盾构构造盾构刀具工作原理
盾构机工作原理
盾构机工作原理盾构机是一种用于地下隧道施工的机械设备，它能够在地下开挖隧道并同时进行支护。
盾构机的工作原理是通过推进系统和土压平衡系统的协同作用来完成隧道的开挖和支护。
一、推进系统盾构机的推进系统主要由刀盘、推进缸、主推进液压缸、副推进液压缸等组成。
刀盘是盾构机的核心部件，它由大量的刀片和刀臂组成，通过旋转来切割土层。
推进缸通过液压系统提供推进力，推动刀盘前进。
主推进液压缸和副推进液压缸则用于控制盾构机的水平和垂直推进。
在工作过程中，盾构机首先将刀盘推入地下，然后通过液压系统提供的推进力，推动刀盘不断前进。
同时，盾构机还会将土层切割下来，并通过输送系统将其排出。
随着刀盘的推进，盾构机会不断进行支护，以确保隧道的稳定。
二、土压平衡系统盾构机的土压平衡系统是保证隧道施工安全的关键部件。
它通过控制隧道内外的土压差，使得施工现场的土体保持平衡，防止地下水和泥浆涌入隧道。
土压平衡系统主要由先后密封室、压缩空气系统、排土系统等组成。
先后密封室用于控制隧道内外的土压差，防止土体塌方。
压缩空气系统则用于控制密封室内的气压，保持密封室内的压力略高于外界，以防止地下水和泥浆渗入隧道。
排土系统则用于将切割下来的土层排出隧道。
在工作过程中，盾构机通过土压平衡系统的协同作用，控制隧道内外的土压差，使得土体保持平衡。
这样可以减少地下水和泥浆渗入隧道，保证施工现场的安全。
三、其他系统除了推进系统和土压平衡系统，盾构机还包括供电系统、液压系统、控制系统等。
供电系统为盾构机提供电力，液压系统则提供动力，控制系统则用于对盾构机的各个系统进行控制和监测。
总结：盾构机通过推进系统和土压平衡系统的协同作用，实现了隧道的开挖和支护。
推进系统通过刀盘的切割和推进缸的推进力，完成隧道的前进。
土压平衡系统则通过控制隧道内外的土压差，保持施工现场的稳定和安全。
除此之外，盾构机还包括供电系统、液压系统和控制系统等。
这些系统的协同工作，使得盾构机能够高效、安全地进行地下隧道施工。
盾构机刀具的破岩机理
5.2.3 刀具的破岩机理
5.2.3.1 硬岩的破岩机理
盾构机的切削装置由刀具（滚刀）、刀盘、刀盘驱动装置以及推进装置构成，这些组成因素对提高切削效率十分重要，滚刀破岩时，当其对岩石的挤压力超过岩石本身强度后，刀刃部分的合金刀片使岩石破碎，形成一道切削沟槽，刀刃继续挤压，岩石便产生龟裂，向周围扩散，切削沟槽两侧的岩石剥离破碎，通过刮刀刮除，快捷进入土仓。
见图5-5滚刀的破岩机理图和图5-6滚刀切削面状况图。
5.2.3.2 软岩的破岩机理
软岩的切削主要是刀具直接对土层进行剪切破坏来进行切削的， 具体详见图5-8。
图5-7 软岩切削刀具的切削原理
图5-5 滚刀的破岩机理图 图5-6 滚刀切削面状况图。
盾构机工作原理
盾构机工作原理盾构机是一种用于隧道掘进的机械设备，它采用盾构法进行掘进作业。
盾构机工作原理包括盾构机的结构组成、掘进过程和工作原理。
一、盾构机的结构组成1. 盾构机主体结构：盾构机主体由前部掘进机构和后部支撑机构组成。
前部掘进机构包括刀盘、推进装置和掘进腔体，用于掘进地下隧道。
后部支撑机构包括支撑系统、推进系统和尾部密封装置，用于支撑和稳定掘进工作面。
2. 刀盘：刀盘是盾构机的核心部件，由刀盘主轴、刀盘壳体和刀具组成。
刀盘壳体上安装有刀具，通过刀具的旋转和推进，实现地层的破碎和掘进。
3. 推进装置：推进装置由液压缸、推进支架和推进腔体组成，用于推动盾构机向前掘进。
推进装置通过液压缸的伸缩，推动推进支架向前挪移，同时推动盾构机前进。
4. 支撑系统：支撑系统由液压支撑腔体、支撑腿和支撑板组成，用于支撑和稳定掘进工作面。
支撑系统可以根据地层情况自动调整支撑板的位置和角度，确保掘进工作面的稳定和安全。
