土压平衡盾构机刀盘结构介绍和维护
土压平衡盾构机刀盘结构介绍和维护
单位：中铁十四局隧道公司长株潭一工区姓名：王岚
内容提要：本文介绍了盾构机刀盘的结构、刀具的类型、刀具破岩机理和维护。
关键词：盾构机；刀盘；刀具；刀具磨损；刀具维护
刀盘是盾构机的切削工具，是盾构机的主要工作部件。刀盘旋转时，刀具切削隧道掌子面的土体，对掌子面的地层进行开挖，开挖后的碴土通过刀盘的开口进入土仓；同时支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能；对于土压平衡盾构，刀盘对土仓内的碴土进行搅拌，使碴土具有一定的塑性，然后通过螺旋输送机将碴土排出。施工过程中，其工作条件极其恶劣，受力复杂，是盾构机检查维护的主要部件，其结构特点结合刀具布置形式及刀具形状是否适合应用工程的地质条件，直接影响到盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。
1.刀具的选择
对于不同地层的开挖，盾构的刀具通常采用不同型式：开挖地层为硬岩时，采用盘形滚刀；地层为较软岩石时，采用齿刀；地层为软土或破碎软岩时，可采用切刀或刮刀。
2.刀具的布置
刀具的布置有两种方式:
（1）刀具整体连续排列方式，因其切削阻力较大，盾构机密封舱内土体流动性差，现已很少使用，仅偶尔在切削阻力小的淤泥质地层中采用。
（2）刀具牙型交错连续排列方式，因其切削阻力小、切削效率高、密封舱内土体流动性好和易搅拌而被广泛使用。目前世界上基本均采用牙型交错连续排列方式。
3.常用的主要刀具种类
盾构开挖性能主要通过刀具的选择和布置来保证。根据不同地质情况选用不同类型的刀具及刀具组合，实现刀具配置的灵便性，提高刀盘的开挖效率。目前盾构机上常用的主要刀具有切刀、刮刀、齿刀、双刃滚刀、单刃滚刀等。
图1 刀具的示意图和实物照片
3.1滚刀
3.1.1滚刀的分类
滚刀分为单刃滚刀和双刃滚刀。
盘形滚刀刀圈盘形滚刀
单刃滚刀双刃滚刀
单刃滚刀也叫盘形滚刀，用于硬岩地层的掘进，刀圈高于刀盘面板175mm,其刀圈可以更换，根据岩石的强度可以选用破岩能力不同的刀圈。掌子面与刀盘面间碴土空间大，利于流动，可根据开挖地层
的条件与齿刀实现互换，所以它们的刀座相同。
双刃滚刀：双刃以上的一般都是中心滚刀，所以双刃滚刀也叫双刃中心滚刀。双刃滚刀应用于硬岩段地层掘进，破岩机理与单刃滚刀基本相同，刀刃高于刀盘面板175mm,由于其处于刀盘中心部位，绕刀盘中心公转半径小，双刃滚刀起动力矩较大，使得其不易转动，中心双刃滚刀极易发生弦磨。当双刃滚刀发生弦磨后不能较好的进行破岩，使刀盘前方中心部位的岩层接近刀盘面板，呈“凸”字形，这样极易使得中心滚刀附近的单刃刀发生刀圈移位。双刃滚刀在软土中可以换装齿刀。
安装在刀盘上的盘形滚刀在千斤顶的作用下紧压在岩面上，随着刀盘的旋转，盘转滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，同时绕自身轴线自转。滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆沟槽。当推力超过岩石的强度时，盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎，刀尖贯入岩石，形成压碎区和放射状裂纹；进一步加压，当滚刀间距S满足一定条件时，相邻滚刀间岩石内裂纹延伸并相互贯通，形成岩石碎片而崩落，盘形滚刀完成一次破岩过程。
3.1.2硬岩滚刀破岩的步骤
（1）挤压阶段：滚刀在高推力作用下，切入岩石表面（切入深度1~10／15mm，取决于岩体强度），同时岩面产生局部变形及很高的接触应力。并在此应力作用下，刀刃与岩石接触部分的岩体产生粉碎区，即应力核心区。此核心区深度越深、范围越大对提高破岩效率越明显。
（2）起裂阶段：沿粉碎区周边应力大于岩体的抗拉强度或抗剪强度时，便产生张拉裂缝。该裂缝是滚刀能否破岩的先决条件。在应力核心区下层是应力过渡区，该区为应力衰减区，对岩体裂缝的产生不起控制性作用。在刀刃正下方分布有主裂缝，由于其方向与破岩方向一致，因此也不能显著地提高破岩效率，但能加大下个循环中压入阶段应力范围。
（3）破碎阶段：当相邻滚刀的间距使起裂阶段产生的裂缝相互连通时，表面部分岩体便被裂缝分割，形成碎片并脱离开挖面。
3.2齿刀
弦磨齿刀破岩机理图
齿刀应用于软土地层掘进，刀刃高于刀盘面板140mm,盾构机掘进时，刀盘转动带动刀刃直接切入围岩刮下土体。齿刀在软土地层掘进时，磨损部位两个刀刃的中间位置，中间磨损部分经用耐磨焊条堆焊后，扔可继续使用。但在刀具碰到较硬地层或者刀刃支撑部位磨损严重时，容易产生硬质合金块崩落现象，当刀刃崩落较为严重时，须重新镶嵌合金块。
在岩石较软的情况下掘进时，由于盘形滚刀与岩石掌子面之间不能产生一定的附着力，将导致滚刀
不能滚动而产生弦磨，滚刀不能滚动将失去有效的破岩功能。因此，在较软的岩层中应将部分盘形滚刀更换成齿刀，利用齿刀进行破岩。由于齿刀上装有2个切削刃，因此刀盘正反转时齿刀都能进行破岩。
3.3切刀
切刀是软土刀具，图示斜面结构利于软土切削中的导渣作用，同时可用作硬岩掘进中的刮渣。切刀的破岩机理与齿刀相同，均为刮削下土体，由于其安装在刀盘正面渣土流动槽旁边，即在刀盘转动过程中可以刮下滚刀破损后松动的围岩，使其削下的渣土通过渣土流动槽直接进入土仓，起到刮渣作用。当滚刀替换成齿刀后，齿刀、切刀高出刀盘距离相同。
3.4刮刀
刮刀呈弧形，安装与刀盘周边，也叫弧形刮刀。软土刀具，斜面结构，利于碴土流动。其破岩机理与齿刀相同，不能和其他类型的刀具互换。同时在硬岩掘进下可用作刮渣。刮刀是一种装配了超硬刀头的特殊挖掘工具。安装在刮刀底座上并能从背面更换。
3.5仿形刀
盾构机一般设计两把仿形刀（一把备用），布置在辐条的两端。施工时，可以根据超挖多少和超挖范围的要求，从辐条两端径向伸出和缩回仿形刀，达到仿形切削的目的。仿形刀伸出最大值一般在80~130mm之间。盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削土体创造所需空间，保证盾构机在超挖少、对周边土体干扰小的条件下，实现曲线推进和顺利转弯及纠偏。
