土压平衡盾构工作原理及结构
土压平衡盾构施工简介
（5）龙门吊
区间配置16T龙门吊一台，45T龙门吊两台，沿管片堆放场、盾构材料堆放场、渣土池及工 作井、出土口之间设置龙门吊轨道梁，用于调运渣土、调运材料分别安装龙门吊供专门使
用，龙门吊轨道基础尽量与车站施工合建，注意与监理沟通龙门吊轨道基础方案报批。
（6）砂浆站
临近始发井口或者出土口设置砂浆站，并配置80T以上水泥罐、砂池、膨润土及水泥堆放场，
4、 盾构机组装应注意的问题 5、 盾构机调试应注意的问题
（三）盾构始发及试掘进
1、负环管片安装 2、洞门密封与洞门破除
3、盾构始发
（四）盾构正常掘进
1、 掘进模式与主要参数控制 2 、掘进方向控制
（五）盾构到达及盾构解体吊出等过程
（六）联络通道施工 （七）洞门施工
（八）盾构施工测量与监测
（一）盾构施工整体筹划（人、机、料、法、环）
构始发定位是否准确关系到盾构机开始掘进时，盾构机的实际中线和设计中线的偏差大小
以及盾构机的掘进姿态是否理想等问题，所以应该给予足够的重视，在整个托架定位放样 过程，包括内业资料计算，都必须有相应的检查和复核，确保定位准确，符合策划要求。
（3）托架的重要作用是：支撑300吨重的盾体，使之保持稳定；为盾构机的井下安装提供平台；
土压平衡盾构机械结构及功能介绍
有轴
无轴
驱动装置
• 螺旋输送机按结构分，一般有周边驱动和 中心驱动两种结构形式。
中心驱动式
周边驱动式
中心驱动，结构紧凑，便于相邻部件的布 置。
周边驱动，出闸口在后部，提高出渣位 置，易喷涌防止渣土从皮带机倒流。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。
主要结构组成
1、螺旋叶片 2、外壳 3、排土闸门 4、驱动装置 5、伸缩装置 6、观察窗
双闸门控制
单闸门控制
螺旋输送机的型式
螺旋输送机的型式大致区分为有轴和无轴两 种型式。 1） 对于中间有轴的螺旋输送机，能通过的最大 粒径较小，例如内径φ 800的螺旋机通过粒径在 φ 300左右。 2） 在含有卵砾石的地层中，为了尽量增加螺旋 输送机通过土能力，常采用无轴螺旋输送机。但 是在透水性好的土质条件下，需认真研究止水性 等压力保持能力，并且无轴的螺旋输送机被堵塞 时，由于只有螺旋叶片的结构较为软弱，它不能 通过反转来实现脱困，否则螺旋输送机在套管内 会立刻被扭坏。
开口率的定义
• 开口率是指开口面积占整个刀盘面积的 百分比。一般在20%～65%不等，开口率 对土压平衡盾构有着重要意义，开口是否 合适直接影响到压力控制。
辐条式刀盘
面板式刀盘
软土刀盘
• 在软弱土地层一般只需配置切削型刀具， 如切刀、边刮刀、中心刀等。以中铁6号盾 构为例，装有1 把鱼尾形中心刀，100把切 刀，16 把周边刮刀、66把先行刀及1把超 挖刀。
刀盘主要结构
1、主驱动连接法兰（连接主驱动） 2、扭腿（传递扭矩及轴向力） 3、外圈梁（加强结构强度） 4、刀梁（安装刀具） 5、搅拌棒（渣土改良） 6、渣土改良注入口（渣土改良、回转接头）
简述土压平衡盾构机工作原理
简述土压平衡盾构机工作原理今天来聊聊土压平衡盾构机工作原理的事儿。
你看啊，咱们平时在土里挖个小坑的时候，如果土太松，坑壁就容易塌下来。
这就有点像土压平衡盾构机在地下掘进时面临的一个小难题呢。
盾构机就像一个超级厉害的地下大虫子在土里钻来钻去。
土压平衡盾构机工作的时候，它开挖面上的土体会产生压力。
这个压力的平衡可是关键。
想象一下，就像一群人挤在一个小房间里，大家互相挤着都达到一种平衡状态。
前面的土给盾构机压力，盾构机就得想办法把这个压力“顶回去”来保持稳定。
怎样做到呢？这就要说到它的刀盘了。
刀盘就像一个超级大的旋转的牙齿，不断地切削土体。
切下来的土体就被运到后面一个特殊的舱室里。
这个舱室就像是个压力调节仓。