5. 尾部密封装置：尾部密封装置用于防止土层和水的侵入，保持掘进工作面的干燥和安全。
尾部密封装置通过密封垫和密封门的组合，实现对尾部空腔的封闭。
二、盾构机的掘进过程盾构机的掘进过程主要包括刀盘破碎地层、推进机构推进、支撑机构支护和尾部密封装置的封闭。
1. 刀盘破碎地层：盾构机启动后，刀盘开始旋转，刀具与地层发生碰撞，通过冲击和破碎地层。
刀盘破碎地层的同时，推进装置将盾构机向前推进。
2. 推进机构推进：推进装置通过液压缸的伸缩，推动推进支架向前挪移，同时推动盾构机前进。
推进装置不断推进，使盾构机不断向前掘进。
3. 支撑机构支护：当盾构机掘进一定距离后，支撑系统开始工作。
支撑系统根据地层情况自动调整支撑板的位置和角度，支撑和稳定掘进工作面。
4. 尾部密封装置封闭：当盾构机掘进到目标位置时，尾部密封装置开始工作。
尾部密封装置通过密封垫和密封门的组合，实现对尾部空腔的封闭，防止土层和水的侵入。
三、盾构机的工作原理盾构机的工作原理基于土层的破碎和推进。
盾构机的构造及工作原理 [兼容模式]
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软土盾构
Ø软土盾构是指适用于未固结成岩的软土、某些半固结成 岩及全风化和强风化围岩条件下的一类盾构。 Ø软土盾构的主要特点是刀盘仅安装切刀和刮刀，无需滚 刀。
复合盾构
Ø复合盾构是指既适用于软土、又适用于硬岩的一类盾构 ，主要用于既有软土又有硬岩的复杂地层施工。 Ø复合盾构的主要特点是刀盘既安装有切刀和刮刀，又安 装有滚刀。
刀盘支撑
刀盘支承方式有3种： Ø 中心支承式（适用于中小型直径盾构） Ø 中间支承式（适用于中大型直径盾构） Ø 周边支承式（适用于小型直径盾构）
①中心支承方式
②中间支承方式
③周边支承方式
中体
中体又叫支承环是盾构的主体结构，承受作用于盾构上的全部 载荷。是一个强度和刚性都很好的圆形结构，地层力、所有千斤 顶的反作用力、刀盘正面阻力、盾尾铰接拉力及管片拼装时的施 工载荷均由中体来承受。中体内圈周边布置有盾构千斤顶和铰接 油缸，中间有管片拼装机和部分液压设备、动力设备、螺旋输送 机支承及操作控制台。有的还有行人加、减压舱。中体盾壳上焊 有带球阀的超前钻预留孔，也可用于注膨润土等材料。
螺旋输送机
皮带输送机
皮带机用于将螺旋输送机输出的碴土传送到盾构后配套的碴车 里。皮带输送机的驱动方式采用电动驱动或液压驱动，皮带机由皮 带机支架、前随动轮、后主动轮、上下托轮、皮带、皮带张紧装置、 皮带刮泥装置、和带减速器的驱动电机等组成。安装布置在后配套 连接桥和拖车的上面。为安全起见，其上设有3处急停开关。
维修工人
刀盘应满足以下要求
l刀盘应有足够的强度和刚度。 l刀盘应有较大的开口率。 l针对地层的变化，能够方便地更换硬岩滚刀和软岩齿刀。 l刀盘结构应有足够的耐磨强度。 l刀盘上应配置足够的渣土搅拌装置。 l刀盘上应配置足够的注入口，各口并装有单向阀。以满 足刀具的冷却、润滑和渣土改良。
盾构掘进机破岩刀具课件
4Cr5MoSiV1 0.32- 0.2- 0.80.42 0.5 1.2
4.75- 1.1- 0.8-
5.5
1.75 1.2
Robbins 0.39 0.53 0.65 0.018 0.009 0.84 0.24 刀圈实测
1.62 0.25
Wirth 刀圈实测
0.50 0.76
0.32 0.032 0.019 5.15
这种密封由两个啮合的金属密封环和两个富有弹性的复合橡胶密封圈组
成。具有浮动能力，可补偿装配端间隙或防止偏斜。金属密封环是密封装置中 的主要零件，其结构及质量的好坏起决定性作用。金属密封环采用高硬度的耐 磨高铬钼的铸铁材料，硬度HRC60-65，工作表面粗糙度Ra≤0.1um，表面平面 度≤0.0015mm。
