土压平衡盾构工作原理及结构
盾构的分类及其工作原理

盾构的分类及其工作原理盾构作为一种现代化的隧道掘进技术,广泛应用于隧道建设和地下管网工程中。
它的分类和工作原理是大家在学习和了解盾构技术时必须掌握的基础知识。
一、盾构的分类根据盾构机的工作原理和结构特点,盾构可分为以下几类:1. 土压平衡盾构:土压平衡盾构是最常见的一种盾构类型,适用于稳定的软土和黏土层。
其工作原理是通过对盾构机前部施加适当的土压力来平衡管道周围土层的压力,保持隧道面的稳定。
土压平衡盾构一般配备有刀盘,刀盘上装有刀具,能够切削和推进土层。
2. 水压平衡盾构:水压平衡盾构主要用于软土层、淤泥和水下地层的掘进。
其工作原理是通过在盾构机前部与周围水压力相等的水力平衡,来消除土层和水的差异压力,保持隧道面的稳定。
水压平衡盾构一般需要在盾构机前部设置压力室,通过泥浆注入来维持水力平衡。
3. 双层壳体盾构:双层壳体盾构是一种特殊的盾构类型,它结合了土压平衡盾构和水压平衡盾构的优点,适用于不同地层的掘进。
双层壳体盾构的前部设有泥浆注入区和土压平衡区,可以根据不同地层的要求进行调整和切换。
4. 泥水平衡盾构:泥水平衡盾构主要用于稠密的粉质土和泥质土的掘进。
其工作原理是通过在盾构机前部注入泥浆来平衡土层的压力,同时利用泥浆的密度控制土层的稳定性。
泥水平衡盾构适用于较敏感的地层,能够减小地层沉降和地面沉降的风险。
二、盾构的工作原理盾构机的工作原理可以简单概括为:切削土层、推进管片、注浆补偿和排土运输。
1. 切削土层:盾构机前部的刀盘装有刀具,可以切削土层。
盾构机在掘进过程中,通过转动刀盘和推进盾构机来切削和破碎土层,实现隧道的掘进。
2. 推进管片:盾构机在切削土层的同时,还需要推进管片来支撑和构建隧道。
盾构机后部设有一个推进系统,可以将管片逐个推进到切削区域,并与前部的土层形成一环环的支护结构。
3. 注浆补偿:在盾构机掘进过程中,为了保持隧道的稳定,需要通过注浆来补偿土层的失去。
注浆可以填充土层中的空隙,增加土层的支撑能力,同时还可以降低地下水位和地层的沉降风险。
试谈土压平衡盾构机的工作原理

试谈土压平衡盾构机的工作原理土压平衡盾构机是由主盾构机、推进系统、土压系统、控制系统等部分组成的。
在施工过程中,主盾构机会在推进系统的作用下逐步向前推进,同时通过土压系统对隧道周围的土体进行控制和支护。
当盾构机前端进入土体时,会产生一定的土压力,这些土压力会通过土压系统来平衡盾构机的推进力,从而保持隧道的稳定和安全。
在工作过程中,土压平衡盾构机会根据具体的隧道工程需求来调整推进速度、土压力、支撑结构等参数,以确保施工过程中的平衡和稳定。
通过控制系统的实时监测和调整,盾构机能够在不同地质条件下进行隧道开挖,同时最大限度地减少对地下环境的影响。
总的来说,土压平衡盾构机的工作原理是通过土压力平衡盾构机的推进力,同时对周围土体进行控制和支护,从而保证隧道施工的安全和稳定。
随着技术的不断进步和完善,土压平衡盾构机在城市地下交通、排水、供水等工程中将发挥越来越重要的作用。
土压平衡盾构机是一种地下隧道工程施工中非常重要的设备,具有高效、安全、环保等优点。
其工作原理是基于土压力平衡盾构机的推进力,保持隧道稳定和安全。
盾构机的工作原理和结构都经历了多年的发展和改进,成为现代地下隧道工程施工中不可或缺的设备之一。
盾构机的推进系统是由推进缸和推进液压缸组成的。
在施工过程中,通过推进液压缸向前推动盾构机,进行隧道开挖。
为了减少推进液压缸的作用力,减缓盾构机推进的速度,以及避免土压力对盾构机前端的影响,需要进行土压平衡控制。
土压平衡系统会根据测量得到的土压力实时调节推进液压缸的作用力,使推进力与土压力保持平衡,确保盾构机的推进顺利进行。
在推进过程中,如果不及时进行土压平衡控制,就会导致盾构机在推进过程中受到不平衡的土压力,造成建筑物沉降、地下管道破裂等严重后果。
因此,土压平衡盾构机的土压平衡系统是隧道施工中的关键部分,它通过对土压力的控制,保证了盾构机的稳定推进。
令人印象深刻的是,土压平衡盾构机在隧道施工的同时,可以减少对地下环境的影响。
盾构机构造及工作原理简介解析

