4.2.3 刀盘驱动及刀盘支撑
刀盘驱动装置由主轴承、液压（变频电机） 驱动马达、减速器及主轴承密封组成，轴 承外圈通过连接法兰用螺丝与前体固定， 内（齿）圈用螺丝和刀盘连接，借助液压 动力带动液压马达、减速器、轴承内齿圈 直接驱动刀盘旋转。主轴承设置有三道唇 形外密封和两道唇形内密封，外密封前两 道采用永久性失脂润滑来阻止土仓内的渣 土和泥浆渗入，后一道密封是防止主轴承 内的润滑油渗漏。内密封前一道阻止盾体 内大气尘土的侵入，后一道防止主轴承内 润滑油的外渗。
软土盾构的主要特点是刀盘仅安装切刀、 先行刀和刮刀，无需滚刀。
复合盾构
复合盾构是指既适用于软土、又适用于硬 岩的一类盾构，主要用于既有软土又有硬 岩的复杂地层施工。
复合盾构的主要特点是刀盘既安装有切刀、 撕裂刀和刮刀，又安装有滚刀。
3. 盾构的“机型”
盾构的“机型”是指在根据工程地质和水 文地质条件，盾构所采用的最有效的开挖 面支护形式。
闭胸式即土压平衡 模式用于围岩不稳定或 水压高、水量大的地层。
4.2土压平衡盾构的组成
刀盘 前体 刀盘驱动和刀盘支承 中体 铰接装置 推进系统 盾尾 螺旋输送机 皮带输送机 碴土改良系统 同步注浆系统 盾尾密封系统 管片安装机 数据采集系统 导向系统
盾构设备主要组成部分示意图
1.土体，2.刀盘，3.土仓，4.压力墙，5.油缸，6.螺旋机， 7.拼装机，8.衬砌
复合式土压平衡盾构 具有三种模式，即: 敞开式、半敞开式 （加气模式）、闭胸 式(土压平衡模式)
பைடு நூலகம்敞开式模式
加气模式（半敞开模
土压平衡模式
在掌子面具有足够的自稳能力，且水压小 于1.5bar的地层中，采用半敞开模式掘进。半 敞开式作业时，土仓下部是刀盘切削下来的碴 土，上部为压缩空气。半敞开式作业的开挖和 推进与敞开式作业基本一致。
4.1盾构的“模式”
盾构的“模式”是指在一定“型”的基础 上，根据特定的盾构施工环境，在确保开 挖面稳定的前提下，盾构所采用的最有效 的“出碴”方式。
“模式”是盾构的一种操作方式。 土压平衡盾构的 “模式”可分为敞开式、
半敞开式、闭胸式三种。
泥水盾构的“模式”可分为泥水平衡模式 和气压复合模式两种。
土压平衡盾构机的组成
(2) 压力舱
(4) 推进装置
(6) 附属装置
千斤顶选 总推力
锁定装置 盾尾止水装置
压力测试
型和配置
千斤顶行程
搅拌系统
压力控制
加浆系统
推进速度 压力控制
安全锁
测量装置
壁后注浆装置 后方台车
开挖面崩坏 探测装置
盾构机
超挖装置
通用装置
轴承密封 润滑装置 加浆装置
油压机油
刀具 刀盘开口
2002年——天津地铁1号线开工建设。 2006年——沈阳地铁1号线开工建设。 目前已有35个城市正在修建地铁。
主要内容
1.概述 2.盾构机类型 3.盾构机机型 4.土压平衡盾构机原理 5泥水平衡盾构机原理
1.概述
盾构是一种钢制的活动防护装置或活动支 撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海 底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。
刀盘驱动的三种形式比较
变频电机驱动 定速电机驱动 液压驱动
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
中 少 0.95 大 小 好 小 低 易
大 少 0.9 较小 大 不能无级调速 小 较低 易
小 较多 0.65 较大 较小
好 大 较高 较复杂
刀盘支撑
刀盘支承方式有3种： 中心支承式（适用于中小型直径盾构） 中间支承式（适用于中大型直径盾构） 周边支承式（适用于小型直径盾构）
中心支承式 中间支承式 周边支承式
4.2.4 中体
中体又叫支承环是盾构的主体结构，承受 作用于盾构上的全部载荷。是一个强度和 刚性都很好的圆形结构，地层力、所有千 斤顶的反作用力、刀盘正面阻力、盾尾铰 接拉力及管片拼装时的施工载荷均由中体 来承受。中体内圈周边布置有盾构千斤顶 和铰接油缸，中间有管片拼装机和部分液 压设备、动力设备、螺旋输送机支承及操 作控制台。有的还有行人加、减压舱。中 体盾壳上焊有带球阀的超前钻预留孔，也 可用于注膨润土等材料。
扩挖刀伸出后不能自动按要求在360 °范 围内的任意位置进行伸和缩
4.2.2 前体
前体又叫切口环，是开挖土仓和挡土部分， 位于盾构的最前端，结构为圆筒形，前端设 有刃口，以减少对底层的扰动。在圆筒垂直 于轴线、在其中段处焊有压力隔板，隔板上 焊有安装主驱动、螺旋输送机及人员舱的法 兰支座和四个搅拌棒，还设有螺旋机闸门机 构及人行闸，此外，隔板上还开有安装5个 土压传感器、通气通水等的孔口。不同开挖 形式的盾构机前体结构也不相同。
2. 盾构的“类型”
盾构的“类型”是指与特定的盾构施工环 境，特别是与特定的基础地质、工程地质 和水文地质特征相匹配的盾构的种类。
根据施工环境，隧道掘进机的“类型”分 为软土盾构、硬岩掘进机(TBM)、复合盾 构三类。因此，盾构的“类型”分为软土 盾构和复合盾构两类。
软土盾构：软土盾构是指适用于未固结成 岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强 风化围岩条件下的一类盾构。