在这个舱室里，土体的压力会被控制在一个合适的范围内。
有意思的是，这个压力会和开挖面的土体压力保持动态平衡。
这就好比在天平的两边不断增减砝码让天平始终保持平衡一样。
如果盾构机里面的压力太低了，那外面的土就会像洪水决堤一样涌进来；要是压力太高呢，盾构机又没法往前推了。
我一开始也不明白，这土体压力到底该怎么控制得那么精准呢？实际上这中间还涉及到一些复杂的传感器和控制系统。
这些就像聪明的小管家，不停地监测和微调。
比如说，根据测量到的压力数据，盾构机可以控制螺旋输送机的转速，如果要升高压力就减少往外运土的速度，如果要降低压力就加快运土速度。
实际应用的话，在城市地铁建设中，土压平衡盾构机就非常有用。
它可以在不影响地面建筑物和地下管线的情况下，在地底下悄悄地挖出地道来。
不过这里还有些要注意的地方呢。
比如说掘进的速度也会影响压力平衡，如果速度太快，土体压力变化可能来不及调整。
大家可得好好理解这个原理啊，要是你们有不同的想法也可以讨论讨论，我觉得还有很多值得深入思考的点呢。
土压平衡盾构机工作原理
土压平衡盾构机工作原理土压平衡盾构机是一种用于地下隧道施工的机械设备，它能够在不破坏地表的情况下进行隧道的开挖和支护。
相比传统的开挖方法，土压平衡盾构机具有施工安全、施工速度快、对周围环境的影响小等优点。
它的工作原理是利用盾构机的推进装置和掘进装置相互配合，通过对土壤的剥离和推进来实现隧道的开挖。
土压平衡盾构机主要由盾构体、推进装置、掘进装置和支护装置等部分组成。
工作时，盾构机首先进入工作区域，并进行钻孔和张拉导管的工作。
然后，开始进行掘进作业。
掘进装置首先钻入土壤中，然后通过旋转刀盘对土壤进行切削。
切削后的土层由盾构体上的切削腔集中导入盾构机内部。
此时，通过压泥管将过高的压力排出。
在土压平衡盾构机的施工过程中，土壤中压力是非常重要的，它能够确保隧道工作面保持稳定，并防止隧道塌陷。
土壤压力的平衡是软弱地层盾构施工中的关键，其中包括孔前土压力平衡、孔内土压力平衡和孔后土压力平衡。
在孔前土压力平衡过程中，当推进装置推进一定距离后，需要通过注浆或人工通过导管来向掘进面施加压力，使前方土层形成一定的土壤压力，以防止隧道的塌陷。
而在孔内土压力平衡过程中，盾构机夹持住已经掘进的管片，并通过向管片内注浆来施加一定的内部土压力，以抵抗外部土壤的压力，确保隧道工作面的稳定。
最后，在孔后土压力平衡过程中，盾构机通过推进土层，并及时排除剥离的土壤，使工作面后面的土层得到有效支撑，以防止隧道工作面后退。
土压平衡盾构机还包括封闭空腔和气压平衡系统。
封闭空腔是指隧道后方的可供施工人员和设备出入的空间。
通过保持封闭空腔内的空气压力略高于周围大气压力，可以防止地下水渗入和土壤坍塌。
气压平衡系统则是通过控制封闭空腔内空气的压力和流动方向，来保持稳定的工作环境，并降低地下水渗入的风险。
综上所述，土压平衡盾构机通过盾构体、推进装置、掘进装置和支护装置等部分的相互配合，以及土壤压力的平衡控制，实现了地下隧道的安全快速施工。
它的工作原理在于控制土壤压力，保持工作面的稳定，同时通过封闭空腔和气压平衡系统，确保施工环境的安全和可控。
土压平衡式盾构
土压平衡式盾构
土压平衡式盾构又称之为削土密闭式或泥土加压式盾构，这种盾构技术是在局部气压盾构和泥水加压式盾构的基础上发展起来的。
该盾构前端有一个全断面切削刀盘，在盾构中心或下部有长筒形螺旋运输机的进土口，其出口在密封舱外。
其施工原理为，为了保证施工面的稳定性，在密闭的切削刀盘内部留有一定的泥土，泥土产生部分土压力，用以平衡工作面处，由于原有土体被挖出而产生的主动土压力。
特点
（1）施工过程中基本不使用土体加固等辅助施工措施，节省技术措施费，并对环境无污染；
（2）根据土压变化调整出土和盾构推进速度，易于达到工作面稳定，
减少了地面变形；
（3）对掘进土量和排土量能形成自动控制管理，机械自动化程度高，施工速度快。
