓）
• 按照舱室数量分为2种： 1）双仓：主仓和副仓，副仓也称为材料仓。
主仓和土仓在不减压状态下，通过副仓的 独立降压升压，分别与主仓隔断和连接， 完成进仓作业过程中外部刀具材料的运进， 提高作业有效时间和效率。结构复杂。 2）单仓：结构简单，但带压进仓作业的有效 时间短，效率低。
③周边支承方式
· 主驱动有2种：液压驱动及变频或双速电机驱动，特性曲线相当。液压驱动装 置体积小，适于中小盾构。电驱动体积较大，适于中大特大盾构。
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 噪声 盾构温度 维护保养
盾构机主驱动结构功能及分类
电驱、液驱对比情况
变频电机驱动
中 少 0.95 大 小 好 小 低 易
23
主机盾体结构及功能简介（人仓）
中铁号设备通常配置双舱并联人仓及成熟的德国SAMSON公司的全气动压力调节装置， 此套系统为全气控装置，在网电断电时系统仍能正常工作，确保带压换刀时舱内人员安全。
准备舱
主舱
主机盾体结构及功能简介（推进油缸）
推进油缸 作用：推进油缸尾部装有撑靴，依靠推进 油缸伸出后顶推管片的反作用力使盾构机 前进。 分类：分为单缸布置和双缸布置，布置数 量和结构形式主要由所在城市隧道的管 片分度决定。如贵局苏州所用的113、114 号盾构布置有6组双缸和10组单缸，管片分
抓举头
管片拼装机结构功能及分类
• 管路支架为拼装机的管路布置提 供平台，所有管线布置能满足拼 装机的回转，平移等动作。
• 工作平台通过法兰固定在平移机 构上，随平移机构一起动作，为 观察管片拼装及管片螺栓的连接 提供工作平台。
操作与安全 • 拼装机的操作有无线遥控器控
制和有线控制两种。 • 拼装机上设有报警灯和报警喇
定速电机驱动
大 少 0.9 较小 大 不能无级调速 小 较低 易
液压驱动
小 较多 0.65 较大 较小 好 大 较高 较复杂
盾构机主驱动结构功能及分类
电驱在脱困情况下，若刀盘卡死（电机堵转）， 此时受到变频器及电机特性限制，实际扭矩仅为脱 困扭矩的60%左右。而液驱在脱困情况下，溢流阀 处于溢流状态，刀盘驱动扭矩一直保持脱困扭矩下 脱困。在频繁正反转脱困时，电驱不及液驱响应快， 脱困效果差。
盾构机主驱动结构功能及分类
主 轴 承
盾构机主驱动结构功能及分类
驱动箱
主轴承
盾构机主驱动结构功能及分类
目录
第一章 主驱动结构功能及分类 第二章 主机盾体结构及功能简介 第三章 螺旋输送机结构功能及分类 第四章 管片拼装机结构功能及分类
主机盾体结构及功能简介
主机盾体结构及功能简介
前 盾
主机盾体结构及功能简介
再输送到开挖面。泥
水盾构适用的地质范
冲刷管
排浆管
围较大，从软弱砂质 土层到砂砾层都可以
使用。
利用泥浆在由泥浆形成的泥膜面上的压力平衡开挖面水土压力
盾构机的基本工作原理
泥水盾构泥浆环流输送系统
地面泥水分离站
主机排浆泵
排浆管路
DRYING SEPARATION
PREPARATION BENTONITIC MUD TANK
2）在保持土仓土压的同时，将盾构土仓内的土体向外连续排出。 3）将土仓内的土压值自动与螺机转速值进行比较，随时调整向外排土 的速度，实现连续的动态土压平衡过程，确保盾构连续正常向前掘进。
螺旋输送机结构功能及分类
当地下水比较丰富、土层透水系数较高，且螺旋机内的碴土难以形成“土塞”时，发
生螺旋机喷涌现象的可能性较大。为此，针对性设计如下：
上，抓举头上的抓持系统为机械式 抓举，通过位移和压力双重检测， 确保抓持可靠，同时还具有连锁功 能。 • 抓举头上的两个源自文库油缸能实现以下 动作：抓举头的俯仰和偏转。
举升机构
管片拼装机结构功能及分类
图5.1 举重钳 1仰俯油缸 2偏转油缸 3扣头持重座 4扣头 5扣头螺栓
6扣头螺钉 7关节轴承 8扣头油缸 9轭架
（1）盾构机出土口设置2个闸门， 交替开启以降低喷涌压力；
保压泵接口
（2）预留了膨润土和高分子聚合物注入
接口，必要时，可向土仓壁和螺旋机内注入膨润土 或高分子聚合物，以缓解螺旋机的喷碴压力。
双闸门
（3）设置有保压泵接口，必要时可联接泥浆泵或泥浆管，缓解喷碴压力。
螺旋输送机结构功能及分类
螺旋输送机结构功能及分类
主机盾体结构及功能简介
盾尾密封一般采用钢丝刷密封装置，钢丝刷是集弹簧钢板、钢丝刷 及不锈钢金属网于一体的结构（也有采用钢板刷）。盾尾油脂泵向每道 钢丝刷密封之间的腔室提供压力油脂，以提高止水性能。根据不同的水 土压力可选择不同排数的尾刷布置方式。
主机盾体结构及功能简介
盾尾密封： 设置3道密封刷，其中最后一
