土压平衡盾构工作原理及结构 (1)
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；
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。
土压平衡盾构与泥水平衡盾构结构原理
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理傅德明上海市土木工程学会2011.5.211 土压平衡盾构的结构原理1.1 土压平衡盾构的基本原理土压平衡盾构属封闭式盾构。
盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。
当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡(即稳定)。
示意图如图6.1所示。
由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。
由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。
1.1.1 稳定掘削面的机理及种类土压盾构稳定掘削面的机理，因工程地质条件的不同而不同。
通常可分为粘性土和砂质土两类，这里分别进行叙述。
1.1.1.1 粘性土层掘削面的稳定机理因刀盘掘削下来的土体的粘结性受到破坏，故变得松散易于流动。
即使粘聚力大的土层，碴土的塑流性也会增大，故可通过调节螺旋输送机转速和出土口处的滑动闸门对排土量进行控制。
对塑流性大的松软土体也可采用专用土砂泵、管道排土。
地层含砂量超过一定限度时，土体流性明显变差，土舱内的土体发生堆积、压密、固结，致使碴土难于排送，盾构推进被迫停止。
解决这个问题的措施是向土舱内注水、空气、膨润土或泥浆等注入材，并作连续搅拌，以便提高土体的塑流性，确保碴土的顺利排放。
1.1.1.2 砂质土层掘削面的稳定机理就砂、砂砾的砂质土地层而言，因土颗粒间的摩擦角大故摩擦阻力大；渗透系数大。
当地下水位较高、水压较大时，靠掘削土压和排土机构的调节作用很难平衡掘削面上的土压和水压。
再加上掘削土体自身的流动性差，所以在无其它措施的情况下，掘削面稳定极其困难。
为此人们开发了向掘削面压注水、空气、膨润土、粘土、泥水或泥浆等添加材，不断搅拌，改变掘削土的成分比例，以此确保掘削土的流动性、止水性，使掘削面稳定。
1.1.1.3 土压盾构的种类按稳定掘削面机构划分的土压平衡盾构大致有如下几种，见表1。
表1 土压盾构的种类图1 土压盾构基本形状②充满土舱内的掘削土的被动土压稳定掘削面。
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。
土压平衡盾构机械结构及功能介绍
中心回转接头
刀盘泡沫注入口结构
刀盘的主要分类
按结构形式分，一般分为两类：辐条 式刀盘和面板式刀盘。
按功能分，一般分为两类：软土刀盘 和复合式刀盘。
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。
主驱动
液压驱动典型结构（以中铁2号为例）
主要组成：
1）液压马达/8台 2) 减速机/8台 3）小齿轮及其两端的调心滚子轴承/8套 4）主轴承/1个 5）驱动箱及其它环类零件/1套 6）主轴承外密封/3道 7）主轴承内密封/2道
驱动参数
1）驱动形式：液压驱动 2）速度：0～3.34rpm，连续可调 3）最大扭矩：5060KN·m 4）脱困扭矩：6030KN·m 5）最大速度下的扭矩：
• 3、多样化 • 随着城市建设的加快，土地资源越来越珍贵，为了节省空间，越来越
多的异形盾构出现，刀盘也随之变得各式各样。
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）
中国中铁
土压平衡盾构机
机械结构及功能介绍
中铁隧道装备制造有限公司
目录
一、土压平衡盾构机介绍（结合总装图） 二、主驱动系统 三、出渣系统 四、管片拼装系统 五、设备桥拖车 六、人员仓
一、土压平衡盾构机介绍
• 土压平衡就是在盾构开挖时， 利用土仓内的土压或加注辅助
材料产生的压力来平衡开挖面
的土压及地下水压力，以避免
先行刀
鱼尾刀
• 在软土地层掘进时，因刀盘中心部位不能布置切刀，为改 善中心部位土体的切削和搅拌效果，可在中心部位设计一 把尺寸较大的鱼尾刀。鱼尾刀的设计和布置技术如下：其 一让盾构分两步切削土体，利用鱼尾刀先切削中心部位小 圆断面土体，而后扩大到全断面切削土体，即将鱼尾刀设 计与其他切刀不在一个平面上，即鱼尾刀超前切刀布置， 保证鱼尾刀最先切削土体；其二是将鱼尾刀根部设计成锥 形，使刀盘旋转时随鱼尾刀切削下来的土体，在切向、径 向运动的基础上，又增加一项翻转运动，这样既可解决中 心部分土体的切削问题和改善切削土体的流动性，又大大 提高盾构整体掘进效果。
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，主要通过施加土压力来平衡施工工作面前方的土压力，保持工作面的稳定。
具体的工作原理如下：
1. 盾构机由盾构壳体、刀盘、密封门、推进系统、护盾螺旋输送机等组成。
2. 盾构机首先将自身移到施工段的尾端，并固定在隧道壁上。
3. 利用螺旋输送机将前方挖掘的土层推送到密封门后方，并将土层通过施工段的输送管道运出。
4. 盾构机通过液压缸向前推进一定距离，使刀盘在前方继续挖掘土层。
同时，通过调节液压缸的伸缩长度，控制挖掘过程中的土压力。
土壤的土压力抵消了盾构机的推进力，实现土压平衡。
5. 在盾构机推进的同时，隧道壁采取防护措施，如设置衬砌或喷射混凝土，以保持施工现场的稳定。
6. 通过不断向前推进和挖掘土层，盾构机逐渐完成了整个隧道的挖掘和推进作业。
这种工作原理可以保证隧道工作面的稳定，并避免地面塌陷等安全问题的发生。
同时，土压平衡盾构机还可以充分利用挖掘的土层作为支撑，减少了对其他支撑结构的依赖，提高了施工效率。
土压平衡式盾构机的工作原理13页
土压平衡式盾构机的工作原理13页
土压平衡式盾构机是一种用于地下隧道掘进的机械设备。
其工作原理是利用盾构机首部的刀盘推进土层，同时使用液压缸平衡盾构机内外的土压力，以保持稳定状态。
具体工作原理如下：
1. 盾构机首部的刀盘通过转动和推进的方式，将土层切割和破碎。
2. 切割和破碎的土层通过后方的螺旋输送器向后运输，然后通过输送带或螺旋输送器排出盾构机的尾部。
3. 盾构机通过在尾部添加环片或者喷浆的方式，构建一个水密的推进环境。
这样可以将尾部的土层固定住，并保持一定的土压平衡。
4. 在挖掘过程中，盾构机的液压缸通过调整液力来平衡盾构机内外的土层压力。
这样可以防止隧道坍塌并保证工作环境的安全稳定。
5. 盾构机的整个推进过程是连续进行的，直到达到预定的掘进目标位置。
