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1、盾构机的工作原理盾构机的工作原理 1盾构机的掘进 1盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转， 同时开启盾构机推进油缸， 将盾构机向前 推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充 满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机 上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 液压马达驱动刀盘旋转， 同时开启盾构机推进油缸， 将盾构机向前 推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充 满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机 上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 2掘进中控制排土量与排土速度
2、2掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时， 开挖面被切下 的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大， 当泥土仓的土压与开挖面的土压 力和地下水的水压力相平衡时， 开挖面就能保持稳定， 开挖面对应的地 面部分也不致坍坍或隆起， 这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送 出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时， 开挖工作 就能顺利进行。 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时， 开挖面被切下 的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大， 当泥土仓的土压与开挖面的土压 力和地下水的水压力相平衡时， 开挖面就能保持稳定， 开挖面对应的地 面部分也不致坍坍或隆起， 这时
3、只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送 出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时， 开挖工作 就能顺利进行。 3.管片拼装 3.管片拼装 盾构机掘进一环的距离后， 拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌 管片，使隧道次成型。 盾构机掘进一环的距离后， 拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌 管片，使隧道次成型。 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的最大直径为 6.28m，总长 65m，其中盾体长 8.5m，后配套 设备长 56.5m，总重量约 406t，总配置功率 1577kW，最大掘进扭矩 5300kN?m，最大推进力为 36400kN，最
4、陕掘进速度可达 8cmmin。盾构 机主要由 9 大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、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。 盾构机的最大直径为 6.28m，总长 65m，其中盾体长 8.5m，后配套 设备长 56.5m，总重量约 406t，总配置功率 1577kW，最大掘进扭矩 5300kN?m，最大推进力为 36400kN，最陕掘进速度可达 8cmmin。盾构 机主要由 9 大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、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。 1.盾体 1.盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体， 其
5、外径是 625m。 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， 推力油缸的压力可通 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 30 个推进油缸，推进油缸杆上安有塑 料撑靴， 撑靴顶推在后面已安装好的管片上， 通过控制油缸杆向后伸出 可以提供给盾构机向前的掘进力， 这 30 个千斤顶按上下左右被分成 A、 B、c、D 四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，
6、 这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘 进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。 中盾的后边是尾盾， 尾盾通过 14 个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使 盾构机易于转向。 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体， 其外径是 625m。 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， 推力油缸的压力可通 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
7、，中盾内侧的周边位置装有 30 个推进油缸，推进油缸杆上安有塑 料撑靴， 撑靴顶推在后面已安装好的管片上， 通过控制油缸杆向后伸出 可以提供给盾构机向前的掘进力， 这 30 个千斤顶按上下左右被分成 A、 B、c、D 四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力， 这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘 进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。 中盾的后边是尾盾， 尾盾通过 14 个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使 盾构机易于转向。 2.刀盘 2.刀盘 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，刀盘的开口率约为