4.刀具磨损的分析
土压平衡盾构机的刀盘根据地质条件的不同一般分软土和硬岩两种刀盘布置形式，软土区刀盘的布置形式是以齿刀为主辅以边缘滚刀和刮刀，硬岩刀盘的布置形式是以滚刀为主辅以刮刀。刀具是盾构机的一个非常重要的组成部分，对刀具地合理选择、使用、维护和更换，直接决定盾构掘进工程的质量、进度和工程成本。所以对盾构机刀具磨损情况地分析尤为必要。
4.1滚刀刀具的磨损及原因
（1）正常磨损（Normal Wear）
滚刀的“Normal Wear(正常磨损)”是指切削环均匀磨损到特定的程度。磨损程度可以用样板测量出来。
（2）堵塞负荷（Clogging Bearing）
如果滚刀转不到隧道面，因为隧道面和切削环之间的相对运动使得切削环承受单面的磨损，形成一个扁平的切削环。
（3）切削环龟裂或裂口（Fissures or Breakage at the cutting ring）
触点压力过大或者翻转抵到过硬的物体，都会导致切削环破损。如果切削环在两个点有破损，则切削环或其部分就会因此掉落在挖掘仓内。
（4）切削环严重变形（成蘑菇状）(Strong Deformation of the cutting ring(Mushrooming)) 如果刀盘用于隧道面的工作表面拓宽了，并在外围发生了变形，形成了蘑菇状，即所谓的“蘑菇状切削环”。
（5）带缺陷的辊轴套（Defective Roller Casing）
滚落的金属（脱落的切削环部分、螺钉等），会使保护套被损坏或在提升设备和密封固定器之间发生死锁，会出现密封护圈，那样就会阻止碟状刀具绕着其本身的轴心转动。
（6）裂环磨损或遗失
开裂的环阻止切削环与碟状刀具轴心并行移动。如果切削环遗失，或因为严重磨损，必定会很快遗失，则碟状刀具必须更换。
（7）滚刀漏油
由于密封件的损坏，就可能使密封油泄漏，从而导致油封座和轮毂的损坏。
（8）轮毂磨损
刀盘和渣土不间断的摩擦，使得滚刀轮毂也发生严重磨损。
（9）油封座损坏
由于漏油使得油封座损坏
（10）轮毂或油封座损坏
刀圈如果在金属物（掉了的刀圈或螺帽）上滚动，轮毂或油封座有可能被卡住，就会妨碍刀圈绕着滚刀中心轴自由转动。
（11）滚刀的多边形磨损
在掘进时滚刀时转时不转，或者在某个点转动时间长在其它点转动时间短，就会产生这样的磨损。
4.2齿刀、正面区刮刀和边缘区刮刀的磨损及原因
（1）齿刀磨损
正常磨损：齿刀切削土层和砂砾层所形成的磨损。
异常磨损：由于换刀不及时在硬岩区的磨损。
（2）正面区刮刀磨损
正常磨损：刮刀刮削土层、砂砾层和被滚刀挤碎的岩层时所形成的磨损。
异常磨损：由于滚刀刀圈掉落，在刀盘同一周上的刮刀就直接承受掘进工作面的载荷，刮刀和掘进工作面的相对摩擦，就导致刮刀严重偏磨。
（3）边缘区刮刀
正常磨损：刮削土层、砂砾层和边缘滚刀挤压后的岩层时所形成的磨损。
异常磨损：由于边缘滚刀刀圈掉落或者边缘滚刀磨损严重超限，边缘滚刀开挖掘进工作面的径向尺寸小于边缘刮刀的径向尺寸，边缘刮刀被迫直接挤压在掘进工作面上运动，导致刀具磨损。
5.刀盘的维护
刀盘是TBM是切削工具。因此，有必要按照地质情况来检查刀盘。经验证明，解决了首次障碍后，要直接进行刀盘的首次检查。而后，每次掘进最多100米之后，刀盘都必须定期检查。在检查过程中，必须检查刀具的破损情况。重要检查点有：格栅条、吊桶开口、磨损保护设施。诸如蝶状刀具、切削刀片、吊桶等工具，必须检查其磨损情况，相应的刀盘检查日志必须保留。另外，必须检查固定材料的完整性和紧固扭矩。使用损坏的或工具不完整的设备进行挖掘，会对刀盘造成严重损坏。检查时间间隔可能由于地质条件而有很大的变化。然而，每个轮班至少要检查一次。无论任何时候，如果地质条件发生
了变化，要求对刀盘进行一次检查。
刀盘由以下相关的维护部件组成：结构、刀具、耐磨板。
（1）结构对于动力传输相当重要。振动，撞击及误操作会导致极大的损伤风险。因此必须定期检查。
（2）刀具磨损严重或缺失，必须马上进行更换。刀具和耐磨板的维护不力或过晚，会引起结构磨损、刀箱损伤、机器损坏。因此必须小心施工并预先维护。
5、1更换刀盘刀具
在开始进行刀盘工具更换前，要做好以下准备：
（1）停止掘进周期。将操作模式转变为“STOP（停止）”模式(推进油缸)。
（2）确保刀盘及螺旋输送机在维护期间不可被启动。
（3）确保提供足够的压缩空气。
（4）人员通过人孔闸进仓。
（5）借助吊具运送刀具至工作区域。
（6）使用服务控制板转动刀盘至合适位置。
（7）将换刀平台，护栏及吊具分别固定在各自相应的位置上。
挖掘工具的更换需要十分严格和仔细。安装新的挖掘工具前，引导和支撑表面必须经过严格清洁和检查。这是保证挖掘工具与工具固定架正确安装和使用准确扭矩紧固的唯一方法。推荐使用新的紧固零件（螺钉、螺母等）。任何挖掘工具的不正确安装都会导致严重的损坏：例如，挖掘工具、工具固定架和平板货车的松散和破坏，甚至可能是刀盘的破坏。如有必要，在重装和更换之前，必须检查工具固定架、固定轴，千斤顶垫块和楔子是否破损（螺纹、固定器、表面等）。这样可以确保更安全的操作。5.1.1更换滚刀
更换滚刀需要的辅助工具：安装台、楔子拔出工具、滚刀手钳、环头螺钉、安装杆、提升设备、冲击扳手、扭力扳手。
更换刀盘外围的滚刀步骤：用滚刀夹具夹紧滚刀，使用起重链挂住滚刀，松掉自攻螺帽，移走球面垫圈，球窝及可调节压块，移去楔形块，使用装配杆将滚刀撬出，如有必要，握住楔形块螺杆，将滚刀拉出刀箱，移走滚刀，卸下旧滚刀，装上新滚刀，将滚刀运至更换点，安装新滚刀，装入楔形块，上紧可调节压块，球面垫片，球窝及自功螺母，按照扭力要求上紧螺母，拆掉滚刀夹具。
更换刀盘面板上的滚刀步骤：用夹具夹紧滚刀，使用起重链挂住滚刀，松掉自攻螺母，移走球窝，球面垫片及可调节压块，移去楔形块，用装配杆将滚刀撬离刀座，将装配台挂在刀箱内，将滚刀拉上装配台，移走滚刀，卸下旧滚刀，装上新滚刀，将滚刀放在装配台上，给滚刀定位，移去装配台，装入楔