工艺流程
施工准备 生产（活动）设施 三通一平 盾构就位 隧道完成
后盾支撑布置 盾构进洞
盾构安装调试 基座安装 盾构基座安置 贯通测量
隧道端头封墙
拆吊盾构 竣工 盾构出洞 出洞（防水）装置
土体加固 盾构推进
测量
轴线控制 盾尾油脂压注 注浆
送浆 拌浆 出土 土厢运出 开启螺旋输送机和出土口
管片拼装 管片运输 成环测量。
土压平衡盾构机概念
土压平衡盾构机概念
土压平衡盾构机是一种用于在土中进行隧道挖掘的工程机械设备。
它是盾构机的一种类型，主要用于地下隧道工程的施工。
土压平衡盾构机的工作原理是通过在盾构机前端设置推进挡土板，来平衡土层的压力，防止土压力过大造成隧道坍塌。
盾构机的前端还配备有刀盘，通过旋转切割土层，并将土层运输到后方的输送系统中。
土压平衡盾构机主要由推进装置、刀盘、导向系统、控制系统和输送系统等组成。
推进装置可以通过液压驱动，推进盾构机前进。
刀盘上的刀片可以根据土层类型进行更换，以实现最佳切割效果。
导向系统用于保持盾构机的方向稳定，控制系统则用于操作盾构机的运行。
输送系统负责将挖出的土层从隧道中运输出来。
土压平衡盾构机在隧道施工中具有高效、安全、低风险等特点。
它可以适应各种土层类型的挖掘，并且由于使用了土压平衡技术，可以最大程度地保护隧道周围的土体，减少地表沉降和其他地质灾害的风险。
同时，土压平衡盾构机还可以进行人工开挖和管片施工等工作，是一种多功能、高效的隧道施工设备。
土压平衡盾构构造与组成
5
盾构及掘进技术国家重点实验室
二、土压平衡盾构机各系统介绍
4 盾构及掘进技术国家重点实验室
二、土压平衡盾构机各系统介绍
2.推进油缸
盾体的前进由推进油缸完成，每一组油缸均可独立控制压力 进行操纵而不会引起管片移位或产生引起损坏的压力过载。在 控制室里，司机可以看到数字显示的每组油缸行程及压力。油 缸的布置避开了管片接缝，所有的油缸撑靴均为球形绞接式以 避开管片裂缝或损坏。推进油缸顶在压力仓板后部，油缸布置 如图所示。
盾构隧道高级培训班
土压平衡盾构构造与组成
盾构及掘进技术国家重点实验室
☞ 目录
一、土压平衡盾构机构造总述 二、土压平衡盾构机各系统介绍
盾构及掘进技术国家重点实验室
一、土压平衡盾构机构造总述
盾构及掘进技术国家重点实验室
第一节 土压平衡盾构机构造总述
1、结构概述
盾构机主要由下列部件和系统构成：有盾构壳、推进油 缸 、刀盘、刀盘驱动、主轴承、人闸仓、管片安装机、螺旋输 送机、皮带输送机等设备和装置； 还有控制系统、液压系统、 电力系统、通风系统、密 封润滑系统、隧道导向系 统、报警装置； 以及服务 于盾构工作要求的后配套 设备、运输设备、注浆设 备等辅助设备。
2.1推进油缸布置要求 1）推进油缸轴线与盾构中心线平行； 2）布置尽量靠盾构外圆，等距分布， 推进油缸分度圆与管片中心圆尽可能重合； 3）安装一般对称，即双数； 2.2推进系统对液压推进油缸的要求 1）结构简单、体积小、质量轻、耐久性好，便于安装与布置维护； 2）同步性好； 3）必要的防护装置。 4）推进油缸的控制：压力无级控制（推进力），流量无级控制 （速度）。——液压比例控制阀（压力阀、流量阀）
(完整版)土压平衡盾构课件
• 超挖刀照片
2、刀盘支撑：
• 构造：由固定部(齿轮箱部分)、回转部、主轴承和 密封部分构成，固定部由盾构主机前侧切口环支撑 固定。
• 主轴承承受切削刀盘的轴向、径向负荷和力矩，支 撑刀盘的回转及传动。
1、切削刀盘
• 形式：平面面板式、顺、逆时针回转方向掘削。 • 构造：钢板焊接结构。 • 刀盘前面设有5处注泥口，刀盘背面设有搅拌棒。 • 切削刀盘由6根圆柱形中间悬梁通过主轴承由刀
盘支撑结构支撑。由8台减速变频电机驱动。
• 刀盘面装备有切削刀、边刀、箭形刀等，刀盘配备有2套 超挖刀(1套为预备)。