切削刀的实物照片
a) 周边刮刀
b) 周边刮刀(背面)
c) 周边刀安装位置
d) 齿刀
方柄齿刀
f) 齿刀
g) 中心齿刀
切削刀的实物照片
h) 先行刀
i) 先行刀
j) 先行刀
k) 牛角刀
l) 羊角刀
m）三棱刮刀
滚刀的示意图和实物照片
a) 盘形 滚刀 示意 图
b) 盘形滚刀圈
c) 盘形滚刀
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面板 钢格栅
中体结构示意图
4.2.5 铰接密封系统
铰接密封：铰接密封一般有三种形式：一 种是采用一道或多道橡胶唇口式密封；另 一种是采用石墨石棉或橡胶材料的盘根加 气囊式密封；还有一种是双排气囊式密封。
单排气囊
双排气囊
4.2.6 推进系统
盾构推进系统是盾构机前进的唯一动力。 主要功能为以已拼管片作为支撑点，克服 盾构机前方土体压力及其他阻力，使盾构 机向前掘进；完成一环的推进后，可通过 液压油缸的伸缩进行新一环管片的拼装及 固定；通过调节四个区域千斤顶的油压来 控制盾构前进的方向。推进系统以液压为 动力、通过液压油缸产生的推力向前推进。
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。
刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀 盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺 旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨 道上的碴车上。盾构在推进油缸的推力作用下向
前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临 时支护作用，承受周围土层的土压、承受地下水 的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、 衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。
20世纪80年代至今——研制出了加气泡盾构，同时 大直径盾构、异形断面盾构（方形、椭圆形、马蹄 形等）、双圆盾构、三圆盾构等得到发展。
中国地铁工程盾构技术的发展
20世纪60年代——北京城建集团前身 基建工程兵为修建北京地铁，自己研 制网格式压缩混凝土盾构机成功地进 行了试验。
1990年——上海地铁1号线，采用了7 台盾构机共掘进了18Km
刀具的结构、材料及其在刀盘上的数量和 位置关系直接影响到掘进速度和使用寿命。 不同的地层条件对刀具的结构和配置是不 相同的。
刀具种类：单刃滚刀、双刃滚刀、三刃滚 刀（双刃以上的一般都是中心滚刀）、齿 刀、切刀、刮刀和方形刀（超挖刀）。为 适应不同的地层，滚刀和齿刀可以互换，
所以它们的刀座相同。
头部可以安全地开挖地层 ,尾部可以装配预 制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬 砌。
盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。
盾构机定义
盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾 构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一 体，具有开挖切削土体、输送土碴、同步衬砌注浆、 拼装隧道衬砌管片、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“定 制式”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、地下公路、城市市政、水 电等隧道工程。
1869年——采用Greathead新开发的圆形盾构铸铁管片，在伦敦泰晤士 河水底第二条隧道。1887年——气压盾构在南伦敦铁路隧道中应用。
19世纪末～20世纪初——城市隧道工程促进了闭胸式盾构的产生，盾构 工法相继传入美国、日本、法国、德国等国家。
20世纪60年代至80年代——盾构工法迅速发展，完善了气压盾构、挤压 （网格）盾构、插刀盾构、泥土加压盾构、泥水盾构等，盾构工法在地铁、 市政隧道、公路隧道等的建设中得到广泛应用。
1996年——上海地铁2号线开始建设， 以后陆续建设3号线、4号线、M8线、 6号线
1996年——广州开始建设1号线，以 后陆续建设2号线、3号线、5号线
2000年——北京地铁5号线盾构实验段开始设 计施工。
2001年——深圳地铁1号线、南京地铁1号线 开始建设。
2002年——北京地铁5号线正式开工，以后4 号线、10号线、机场线、地下直径线陆续开工。
辐条 泡沫口
辐条
面板式刀盘
盘型滚刀 重型撕裂刀 刮刀 中心刀
辐条式刀盘
面板式刀盘与辐条式刀盘比较
面板式刀盘在中途换刀时安全可靠，但开 挖土体进入土仓时易粘结易堵塞，在刀盘 上易形成泥饼。
辐条式刀盘仅有几根辐条，辐条后设有搅 拌叶片，土砂流动顺畅，不易堵塞。但不 能安装滚刀，且中途换刀安全性差，需加 固土体，费用高。