形块，上紧可调节压块，球面垫片，球窝及自攻螺母，按照扭力要求上紧螺母。
5.1.2更换刮刀
在刀盘上更换刮刀需要使用下列工具：套筒扳手、扭力扳手。
更换刮刀的步骤：拆开螺栓和螺母（自锁），拔出刮刀，清洁刮刀座，并在其上喷一层薄油雾，遵照扭矩要求将螺栓拧紧。
5.1.3边刮刀的更换
更换边刮刀必须遵守安全指南、危险警告和安装指南。在更换边刮刀时，必须满足下列基本要求：压缩空气设备必须随时可供使用，并且功能完好。更换刀具的辅助工具必须随时可供使用。更换人员技术合格并得到指导。
更换边刮刀所需辅助工具:吊环螺栓，提升设备，冲击扳手，扭力扳手。
安装边刮刀时需要遵照的特殊事项：在安装边刮刀时，切记通常有两种类型的吊桶可供使用，也即顺时针和逆时针切割方向。
步骤：（1）松开紧固螺丝，并在松开最后一个螺钉前，固定一个环头螺钉作为吊机的悬挂点。
（2）将松开的边刮刀用提升设备从挖掘仓和作业仓指定悬挂点搬到物料闸，然后将边刮刀运出闸。
6.总结
刀盘是盾构机的只要工作部件，其工作条件极其恶劣，受力复杂，是盾构机检查维护的主要部件。刀具磨损严重或缺失，必须马上进行更换。因此在施工中应该小心并预先维护。
参考文献
1、土压平衡盾构机刀盘介绍主编：周志刚
2、盾构机刀具介绍主编：黄敏杰
3、盾构机刀盘维护主编：刘庆均
盾构机刀盘参数
盾构机刀盘参数 一、刀盘类型 盾构机刀盘是盾构机的核心部件之一，根据不同的工程需求和地质条件，刀盘可以分为多种类型。常见的刀盘类型有开式刀盘、封闭式刀盘和混合式刀盘。 1. 开式刀盘 开式刀盘适用于地质条件较好的工程，刀盘中心开放，便于土层进入刀盘，减小土层阻力。开式刀盘通常由刀头、刀臂和刀盘壳体组成，刀头采用硬质合金制成，具有良好的耐磨性和抗冲击性。 2. 封闭式刀盘 封闭式刀盘适用于地质条件较差的工程，刀盘中心封闭，避免土层进入刀盘，减小刀盘磨损和故障率。封闭式刀盘通常由刀头、刀臂、刀盘壳体和密封装置组成，密封装置能有效防止泥水进入刀盘，延长刀盘使用寿命。 3. 混合式刀盘 混合式刀盘结合了开式刀盘和封闭式刀盘的优点，在不同的地质条件下灵活应用。混合式刀盘通常具有可调节的开合机构，可以根据实际情况选择开放或封闭的状态，以适应不同地层的掘进需求。 二、刀盘直径 刀盘直径是刀盘的重要参数，直径的选择与盾构机的工程要求密切
相关。刀盘直径的大小直接影响盾构机的推力和刀盘的承载能力。1. 小直径刀盘 小直径刀盘适用于直径较小的隧道掘进工程，如市政管网、地铁站台等。小直径刀盘具有结构紧凑、操作灵活的特点，适合在有限空间内进行作业。 2. 中直径刀盘 中直径刀盘适用于中等规模的隧道工程，如城市地铁、铁路隧道等。中直径刀盘具有推力和承载能力较大的特点，能够应对一定规模的地质变化和水压力。 3. 大直径刀盘 大直径刀盘适用于大型隧道工程，如跨海隧道、山岭隧道等。大直径刀盘具有强大的推力和承载能力，能够应对复杂的地质条件和高水压力，但也对盾构机的功率和控制要求提出了更高的要求。 三、刀盘转速 刀盘转速是刀盘的另一个重要参数，合理的转速选择可以提高盾构机的掘进效率和刀盘的使用寿命。 1. 低速刀盘 低速刀盘适用于较硬的岩石地层，转速较低能够提供更大的切削力，效果更好。低速刀盘适合用于大直径刀盘，能够更好地控制刀盘的承载能力和切削效果。
土压平衡盾构机刀盘结构介绍和维护
土压平衡盾构机刀盘结构介绍和维护 单位：中铁十四局隧道公司长株潭一工区姓名：王岚 内容提要：本文介绍了盾构机刀盘的结构、刀具的类型、刀具破岩机理和维护。 关键词：盾构机；刀盘；刀具；刀具磨损；刀具维护 刀盘是盾构机的切削工具，是盾构机的主要工作部件。刀盘旋转时，刀具切削隧道掌子面的土体，对掌子面的地层进行开挖，开挖后的碴土通过刀盘的开口进入土仓；同时支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能；对于土压平衡盾构，刀盘对土仓内的碴土进行搅拌，使碴土具有一定的塑性，然后通过螺旋输送机将碴土排出。施工过程中，其工作条件极其恶劣，受力复杂，是盾构机检查维护的主要部件，其结构特点结合刀具布置形式及刀具形状是否适合应用工程的地质条件，直接影响到盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。 1.刀具的选择 对于不同地层的开挖，盾构的刀具通常采用不同型式：开挖地层为硬岩时，采用盘形滚刀；地层为较软岩石时，采用齿刀；地层为软土或破碎软岩时，可采用切刀或刮刀。 2.刀具的布置 刀具的布置有两种方式: （1）刀具整体连续排列方式，因其切削阻力较大，盾构机密封舱内土体流动性差，现已很少使用，仅偶尔在切削阻力小的淤泥质地层中采用。 （2）刀具牙型交错连续排列方式，因其切削阻力小、切削效率高、密封舱内土体流动性好和易搅拌而被广泛使用。目前世界上基本均采用牙型交错连续排列方式。 3.常用的主要刀具种类 盾构开挖性能主要通过刀具的选择和布置来保证。根据不同地质情况选用不同类型的刀具及刀具组合，实现刀具配置的灵便性，提高刀盘的开挖效率。目前盾构机上常用的主要刀具有切刀、刮刀、齿刀、双刃滚刀、单刃滚刀等。
图1 刀具的示意图和实物照片 3.1滚刀 3.1.1滚刀的分类 滚刀分为单刃滚刀和双刃滚刀。 盘形滚刀刀圈盘形滚刀 单刃滚刀双刃滚刀 单刃滚刀也叫盘形滚刀，用于硬岩地层的掘进，刀圈高于刀盘面板175mm,其刀圈可以更换，根据岩石的强度可以选用破岩能力不同的刀圈。掌子面与刀盘面间碴土空间大，利于流动，可根据开挖地层
盾构机维修方案
广州轨道交通七号线8标一期地下土建工程盾构机维修方案 编制： 审核： 审批： 中交隧道工程局有限公司 广州轨道交通七号线8标一期地下土建工程项目经理部 二〇一三年七月
目录 一、盾构机原设计情况 (1) 二、盾构机自检情况报告 (4) 三、盾构机维修方案 (18) （一）盾构机维修计划 (18) （二）盾构机维修工作安排 (23)