目前的滚刀刀圈有两大类：整体耐磨钢材料和镶有硬质合金球齿 的刀具材料。
整体耐磨钢刀圈材料主要以合金工具钢为主，也有合金结构钢， 硬度在HRC52-59, 它的特点是可以承受较大的冲击，并具有较高的耐 磨性能，刀具制造费用较低，适用地层范围广，从软岩、中硬岩到硬 岩都可选用。
盾构掘进机破岩刀具课件
常用刀圈材料成分
盾构掘进机破岩刀具课件
国外刀圈性能 表2
类别
X50CrMoV51 (Wirth刀圈实测)
4340 Robbins刀圈实测
σb(M pa)
δ5%
2050 5.5
Ψ% aK(J/Cm2)
10
14
40
HRC 54－57 52－53
通过对国外刀圈解剖分析和我们的研究，各刀圈制造公司对
标准材料都会作适当调整，并采用特殊的冶炼工艺、锻造工艺和 热处理工艺,保证刀圈的综合性能。
C
Si Mn
盾构机工作原理
盾构机工作原理盾构机是一种用于地下隧道开挖的特殊工程机械，它的工作原理主要是利用盾构机头部的刀具和推进系统来完成地下隧道的开挖和推进工作。
盾构机的工作原理可以分为以下几个方面来进行解析。
首先，盾构机的工作原理涉及到盾构机头部的刀具系统。
盾构机头部通常配备有刀具系统，这些刀具可以根据地质情况和隧道设计要求进行调整和更换。
在实际工作中，盾构机的刀具系统会根据地质情况选择合适的刀具类型，然后利用刀具的旋转和切削功能来完成地下岩石或土壤的开挖工作。
其次，盾构机的工作原理还涉及到推进系统。
盾构机在开挖隧道的过程中，需要不断地向前推进，以完成整个隧道的开挖工作。
推进系统通常由液压系统和推进装置组成，通过液压系统提供的动力来驱动推进装置，从而实现盾构机的推进工作。
在推进过程中，盾构机还需要及时处理挖掘出的土壤和岩石，以确保隧道开挖的顺利进行。
另外，盾构机的工作原理还包括土压平衡系统。
在地下隧道开挖的过程中，盾构机所处的工作环境通常会受到地下土压力的影响。
为了保证盾构机的安全和稳定推进，盾构机通常会配备土压平衡系统，通过调节盾构机内外的土压平衡来保持隧道开挖工作的稳定进行。
最后，盾构机的工作原理还涉及到隧道衬砌系统。
在完成地下隧道的开挖工作之后，盾构机还需要进行隧道衬砌工作，以保证隧道的结构安全和使用寿命。
隧道衬砌系统通常由预制隧道衬砌片和安装设备组成，通过将预制隧道衬砌片安装到隧道内部来完成隧道的衬砌工作。
综上所述，盾构机的工作原理主要包括刀具系统、推进系统、土压平衡系统和隧道衬砌系统等几个方面。
通过这些系统的协调配合，盾构机可以完成地下隧道的开挖和推进工作，为地下隧道工程的顺利进行提供了重要的技术支持。
盾构机在地下隧道工程中发挥着重要的作用，其工作原理的深入理解对于提高盾构机的工作效率和安全性具有重要意义。
盾构的工作原理
盾构的工作原理
盾构机（Shield tunneling machine）是一种用于隧道开挖的特殊工程机械，采用盾构法进行施工。
其工作原理如下：
1. 起始施工：首先，在地面附近的起始坑口位置，将盾构机的总体组合体降下并固定在起始坑中。
通常，起始坑位于隧道的入口处。
2. 推进机构：盾构机具有先进的推进机构，通常由大型液压缸或盾构机背部的液压顶推装置构成。
这些机械装置的作用是向前推进盾构机，使其在地下前进。
3. 轮式刀盘：盾构机的前端通常配备了一个巨大的圆形刀盘，刀盘上安装有切削工具，如刀片或钻头。
盾构机通过转动这个刀盘，以及同时施加推力，在地下顺利切削土壤或岩石。
4. 支护结构：同时，盾构机的尾部会设置一个支护结构，将已经开挖过的地下空间加固起来，以防止坍塌。
这些支护结构通常由隧道衬砌机械进行安装。
5. 排土系统：在盾构机切削土壤或岩石时，产生的废弃物会通过管道或传送带系统传送出盾构机。
这样可以避免堵塞和阻碍盾构机的工作。