8、28，刀盘直径 628m，也是盾构机 上直径最大的部分， 一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀盘和刀盘 驱动部分， 刀盘上可根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具或软土 刀具，刀盘的外侧还装有一把超挖刀，盾构机在转向掘进时，可操作超 挖刀油缸使超挖刀沿刀盘的径向方向向外伸出， 从而扩大开挖直径， 这 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，刀盘的开口率约为 28，刀盘直径 628m，也是盾构机 上直径最大的部分， 一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀盘和刀盘 驱动部分， 刀盘上可根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具或软土 刀具，刀盘的外侧还装有一把超挖刀，
9、盾构机在转向掘进时，可操作超 挖刀油缸使超挖刀沿刀盘的径向方向向外伸出， 从而扩大开挖直径， 这 样易于实现盾构机的转向。超挖刀油缸杆的行程为 50mm。刀盘上安装 的所有类型的刀具都由螺栓连接， 都可以从刀盘后面的泥土仓中进行更 换。 法兰板的后部安装有一个回转接头，其作用是向刀盘的面板 上输入泡沫或膨润土及向超挖刀液压油缸输送液压油。 样易于实现盾构机的转向。超挖刀油缸杆的行程为 50mm。刀盘上安装 的所有类型的刀具都由螺栓连接， 都可以从刀盘后面的泥土仓中进行更 换。 法兰板的后部安装有一个回转接头，其作用是向刀盘的面板 上输入泡沫或膨润土及向超挖刀液压油缸输送液压油。 3.刀盘驱动
10、3.刀盘驱动 刀盘驱动由螺栓牢固地连接在前盾承压隔板上的法兰上， 它可以使 刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现 0-6 1rpm 的无级变速。 刀盘驱 动主要由 8 组传动副和主齿轮箱组成， 每组传动副由一个斜轴式变量轴 向柱塞马达和水冷式变速齿轮箱组成， 其中一组传动副的变速齿轮箱中 带有制动装置，用于制动刀盘。 安装在前盾右侧承压隔板上的一 台定量螺旋式液压泵驱动主齿轮箱中的齿轮油， 用来润滑主齿轮箱， 该 油路中一个水冷式的齿轮油冷却器用来冷却齿轮油。 刀盘驱动由螺栓牢固地连接在前盾承压隔板上的法兰上， 它可以使 刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现 0-6 1rpm 的无级变速。 刀盘驱
11、 动主要由 8 组传动副和主齿轮箱组成， 每组传动副由一个斜轴式变量轴 向柱塞马达和水冷式变速齿轮箱组成， 其中一组传动副的变速齿轮箱中 带有制动装置，用于制动刀盘。 安装在前盾右侧承压隔板上的一 台定量螺旋式液压泵驱动主齿轮箱中的齿轮油， 用来润滑主齿轮箱， 该 油路中一个水冷式的齿轮油冷却器用来冷却齿轮油。 4.双室气闸 4.双室气闸 双室气闸装在前盾上， 包括前室和主室两部分， 当掘进过程中刀具 磨损工作人员进入到泥土仓检察及更换刀具时，要使用双室气闸。 在进入泥土仓时， 为了避免开挖面的坍坍， 要在泥土仓中建立并保持与 该地层深度土压力与水压力相适应的气压， 这样工作人员要进出泥土仓
12、时， 就存在一个适应泥土仓中压力的问题， 通过调整气闸前室和主室的 压力， 就可以使工作人员可以适应常压和开挖仓压力之间的变化。 但要 注意， 只有通过高压空气检查和受到相应培训有资质的人员， 才可以通 过气闸进出有压力的泥土仓。 现以工作人员从常压的操作环境下 进入有压力的泥土仓为例， 来说明双室气闸的作用。 工作人员甲先从前 双室气闸装在前盾上， 包括前室和主室两部分， 当掘进过程中刀具 磨损工作人员进入到泥土仓检察及更换刀具时，要使用双室气闸。 在进入泥土仓时， 为了避免开挖面的坍坍， 要在泥土仓中建立并保持与 该地层深度土压力与水压力相适应的气压， 这样工作人员要进出泥土仓 时， 就存
13、在一个适应泥土仓中压力的问题， 通过调整气闸前室和主室的 压力， 就可以使工作人员可以适应常压和开挖仓压力之间的变化。 但要 注意， 只有通过高压空气检查和受到相应培训有资质的人员， 才可以通 过气闸进出有压力的泥土仓。 现以工作人员从常压的操作环境下 进入有压力的泥土仓为例， 来说明双室气闸的作用。 工作人员甲先从前 室进入主室， 关闭前室和主室之间的隔离门， 按照规定程序给主室加压， 直到主室的压力和泥土仓的压力相同时，打开主室和泥土仓之间的闸 阀，使两者之间压力平衡，这时打开主室和泥土仓之间的隔离门，工作 人员甲进入泥土仓。 如果这时工作人员乙也需要进入泥土仓工作， 乙就 可以先进入前室
14、， 然后关闭前室和常压操作环境之间的隔离门， 给前室 加压至和主室及泥土仓中的压力相同， 扣开前室和主室之间的闸阀， 使 两者之间的压力平衡， 打开主室和前室之间的隔离门， 工作人员乙进入 主室和泥土仓中。 5.管片拼装机 室进入主室， 关闭前室和主室之间的隔离门， 按照规定程序给主室加压， 直到主室的压力和泥土仓的压力相同时，打开主室和泥土仓之间的闸 阀，使两者之间压力平衡，这时打开主室和泥土仓之间的隔离门，工作 人员甲进入泥土仓。 如果这时工作人员乙也需要进入泥土仓工作， 乙就 可以先进入前室， 然后关闭前室和常压操作环境之间的隔离门， 给前室 加压至和主室及泥土仓中的压力相同， 扣开前室
15、和主室之间的闸阀， 使 两者之间的压力平衡， 打开主室和前室之间的隔离门， 工作人员乙进入 主室和泥土仓中。 5.管片拼装机 管片拼装机由拼装机大梁、支撑架、旋转架和拼装头组成。 拼装机大梁用法兰连接在中盾的后支撑架上， 拼装机的支撑架通过左右 各两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中， 一个内圈为齿圈形式外径 32m 的滚珠轴承外圈通过法兰与拼装机支撑架相连，内圈通过法兰与 旋转架相连，拼装头与旋转支架之间用两个伸缩油缸和一个横粱相连 接。 现以拼装头在正下方位置的情况为例，来说明拼装机的运动 情况。两个拼装机行走液压油缸可以使支撑架、旋转架、拼装头在拼装 机大梁上沿隧道轴线方向移动 ； 安装
16、在支撑架上的两个斜盘式轴向柱塞 旋转马达， 通过驱动滚珠轴承的内齿圈可以使旋转架和拼装头沿隧道圆 周方向左右旋转各 200 度；通过伸缩油缸可以使拼装头上升或下降；拼 装头在油缸的作用下又可以实现在水平方向上的摆动， 和在竖直方向上 的摆动以及抓紧和放松管片的功能。 这样在拼装管片时， 就可以有六个 方向的自由度，从而可以使管片准确就位。 拼装手可以使用有线 的或遥控的控制器操作管片拼装机， 用来拼装管片。 我们采用的是 1 2m 管片拼装机由拼装机大梁、支撑架、旋转架和拼装头组成。 拼装机大梁用法兰连接在中盾的后支撑架上， 拼装机的支撑架通过左右 各两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中， 一个内圈为齿圈形式外径 32m 的滚珠轴承外圈通过法兰与拼装机支撑架相连，内圈通过法兰与 旋转架相连，拼装头与旋转支架之间用两个伸缩油缸和一个横粱相连 接。 现以拼装头在正下方位置的情况为例，