一、盾构机原设计情况 S475、S476两台盾构机先后于2008年8月、10月有广州海瑞克隧道机械有限公司出厂，两台盾构机均为液压驱动式土压平衡盾构机，可以用于复合地层隧道掘进施工。 盾构机刀盘设计为辐条面板式，开口率为28%（全盘滚刀安装时），开挖直径为6250毫米，配置64把齿刀，31把单刃滚刀，4把双刃滚刀，8把边刮刀，1把超挖刀。 其中单刃滚刀和双刃滚刀可以更换为羊角刀，刀盘有液压马达来驱动最大转速可达4.5rpme,额定扭矩为230bar,脱困扭矩为270bar。 渣土运输系统为螺旋输送机加皮带输送。 盾构推进系统有10组双油缸和10组单油缸组成，总推力大34210kn，行程为2000毫米。 管片拼装系统为液压驱动式拼装机，有6个自由度，可以正负200度旋转。 人闸系统有两个主副人仓保压系统组成，工作压力可达3bar,有良好的保压性能，可以进行带压作业；在掘进过程中可以实现同步注浆和渣土改良。 盾尾密封装置为三道钢丝刷组成的两腔式油脂密封，盾尾和中盾带气囊紧急密封装置，具有良好的密封作用。 装机总功率约为1630KW，总长度约为80米。
附图1-01 盾构出厂照片 附图1-02 盾构始发装机
附图1-03 盾构拆机后在租赁场地覆盖存放 附图1-04 台车全部用防雨油布覆盖
盾构机简介
盾构机简介 盾构，是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成型的机械。 盾构主要分为敞开式盾构、压缩空气盾构、泥水盾构、土压平衡盾构、复合盾构和复合式土压平衡盾构等几种类型。成都地铁采用的是土压平衡盾构，土压平衡盾构，简称EPB盾构。土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠推进油缸的推力给土仓内的开挖土渣加压，使土仓作用于开挖面以使其稳定。土压平衡盾构的支护材料是土壤本身。土压平衡盾构由盾壳、刀盘、刀盘驱动、螺旋输送机、管片安装机、人仓、液压系统等组成。 土压平衡盾构的工作原理为：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仓，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渣车上。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的支护作用，承受周围涂层的土压、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。 一、盾构机结构 盾构机的主机结构主要有以下部分构成：刀盘、主轴承、前体、中体、推进油缸、铰接油缸、盾尾、管片安装机。 主机外形尺寸：740mmＸΦ6280（刀盘）、4280mmＸΦ6250（盾体）、3300mm ＸΦ6230（盾尾）。 总质量约：320吨。（含后配套约500吨） 功能：实现对岩土的开挖、推进、一级出渣、管片安装。
盾构机主机结构图 （一）刀盘 刀盘结构图 刀盘是盾构机的核心部件，其结构形式、强度和整体刚度都直接影响到施工掘进的速度和成本，并且出了故障维修处理困难。不同的地质情况和不同的制造厂家，刀盘的结构也不相同。土压平衡盾构的刀盘有两种形式：面板式和辐条式。本台盾构机采用的是面板式。 1、盾构机刀盘应满足以下要求： （1）刀盘应有足够的强度和刚度。 （2）刀盘应有较大的开口率。 （3）针对地层的变化，能够方便地更换硬岩滚刀和软岩齿刀。 （4）刀盘结构应有足够的耐磨强度。 （5）刀盘上应配置足够的渣土搅拌装置。 （6）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。 2、刀盘三大功能：开挖功能、稳定功能、搅拌功能。 3、刀具选择：
盾构机结构详解
盾构机技术讲座 一・盾构机结构（EPB总体结构图） 盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备，它集和了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能，目前，盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用。其优点如下： 1. 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。 2. 能够经济合理地保证隧道安全施工。 3. 盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控制信息化。 4. 掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。 5. 地面坏境不受盾构施工的干扰。 苴缺占为： 1. 崙构机械造价较高。 2. 在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。 3. 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。 4. 设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。 盾构作为一种保护人体和设备的护体，其外形（断面形状）随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。（如：人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车）。而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及成本相对低廉，绝大部分盾构还是采用传统的圆形。 为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同，盾构机可分为三种类型、四种模式： 三种类型： ~（1）软土盾构机； （2）硬岩盾构机； （3）混合型盾构机。四种模式： （4）开胸式； （5）半开胸式（半闭胸式、欠土压平衡式）； （6）闭胸式（土压平衡式）； （7）气压式。
