盾构机技术讲座一.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:1. 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。

2. 能够经济合理地保证隧道安全施工。

3. 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。

4. 掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。

5. 地面环境不受盾构施工的干扰。

其缺点为：1. 盾构机械造价较高。

2. 在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。

3. 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。

4. 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：（1）软土盾构机；（2）硬岩盾构机；（3）混合型盾构机。

四种模式：（4）开胸式；（5）半开胸式（半闭胸式、欠土压平衡式）；（6）闭胸式（土压平衡式）；（7）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。

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：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 中盾尾26t 主轴承人舱4t 管片安装机总质量约：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。

图结主构盾机机构(一)刀盘开挖直径部分硬岩盘口形结构心部件，其核刀盘是盾构机的掘工接影响到施刚式、强度和整体度都直理处故障维修成速度和本，并且出了进的，制造厂家地质情况和不同的不困难。

同的：结构有相同，其常见的刀盘的结构也不角直平角刀盘、面、平面圆角刀盘平面斜。

刀盘下要求：以盾构机刀盘应满足度。

强足够的度和刚有）（1刀盘应开口率。

的应2（）刀盘有较大更方便地够，变层对）（3针地的化能岩软刀盘换硬岩滚刀和软岩齿刀。

（4）刀盘结构应有足够的耐磨强度。

（5）刀盘上应配置足够的渣土搅拌装置。

（6）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。

1. 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：min 最大扭矩：脱困扭矩：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）座、刮刀座和2根搅拌棒，刀盘与驱动装置是用法兰连接，法兰与刀盘之间是靠四根粗大的辐条相连。

为保证刀盘的抗扭强度和整体刚度，刀盘中心部分、辐条和法兰是采用整体铸造，周边部分和中心部分采用先拴接后焊结的方式连接。

（以前该件需从国外进口，现在已国产化）。

为保证刀盘在硬岩掘进时的耐磨性，刀盘的周边焊有耐磨条，面板上焊有栅格状的Hardox耐磨材料。

刀盘上装有4路泡沫管并分8个出口，各口都装有单向阀。

装有塔形滚刀超挖刀一套，配油管2根,其行程为：50mm。

刀盘上可装双刃滚刀4把，单刃滚刀31把，正面齿刀64把。

边缘齿刀16把。

2. 刀具的配置：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。

（1）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。

单刃滚刀结构图双刃滚刀结构图刀具形式双刃中心刀单刃滚刀中心齿刀用于软土掘进硬岩掘进，，替换用于硬岩掘进用于滚刀，更软在土中可以换装换后可以增，盘面175mm刀刃距刀加齿刀盘中心部分刀的开土碴面掌子面与刀盘间口率。

可利于流动：数量4，，空间大数量：4换装齿刀。

数量：31土利，于形其结构式有利结构刀具，斜面削于结构利软土切中的用。

导仓渣作入土碴流动进土流于碴土动。

进岩掘硬时19同可用做进岩在同时硬掘下：数量。

的刮渣渣作用可刮中16：量数：数量64仿形刀用于局部扩大隧道断面数量：1（2）刀具的破岩机理：分软岩切削机理和硬岩破岩机理。

软岩切削机理是刀具对土层的挤压所产生的剪切力来破坏土层而达到切削效果。

示理机削切具刀土软石岩，采料的易脆性质用滚刀的滚动对质破硬岩岩机理是利用硬材续的机械破岩方连。

要实现法岩切挤压产生的剪力和（冲击力）碾碎石压。

正推动的水平力使一就破岩要在滚刀上施加个正压力和一个滚刀滚挖开上与施平的推进力，水推力是刀盘转动加在滚刀轴于力是来自盾构果，：个条件必须满足两意想刀。

行面平的推力所以滚破岩要达到满效；有一定强度岩工①作面的层要。

小动滚②刀的启扭矩要因：件上足素很难满以条下为因以素因；质①地②滚及质造制刀的量艺工；③滚刀质量一致性；④开挖模式问题。

滚刀滚压破岩示意差异性置（3）刀具配的高组合和刮刀的配置数量和高等级在配刀具置的差异性表现滚刀度差等方面。

表配置差异菱公司三司特维司商制造克海瑞公尔公/mm壳壳盾高出高壳盾出高出度高滚边缘刀盾15-2015-2015-20/mm110/8度高滚心中刀175/8110/10把数/mm/刀滚正面110/25175/30度高110/30/mm/把数：挖的影响及组合高度差对开刀具的高度差利。