盾构机构造及工作原理简介解析盾构机构造及工作原理简介第二部分四、盾构机的主控系统及工作原理下图是天地重工生产的土压平衡盾构机示意图,通过这台土压平衡盾构来简单介绍盾构机的构造及工作原理。
盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。
这个钢组件在初步或最终隧道衬砌建成前,主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用,同时还能够承受来自地层的压力,防止地下水或流沙的入侵,这个钢质组件被称为盾构。
而盾构的主要组成部分即为盾体。
盾尾刷和同步注浆系统管片拼装机前盾中盾后盾推进油缸人行闸排土系统刀盘1. 盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分,这三部分都是管状筒体。
前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动,同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离,推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上,以起到支撑和稳定开挖面的作用。
承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器,可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。
前盾的后边是中盾,中盾和前盾通过法兰以螺栓连接,中盾内侧的周边位置装有推进油缸。
中盾的后边是尾盾,尾盾末端装有密封用的盾尾刷。
2. 刀盘和刀盘驱动刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体,位于盾构机的最前部,用于切削土体,刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。
它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。
刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置,用于制动刀盘。
电机的防护等级需大于IP55。
为了适用于不同的土质条件,刀盘上安装了多种类型和功能的刀具,所有刀具都由螺栓连接,可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。
刀盘(中交天和14.93米泥水气压平衡复合式盾构机)滚刀与推出式滚刀铲刀切削刀仿形刀与超挖刀铲刀:铲刀可以双向进行开挖,主要用于保证开挖直径的稳定不变。
铲刀切削刀:切削刀主要用于切削软土、泥砂地层。
其中刀口与刀盘旋转方向水平的称为切刀,刀口与刀盘旋转方向垂直的称为削刀切削刀滚刀与推出式滚刀:滚刀用于砂卵石、硬岩地层,它可以将大块的岩石打碎,分成小块。
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)
试谈土压平衡盾构机的工作原理(doc 14页)

试谈土压平衡盾构机的工作原理(d o c 14页)土压平衡盾构属封闭式盾构,土压平衡盾构在掘进过程中,随着刀盘不断切削岩土,在沿圆周布置的液压千斤顶推力下,盾构机不断向前推进。
当盾构机向前推进一个管片的长度时,便可以用管片拼装机将若干管片依从下而上的顺序拼装成环。
渣土经由有轨电瓶机车运至洞外。
下面来了解下土压平衡和泥水平衡盾构的区别。
一、土压平衡盾构机工作原理土压平衡盾构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舱内,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,在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。
螺旋运输机是靠转速控制来掌握出土量,出土量要密切配合刀盘切削速度,以保持密封舱内始终充满泥土而又不致过于饱满。
这种盾构避免了局部气压盾构主要缺点,也省略了泥水加压盾构投资较大的控制系统、泥水输送系统和泥水处理等设备。
二、土压平衡和泥水平衡盾构的区别1、结构不同土压平衡盾构: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压、水压基本平衡,使得掘削面与盾构面处于平衡状态。
泥水平衡盾构:在盾构用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。
开挖面的密封隔仓内注入泥水,通过泥水加压和外部压力平衡,以保证开挖面土体的稳定。
2、作用不同土压平衡盾构:初步或最终隧道衬砌建成前,主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用,能够承受来自地层的压力,防止地下水或流砂的入侵。
泥水平衡盾构:推进时开挖下来的土进入盾构前部的泥水室,经搅拌装置进行搅拌,搅拌后的高浓度泥水用泥水泵送到地面,泥水在地面经过分离,然后进入地下盾构的泥水室,不断地排渣净化使用。
3、盾构方式不同土压平衡盾构:盾构靠螺旋输送机将碴土排送至土箱,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。
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刀盘支承方式
☆中心支承式 (a) ☆中间支承式 (b) ☆周边支承式 (c)
15 精品课件
切削刀具--软土
16 精品课件
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 精品课件
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。
27 精品课件
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 精品课件
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 精品课件
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
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。
21 精品课件
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。
18 精品课件
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。
19 精品课件
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。
20 精品课件
土仓压力=水压力+土压力
平衡
精品课件
土仓压力>水压力+土压力
地面隆起
EPB 盾构土压平衡原理
地表面隆起 地表面
地下水位
Pw 水压力
PE 土压力
Pw +PE < PTBM
PTBM 盾构土仓压力
精品课件
土仓压力<水压力+土压力
EPB 盾构地土 面压 下陷平衡原理
地表面 地表面下沉
地下水位
Pw 水压力
35 精品课件
四、 盾构开挖面平衡机理
精品课件
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
精品课件
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。
4 精品课件
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 精品课件
6 精品课件
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 精品课件
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 精品课件
⑴刀盘
主要作用: ☆切削和支撑
面板式
辐条式
辐条面板式
14 精品课件
精品课件
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—螺旋机
7
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。
30 精品课件
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:
☆HBW注脂系统 ☆主轴承密封注脂系统 ☆盾尾密封注脂系统
31 精品课件
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
32 精品课件
⑼水循环、排污系统
土压平衡盾构工作原理及结构
1 精品课件
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 精品课件
3 精品课件
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。
PE 土压力
Pw +PE > PTBM
PTBM 盾构土仓压力
精品课件
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
精品课件
42 精品课件
液压马达 伸缩油缸
出碴闸门
螺旋轴 筒体
22
精品课件
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 精品课件
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 精品课件
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
25 精品课件
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。
26 精品课件
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
土仓压力=地下水压+土压
8
精品课件
㈢土仓压力控制因素
增大/减小推进速度
地下水压/土压
精品课件
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 精品课件
11 精品课件
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。
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
33 精品课件
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
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 精品课件
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