• 切削刀、刮刀的安装采用辐条二侧螺栓连接、背装式设 计，方便作业人员在刀盘背后（土仓内）进行刀具的拆 装工作。
中心切削刀
正面切削刀
周边刮刀
先行刀
• 超挖刀：
• 形式：液压油缸驱动式。
• 构造：由超挖刀、驱动油缸、导向滑动机构构成，可 对盾构机外周土体进行超挖。以圆周的16分之 1(22.5゜) 为设定单位，在0゜～359゜超挖范围内进 行设定。超挖刀配备有2套(其中一套为预备用)。
四、土压平衡盾构机构造 （以小松TMX634为例）
• 土压平衡盾构机主要由盾壳、开挖系统、推 进系统、排土系统、管片拼装系统、油压、 电气、控制系统、姿态控制装置、导向系统、 壁后注浆装置、后拖台车、集中润滑装置、 超前钻机及预注浆、铰接装置、通风装置、 碴土改良装置及其他一些重要装置如人闸等 组成。
所有盾构的形式，其本体从工作面开始均可分 为切口环（前体）、支承环（中体）和盾尾三部 分，借以外壳钢板联成整体。
盾构主机
1、 盾构机本体：
❖ 在切口环部设有安装刀盘及刀盘支撑的结构，在土仓胸板下 部安装有螺旋机。
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（3）中盾
中盾又称支撑环，是盾构承受推力作用的主要受力结构。中盾内 沿周边布置有推进千斤顶、铰接油缸、管片拼装机和部分液压设备 等。
（4）盾尾
盾尾主要用于掩护隧道管片拼装工作及盾体尾部的密封，通过螺 栓或铰接油缸与中盾相连，并装有铰接密封、注浆管路及油脂管道等。
（5）人舱
人舱是工作面与切削面之间的唯一通道，主要用于在需要检查、 更换刀具或维修刀盘及排除工作面异物等工作。分带压和常压两种工 作模式。
（6）螺旋机
螺旋输送机由筒体、伸缩油缸、液压马达、螺旋轴、出碴闸门等 组成。主要有以下功能：
1）连续向外排碴，通过速度调整实现连续的动态土压平衡； 2）排碴过程中形成土塞效应，维持土压稳定。
（7）管片拼装机
管片安装机主要完成管片的安装，由油缸、行走梁、支承架、旋
转架及抓举头等组成。
（二）后配套
（2）推力还应考虑盾构姿态和管片受力的影响。 （3）推力过小，且推进速度快，可能是遇到了地质疏松区域或 地层中存在空洞，应立即停工对地层进行探测。 （4）推力过大，且无推进速度，可能是遇到障碍物，应立即停 工对前方地层环境进行探测。
（2）前盾
前盾又称切口环，是开挖土仓和挡土的主要部分，位于盾构机的 前端，结构为圆筒形，里面主要装有刀盘驱动、人员舱、各种传感 器及部件等。
（2）砂层和卵石地层中刀盘扭矩较大，应采用优质土体改良 剂对土体进行改良，确保渣土的流塑性，降低刀盘扭矩，切不可 降低土舱压力，进行欠压推进。
（3）刀盘扭矩持续增大，可能是刀具磨损严重，应及时检查 并更换刀具。
（4）刀盘扭矩大且推进速度低，可能是刀盘结泥饼，应及时 进行处理。
推力
（1）在保证合理土压力和刀盘扭矩的前提下，可以通过增大或 者降低盾构推力来加快或者减慢推进速度。当推力增大到一定程度 能够保证切削刀具全部贯入土体中，此时再增大推力不但不能加快 推进速度，反而会增大刀盘扭矩，导致刀盘的过量磨损。
后配套主要包括设备桥和拖车，每个拖车上都装有支持盾构前 进和施工的装置，拖车通过设备桥与管片拼装机的行走梁相接，跟 随盾构机前进。
（1）控制系统
主要作用： ☆实现各系统间通讯及连锁 ☆实现各系统数据采集与处理 ☆实现各系统参数调整与控制
（2）驱动系统
驱动类型：变频电机、一般电机、液压驱动。 主要作用：刀盘旋转转向调整、转速调整。
主要作用： ☆实现主机的向前推进 ☆实现掘进速度的调整 ☆实现盾构方向的调整
上 部
左部
右部
下部
（5）碴土改良系统
主要作用： ☆改善碴土流塑性，有利于碴土顺畅排出 ☆降低碴土密实度并减小摩擦 ☆拓宽盾构的适应范围
（6）注浆系统
主要作用： ☆管片壁后空隙填充，控制地表沉降 ☆形成壁后屏障，形成防水层 ☆稳定管片与周围岩体一体化
