盾构构造与施工原理(土压与泥水)
泥水盾构机工作原理
泥水盾构机工作原理泥水盾构机是一种用于地下隧道开挖的专用设备，它采用盾构法进行施工，是现代城市地下工程建设中常用的重要设备之一。
泥水盾构机的工作原理是通过推进机构将盾构机推进到需要开挖的位置，然后利用刀具和泥浆将土壤挖掘出来，同时在挖掘过程中通过泥浆的循环输送和支撑系统来保护隧道的稳定。
下面将详细介绍泥水盾构机的工作原理。
首先，泥水盾构机的推进机构是实现盾构机前进的关键部件。
推进机构通常由伸缩式液压支架、推进油缸、推进盘和推进轴等部件组成。
在施工过程中，推进机构通过控制液压系统实现盾构机的前进和后退，同时保证施工的精度和稳定性。
其次，泥水盾构机的挖掘系统是实现土壤开挖的核心部件。
挖掘系统由刀具、刀盘、刀架、刀盘驱动系统等部件组成。
在施工过程中，刀具通过刀盘驱动系统旋转，利用切削力将土壤切割并挖掘出来，然后通过输送系统将土壤输送到地面。
另外，泥水盾构机的泥浆循环系统是保证施工过程中土壤稳定和泥浆循环的关键部件。
泥浆循环系统包括泥浆搅拌器、离心泵、泥浆管道等部件。
在施工过程中，泥浆循环系统通过泥浆搅拌器将泥浆和土壤混合，然后通过离心泵将泥浆输送到地面进行处理，同时通过泥浆管道将泥浆输送到盾构机的挖掘系统，起到润滑、冷却和支撑土壤的作用。
最后，泥水盾构机的支撑系统是保证隧道稳定和安全的重要部件。
支撑系统包括刀盘后部的土压平衡系统、刀盘前部的刀盘支撑系统等。
在施工过程中，支撑系统通过控制土压平衡和刀盘支撑，保证隧道的稳定和安全，同时为后续的隧道衬砌施工提供支撑。
综上所述，泥水盾构机的工作原理是通过推进机构将盾构机推进到需要开挖的位置，然后利用挖掘系统和泥浆循环系统进行土壤的挖掘和输送，同时通过支撑系统保证隧道的稳定和安全。
这种工作原理使得泥水盾构机成为了现代城市地下工程建设中不可或缺的重要设备。
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。
泥水盾构机工作原理
泥水盾构机工作原理
泥水盾构机是一种以机电设备为核心的隧道掘进设备，它主要用于建设地下管道、隧道等工程。
其工作原理如下：
1. 准备工作：在开始施工前，需要先进行现场勘测和设计，并确定好隧道的位置、形状和尺寸。
同时，还需要进行地下水位和土质的勘测，以便选择合适的施工方法。
2. 机械操作：首先利用机械设备挖掘好进出坑口，并铺设好施工轨道。
然后，将泥水盾构机放置在轨道上，并连接好供电、供水、排水和通风系统。
3. 掘进过程：泥水盾构机通过传动装置，带动刀盘进行挖土工作。
在挖土过程中，机械设备将泥浆推送至刀盘前部，形成泥浆层。
泥浆起到润滑和冷却刀盘的作用，同时还能稳定地下土层。
4. 土体处理：泥水盾构机挖掘完成后，需要将挖出的土体通过输送装置运送到地面。
通常采用输送带、螺旋输送机等装置进行土体的运输。
5. 同步支护：为了确保施工安全和隧道的稳定性，需要在泥水盾构机推进的同时进行支护工作。
常用的支护材料有钢架、预制混凝土块等。
6. 后期处理：隧道掘进完成后，还需要进行地面恢复工作，包括填埋、修复绿化等。
总的来说，泥水盾构机通过刀盘挖掘土层，同时通过泥浆的润滑和冷却，保证刀盘的正常运转。
同时，通过土体处理和同步支护，确保掘进过程中的施工安全和隧道的稳定性。
泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构法施工，指在盾构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。
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。
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。