泥饼刀具高对防结有①岩。

利于破具的高度差大有②刀。

刀间距间刀与滚刀之的（4）滚刀两大会在。

刀间距过响是影破岩能力的关键因素刀滚的刀间距也，块小碎岩体碾成脊”。

刀间距过小会将岩破之间出现岩的盲区而形成“刀正面小于90mm,的刀间距一般都图距示意刀间体前 (二)构，前的盾位分土和土开，口叫体前又切环是挖仓挡部，于构最端结为圆筒形，前端设有刃口，以减少对底层的扰动。

在圆筒垂直于轴线、约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气压舱（根据需要），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。

举例参数：?6250mm（直径）X1700mm（长度）X60mm（板厚）X57t（质量）意图体结构示前装置主驱动1.密承及器主轴马达、八个减速主驱动装置由轴承、八个液压驱动主丝螺齿）圈用体固定，内（法圈通过连接兰用螺丝与前，轴封组成承外驱接圈直、轴承内齿马力带动液压达、减速器液和刀盘连接，借助压动封，外密内密封两外密封和道唇形三旋动刀盘转。

主轴承设置有道唇形密道，后一泥土和浆渗入止性失脂润滑来阻土仓内的渣久道前两采用永的土大气尘内前一道阻止盾体封渗的主封是防止轴承内润滑油漏。

内密渗。

滑油的外承防，侵入后一道止主轴内润：扭脱矩大：参举例数最扭：困矩输出转速：min 主轴承外径：?2600mm 质量：寿命：10000h主驱动结构图(三)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中体结构示意图可，孔也用等土膨注于润料材。

举例参数：?6240mm（直径）X2580mm（长度）X40mm（板厚）（质量）1. 人员舱人员舱是在需要压缩空气以平衡盾构围岩的水土压力，以保持作业面的稳定作业时使用。

实现操作人员在气压状态下检查、更换刀具及排除工作面异物等工作。

人员舱分普通（主）舱和紧急舱，它们由密封的压力门隔开。

普通舱和盾构前体上的中间舱之间用法兰连接，而中间舱直接焊接在压力隔板上。

通过隔板上的压力门就可以进入土仓。

普通舱和紧急舱横向连接，舱内舱外都装有时钟、温度计、压力计、电话、记录仪、加人员舱结构示意图压阀、减压阀、溢流排气阀即水路、照明系统。

紧急舱的作用是在压缩空气工作时和出现紧急情况时的出入。

进入人员舱的工作人员必须经过身体检查及专业培训，并取得劳动部门的相关资质，在进行加压和减压作业时要严格遵循加压、减压规程，一般参照美国海军潜水规程。

举例参数：结构双舱型、1800mm（长）X2550mm（宽）X1600mm（高）；工作压力：实验压力：容纳人数：普通舱3人、紧急舱2人。

2. 推进油缸盾构的推进机构提供盾构向前推进的动力。

推进机构包括30个推进油缸和推进液压泵站。

推进油缸按照在圆周上的区域分为四组，每组7~8个油缸。

通过调整每组油缸的推进油缸分区不同推力来对盾构进行纠偏和调向。

油缸后端的球铰支座顶在管片上以提供盾构前进的反力，球铰支座可使支座与管片之间的接触面密贴，以保护管片不被损坏。

推进系统油缸的分组如图4-7-4所示，其中红色位置的油缸安装有位移传感器，通过油缸的位移传感器我们可以知道油缸的伸出长度和盾构的掘进状态。

参例数举）；缸各10组数量：30（单、双油缸?220mmX?180mmX2000mm；缸尺寸：油：30Mpa工作压力：35Mpa 作压力最大工34210KN；推力；总：39890KN 大推力最空载）：伸出速度80mm/min（最大1400mm/min速度：最大缩回缸铰接油3.进掘半径整及小曲线能够灵活的进行姿态调时为了使盾构在掘进的盾构接油缸把长径比。

它是通过铰构利时能够顺通过，必须减少盾的铰式和预紧四个铰接油缸统接尾相连来实现的。

铰接系包括十盾中体和。

前进动下被动盾置，尾在主机的拖持般接密接封。