（二）类型及模式
为适应各种不同类型地层及盾构工作方式的不同，盾构主要有以 下四种类型、四种模式：
四种类型： ☆硬岩盾构机（TBM）；
☆软岩盾构机； ☆软土盾构机； ☆混合型盾构机。
四种模式： ☆敞开式； ☆半敞开式； ☆土压平衡式； ☆气压式。
（三）土压平衡盾构特点
施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施,节省技术 措施费,并对环境无污染；根据土压变化调整出土和盾构推 进速度,易达到工作面的稳定,减少了地表变形；对掘进土量 能形成自动控制管理,机械自动化程度高、施工速度快。
驱动部外形尺寸 后续设备 效率 转速微调控制 噪声 盾构温度 维护保养
变频电机 中 少
0.95 好 小 低 易
一般电机 大 少 0.9 差 小 较低 易
液压驱动 小 较多
0.65 好 大 较高
较复杂
（3）主轴承润滑及密封系统
刀盘室 刀盘支座
盾构主体
主密封及油脂 小齿轮
轴承箱
电机 主轴承
（4）推进系统
（二）土压平衡原理
盾构千斤顶的推力通过承压 隔板传递到土舱内的泥土浆上， 由泥土浆的压力作用于开挖面， 以抵消开挖面处的地下水压和 土压，形成平衡从而保持开挖 面的稳定。
土仓压力=地下水压+土压
（三）土仓压力控制因素
增大/减小推进速度
地下水压/土压
增大/减少碴土排量
（四）土仓压力对地表的影响
压力过小地表沉降
（一）工作原理
土压平衡盾构掘进机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘， 将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封仓内，并使舱内具有适当 压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而 控制地表沉降，刀盘旋转切削泥土通过刀盘开口被压进土舱，通过螺旋 机转到皮带机上，然后输送到碴车里。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 土层的土压和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。
土压平衡盾构工作原理及结构
目录
一、土压平衡盾构简介 二、土压平衡盾构工作原理 三、土压平衡盾构结构 四、与泥水盾构/TBM的区别
（一）发展概况 土压平衡盾构的发展基于挤压式盾构和泥水盾构，始于日本， 20世纪70年代初，第一台土压平衡盾构由日本设计制造，直径 3.72m。1985年国内第一次引进土压平衡盾构，直径4.33m， 1987年国内首台土压平衡盾构研制成功，直径4.35m。
（一）盾构主机
主机由刀盘、前体、中体、盾尾、螺旋输送机、管片安装机等几 大部分组成。
（1）刀盘
主要作用： ☆切削和支撑
辐条式
面板式 辐条面板式
切削刀具
破岩刀具
硬
岩
刀
具
切削刀具
分
类
辅助刀具
球齿滚刀 楔齿滚刀 盘形滚刀
切刀 齿刀
刮刀 超挖刀
刀盘扭矩
（1）盾构施工应将刀盘扭矩降低至一定范围内。刀盘扭矩过 大或过小均不正常，刀盘扭矩过大会导致刀具、刀盘磨损严重并 对周围土体带来较大的扰动，影响盾构正常掘进，而过小的刀盘 扭矩会增加渣土改良费用，降低推进速度。
压力过大地表隆起
房屋开裂
防洪堤坍塌 地表下沉
土压平衡盾构组成
按结构分：主机和后配套。 按功能分：控制系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、管片运输及 拼装系统、注浆系统、注脂系统、碴土改良系统、供电系统等。
1.刀盘；2.主轴承；3.推进油缸；4.人舱；5.螺旋机；6.管片安装机； 7.排土闸门；8.管片小车；9.管片吊机；10.皮带机