土压平衡盾构机基本构造及原理

管片拼装机结构及实物图
二、盾构机基本构造
③管片拼装机 管片拼装机具有伸缩、旋转和移动等功能，这些功能通过液压比例阀进行控制， 可以使其对各元件进行精确定位。 管片拼装机总共有6个自由度： 前后移动 旋转 红色油缸伸缩 蓝色油缸伸缩 抓举头倾斜 抓举头旋转
管片拼装机结构及实物图
二、盾构机基本构造
④螺旋输送机 螺旋输送机用于渣土 的运输，安装在前盾底部， 螺旋输倾角为21.5°。
刀盘的后部
刀盘布置图
开口向内倾斜，易于渣土流向土仓及螺旋输送机。刀盘背后焊接有搅拌棒，对挖出的
渣土（在土仓内）进行充分的搅拌及改良。
二、盾构机基本构造
刮刀
泡沫口
边刮刀
中心双联 滚刀 磨损检 测点
刀盘面板结构实物图
单刃 滚刀
复合钢板 （面板）
超挖刀
刀盘主要技术参数
结构形式
开口率 （中心开口率） 中心双联滚刀 （数量/高度）
名称 数量
土压传感器 5+2（顶） 铰接式超前 6
电液通道
1
注浆管
水气通道
1 添加剂接口 2
被动搅拌棒
2
压力隔板将前盾的开挖舱和主舱 隔离。
隔板上部布置有前舱门，可以 供人进入开挖仓进行检修刀具及处 理仓内问题。隔板布设有土压传感 器、水电液通道接口、保压口、进 排水口、搅拌棒等。通过安装的隔 板上的被动搅拌棒，水、泡沫被运 输至开挖舱，使土仓内的渣土得以 充分搅拌。
一、盾构机简介
1、概念：
盾构是集机、电、液、气为一体，具有
盾
掘进、出渣、衬砌等功能的大型复杂装备， 构
机
边推进边形成隧道，实现了隧道施工的工厂
化作业。
盾
管
构
片
隧
道
一、盾构机简介
2、盾构的工作原理: 就是一个钢结构组件沿隧道轴线边向前推进边对土壤进行切 削。这个钢结构组件的壳体称为“盾壳”，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道段起着临 时支护的作用，承受周围土层的土压、地下水的压力以及将地下水土挡在盾壳外面。
主控室
HBW密 封油脂
EP2油脂
1号拖车实物图
砂浆罐 注浆泵
二、盾构机基本构造
（6）盾构机后配套系统 2号拖车左侧安装有膨润土罐、膨润土泵、盾尾油脂、二次注浆泵等、右侧布置有液 压泵站。
膨润土泵
膨润土罐
液压泵站
盾尾油脂
2号拖车实物图
二、盾构机基本构造
（6）盾构机后配套系统 3号拖车左侧安装水循环冷却系统、泡沫系统，右侧布置有主配电柜。
（外圈） 6.4+6.4复合钢板
（面板）
1把/20m本构造
刀具
刀具结构及实物图
滚刀剖面图
二、盾构机基本构造
（2）前盾
前盾又称切 口环，主要由壳 体、隔板、主驱 动连接座、螺旋 输送机连接座、 连接法兰等焊接 而成。
前盾后部结构及实物图
二、盾构机基本构造
名称
数量
二、盾构机基本构造
②推进油缸
推进缸主要用 于推进和安装管片， 盾构机的向前的推 力靠推进油缸提供， 盾构机上一共有22 根油缸，最大推力 为4086吨，油缸的 最大行程为 2100mm。
推进油缸
推进油缸结构、实物图
二、盾构机基本构造
③管片拼装机 管片拼装机用法兰连接安装在盾尾保护下的支架上，管片拼装机由拖架梁、旋转 架、移动架、带夹紧系统的十字梁组成。管片拼装机主要用于安装管片。
螺旋输送机实物图
二、盾构机基本构造
（6）盾构机后配套系统 后配套系统包括设备桥和拖车，其上 装有保证盾构正常工作的各系统装置，管 线。主要包括冷却水系统，压缩空气系统， 液压泵站，注浆系统，润滑系统及供配电 系统，还包括皮带输送机出渣系统及管片 转运系统等。拖车通过设备桥与托架梁连 接，随盾构主机前进。拖车在铺设的拖车 轨道上前行，在设备桥下部留有空间用来 铺设拖车前行所需轨道。拖车为门架式结 构，中间可供电频车通过，电频车将管片、 砂浆、油脂、轨道等运入，同时将渣土运 出。
单刃滚刀 （数量/高度）
边刮刀 （数量/高度）
刮刀 （数量/高度） 泡沫口（个）
复合式 （辐条、面板）
35%（38%）
6把/175mm
35把/175mm
12把/140mm
43把/140mm
6
膨润土口（个） 2（与泡沫共用）
磨损检测点（个） 2（一对一设计）
超挖刀 （数量/超挖量） 12.5+12.5复合钢板
一、盾构机简介
一、盾构机简介
（5） 按照适应的工程地质分类 ： 分为软土盾构、岩石盾构以及复合盾构。
软 土 盾 构
复 合 盾 构
岩 石 盾 构
二、盾构机基本构造