软土盾构机适应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。 刀盘只安装刮刀，无需滚刀。 硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整，只安装滚刀，不需要刮刀。混合盾构机适应于以上两种情况，适应更为复杂多变的复合地层。可同时安装滚刀和刮刀。 气压盾构是在加气压状态下的施工模式，即可用于泥水加压式盾构机，也可用于土压平衡式盾构机。 以下以海瑞克公司在广州地铁使用的典型土压平衡式盾构机为 例: 盾构机总图总体外形尺寸：?6280X75000mm 总质量：520t 装机总功率： 最大掘进速度：80mm/m i n 第一节：主机结构（盾体及刀盘结构）
土压平衡盾构机盾体概述-最新资料
压平衡盾构机盾体概述 地铁越来越多成为成都市中人们日常生活出行的首选。盾构 机也渐渐被人们所熟悉。盾构机指外形与遂道横截面相同但尺寸比遂道外形稍大的钢管或框架压入地中构成保护掘进的外壳，外壳与壳内各种作业机械及作业空间的组合体为盾构机。它是一种既能支承地层压力又能在地层中掘进的施工机具。它是于电气液压，光电，传感及信息于一体的自动化程度高的遂道掘进专用工程机械。具有开挖切削土体输送土碴拼装遂道衬砌测量导向纠 偏等功能。土压平衡盾构机（也称为EPB，作为盾构机型中的 一种，它通过土压平衡系统实现开挖面的稳定。此机型利用开挖的泥土支撑挖掘面，通过调节盾构推进速度和螺旋输送机的转速来控制土仓的压力，使土仓中的土压力与地下水土压力相平衡，防止开挖面崩塌和地表沉降限制在允许范围内。 土压平衡盾构机（以下称EPB主要是由刀盘，刀盘驱动， 盾体，螺旋输送机，人闸，管片安装器及后配套几大部分组成。 在此主要谈一下盾体部分在掘进过程中所起的作用。 众所周知刀盘位于整个盾构机的最前端刀盘主要作用就是 在液压马达驱动下旋转切削土体。而盾体部分就大的范围包括盾 体（前盾，中盾和尾盾），推进油缸，舱壁门，螺旋输送机前闸 门，盾体平台几部分。盾体外壳不仅对作业空间起着保护作用，同时承受周围土层的压力有时还承受地下水压以及将地下水挡
在外面，因此盾构机的外壳要求有足够的强度和刚度。前盾位于刀盘的后面，前盾中焊有一块舱壁板此板使前盾与刀盘分隔开，同时使泥土舱与后面的工作空间相隔离。舱壁板前面焊接的一块锥形弧形板，此设计有利于土体流向盾体底部。锥形板上焊有换刀时起吊刀具用的辅助工具。刀盘钢结构上焊接的搅拌棒与焊在舱壁板上的搅拌棒同时对切削下来的土体进行搅拌。前盾搅拌棒上的孔口用以向开挖舱输送水，泡沫，膨润土及其他添加剂，用以改善土质。泥土充分搅拌后落入开挖舱下部，经螺旋输送机输送至皮带输送机上经碴土车上再经竖井运至地面。舱壁板的上方有一个舱壁门，规格一般为DN6O0经过专业培训的维修人员进 入人闸经过舱壁门后到达泥土舱进行维修检查。舱壁板上一般对 称分布有四个水平超前钻，当隧道施工中遇到的溶洞、空穴等地 质灾害无法从地面进行注浆加固处理时，可用盾构机配置的超前 钻探系统在洞内进行溶洞钻探及膨润土加固。通过高低位置不同的水平超前钻从开挖面上提取土样，可以帮助分析土质变化，为 下一段的掘进提供数据。舱壁板上在不同高度处安装有土压传感 器可以用来探测泥土仓中不同高度的泥土层压力。刀盘驱动和人 闸均通过螺栓固定于前盾上的驱动法兰和人闸法兰上。舱壁板下方有两个排水管。伴随泥土落入泥土舱的泥水超过一定量时， 通过此管路被抽出从而起到一定稳定两舱压力的作用。螺旋输送 机与前盾下方螺旋机法兰通过螺栓相连接，与盾体轴向中心线成一定的夹角倾斜向后方伸出至盾尾。
土压平衡盾构机工作原理
土压平衡盾构机工作原理 引言 土压平衡盾构机是一种用于地下隧道施工的机械设备，它通过在地下挖掘隧道同时支撑周围土壤，以保持隧道的稳定性。本文将详细解释土压平衡盾构机的工作原理，包括其基本原理、关键组成部分以及工作过程。 基本原理 土压平衡盾构机的基本原理是利用液压系统来控制盾构机前端的推进和注浆，同时通过在前端设置平衡室和控制室来保持隧道内外土壤的平衡。其工作过程可以分为三个阶段：推进、注浆和回填。 推进阶段 在推进阶段，土压平衡盾构机首先将刀盘推入地下，同时通过液压系统提供足够的推力。刀盘上安装有刀片和切削齿，它们可以将地下土壤切割成小块，并将其带到后方的螺旋输送器上。螺旋输送器将土壤向后方运送到主体内部。 在主体内部设置有一个平衡室，它通过控制室和大气压力相连。平衡室的作用是保持隧道内外土壤的平衡，防止地下水和土壤塌方。当刀盘推进时，平衡室内的压力会随之增加，以抵消土壤的压力。 注浆阶段 注浆是土压平衡盾构机的重要工作环节，它可以提高土壤的稳定性，并减少地下水渗透。在注浆阶段，盾构机通过注浆管将特殊的注浆剂注入到地下土壤中。 注浆剂一般由水泥、黏土和其他添加剂组成。当注浆剂进入地下后，它会与周围土壤发生反应，形成一个固体结构，从而增加了土壤的粘结力和抗压强度。这样可以提供额外的支撑来保持隧道的稳定性。 回填阶段 在推进和注浆完成后，盾构机开始进行回填工作。回填是指将剩余空间填满以恢复地表原貌。在回填阶段，盾构机会将混凝土或其他合适的材料通过输送带输送到盾构机内部，然后通过注浆管将其注入到隧道的尾部。 回填材料会填满刀盘和平衡室之间的空间，并在隧道尾部形成一个坚实的结构。这样可以保持隧道的完整性，并提供足够的支撑，防止地下水和土壤塌方。
土压平衡盾构机适应范围
