盾構(gòu)機(jī)的組成和選用

1、盾殼

盾殼由切口環(huán)、支承環(huán)、鋼板束、盾尾等部分通過焊接、鉚接、螺栓連接組成。主要作用是：承受地層壓力，起臨時(shí)支護(hù)作用，保護(hù)設(shè)備及操作人員安全，承受千斤頂水平推力，使盾構(gòu)在土層中前進(jìn)，同時(shí)也是各機(jī)構(gòu)的骨架與基礎(chǔ)。

2、切口環(huán)

為盾構(gòu)最前面的一個(gè)具有剛度和強(qiáng)度的鑄鋼或焊接環(huán)。前端切成銳角，便于切入地層，環(huán)周有加強(qiáng)筋，將千斤頂水平推力傳至鋼殼上。

3、支承環(huán)

與切口環(huán)相似是盾構(gòu)受力的主要部分，是具有一定厚度的鑄鋼件，由環(huán)狀加強(qiáng)筋、縱向加強(qiáng)筋、外殼所組成。環(huán)狀加強(qiáng)筋焊在支承環(huán)兩端，縱向加強(qiáng)筋焊在環(huán)狀加強(qiáng)筋之間，盾構(gòu)千斤頂安在上面。

支承環(huán)內(nèi)設(shè)豎向和水平向立柱與橫梁，形成井形隔架，第二層上設(shè)置工作平臺。

4、鋼板束

主要作用是保護(hù)開挖、掘進(jìn)、襯砌裝置。由兩層鋼板鉚接而成，分塊包在支承環(huán)和切口環(huán)外面，伸出部分為盾尾。

5、盾尾

盾尾由環(huán)狀外殼與安裝在內(nèi)側(cè)的密封裝置構(gòu)成，其作用是支承隧道周邊，防止地下水、開挖面泥漿、泥土與注漿材料被擠入隧道內(nèi)。盾尾是進(jìn)行襯砌組裝的地方，其長度取決于襯砌形式。

6、盾尾密封

盾尾密封是為了防止注漿材料、地下水和開挖面泥漿與泥土從鋼殼面板和管片外圍流入盾構(gòu)機(jī)而設(shè)置的。由于盾構(gòu)保持不斷推進(jìn)，盾尾內(nèi)壁與襯砌管片外圈結(jié)合處摩擦力很大，極容易將密封損壞。

盾尾密封采用三道鋼絲刷加密封脂密封方式。在鋼絲刷之間壓入密封油脂來承受地下高壓泥水。始發(fā)前10 環(huán)，每環(huán)都注入密封油脂，隨后每隔10 環(huán)注到第100 環(huán)，過了試驗(yàn)段每50 環(huán)或100 環(huán)注入密封油脂。遇到特殊情況，如密封不好時(shí)，在施工中要注意保證隨時(shí)補(bǔ)充密封油脂。

7、開挖機(jī)構(gòu)

開挖機(jī)構(gòu)由切削刀盤、刀盤支承與密封系統(tǒng)、刀盤驅(qū)動系統(tǒng)、泥土倉等部分組成。

8、切削刀盤

盾構(gòu)刀盤是開挖機(jī)構(gòu)的主要部件。它直接與開挖面土壤接觸，通過推進(jìn)液壓油缸的作用，使盾構(gòu)刀盤向前推進(jìn)，刀具切入土層，由驅(qū)動裝置使刀盤旋轉(zhuǎn)，刀盤把土壤切削下來，隧道向前掘進(jìn)。

9、切削刀具

切削刀具是開挖機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵零件。為了適應(yīng)本區(qū)間土壤、提高強(qiáng)度、增加效率、便于更換，盾構(gòu)上設(shè)計(jì)、安裝了兩種刀具。

一種是普通割刀，用螺栓固定在刀盤面肋板上，割刀上配置硬質(zhì)合金，增加刀具耐磨性能，使刀具能夠在一個(gè)區(qū)間的施工中不需要更換。

另一種是超挖刀，主要適用于特殊情況。

10、刀盤支承與密封系統(tǒng)

刀盤支承采用中間支承式。

刀盤回轉(zhuǎn)密封主要用來保持軸承潤滑脂，防止泥沙、地下水、外加劑侵入刀盤軸承。由內(nèi)外兩組多個(gè)唇型密封組成。

11、刀盤驅(qū)動系統(tǒng)

刀盤驅(qū)動是盾構(gòu)機(jī)的主驅(qū)動，它由8 個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動。液壓馬達(dá)具有能夠適應(yīng)啟動、開挖時(shí)所必須的瞬時(shí)扭矩的特點(diǎn)。