泥水式盾构机发展概况及工作原理
泥水式盾构机发展概况及工作原理泥水式盾构机1发展概况泥水式盾构机是通过有一定压力的泥浆来支撑稳固开挖面；由旋转刀盘、悬臂刀头或水力射流等进行土体开挖；开挖下来的土料与泥水混合以泥水状态由泥浆泵进行输运。
泥水式盾构机适用于各种松散地层，有无地下水均可。
采用泥水式盾构机进行施工的隧洞工程都说明它是一种低沉降及安全的施工方法，在稳定的地层中其优点更加明显。
最初的泥水盾构要追溯到一百多年前的Greathead及Haag的专利。
由于高透水性地层用压缩空气支撑隧洞开挖面非常困难，1874年，Greathead开发了用流体支撑开挖面的盾构，开挖出的土料以泥水流的方式排出。
1896年Haag在柏林为第一台德国泥水式盾构申请了专利，该盾构以液体支撑开挖面，其开挖室是有压和密封的。
1959年E.C.Gardner成功地将以液体支撑开挖面应用于一台用于建造排污隧洞的直径为3.35m的盾构。
1960年Schneidereit引进了用膨润土悬浮液来支撑开挖面，而H.Lorenz的专利提出用加压的膨润土液来稳固开挖面。
1967年第一台有切削刀盘并以水力出土、直径为3.1m的泥水盾构在日本开始使用。
在德国，第一台以膨润土悬浮液支撑开挖面的盾构由Wayss&Freytag开发并投入使用。
泥水式盾构机的发展有三种历程，即日本历程、英国历程和德国历程。
到目前则只有日本和德国两个主要的发展体系。
日本的发展历程导致当今的泥水盾构,德国的发展历程导致水力盾构。
以日本的泥水盾构为基础发展了土压平衡盾构，而德国的水力盾构导致很多不同的机型,如混合型盾构,悬臂刀头泥水盾构及水力喷射盾构等。
德国和日本体系的主要区别是，德国式的在泥水舱中设置了气压舱，便于人工正面控制泥水压力，构造简单；日本式的泥水密封舱中全是泥水，要有一套自动控制泥水平衡的装置。
1967年三菱公司制造了第一台为泥浆开挖面支护的试验盾构，直径为3.10m 的样机取得经验后,1970年建造了第一台大型泥水盾构,直径为7.20m,用于建设海峡下的Keiyo铁路线。
土压盾构和泥水盾构施工工艺分析 PPT
调浆池
送泥泵
排泥泵
中继泵
泥水平衡盾构基本配置
➢泥水盾构主要由以下五大系统构成： 一边利用刀盘挖掘整个开挖面、一边推进的盾构掘进系统； 可调整泥浆物性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的
泥水循环系统； 综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水处理设备运转状况
的综合管理系统； 泥水分离处理系统； 壁后同步注浆系统。
土压盾构和泥水盾构施工工艺分析比较
2018年8月25日
土压盾构机
土压平衡盾构的概念
➢土压平衡盾构是在机械式盾 构的前部设置隔板，在刀盘 的旋转作用下，刀具切削开 挖面的泥土，破碎的泥土通 过刀盘开口进入土舱，使土 舱和排土用的螺旋输送机内 充满切削下来的泥土，依靠 盾构推进油缸的推力通过隔 板给土舱内的土碴加压，使 土压作用于开挖面以平衡开 挖面的水土压力。
出。
一管理。
土压盾构施工的基本特点
泥水盾构施工的基本特点
土压盾构地质适应范围
➢土压平衡盾构主要适用于粉土、粉质粘土、淤泥质粉土、粉砂层 等粘稠土壤的施工。该类型土壤在螺旋输送机内压缩形成防水土 塞，使土舱和螺旋输送机内部产生土压力来平衡掌子面的土压力 和水压力。
➢土压平衡盾构用开挖土料作为支撑开挖面稳定的介质，要求具有 良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。一般土壤不 能完全满足这些特性，要进行改良。改良的方法通常为：加水、 膨润土、粘土、CMC、聚合物和泡沫等，根据土质情况选用。
➢皮带输送机将渣土从螺旋输送机的出渣口运到渣车内。
泥水盾构机