土压平衡盾构机适应范围 1. 引言 土压平衡盾构机是一种用于地下隧道施工的专用设备，它能够在土层中进行平衡掘进，并同时进行土层的支护和开挖。土压平衡盾构机的适应范围取决于其技术参数和设计特点。本文将从土层特性、盾构机结构和施工条件等方面，详细介绍土压平衡盾构机的适应范围。 2. 土层特性 土层的特性对土压平衡盾构机的适应范围起着重要的作用。土层的主要特性包括土质、含水量、强度和压缩性等。 2.1 土质 土质是指土层的组成和颗粒大小分布。土压平衡盾构机适应于各种土质，包括粉砂、黏土、砂土和饱和软土等。然而，在特殊土质条件下，如岩石、高黏土含量和高砂含量的土层，可能需要采用其他类型的盾构机。 2.2 含水量 含水量是指土层中水分的含量。土压平衡盾构机适应于含水量较高的土层，如饱和软土和淤泥等。在含水量较低的土层中，如干燥的沙土和粘性土，可能需要采用其他类型的盾构机。 2.3 强度 土层的强度是指土层的抗剪强度和抗压强度。土压平衡盾构机适应于强度较低的土层，如软土和低强度的黏土。在强度较高的土层中，如岩石和高强度的黏土，可能需要采用其他类型的盾构机。 2.4 压缩性 土层的压缩性是指土层在受力后的变形能力。土压平衡盾构机适应于压缩性较好的土层，如软土和粘性土。在压缩性较差的土层中，如砂土和砾石，可能需要采用其他类型的盾构机。 3. 盾构机结构 土压平衡盾构机的结构决定了其适应范围。盾构机的主要结构包括刀盘、推进系统、土压平衡系统和支护系统等。
3.1 刀盘 刀盘是盾构机的主要工作部件，用于开挖土层。刀盘的尺寸和形状决定了盾构机的适应范围。较大直径的刀盘适用于较大直径的隧道开挖，而较小直径的刀盘适用于较小直径的隧道开挖。 3.2 推进系统 推进系统是盾构机的核心部件，用于推动盾构机向前推进。推进系统的性能和功率决定了盾构机的适应范围。较强大的推进系统适用于较长距离的隧道施工，而较小的推进系统适用于较短距离的隧道施工。 3.3 土压平衡系统 土压平衡系统是土压平衡盾构机的关键部件，用于平衡土层的压力。土压平衡系统的性能和控制能力决定了盾构机的适应范围。较强大的土压平衡系统适用于较大压力的土层，而较小的土压平衡系统适用于较小压力的土层。 3.4 支护系统 支护系统是盾构机的重要部件，用于支护开挖面。支护系统的结构和性能决定了盾构机的适应范围。较强大的支护系统适用于较强度的土层，而较小的支护系统适用于较低强度的土层。 4. 施工条件 土压平衡盾构机的适应范围还受到施工条件的影响。施工条件包括地下水位、地质条件、施工空间和环境限制等。 4.1 地下水位 地下水位的高低对盾构机的适应范围起着重要作用。土压平衡盾构机适应于地下水位较高的土层，如饱和软土和淤泥。在地下水位较低的土层中，可能需要采用其他类型的盾构机。 4.2 地质条件 地质条件是指地下隧道的地质情况，包括岩层、断层和地下水等。土压平衡盾构机适应于较好地质条件的土层，如均质的软土和黏土。在复杂地质条件下，如岩石和断层，可能需要采用其他类型的盾构机。 4.3 施工空间 施工空间的大小对盾构机的适应范围起着重要作用。土压平衡盾构机适应于较大空间的施工，如城市地下空间和水下隧道。在较小空间的施工中，可能需要采用其他类型的盾构机。
盾构机结构详解范文
盾构机结构详解范文 盾构机是一种用于隧道掘进的工程设备，可以用于地铁、交通隧道、 供水隧道等建设。它通过土压平衡的办法，将掘进面的土质支撑在机体构 件上，实现隧道的顺利开挖。盾构机的结构相当复杂，下面详细介绍其主 要部分和工作原理。 盾构机主要由掘进机构、推进机构、前驱装置、支架机构、泥浆处理 系统、电气控制系统等部分组成。 掘进机构是盾构机的主要工作机构，由刀盘、盾体和主护管等构件组成。刀盘是用来破坏掘进面土壤的构件，通常由刀齿和刀片组成，具有能 够抵抗高强度岩石和砾石的能力。盾体是盾构机的核心构件，负责承受土 压和水压力，在施工过程中起到保护工人和设备的作用。主护管用来保护 隧道的结构安全，通常由环形钢板焊接而成。 推进机构主要由注浆装置、推进密封、推进装置等构件组成。注浆装 置用于向隧道周围土壤中注入注浆液，以增加土壤的强度，提供更好的支 护条件。推进密封是保证隧道内部水压平衡的装置，可以防止地下水的渗 入和隧道内部压力失衡引起的事故。推进装置用来推进盾体，使其不断前进。 前驱装置是盾构机用来限定推进方向和稳定机体姿态的装置。它通常 由导向辘轳、导向装置和测斜装置组成。导向辘轳用来限定刀盘切削位置，保证隧道的准确方向。导向装置用来修正和稳定盾体的姿态，防止机体偏 斜和倾覆。测斜装置用来测量盾体的倾斜角度，给出相应的修正信号。 支架机构主要由护壁液压缸、护壁刀架、液压支撑系统等构件组成。 护壁液压缸是用来支撑盾体周围土壤的装置，有助于保持隧道的稳定性。
护壁刀架则用来清理刀盘后部的土层，以便掘进机构进一步推进。液压支 撑系统用来控制盾体与支架之间的压力，保证盾体的稳定性和土体的支撑。 泥浆处理系统主要由泥浆搅拌系统和泥浆处理设备组成，用来加工和 处理掘进过程中产生的泥浆。泥浆搅拌系统负责将泥浆和助剂混合均匀， 以维持刀盘的切削性能。泥浆处理设备则用来清洗泥浆中的砂、石和其它 杂质，并回收可再利用的泥浆。 电气控制系统是盾构机的智能核心，负责监测和控制盾构机的各个部分。它可以实时监测刀盘、推进机构、前驱装置等的工作状态，以便及时 调整和处理异常情况。电气控制系统还可以根据隧道的地质和施工条件， 智能调整掘进机构的工作参数，提高施工效率和质量。 总之，盾构机的结构十分复杂，各个部分之间相互配合，共同完成隧 道的掘进任务。只有了解和掌握其结构和工作原理，才能更好地使用盾构 机进行工程建设，提高施工效率和安全性。
一般土压平衡盾构机工作原理
一般土压平衡盾构机工作原理 ⏹ 1.4 土压平衡盾构 ⏹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仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。 ⏹土压平衡工作原理 ⏹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仓，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。 ⏹ ⏹通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力，并使其与开挖面地层水、土 压力相平衡，同时直接地利用泥土舱的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。 ⏹ ⏹ 1.4.1 土压平衡盾构机组成 ⏹土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装