6. 施工过程：盾构机会一直向前推进，同时切削土壤或岩石，并在尾部安装支护结构。
随着盾构机的推进，隧道壁会逐渐被衬砌机械进行衬砌，形成一个完整的隧道结构。
7. 监控和导航系统：为了确保盾构机在准确的方向上进行推进，以及避免遇到障碍物，盾构机通常配备了精确的监控和导航系统。
这些系统使用激光或GPS技术，监测盾构机的位置和方向。
总的来说，盾构机通过推进机构、切削刀盘、支护结构和排土系统的协同工作，实现了隧道的开挖和加固。
这种先进的施工方法在地下工程中具有重要的作用，广泛应用于隧道建设、地铁、管道等工程项目中。
盾构的工作原理
盾构的工作原理盾构机是一种用于隧道施工的机械设备，其工作原理是利用压力盾构机的推进力和推力，在施工区控制盾构管片的预制、拼装、推进、灌浆、拆卸等工作过程。
以下是关于盾构机工作原理的详细解释。
盾构机主要由下述几个组成部分构成：盾构壳体、推进装置、刀盘、履带、千斤顶、尾部支撑系统、泥浆输送系统以及人工或机械系统。
其中，推进装置、刀盘和盾构壳体是盾构机的核心部分。
盾构机的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 预制盾构管片：在盾构起始点之前，需要提前预制盾构管片，盾构管片通常由混凝土预制段、钢筋加固体和密封体组成。
预制盾构管片要符合设计标准，以保证隧道的结构安全性。
2. 推进装置：盾构机的推进装置通常由多个履带组成，用于给盾构机提供足够的推进力。
盾构机通过推进装置前进，同时利用千斤顶推动刀盘前进，从而推动盾构管片向前移动。
3. 刀盘：刀盘是盾构机前部的关键组件，主要起到破碎和采土的作用。
刀盘通常由刀具、刀盘拾土器和剥土器组成。
刀盘的转动可以通过电机或液压系统驱动，从而实现切割地层和采土的目的。
4. 泥浆输送系统：盾构机工作时，需要通过泥浆来冷却刀盘，减少切割时产生的热量。
泥浆输送系统主要由泥浆循环系统、刀盘上的排泥管和出口泵组成。
5. 支撑系统：在盾构机的尾部，通常配备有支撑系统，用于保持尾部的稳定和支撑隧道的表面。
支撑系统通常由液压千斤顶构成，可以根据盾构管片的推进情况来调整和控制。
以上是盾构机的工作原理的基本介绍。
盾构机依靠推进力和推力推动盾构管片向前移动，同时利用刀盘和泥浆输送系统来破碎和采土，达到推进隧道的目的。
随着技术的进步和应用的广泛，盾构机在施工过程中的自动化程度也在不断提高，为隧道施工带来了更高的效率和质量保障。
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典型刀盘的刀具布置：
中心滚刀：8把，刀间距：90mm，刀高：175mm 正面滚刀：22把，刀间距：95mm，刀高：175mm。 边缘滚刀：8把 切刀：64把，刀间距：150mm，刀宽：160mm，刀高：
140mm 边缘刮刀：32把（左右各16把） 保径刀：8把 刀盘开挖直径：6280mm 边缘刮刀开挖直径：6270mm 保径刀开挖直径：6260mm 刀盘外径：6250mm
➢ 尽可能保证刀盘和刀具的受力均匀，使作用在大轴承上的径向载荷尽量减小到最低。 ➢ 切刀全断面双向布置在主梁的两侧，使整个掌子面都在切刀的切削范围内，保证刀盘不论正反转
都能全断面切削土体 。
➢ 使每把盘形滚刀破岩时所受的负荷尽量相等，即每把刀的破岩量相等，保证刀刃两侧的侧向反力
能相互平衡；前面的刀具能为后面的刀具提供破岩临空面，形成前后滚刀顺次破岩。
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➢边缘刮刀 ➢超挖刀（仿形刀）
➢ 滚刀