泥水加压平衡盾构的概念
• 泥水加压平衡盾构（slurry pressure balance shield），简称 SPB盾构。是在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形成泥水 舱,开挖面的稳定是将泥浆送入泥水舱内，在开挖面上用泥浆形成 不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开 挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通 过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送 到开挖面。
土压与泥水盾构结构原理
对于透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土 层内一定深度，并在很短时间内，在土层 表面形成不透水的泥膜，使泥浆压力在开 挖面上产生与作业面上的土压、水压相抗 衡的泥水压，以保持作业面的稳定。
泥水输送分系统
泥水输送分系统将调整浆通过送泥泵与送泥管道输送至 盾构泥水舱。
刀盘切削下来的土砂和泥水舱中的泥水合成的泥浆，通 过排泥泵与排泥管道送往地面的泥水处理分系统进行分 离。
泥水输送分系统主要由送排泥泵、阀、送排泥管道及配 套部件等组成，通过泥水监控分系统进行自动化操作。
Vers usine de traitement de boue Toslurry treatment
泥模形成区
地层
刀盘
压缩空气
连通管 压缩空气
进泥管
泥浆
排泥管
两种体系的比较
间接控制型泥水盾构 （+/-0.05bar ）与直接 控制型泥水盾构(+/1.0bar)相比，因间接控 制型泥水盾构采用气压 控制泥浆压力，气压具 有缓冲作用，所以泥水 压力的波动小,对开挖面 土层支护更为稳定，对 地表变形控制也更为有 利。
3、基本配置
泥水盾构主要由以下五大系统构成： ● 一边利用刀盘挖掘整个开挖面、一边推
进的盾构掘进系统； ● 可调整泥浆物性，并将其送至开挖面，
保持开挖面稳定的泥水循环系统； ● 综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水
处理设备运转状况的综合管理系统； ● 泥水分离处理系统； ● 壁后同步注浆系统。
4、开挖面稳定机理
➢ 砾石层
对于水分多、不含有作为粘合剂的粉砂土及粘土 等的砾石层和有大直径的砾石层，可采用泥水盾 构施工，并在泥水舱内安装砾石破碎装置。
泥水盾构施工简介
盾构的掘进对车站的正
常使用未产生任何影响。
（二）、上海市轨道交通9号线盾构穿越沪杭铁路
1、概况
上海市轨道交通9号线一期工程R413-盾构隧道（九亭站-七宝
站）位于上海市闵行区沪松公路沿线，线路呈西东走向。区间 上、下行线和东出入段线盾构隧道在区间东西岔道井之间 DK20+664（=L2DK0+220）处下穿越沪杭铁路环线（铁路里程约 DK31+820），铁路为双线铁路（路基宽约12m），位于隧道上 方，与隧道基本正交（相交角约88°），穿越处位于沪松公路 北侧。地层为杂填土和淤泥质黏土，埋深10m。
膨润土溶液
地层
切削刀盘
进浆管
排浆管
（三）泥水盾构的优缺点 优点：
(1)适应性强，适用范围广。可适用于砂卵石、砂层、冲、 洪积土层、岩石等多种地层。适用于常压下、地下水位以 下和以上、高水压力等条件下施工。 (2)由于泥水在土层中的渗透性比空气在土中的透气性小， 施工中可减少地下水的移动，从而减少由此而引起的地表 沉降。 (3)因采用管路排泥，井下施工作业环境能保持清洁良好， 提高了作业人员的施工安全性； (4)采用气压保持泥水压力的稳定，调节速度快，压力波 动小，可在覆土较浅的条件下进行盾构法隧道施工。 (5)挖土及出土等可全部实现机械化、管道化水力输送， 并可在地面上控制，从而改善隧道内作业条件，提高了施 工效率。