总的来说，土压平衡式盾构机利用盾构机首部的刀盘切割和破碎土层，通过盾构机内的土压平衡系统以及尾部的环片或喷浆，来维持一定的土压平衡，从而实现地下隧道的安全掘进。
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切削刀具--软土
16
切削刀具--硬岩
球齿滚刀
破岩刀具
硬
岩
刀 具
切削刀具
分
类
楔齿滚刀 盘形滚刀
切刀 齿刀
刮刀
辅助刀具
超挖刀
17
⑵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。
18
⑶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。
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⑷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。
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⑸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。
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⑹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。
液压马达 伸缩油缸
出碴闸门
螺旋轴 筒体
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⑺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。
23
㈡后配套
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。
24
⑴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
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⑵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。
变频电机 一般电机 液压驱动
驱动部外形尺寸 中
大
小
后续设备
少
少
较多
效率
0.95
0.9
0.65
起动力矩
土仓压力=地下水压+土压 8
㈢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
9
㈣土仓压力对地表的影响
压力过小地表 沉降
压力过大地表 隆起
10
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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。
4
㈡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： ☆敞开式； ☆半敞开式； ☆土压平衡式； ☆气压式。
5
6
㈠工作原理
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。
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
12
㈠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。
13
⑴刀盘
主要作用： ☆切削和支撑
面板式
辐条式
辐条面板式
14
刀盘支承方式
☆中心支承式 (a) ☆中间支承式 (b) ☆周边支承式 (c)
土仓压力=水压力+土压力
平衡
土仓压力>水压力+土压力 地面隆起
土仓压力<水压力+土压力 地面下陷
土仓压力控制因素
土仓压力控制因素图 增大/减小推进速度
增大 / 减小螺旋输送机排放速 度
地下水压 土压
42
大
较小
较大
起动冲击
小
大
较小
转速微调控制
好
差
好
噪声
小
小
大
盾构温度
低
较低
较高
维护保养
易
易
较复杂
26
⑶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
27
⑷推进系统
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 28
⑸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
29
⑹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
30
⑺注脂系统
根据盾构使用、设计理念的不同而有所区别，总体来说盾构注脂 系统包括以下三种：
二次通风： ☆实现通风管的延伸 ☆实现施隧道内的通风效果，如降温、排尘等
34
⑾导向系统
主要作用： ☆实现盾构方向的监控（水平、竖直） ☆实现盾体滚动角监控
35
四、 盾构开挖面平衡机理
4.1盾构施工中的技术难点－压力平衡
房屋开裂
防洪堤坍塌
地表下沉
4.2 土压平衡盾构开挖面平衡机理
土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合作用而维持： 土仓内的土压力平衡地层压力和水压力； 螺旋输送机调节排土量； 适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。
1—刀盘；2--土舱；3—承 压隔板；4—人舱；5—推进 千斤顶；6—盾尾密封；7— 管片；8—皮带机；9—拼装 机；10—主驱动；11—螺旋 7 机
㈡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。
土压平衡盾构工作原理及结构
1
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、盾构开挖面平衡机理
2
3
㈠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。
☆HBW注脂系统 ☆主轴承密封注脂系统 ☆盾尾密封注脂系统
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⑻供电系统
主要作用： ☆实现高压电缆延伸 ☆实现动力系统供电 ☆实现控制系统供电 ☆实现照明及应及照明供电
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⑼水循环、排污系统
主要作用: ☆实现供排水管路延伸 ☆实现各系统供水 ☆实现各系统冷却 ☆实现施工污水排放
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⑽空气系统
压缩空气： ☆实现盾构各气动元件的供气 ☆实现人仓内人呼吸用供气