盾构机原理及性能.doc

盾构机原理及性能 钱学艺 广州轨道交通建设监理有限公司 南京地铁3号线TA08标 邮编211189 摘 要 我在南京地铁土建标段担任安全监理工程师工作。在工作中经常接触到盾构机，仔细阅读了海瑞克S676土压平衡盾构机的技术文件，对现场使用的海瑞克盾构机有了一定的了解，现将土压平衡式盾构机结合我在现场对盾构机的理解做一个简单的介绍。 关键词 盾构机 概念 原理 性能 盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，集光、机、电、液、传感、信息技术于一体具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。盾构机使用旋转的刀盘松动掘进面的泥土，通过刀盘的缝隙将泥土压入挖掘仓，在挖掘仓内注入适量水将泥土塑化泥团，推进油缸通过防水壁挤压挖掘仓，使仓内保持一定的压力，用特制的螺旋机将仓内的泥土输送到皮带机上，由皮带机输送到运土车上带出地面。由于推进油缸推进长度超过预制管片的宽度后，用管片拼装机进行管片拼装。拼装好的管片外侧与盾构机挖掘直径之间存在有间隙，通过盾尾钢壳的注入口对其缝隙注入水泥浆进行填充。从而保证地面不会沉降、管片缝隙不会漏水和确保隧道的工程质量。 盾构机的参数 海瑞克盾构机的刀盘直径：6480mm；盾构机直径：6450mm；管片直径6200mm；刀盘驱动油马达8个；推进油缸32个，推力42000KN；螺旋机功率200KW；盾构机总功率约1687KVA；总长（含台车）81米。 盾构机的组成 盾构机主要由10大部分组成，他们分别是盾体、刀盘、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、辅助设备和附属检测设备。 4.1盾体 盾体主要包括前盾、中盾和盾尾三部分，这三部分都是管状筒体，其外径是6．48m。 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，推力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压力。前盾的后边是中盾，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32个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，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，这32个千斤顶按上下左右被分成A、B、C、D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。中盾的后边是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向。 4.2刀盘 刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘的开口率约为28％，刀盘直径6．48m，也是盾构机上直径最大的部分，一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀盘和刀盘驱动部分，刀盘上可根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具或软土刀具，刀盘的外侧还装有一把超挖刀，盾构机在转向掘进时，可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盘的径向方向向外伸出，从而扩大开挖直径，这样易于实现盾构机的转向。超挖刀油缸杆的行程为50mm。刀盘上安装的所有类型的刀具都由螺栓连接，都可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。法兰板的后部安装有一个回转接头，其作用是向刀盘的面板上输入泡沫或膨润土及向超挖刀液压油缸输送液压油。 4.3刀盘驱动 刀盘驱动由螺栓牢固地连接在前盾承压隔板上的法兰上，它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现0~6转/每分钟8组传动副和主齿轮箱组成，每组传动副由一个斜轴式变量轴向柱塞马达和水冷式变速齿轮箱组成，其中一组传动副的变速齿轮箱中带有制动装置，用于制动刀盘。安装在前盾右侧承压隔板上的一台定量螺旋式液压泵驱动主齿轮箱中的齿轮油，用来润滑主齿轮箱，该油路中一个水冷式的齿轮油冷却器用来冷却齿轮油。 4.4双室气闸 双室气闸装在前盾上部，它是通向挖掘仓的通道，由前室和主室两部分组成。当掘进过程中刀具磨损后，检修人员进入到挖掘仓检查及更换刀具时，要使用双室气闸。在进入泥土仓时，为了避免开挖面的坍塌，就要在泥土仓中建立并保持与该地层深度土压力与水压力相适应的气压，这样工作人员要进出泥土仓时，就存在一个适应泥土仓中压力的问题，通过调整气闸前室和主室的压力，就可以使检修人员逐步适应常压至挖掘仓压力之间的变化。特别注意！！！只有通过高压空气检查和受到相应培训并有相关资质且经过医师书面确认身体健康的检修人员，才可以通过气闸进出有压力的挖掘仓进行检修工作。因人员进出