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盾构机结构详解.doc
盾构机技术讲座
盾构机结构(EPB总体结构图)
盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能,目前,盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用。其优点如下:
不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。
能够经济合理地保证隧道安全施工。
盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控制信息化。
掘进速度较快,效率较高,施工劳动强度较低。
地面环境不受盾构施工的干扰。
其缺点为:
盾构机械造价较高。
在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。
隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。
设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。
盾构作为一种保护人体和设备的护体,其外形(断面形状)随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。(如:人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车)。而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及成本相对低廉,绝大部分盾构还是采用传统的圆形。
为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同,盾构机可分为三种类型、四种模式:
三种类型:
软土盾构机;
硬岩盾构机;
混合型盾构机。
四种模式:
开胸式;
半开胸式(半闭胸式、欠土压平衡式);
闭胸式(土压平衡式);
气压式。
软土盾构机适应于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩。刀盘只安装刮刀,无需滚刀。
硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整,只安装滚刀,不需要刮刀。
混合盾构机适应于以上两种情况,适应更为复杂多变的复合地层。可同时安装滚刀和刮刀。
气压盾构是在加气压状态下的施工模式,即可用于泥水加压式盾构机,也可用于土压平衡式盾构机。
模式 型
软土盾构机 硬岩盾构机 混合盾构机 土压平衡 泥水加压 开胸式 ★ ★ ★ 半开胸式 ★ ★ ★ 闭胸式 ★ ★ ★ ★
以下以海瑞克公司在广州地铁使用的典型土压平衡式盾构机为
例:
盾构机总图
总体外形尺寸:(6280X75000mm
总质量:520t
装机总功率:1744.6KW
最大掘进速度:80mm/min
第一节:主机结构(盾体及刀盘结构)
断面形状:圆形、用钢板成型制成,材料为:S335J2G3。主要由已下部分构成:
刀盘、主轴承、前体、中体、推进油缸、铰接油缸、盾尾、管片安装机。
主机外形尺寸:7565mm(L)X(6250(前体)X(6240(中体)X(6230(盾尾)
质量:刀盘57t 前体92t 中31.4t 盾尾26t 主轴承6.64t 人舱4t 管片安装机18.6t
总质量约:236T。(不含各系统设备质量)
功能:实现对岩土的开挖、推进、一级出渣、管片安装。
盾构机主机结构图
刀盘
刀盘是盾构机的核心部件,其结构形式、强度和整体刚度都直接影响到施工掘进的速度和成本,并且出了故障维修处理困难。不同的地质情况和不同的制造厂家,刀盘的结构也不相同,其常见的结构有:平面圆角刀盘、平面斜角刀盘、平面直角刀盘。
盾构机刀盘应满足以下要求:
刀盘应有足够的强度和刚度。
刀盘应有较大的开口率。
针对地层的变化,能够方便地更换硬岩滚刀和软岩齿刀。
刀盘结构应有足够的耐磨强度。
刀盘上应配置足够的渣土搅拌装置。
刀盘上应配置足够的注入口,各口并装有单向阀。以满足刀具的冷却、润滑和渣土改良。
下面是海瑞克公司的刀盘结构和参数:结构形状:平面圆角形刀盘。铸造和焊接混合型。
外形尺寸:(6280mm (6130mm(刀圈外经)X1410mm总厚(刀盘厚580mm)
刀盘质量:57000kg
开口率:28%
超挖刀行程:50mm
刀盘转速:0-6.1r/min 最大扭矩:I-4500KN.mm II-1970KN.mm 脱困扭矩:5300KN.mm
结构:刀盘前端面有8条辐板(开有8个对称的长条孔),其上配有滚刀(齿刀)
单刃滚刀结构图
双刃滚刀结构图
刀具形式
双刃中心刀
用于硬岩掘进,在软土中可以换装齿刀
数量:4 单刃滚刀
用于硬岩掘进
刀刃距刀盘面175mm,掌子面与刀盘面间碴土空间大,利于流动,可换装齿刀。
数量:31 中心齿刀
用于软土掘进,替换滚刀,更换后可以增加刀盘中心部分的开口率。
数量:4 窄齿刀
用于软土掘进。其结构形式有利于碴土流动进入土仓
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