1、1土压平衡盾构工作原理及结构2一、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目目 录录34 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。发展概况发展概况5类型及模式类型及模式 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：四种模式：敞开式；半敞开式；土压平衡式；气压式。三种类型：软土盾构机；硬岩盾构机；混合型盾构机。67 刀盘旋转切削泥
2、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。工作原理工作原理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8 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。土压平衡原理土压平衡原理9土仓压力控制因素土仓压力控制因素增大增大/减小推进速度减
3、小推进速度增大增大/减少碴土排量减少碴土排量地下水压地下水压/土压土压10土仓压力对地表的影响土仓压力对地表的影响压力过小地表压力过小地表沉降沉降压力过大地表压力过大地表隆起隆起1112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。土压平衡盾构组成土压平衡盾构组成 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13盾构主机盾构主机 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。14刀盘刀盘辐条面板
4、式辐条面板式面板式面板式辐条式辐条式主要作用：切削和支撑15刀盘支承方式刀盘支承方式中心支承式(a)中间支承式(b)周边支承式(c)16切削刀具切削刀具-软土软土17切削刀具切削刀具-硬岩硬岩硬岩刀具分类硬岩刀具分类切削刀具切削刀具齿刀齿刀切刀切刀 球齿滚刀球齿滚刀楔齿滚刀楔齿滚刀盘形滚刀盘形滚刀辅助刀具辅助刀具超挖刀超挖刀刮刀刮刀破岩刀具破岩刀具18前盾前盾 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。19中盾中盾 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
5、装机和部分液压设备等。20盾尾盾尾 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。21人舱人舱 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分带压和常压两种工作模式作模式。22螺旋机螺旋机 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。伸缩油缸液压马达螺旋轴出碴闸门筒体23管片拼装机管片拼装机 管片安装机主要完成管片的安装，由
6、油缸、行走梁、支承架、旋转架及抓举头等组成。24后配套后配套 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。25控制系统控制系统主要作用：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26驱动系统驱动系统驱动类型：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。27小齿轮 主密封及油脂 刀盘支座 盾构主体 刀盘室 电机 轴承箱 主轴承 主轴承润滑及密封系统主轴承润滑及密封系统28推进系统推进系统主要作用：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下 部
7、上 部左 部 右 部29碴土改良系统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 30注浆系统注浆系统主要作用：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31注脂系统注脂系统HBW注脂系统 主轴承密封注脂系统 盾尾密封注脂系统32供电系统供电系统主要作用：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33水循环、排污系统水循环、排污系统主要作用: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34空气系统空气系统压缩空气：压缩空气：实现盾构各气动元件的供气 实现人仓内
8、人呼吸用供气二次通风：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35导向系统导向系统主要作用：实现盾构方向的监控（水平、竖直）实现盾体滚动角监控四、四、盾构开挖面平衡机理盾构开挖面平衡机理4 4.1.1盾构施工中的技术难点压力平衡盾构施工中的技术难点压力平衡房屋开裂房屋开裂地表下沉地表下沉防洪堤坍塌防洪堤坍塌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：u 土仓内的土压力平衡地层压力和水压力；土仓内的土压力平衡地层压力和水压力；u 螺旋输送机调节排土量；螺旋输送机调节排土量；u 适当保持泥土的流动性，根据需要
9、调节添加剂的注入量适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。土仓压力土仓压力=水压力水压力+土压力土压力平衡平衡4 4.2.2 土压平衡盾构开挖面平衡机理土压平衡盾构开挖面平衡机理Pw 水压力PE 土压力PTBM 盾构土仓压力Pw+PE 水压力水压力+土压力土压力地面隆起地面隆起Pw 水压力PE 土压力PTBM 盾构土仓压力Pw+PE PTBM 地表面地下水位EPB 盾构土压平衡原理地表面下沉土仓压力土仓压力 水压力水压力+土压力土压力地面下陷地面下陷土仓压力控制因素土仓压力控制因素土仓压力控制因素图土仓压力控制因素图增大增大/减小推进速度减小推进速度增大增大/减小螺旋输送机排放速减小螺旋输送机排放速度度地下水压地下水压 土压土压42
