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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 录,3,4,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,5,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。,6,7,刀盘
2、旋转切削泥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,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,土仓压力=地下水压+土压,9,土仓压力控制因素,增大/减小
3、推进速度,增大/减少碴土排量,地下水压/土压,10,土仓压力对地表的影响,压力过小地表沉降,压力过大地表隆起,11,12,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,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,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,辐条面板式,面板式,辐条式,主要作用：切削和支撑,15,刀盘支承方式,中心支承式(a)中
4、间支承式(b)周边支承式(c),16,切削刀具-软土,17,切削刀具-硬岩,硬岩刀具分类,切削刀具,齿刀,切刀,球齿滚刀,楔齿滚刀,盘形滚刀,辅助刀具,超挖刀,刮刀,破岩刀具,18,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、管片拼装机和部分液压设备等。,20,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,人舱是工
5、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作模式。,22,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,管片安装机主要完成管片的安装，由油缸、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
6、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,28,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,29,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 拓宽盾构的适应范围,30,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,
7、注脂系统,根据盾构使用、设计理念的不同而有所区别，总体来说盾构注脂系统包括以下三种：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,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,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,压缩空气：实现盾构各气动元件的供气 实现人仓内人呼吸用供气二次通风：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,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、盾构开挖面平衡机理,4.1盾构施工中的技术难点压力平衡,房屋开裂,地表下沉,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：土仓内的土压力平衡地层压力和水压力；螺旋输送机调节排土量；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=水压力+土压力,平衡,4.2 土压平衡盾构开挖面平衡机理,土仓压力水压力+土压力,地面隆起,土仓压力水压力+土压力,地面下陷,土仓压力控制因素,42,谢谢大家！,