利用盾构施加于开挖舱内渣土的压力平衡开挖面水土压力
盾构机的基本工作原理
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
气垫仓
盾构机的基本工作原理
泥水平衡盾构的基本结构
泥水仓
刀盘 主驱动 冲刷管
主机排浆泵
破碎机位置
排浆管吸口 管片拼装机
盾构机的基本工作原理
泥水平衡盾构的基本原理和结构
目录
第一章 主驱动结构功能及分类 第二章 主机盾体结构及功能简介 第三章 螺旋输送机结构功能及分类 第四章 管片拼装机结构功能及分类
螺旋输送机结构功能及分类
螺旋输送机由筒体、驱动装置、螺旋轴、出碴闸门组成。是土压平衡盾 构的排土装置，主要有以下三个功能：
1）碴土在螺旋机内向外排出的过程中形成密封土塞，碴土压力从前至 后依次递减。
度为22.5°
主机盾体结构及功能简介（铰接油缸）
铰接油缸 按照铰接方式分为2种： 1）主动铰接：铰接油缸和推进油缸 均有调向功能，铰接缸在推进缸前 面，可直接迫使刀盘转向。调向时 可采用主动转向方式也可采用被动 转向方式。调向性能好；硬岩层换 刀方便；铰接与推进依次动作，利 于脱困；不利于人仓在顶部布置。 2）被动铰接：铰接油缸随动，拉 力相对较小，脱困能力弱。利于人 仓布置。
叭，报警信号自动发出，当拼 装机在旋转时，报警灯亮。
管片拼装机结构功能及分类
环式拼装机 在支承环后部或在盾构液压缸压力垫附近的盾尾设置支承滚轴，在滚轴上 安装中空形的圆环，其中设有可自由伸缩的臂。采用这种形式时，可得到 较大的作业空间，便于布置出土设备。
螺旋输送机按驱动结构分，一般有周边驱动和中心驱动两种结构形式。 中心驱动，结构紧凑，便于相邻部件的布置。 周边驱动，出渣口在后部，提高出渣位置，渣土通过无轴区时利用自身重
力堆积、密实，形成土塞，使渣土具有一定连续性，并能起到一定止水作 用。
目录
第一章 主驱动结构功能及分类 第二章 主机盾体结构及功能简介 第三章 螺旋输送机结构功能及分类 第四章 管片拼装机结构功能及分类
泥水仓
气垫仓
压缩空气
盾构机的基本工作原理
泥水平衡盾构的基本原理
泥膜
泥水仓
气垫仓
泥水盾构采用膨润土 悬浮液（俗称泥浆） 作为支护材料。将泥
浆送入泥水室，在开
挖面上形成不透水的
泥膜，通过该泥膜平
衡作用于开挖面的水
土压力。开挖的土砂
以泥浆形式输送到地
面，通过泥浆处理设
备进行分离，分离后
的泥水进行重新调浆，
管片安装机在盾尾内部拼装管片。有4~6个自由度动作，包 括旋转、提升、纵向移动、XYZ三个轴向的摆动。管片抓取有 2种方式。 地铁盾构一般采用机械抓取式
机械抓取式
真空吸盘式
管片拼装机结构功能及分类
• 举升机构由两个独立的油缸通过法 兰与回转机构连接，油缸的升缩杆 和举重钳铰接，能实现升降功能。
• 两个独立的油缸能实现横摇动作。 • 抓举头通过关节轴承安装在举重钳
点与3）相同。 · 按照注浆管布置方式盾尾分为2种： 1）盾尾注浆管外置，仅适于软土地层，开挖直径较小（日系居多）。 2）盾尾注浆管内置，适于所有地层，开挖直径较大。
具体选择何种结构形式还需根据实际地质条件确定。
主机盾体结构及功能简介
尾盾
第一道密封刷更换
中盾和盾尾之间设计有两道密封，一道为橡胶密封，一道为紧急气囊密封，如下图所示。 正常情况下，橡胶密封起作用，在涌水或橡胶密封损坏需要更换时，使用紧急气囊密封， 在更严重的情况下从C孔注入聚氨酯，起到临时密封作用。
PUMP P1
进浆泵
隧道中继泵
进浆管路
BACK UP
PUMP P2
PUMP P3
泥浆管延伸装置
盾构机主驱动结构功能及分类
刀盘支撑及主驱动 • 刀盘支承方式有3种： 1）中心支承式（适用于中小型直径盾构）2）中间支承式（适用于中大型直径盾
构）3）周边支承式（适用于小型直径盾构）
①中心支承方式
②中间支承方式
管片拼装机结构功能及分类
中铁装备中心轴式 管片拼装机具有6个自由度，回
转速度0~2rpm，并可实现微调。 所有动作可遥控，便于与拼装机配 合操作。
管片拼装机各动作采用比例阀 控制，对于管片拼装的控制精度高， 速度快，且拼装管片质量好。
回转架旋转限位包括旋转编码 器限位及接近开关双层保护设计。
管片拼装机结构功能及分类
在砂卵石及上软下硬地层掘进，载荷变化频繁， 电机不及液压马达适应性优越，因此电驱相对液驱 抗冲击能力差。
11
盾构机主驱动结构功能及分类
配置的主轴承共有两排80mm直径的主推滚子，可承受较大偏载，主轴承直径 3061mm，有效使用寿命≥10000小时。外密封4道，内密封3道。
外密封示意图
内密封示意图