2、做好施工监控量测和反馈
（1）监测
①合理布设监测点。地面沉降测点沿隧道中心线 上间隔30m布设一个监测断面，对影响范围内所有轨 道进行埋设测点，每股轨道上布设3～5个测点。 ②采用精密的监测方法。对于轨道的沉降观测采 用精密水准测量的方法进行量测作业。 ③加大监测频次。掘进面前后<20m时，测1～2次/ 天，掘进面前后<50m时，测1次/ 天，掘进面前后 >50m时，测1次/ 周。
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二、盾构机的构成
盾构掘进机一般由盾构壳、推进千斤顶、正面支撑机构、挖土及运输 组、衬砌拼装机构、液压系统、注浆系统和盾尾装置组成。
1、刀盘 盾构机的刀盘是安装在盾构机前面的旋转部分。它是用于开挖岩土、切
削土层的主要部件，通过在刀盘上安装不同的刀具，就可分别完成软土和硬 岩的开挖，以适应不同地质施工的要求。
19世纪末～20世纪初——城市隧道工程促进了闭胸式盾构的产生，盾构工法相 继传入美国、日本、法国、德国等国家。
20世纪60年代至80年代——盾构工法迅速发展，完善了气压盾构、挤压（网格 ）盾构、插刀盾构、泥土加压盾构、泥水盾构等，盾构工法在地铁、市政隧道、公 路隧道等的建设中得到广泛应用。
20世纪80年代至今——研制出了加气泡盾构，同时大直径盾构、异形断面盾 构（方形、椭圆形、马蹄形等）、双圆盾构、三圆盾构等得到发展。
润滑油脂泵等）
二号台车（操作室、注浆罐、注浆泵等） 三号台车（变频柜、膨润土系统、注浆系
皮带机 泡沫发
注浆气
生器
动阀 四三号号台台车车（（左左））
管片六五吊号号台台车车（（左左））
统液压站等）
四号台车（主配电柜、泡沫系统等）
喂片机
五号台车（循环水系统、主变压器、皮带
机驱动、出碴口等）
六号台车（空压机、储气罐、二次通风机、
刀具实物图
刮刀
贝壳刀
鱼尾刀
超挖刀
2、盾体
盾体的盾壳是一个用厚钢板 焊接成的圆柱筒体，厚度为45mm, 是承受地下水压、土压力、盾构 千斤顶的推力、管片拼装时的附 加力及各种施工载荷的承力钢结 构，同时也保护操作人员安全。
盾体内的主要结构部件包括 刀盘驱动马达、人闸、推进油缸、 铰接油缸等。
盾体分为前盾、中盾和盾尾 三部分。
螺旋输送机装有土压传感器，用于检测 输送机内部的土压力，并反馈给PLC系统或 操作人员，以决定对螺旋输送机的转速、出 渣闸门的开度大小进行调整，从而很好的控 制出土量，达到控制土仓压力的目的，最终 保证盾构机的正常掘进。
5、后配套系统
设备连接桥（管片吊、泡沫发生器、注浆
气动
螺旋输送机 螺旋输送机由伸缩筒、出碴筒、液压马 达、螺旋轴、出碴闸门组成。是土压平 衡盾构的排土装置，主要有以下三个功 能： ①将盾构土仓内的土体向外连续排出， ②土体在螺旋输送机内向外排出的过程 中形成密封土塞，阻止土体中的水分散 失，保持土仓内土压的稳定。 ③将盾构土仓内的土压值自动与设定土 压值进行比较，随时调整向外排土的速 度，控制盾构土仓内实现连续的动态土 压平衡过程，确保盾构连续正常向前掘 进。
电缆托盘等）
设四三一六备号五号号二号连台号台台号接台车台车车台桥车（车（车正（侧右（右面右）右）））
6、施工配套 管片车 管片车 浆液车 土箱 土箱 土箱 电瓶车
（二）土压平衡盾构机 1、土压平衡盾构概念
土压平衡盾构：是在机械式 盾构的前部设置隔板，在刀 盘的旋转作用下，刀具切削 开挖面的泥土，破碎的泥土 通过刀盘开口进入土舱，使 土舱和排土用的螺旋输送机 内充满切削下来的泥土，依 靠盾构推进油缸的推力通过 隔板给土舱内的土碴加压， 使土压作用于开挖面以平衡 开挖面的水土压力。
2、土压平衡盾构工作原理
刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎 的泥土通过刀盘开口进入土舱，泥 土落到土仓底部后，通过螺旋输送 机运到皮带输送机上，然后输送到 停在轨道上的碴车上。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 、承受地下水的水压以及将地下水 挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌 等作业在盾壳的掩护下进行。
刀具按掘削目的、设置位置和用途的分类
种类名称 固定刀具 旋转刀具 超前刀具 导向钻头 外沿保护刀具 修边刀具 背面保护刀具 加泥嘴保护刀具 掘削障碍物刀具
用途 掘削掘削面 掘削掘削面 超前掘削 破碎地层 保护刀盘外沿 减小推进阻力 保护背面面板 保护加泥嘴 掘削障碍物
设置部位 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面外沿 面板外沿 面板背面 加泥嘴部位 面板正面外围
盾尾
中盾 前盾
D环 C环 B环 A环
刀盘
（1）前盾的主要组件：刀盘驱动、刀盘电机、中心回转体、人仓基座
牛腿
中心回 转体
螺旋机前 闸门
人仓基座
刀盘电机
前盾正面
前盾背面
（2）中盾的主要组件：推进油缸、铰接油缸、管片拼装机基座、阀块、管系等
推进 油缸
中
盾
正
面
推进控
制阀块
铰接 油缸
铰接 阀组
管片拼 装机基
座
中 盾 背 推进千斤 面
顶撑靴
（2）盾尾
盾尾刷
内置注浆管
盾尾油脂 注入孔
3、管片拼装机
管片安装机安装在 盾体内，用于单块衬 砌管片的就位，为中 空的环形结构。它由 悬臂梁、移动机架、 回转机架、安装头等 构件组成。 速度 0.2-1.5rpm 旋转角度 ±220度
3、螺旋输送机
螺旋输送机通过一个密封套装在盾构机 的土仓底部。机壳上留有添加剂注入口，可 以根据渣土情况注入泡沫、膨润土等添加剂。 螺旋输送机出渣口安装有滑动式闸门，该闸 门的开度能调节，从而调节螺旋输送机的送 料速度，使土仓保持一定的压力。
三、盾构施工的原理
（一）泥水平衡盾构机原理 1、泥水平衡盾构概念
泥水加压平衡盾构：是在机械式盾构的前部 设置隔板，与刀盘之间形成泥水舱,开挖面 的稳定是将泥浆送入泥水舱内，在开挖面上 用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张 力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压 力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到 地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后 的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。
3、土压平衡盾构出渣
渣土改良系统 ➢主要有膨润土添加系统和泡沫系 统。 ➢是盾构掘进的调节媒介。采用该 系统，对于不同的地质条件，通过 添加塑流化改性材料，改善盾构土 舱内切削土体的塑流性，既可实现 平衡开挖面水土压力，又能向外顺 畅排土，拓宽了土压平衡盾构的适 应范围。
皮带输送机将碴土从螺旋输送机的 出碴口运到碴车内。
盾构构造与施工原理（土压与泥水）
一、盾构施工技术的发展
1818年——布鲁尔（ Brunel ）研究出了开敞式手掘盾构机，1823年在伦敦泰晤 士河水底公路隧道进行了盾构试验，后因坍方事故中止。Brunel对盾构进行了改进 ，于1834年使工程再次上马，历时7年于1841年隧道贯通。
1869年——采用Greathead新开发的圆形盾构铸铁管片，在伦敦泰晤士河水底第 二条隧道。1887年——气压盾构在南伦敦铁路隧道中应用。