土压平衡式盾构机 的工作原理：盾构掘进 时，其前端刀盘旋转掘 削土层土体，切削下来 的土体进入土舱。当土 体充满土舱时，其被动 土压与掘削面实现平衡 (即保持舱内的压力与 掌子面的水土压力保持 平衡)，通过刀盘不断 的切削掌子面的土体， 慢慢向前掘进。
三、盾构机关键部件设计
（2）盾构机刀盘设计
中心支撑结构图
三、盾构机关键部件设计
“盾”——“保护”，指盾壳； “构”——“构筑”，指管片拼装或衬砌。
一、盾构机简介
3、盾构的分类 （1）按照断面形状分类 可分为：单圆盾构、复圆盾构（多圆盾构）、非圆盾构。 其中复原盾构分为双圆盾构和三圆盾构。非圆盾构分为椭圆形盾构、矩形盾构、 马蹄形盾构、半圆盾构。复圆盾构和非圆盾构统称“异形盾构”。
污水箱
配电柜
皮带机出 渣口
电缆箱
5号拖车实物图
二、盾构机基本构造
（6）盾构机后配套系统 6号拖车左侧预留空间，上部安装有储风筒及其起吊装置，右侧安装有2个水管卷筒。
起吊装置
水管卷筒
储风筒
6号拖车实物图
三、盾构机关键部件设计
（1）盾构机整体设计 ➢ 采用主动铰接式盾体结构，为减小盾体在掘进过程中的阻力，盾体设计为梭形， 前、中、尾直径分别为φ6450mm、 φ6440mm 、φ6430mm。 ➢ 盾尾注浆管采用内嵌式注浆管结构，有利于减小掘进过程中的阻力。 ➢ 设置3排尾刷，满足5bar的工作要求。 ➢ 外插超前注浆管6根，水平超前注浆管7根，可在必要时进行超前地质处理。 ➢ 在土仓隔板上预留带压进仓必要的水气电通道。
隔板
土压传 感器 添加剂 接口
前仓门
前盾前部结构及实物图
水气通道 电液通道 被动搅拌棒
铰接式超前 注浆管
二、盾构机基本构造
（3）中盾 中盾又称支撑环，前盾和中盾是用高强螺栓连接，中盾由中盾前部、中盾后部组 成，前后部采用主动铰接形式，设计有两道唇形密封、一道紧急气囊。 在中盾内布置了推进缸、铰接油缸、管片拼装机支座等。管片拼装机通过相应的 法兰面和中盾连接。
泡沫系统
水循环冷 却系统
主配电柜
3号拖车实物图
二、盾构机基本构造
（6）盾构机后配套系统 4号拖车左侧安装有空压机、储气罐，右侧布置有变压器、高压开关柜，拖车顶部布 置有二次风机。
二次风机
储气罐
空压机
高压开关柜
4号拖车实物图
变压器
二、盾构机基本构造
（6）盾构机后配套系统 5号拖车左侧安装有污水箱、配电柜，上部安装有皮带机渣土出口，右侧布置有电缆 箱。
二、盾构机基本构造
土压平衡式盾构机
二、盾构机基本构造
CTE6450盾构机布置总图
二、盾构机基本构造
3、盾构机的主要构造组成 盾构机主机：从前至后依次由刀盘、前盾（ 切口环） 、中盾（ 支撑环 ）、盾尾。
盾构机的主要构成组成
二、盾构机基本构造
（1）刀盘 刀盘包括焊 接结构件和刀架。 刀盘表面及圆周 区域有耐磨材料。 通过刀盘旋转， 挖出的渣土被运 到刀盘的各个开 口。
主机布置图
三、盾构机关键部件设计
（2）盾构机刀盘设计 刀盘的主体结构： 1、开口率：总开口率35%，中心开口率38%。 2、刀盘的开口位置分散均布，使盘面没有大面积的面板 。 3、刮刀宽度250mm，可保证切削和进碴覆盖率的前提下，减少切刀数量。 4、刀盘开口形状设计利于碴土径向流动。
较大的刮 刀间距
刀盘结构图
三、盾构机关键部件设计
（2）盾构机刀盘设计
滚刀、刮刀结构图
刀具互换性：通过转换座可以 实现滚刀和撕裂刀的互换，以适应 不同的地层。
刀盘切刀的安装采用 250mm宽的重型刀，安装螺栓 数量增多，同时强化了刀具保 护块的设计。
减少可能遇到预裂爆破段 掘进的刀具损坏。
滚 刀、 刮 刀 结 构 图
盾构机后配套系统
二、盾构机基本构造
（6）盾构机后配套系统 设备桥为桁架结构，架设在托架梁和1号拖车上，前端通过拖拉油缸与托架梁连接， 后端通过销轴与拖车1号连接。在设备桥上布置着各种管线，同时还布置梁皮带输送机 和管片吊机。
风筒
泡沫发 生装置
管片吊机
设备桥实物图
二、盾构机基本构造
（6）盾构机后配套系统 1号拖车左侧安装有主控室、HBW密封油脂、EP2油脂，右侧布置有砂浆罐、注浆 泵。
磨损检测 装置
磨损检测 装置
磨损检测 装置
磨损检测装置结构图
三、盾构机关键部件设计
（2）盾构机刀盘设计 刀盘采用中心环梁式连接法兰与主轴承相接，利用刀盘（旋转）和土仓隔板（固 定）的相对运动进行搅拌，隔板中心部位加设搅拌棒可以增强搅拌效果，有利于防止 刀盘中心泥饼。
中心环梁式连接法兰与主轴承相接结构图
三、盾构机关键部件设计
（2）盾构机刀盘设计 刀盘配置软土超挖刀，在小曲线
转弯时，通过伸出超挖刀，可适应长 距离小曲线掘进。
超挖刀结构及实物图
超挖刀
三、盾构机关键部件设计