12、密封隔板與氣閘

切削倉為密封倉。切削倉與操作倉之間設(shè)立密封隔板。密封隔板設(shè)置氣壓管路、泥漿管路、出土閘門等裝置，以便于排送、維護(hù)。

密封隔板上部設(shè)置人閘，需要人員進(jìn)入密封倉內(nèi)排除故障、更換刀具時(shí)，應(yīng)先向密封倉充壓（最大為0.25Mpa 的壓縮空氣），使渣土易于排盡、開挖面穩(wěn)定及止水。通過人閘逐步加壓或減壓過渡。

13、管片運(yùn)送與拼裝機(jī)構(gòu)

隨著盾構(gòu)向前推進(jìn)，隧道的永久支護(hù)—鋼筋混凝土管片需要同時(shí)拼裝。在地面預(yù)制好的鋼筋混凝土管片通過工作井、軌道運(yùn)輸車運(yùn)送到盾構(gòu)尾部工作面，由管片安裝機(jī)械手安裝。管片為每環(huán)6 片，最大塊重量為3.2 噸。

管片安裝機(jī)械手以液壓為動力，具有6 個(gè)自由度，可以將各管片調(diào)整到適當(dāng)位置，保證拼裝精度，保證待裝配的管片的螺栓孔與已拼裝好的管片的螺栓孔對好，以便螺栓安裝與固定。

14、推進(jìn)機(jī)構(gòu)

盾構(gòu)在土層中掘進(jìn)，主要是靠安裝在支承環(huán)內(nèi)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)完成的。推進(jìn)機(jī)構(gòu)主要由液壓油缸（千斤頂）、和相關(guān)液壓設(shè)備構(gòu)成，以襯砌管片為支承座。由于盾構(gòu)內(nèi)部空間狹窄，安裝條件惡劣以及盾構(gòu)工作情況和其它機(jī)械不同，要求液壓油缸體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝和布置、同步性能好、有必要的防護(hù)裝置，避免灰塵、泥水、砂漿混入油內(nèi)或千斤頂內(nèi)。

推進(jìn)油缸沿圓周對稱均勻分布，共22 臺。每個(gè)油缸的推力為1500kN，總推力33000kN。 3 個(gè)長油缸推進(jìn)行程1860mm，18 個(gè)短油缸推進(jìn)行程為1200mm。

推進(jìn)油缸可以分為4 組，四個(gè)缸組同時(shí)動作，盾構(gòu)直線前進(jìn)。

如果按照規(guī)定分別動作，就可獲得盾構(gòu)的調(diào)向動作。

15、排送機(jī)構(gòu)

排送機(jī)構(gòu)主要由螺旋輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)、出土軌道車、提升與上部運(yùn)輸設(shè)備、泥漿（泡沫）注入設(shè)備等主要部件組成。

螺旋輸送機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動，功率為74kw。其直徑為702mm，斜置式，進(jìn)土口在切削倉下部，排土口在 皮帶輸送機(jī)上部。排土口設(shè)液壓控制排土閘，控制出土快慢、排土量，由此控制掘進(jìn)速度、控制地表沉降。

皮帶輸送機(jī)起中間傳送作用，液壓驅(qū)動，功率為15kw，皮帶速度為1.2m/s，總程度52 米。

泥漿（泡沫）注入設(shè)備是將在地面配置好的泥漿（或泡沫）泵送注入切削倉，改善砂性渣土的密水性和流動性。

16、壁后注漿系統(tǒng)

壁后注漿系統(tǒng)主要由地面壁后泥漿制造設(shè)備、運(yùn)輸車、駁接泵、盾構(gòu)自動壁后注漿設(shè)備等所組成。

壁后注漿主要防止隧道周圍地基變位、提高隧道止水性能、確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性。

17、電力、液壓動力站

盾構(gòu)機(jī)械的動力裝置主要是電力、液壓動力裝置。這些裝置設(shè)在動力站里，動力站設(shè)在緊隨盾構(gòu)的后續(xù)臺車上。動力站由變壓器、配電盤、控制臺、液壓油泵組及液壓油箱、液壓控制閥、冷卻系統(tǒng)等所組成。液壓系統(tǒng)將電力轉(zhuǎn)換為液壓動力，通過液壓壓力、流量、方向閥等控制元件，精確控制掘進(jìn)開挖、管片安裝、以及其它動作。

由于盾構(gòu)機(jī)需要電力功率較大，隧道開挖較長，為了防止洞外輸入電壓降增大，主變壓器必須跟隨盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞，一起向前移動，主變壓器容量為800KVA。

18、輔助設(shè)備

盾構(gòu)始發(fā)、調(diào)頭車架

盾構(gòu)始發(fā)車架放置在始發(fā)井內(nèi)，主要在安裝盾構(gòu)、安裝完畢后剛開始進(jìn)洞時(shí)使用。

盾構(gòu)調(diào)頭車架放置在接收井內(nèi)，主要用于盾構(gòu)在站內(nèi)調(diào)頭。

后續(xù)臺車設(shè)備

后續(xù)臺車設(shè)備有：動力組臺車、操作控制設(shè)備、同步注漿設(shè)備、集中潤滑與密封脂泵等。這些是與盾構(gòu)連接在一起的。

盾構(gòu)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

為了防止出現(xiàn)地基變位、產(chǎn)生較大的沉降，采用自動監(jiān)測系統(tǒng)對盾構(gòu)機(jī)及其工作區(qū)域進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測。