机、推进油缸、同步注浆系统和辅助装置等组成。 ⏹适用：软土、软岩（含水/不含水）地层的隧道开挖与衬砌 ⏹Φ4.33m加泥式土压平衡盾构 ⏹ 1.4.2土压平衡盾构（EPB）工作原理 ⏹土压平衡盾构的工作原理 ⏹通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力，并使其与开挖面地层水、土 压力相平衡，同时直接地利用泥土舱的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。 ⏹EPB工作原理图 ⏹EPB ⏹ 1.4.3 土压平衡盾构特点 ⏹土压平衡盾构的特点： ⏹主要通过控制盾构开挖速度和螺旋输送机转速，达到控制土压的目的 ⏹整体结构 ⏹ 1.5 盾构机的构造 ⏹土压平衡盾构机构成： ⏹ 1.盾壳、盾构推进千斤顶、盾尾密封、铰接装置、人员舱 ⏹ 2.刀盘和刀盘驱动支承机构 ⏹ 3.螺旋输送机 ⏹ 4.管片拼装机 ⏹ 5.后配套设备。 ⏹ 盾壳是一个用厚钢板焊接而成的圆筒，是盾构受力支撑的主体结构。
土压平衡盾构机主要部件功能描述
土压平衡盾构机主要部件功能描述 1 概述 土压平衡盾构机的基本组成部分主要有下面几大块，如表3—7所示。 表3-7 土压平衡盾构机主要组成表 下面根据这些部件或系统在盾构施工中的不同功能特点来分别进行说明。 2 盾体部分 盾体部分由刀盘、前体、中体和盾尾四大部分组成。 （1)刀盘和刀具 刀盘是安装在盾构机前面的旋转部分，在支撑掌子面土压的同时进行开挖。通过在不同形式的刀盘上安装不同的刀具或刀具组合，可以适应不同的地质情况下的施工需要。在正常的工作环境下,刀盘、刀座和刀盘支承结构能够抵抗单轴抗压强度达到120Mpa的强度，不会出现刀盘变形及非正常的磨损。 刀盘包括焊接结构件和刀架.刀盘表面焊接有耐磨层，圆周区域焊接有三道耐磨条.通过刀盘旋转，挖出的碴土从刀盘的8个开口导入土仓。刀盘的后部开口向内倾斜，有利于导入碴土.焊接的搅拌臂可以使改良添加剂和碴土在刀盘后面进行充分的搅拌。 刀盘安装在主轴承的内齿圈上,通过6个液压马达驱动。刀盘设计为双向旋转，其转速可无级调节。 通过刀盘的旋转接头,土质改良用的泡沫、膨润土或水被送到土仓内。回转中心通过刀盘中心的法兰和刀盘连接。
为了适应不同地质的开挖要求，在刀盘上可以安装滚刀、铲刀、刮刀和齿刀。刀盘上的刀具均可在刀盘后面进行更换。 （2）盾壳 盾壳包括三个主要组件：前体（切口环）、中体（支撑环）和盾尾。 1)前体 里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。压力隔板将前体的土仓和主舱分离开来。隔板上面的门可以让人进入土仓进行保养和检查工作。此外，隔板有几个开口,可以作为碴土改良材料的入口以及作为修理时输电线的接线盒接头。在前体的隔板上安装有土压传感器用以监测土仓内的土压，以便在土压平衡模式下及时对土仓内的土压进行反馈和调节。 2）中体 在中体内布置了推进油缸支座和管片安装机架。管片安装机支架通过相应的法兰面和管片安装机梁连接起来。推进缸和连接盾尾的铰接油缸布置在中体。在中体的盾壳上焊接了带球阀的可在需要时实施超前钻孔的预留孔，当需要时还可以通过这些预留孔注入膨润土等用以减小盾壳与土层的磨擦，或实施临时止水。 3）盾尾 中体和盾尾之间通过铰接油缸连接，两者之间可以有一定的夹角，从而盾构在掘进时可以方便的转向。正常情况下铰接处使用的是预紧密封，并安装有一道气囊密封用于对铰接密封维修时使用。 盾尾安装了三道密封钢丝刷及8根油脂注入管道，在密封刷中注入密封油脂以防止盾构外面的水或砂浆进入盾构.另外还安装4根内置的同步注浆管道。向盾尾连续注入盾尾油脂，可保证在0.5MPa的压力下盾尾不会出现渗漏. 3 刀盘驱动 主驱动机构包括主轴承、液压马达、减速器和安装在后配套拖车上的主驱动液压泵站。刀盘通过螺栓和主轴承的内齿圈联接在一起,主驱动系统通过液压马达驱动主轴承的内齿圈来带动刀盘旋转。 主轴承有两套密封系统：外密封系统负责土仓内的密封，而内密封系统
土压平衡盾构机介绍与常见故障分析及解决办法
土压平衡盾构机介绍与常见故障分析及解决办法 摘要 随着城市地铁的飞速发展,盾构机作为一种高效掘进机械在地铁建设中得到广泛的应用，盾构机构越来越受到人们的重视，了解盾构机构的结构和工作原理也显得很重要。本文针对ZTE6250式土压平衡盾构机的概况，介绍了土压平衡盾构机的结构，讲解了盾构机的9大组成部分盾体、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备的构造以及在施工中的作用。文章还分析了在土压盾构在调试时会出现的一些问题和盾构机的维护保养等。 关键词：盾构机，盾构施工法，土压平衡控制 第一章概述 1。1盾构机构与盾构施工法 盾构是一种集开挖、支护、衬砌等多种作业于一体的大型隧道施工机械，是用钢板作成圆筒形的结构物，在开挖隧道时，作为临时支护,并在筒形结构内安装开挖、运渣、拼装隧道衬砌的机械手及动力站等装置，以便安全的作业。它主要用于软弱、复杂等地层的铁路隧道、公路隧道、城市地下铁道、上下水道等隧道的施工。 使用盾构机械来建筑:隧道的方法称为盾构施工法。其施工程序是：在盾构前部盾壳下挖土（机械挖土或人工挖土）,一面挖土,一面用千斤顶向前顶进盾体,顶至一定长度后（一般为一片衬砌圈宽度)，再在盾尾拼装预制好的衬砌块，并以此作为下次顶进的基础，继续挖土顶进。在挖土的同时，将土屑运出盾构。如此不断循环直至修完隧道为止。 盾构法施工将掘进设备通过竖井送到地下一定深度后可做长距离水平掘进，具有机械化施工、隧道形状准确、质量高、衬砌经济、对地面建筑物影响可能最小、对环境无不良影响、保持水位、噪声小，对工作人员较安全等特点,近十余年在国内城市的地下铁路建设中广泛采用,它的优点得到了广泛的认可.