在硬岩掘进时，采用滚刀破岩，滚刀破岩的特点是依靠刀具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作 用达到破碎岩石的目的。根据形状不同，可分为盘形滚刀，球齿滚刀，楔齿滚刀等。盘形滚刀是刀 圈为盘形的滚刀，根据刀刃多少又分为单刃滚刀、双刃滚刀和三刃滚刀。目前普遍使用的是单刃滚 刀，盘形滚刀主要由刀圈、刀体、刀轴、轴承、密封等组成。
装切削系统的构造与维护
成员：李毅、孙小强、张勇、赵斌、陈传斌
目录
一 二 三
刀盘的结构组成和分类 刀具分类 刀具工作原理
盾构刀盘
盾构刀盘的功能及构成
刀盘作为盾构的核心部件，是 决定工程成败的关键。由于工 作环境恶劣，在掘进中承受大 扭矩、大推力和复杂冲变载荷， 刀盘容易发生磨损和破坏，因 此需及时进行修复。刀盘主要 由刀盘体、刀具、磨损检测器、 搅拌棒、泡沫管路等零部件组 成。刀盘体由钢结构焊接而成， 刀具有滚刀(齿刀)、切刀、边 缘刮刀、超挖刀、保径刀等。
➢切刀
切刀是软土刀具，布置在刀盘开口槽的两侧，其切削原理是盾构向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对 开挖面土体产生轴向(沿隧道前进方向)剪切力和径向(刀盘旋转切线方向)切削力，在刀盘的转动下，通 过刀刃和刀头部分插入到地层内部，象犁子犁地一样切削地层。切削机理示意图如下。
➢边缘刮刀
边缘刮刀位于刀盘弧形周边，在软土地层中用于刮削土体，在岩石地层中用于刮渣，起装载作用。
➢ 滚刀
在硬岩掘进时，采用滚刀破岩，滚刀破岩的特点是依靠刀具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用达 到破碎岩石的目的。根据形状不同，可分为盘形滚刀，球齿滚刀，楔齿滚刀等。盘形滚刀是刀圈为盘形的 滚刀，根据刀刃多少又分为单刃滚刀、双刃滚刀和三刃滚刀。目前普遍使用的是单刃滚刀，盘形滚刀主要 由刀圈、刀体、刀轴、轴承、密封等组成。
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பைடு நூலகம்
➢滚刀破岩机理
当滚刀受载，刀刃切入围岩时，岩石表面首先产生局部变形并出现微观裂纹，此过程为岩石的初期破 碎，当载荷继续增加，滚刀切入岩石深度也相应的加深，在滚刀刃端的岩石粉碎破碎，并且又重新被碾压， 围观裂纹在刀刃两侧较快发展，一些裂纹开始延伸到岩石表面，最后形成几道主要裂纹并迅速发展，便形 成体积较大的岩石碎块，继而崩落。
➢超挖刀（仿形刀）
超挖刀（仿形刀）是为曲线推进、转 弯、纠偏而设计的，安装在刀盘的边 缘上，通过一个液压油缸来控制刀的 伸出量。
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➢鱼尾中心刀
软土地层掘进时，中心部位不能布置切刀，布置鱼尾刀可改善中心部位土体的切削和搅拌效果。
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布置刀具主要原则：
盾构刀盘
盾构刀盘的分类
辐条式、面板式、复合式。
刀盘上配置有不同类型刀具， 使盾构机能适应软土到硬岩各 种地层的掘进。 滚压类刀具：单刃滚刀、双刃 滚刀、三刃滚刀等。 切削类刀具：切刀、刮刀、齿 刀、保径刀、超挖刀、中心鱼 尾刀、贝壳刀等
刀具
系列展示
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刀具
➢ 滚刀
➢切刀
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试卷下载：www.1ppt.c om/shiti /
教案下载：www. 1ppt.co m/jiao an/
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