采用激光測量裝置來掌握盾構(gòu)機(jī)是否有俯仰、偏轉(zhuǎn)、側(cè)傾等。

防止盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)生水平、垂直等方向上的偏移。

通風(fēng)、運(yùn)輸設(shè)備

通風(fēng)采用軸流式通風(fēng)機(jī)。

隧道運(yùn)輸采用軌道車方式，由電機(jī)車、運(yùn)漿車、運(yùn)土車、管片車、材料車等組成。

其它設(shè)備

其它輔助設(shè)備還有地下通訊設(shè)備、洞內(nèi)照明裝置等。

盾構(gòu)機(jī)按掘進(jìn)模式可以分為密閉式、開放式。

開放式適用于地層條件自立性好、且無地下水的地層。而密閉式掘進(jìn)模式適用于地層自立條件較差、地下水較豐富的地層，因?yàn)椴捎妹荛]式掘進(jìn)可以有效地保證開挖面的自立與穩(wěn)定。

密閉式盾構(gòu)機(jī)分為泥水加壓式、土壓平衡式兩種，代表了不同的出土方式和不同工作面土體平衡方式的特點(diǎn)。

這兩種盾構(gòu)是目前世界上最常用的最先進(jìn)的兩種盾構(gòu)形式，但適用地質(zhì)與范圍有較大區(qū)別。泥水加壓式盾構(gòu)施工所產(chǎn)生的大量泥漿必須經(jīng)過地面設(shè)備進(jìn)行處理，泥漿處理設(shè)備較為龐大，占地面積很大，許多城市建筑物稠密，難以提供較大的空曠的施工場所。

目前在城市軟土地層中修建地鐵隧道，多采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)械。

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)械能適應(yīng)較大的土質(zhì)范圍與地質(zhì)條件，能用于多種復(fù)雜的土層，施工速度較高，比泥水式盾構(gòu)價(jià)格低廉，易控制沉降并能實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)測與控制。對于含砂量較大的土層，土壓平衡盾構(gòu)的加泥裝置可以根據(jù)土質(zhì)，選用膨潤土、CMC、粘土、高吸水樹脂、發(fā)泡劑等添加材料，將其注入開挖面和泥土倉。通過攪拌機(jī)構(gòu)將添加材料與開挖土砂的強(qiáng)力攪拌，將開挖土砂變成塑性流動性、防滲性的泥土，這種泥土充滿土室和螺旋輸送機(jī)內(nèi)，通過盾構(gòu)液壓油缸的推力使泥土受壓，使與開挖面土壓和水壓平衡，穩(wěn)定開挖面。

土壓平衡盾構(gòu)的基本工作原理為：

1）盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)

液壓馬達(dá)驅(qū)動切削刀盤旋轉(zhuǎn)，同時(shí)開啟盾構(gòu)液壓油缸（千斤頂），將盾構(gòu)向前推進(jìn)。切削下來的土渣進(jìn)入泥土倉。隨著油缸的向前推進(jìn)、刀盤的持續(xù)旋轉(zhuǎn)，土渣充滿泥土倉。根據(jù)地質(zhì)情況決定是否注入添加材料來改善土渣流動性與防滲性。然后開動螺旋輸送機(jī)，將切削下來的土渣排送至運(yùn)輸皮帶上，通過輸送皮帶將土渣輸送至運(yùn)土軌道車上，通過豎井運(yùn)至地面。

2）控制排土量與排土速度

排土量與排土速度的控制，關(guān)系到開挖面的穩(wěn)定。當(dāng)泥土倉與螺旋輸送機(jī)中的土渣積累到一定數(shù)量時(shí)，開挖面被切下的土渣經(jīng)刀槽進(jìn)入泥土倉的阻力增大，當(dāng)這個(gè)阻力足以抵抗土層的土壓力和地下水的水壓力時(shí)，開挖面就能保持相對穩(wěn)定而不致坍塌。這時(shí)只要保持從螺旋輸送機(jī)與泥土倉中輸送出去的土渣量與切削下來的流入泥土倉中的土渣量相平衡，開挖工作就能順利進(jìn)行。土壓平衡盾構(gòu)就是通過土壓管理來保持土壓力或土渣量的相對平衡與穩(wěn)定來進(jìn)行工作的。

土壓力與土渣量的相對平衡用三種方式來保證，一是推進(jìn)油缸速度不變，改變螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速和閘門開口度；二是螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速與閘門開口度不變，改變 推進(jìn)油缸推進(jìn)速度；三是兩個(gè)同時(shí)適當(dāng)調(diào)整。

（來源：網(wǎng)絡(luò)）