盾构机刀盘常见故障及原因分析
泡沫口搅拌棒仿行刀滚刀耐磨条周边开口 开口槽 切刀弧形刮刀 刀盘结构图 盾构机刀盘常见故障（损坏）及原因分析 蒙先君（中铁隧道股份有限公司TBM 二分公司） 摘要：总结了在盾构施工过程中刀盘常见的故障与损坏的方式，分析了其产生的原因，提出 了相应的解决方法。 关键字：盾构机 刀盘 原因分析 1． 刀盘工作原理与结构特点 1.1 刀盘工作原理 土压平衡盾构通过液压马达驱动刀盘旋转来切削围岩，并通过给掌子面与土 仓隔板之间充满的、经过搅拌的碴土加压（油缸推力）的方式来稳定掌子面。根 据不同的工程，不同的地质条件，在刀盘上设置不同数量、不同类型的刀具来进 行开挖，同时通过螺旋输送机排土来保持土压在设计允许的范围内。 1.2 结构特点 我集团引进海瑞克盾构机（S179，S180）刀盘为轮辐式，直径6230mm ， 开挖直径6280mm ，刀盘面板厚度550mm ，从法兰盘底面到刀盘面板高1410mm ， 刀盘总重约55t 。 为了保证刀盘的整体结构强度和刚度，刀盘结构为焊接箱 形结构。 1.2.1 开口形式 刀盘开口形式为对称分布的八个长条孔，开口尽量靠近刀盘的中心位置， 以利于中心部位碴土的流动。刀盘的开口率根据安装的刀具类型不同而有所变 化，当全部安装硬岩刀具时开口率为28%，当安装齿刀时刀盘开口率可以达到
30% 。 1.2.2 耐磨设计 刀盘的周边布设三道耐磨条，刀盘面板焊接格栅状耐磨材料，充分保证刀 盘在硬岩掘进时的耐磨性能。 1.2.3 刀具 盾构机刀具是根据工程地段地质特点，和刀具在软、硬岩中不同的破岩机 理来进行设计和选择的。刀盘上可以安装不同类型的刀具以适应不同地层的开 挖，主要刀具类型为：双刃滚刀、中心滚刀、齿刀、切刀、弧形刮刀和仿形刀。 其中滚刀和齿刀的刀座形式相同，根据不同的地质类型两种刀具可以互换。在 硬岩中掘进时刀盘需安装双刃滚刀、中心刀，在软岩中掘进时可以根据需要把 双刃滚刀、中心刀更换为对应形式的齿刀。具体刀具型式及设计特点见下表： 刀具型式表 双刃中心刀 用于硬岩掘进，在软土中可 以换装齿刀。 数量：6 双刃滚刀 用于硬岩掘进可换装齿刀。 数量：13 中心齿刀 用于软土掘进 数量：6 正齿刀 用于软土掘进。 数量：13 切刀 软土刀具。同时可用做硬岩掘进中的刮渣。 数量：64 弧形刮刀 软岩刀具，同时在硬岩掘进下可用作刮渣。 数量：32 仿形刀 用于局部扩大隧道断面 数量：1
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。
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。
盾构机介绍
1 盾壳 护盾的钢结构设计按承受特定的土压、静水压力和动载荷设计。采用高强度材料Q345B，具有足够的刚度和耐磨性，盾尾不变形。盾体上预留超前钻孔及径向应急注浆孔。 盾体由三部分构成：前盾、中盾及尾盾。 前盾：遮罩刀盘和主驱动； 中盾：遮罩操作控制室，电液动力组，推进系统和螺旋输送系统； 尾盾：支撑管片拼装系统；在盾构壳四周钢板都是均匀连续而且厚度一致，所有注浆和注脂管路都完全安装在尾盾内壁上。 护盾结构所使用的材料和护盾的尺寸与本工程地质（土的含水量及磨损介质等等）和遇到的工作条件是匹配的。为了适应曲线掘进，护盾的设计为梭形，即尾护盾的直径要比中护盾和前护盾的直径小一些。 针对施工中更换土压传感器时泥水和渣土涌入盾体现象，NHI全新设计采用了水闸原理，有效避免开挖仓和盾体内部联通。 相对于其他将注浆管和油脂管内埋于盾尾壳中的设计，NHI的设计在盾壳周圈没有盾壳厚度变小的薄弱区域。 相对于其他将注浆管外置于盾壳的设计，NHI的设计在砂性地层中掘进时能对注浆管路提供可靠的保护。 此外，NHI的这种设计更便于对管路的维护和清理。万一管路被堵，这种设计很容易更换被堵的管路（内置多节短管连接）。这样设计还有使管路便于维护、清理和更换的优点。 盾尾密封由盾尾钢丝刷组成，盾尾刷由弹性钢板保护。线刷形成了环形空间，中间一直充满油脂，由后配套上流量可调的油脂泵注入。注脂是连续的，并通过每个注入口的压力监测器从控制盘上进行监测。 2 刀盘 刀盘是专门为本项目设计的。在土压平衡盾构机在混合地层和全断面岩中开挖隧道的经验和技术成果基础上，根据以往施工经验，刀盘设计很好地适应砾砂、粘砂、砂卵石和岩层地层中的掘进施工，进一步优化了刀盘开口设计，防止盾构在粘性土地层及砂性地层中出现泥饼或涌砂等现象。 刀盘采用Q345B钢材，刀盘结构具有足够的刚度、强度，保证在单轴抗压强度120MPa 漂石或孤石等不利地质条件下掘进时不出现变形及超出正常的磨损。刀盘辐板表面和土