盾構(gòu)機(jī)主要部件組成及施工工藝

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1、 盾構(gòu)機(jī)主要部件組成及施工工藝 雷宏 盾構(gòu)是一個(gè)具備多種功能于一體的綜合性設(shè)備，它集合了隧道施工過程中的開挖、出土、支護(hù)、注漿、導(dǎo)向等全部的功能。盾構(gòu)施工的過程也就是這些功能合理運(yùn)用的過程。 盾構(gòu)在結(jié)構(gòu)上包括刀盤、盾體、人艙、螺旋輸送機(jī)、管片安裝機(jī)、管片小車、皮帶機(jī)和后配套拖車等；在功能上包括開挖系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、出碴系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、油脂系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)及通風(fēng)、供水、供電系統(tǒng)、有害氣體檢測(cè)裝置等。 1、刀盤和刀具 刀盤：根據(jù)北京地鐵特殊地質(zhì)條件設(shè)計(jì)。輻條式刀盤，開口率約為50%。6個(gè)刀梁。刀梁及隔板上有5路碴土改良的注入孔（泡沫、膨潤(rùn)土、水注

2、入管路）。刀盤表面采用耐磨材料或堆焊耐磨材料，確保刀盤的耐磨性。 刀盤具有正反轉(zhuǎn)功能，切削性能相同。 刀具：中心魚尾刀1把，先行刀36把、主切刀82把（高64把、低18把），保徑刀24把；合計(jì)：143把。另配超挖刀2把。 2、盾體 盾體鋼結(jié)構(gòu)承受土壓、水壓和工作荷載（土壓3bar）。 盾體包括：前盾、中盾、盾尾。 l 前盾 前盾又稱切口環(huán)，它里面裝有支撐主驅(qū)動(dòng)和螺旋輸送機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)。隔板上面設(shè)人艙、球閥通道、四個(gè)攪拌器。前盾上有液壓閉合裝置，可以關(guān)閉螺旋輸送機(jī)的前閘門。前盾的隔板上裝有土壓傳感器。 l 中盾和盾尾 中盾又稱支承環(huán)，前盾和中盾用螺栓聯(lián)接，并加焊接聯(lián)接。 中盾內(nèi)布置

3、有推進(jìn)油缸、鉸接油缸和管片安裝機(jī)架。中盾的盾殼園周布置有超前鉆孔的預(yù)留孔。 中盾和盾尾之間通過鉸接油缸連接，兩者之間可以有一定的夾角，從而使盾構(gòu)在掘進(jìn)時(shí)可以方便的轉(zhuǎn)向。 盾尾安裝了三道密封鋼絲刷及8個(gè)油脂注入管道、8根內(nèi)置的同步注漿管道（4根正常使用4根注漿管為備用）。 3、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 主驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主軸承、八個(gè)液壓馬達(dá)、八個(gè)減速器和安裝在后配套拖車上的主驅(qū)動(dòng)液壓泵站。刀盤通過螺栓與主軸承的內(nèi)齒圈聯(lián)接在一起，刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主軸承的內(nèi)齒圈來帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)。 主軸承采用大直徑三滾柱軸承，外徑2820mm。 4、推進(jìn)系統(tǒng) 盾構(gòu)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)提供盾構(gòu)向前推進(jìn)的動(dòng)力。推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括3

4、2個(gè)推進(jìn)油缸和推進(jìn)液壓泵站。推進(jìn)油缸按照在圓周上的區(qū)域分為四組，頂部3對(duì)油缸一組、左側(cè)4對(duì)油缸一組、右側(cè)4對(duì)油缸一組、底部5對(duì)油缸一組。油缸的后端頂在管片上以提供盾構(gòu)前進(jìn)的反力。 推進(jìn)系統(tǒng)油缸分組控制如圖所示，其中4個(gè)位置的油缸裝有位移傳感器。 底部推進(jìn)缸 右側(cè)推進(jìn)缸 左側(cè)推進(jìn)缸 頂部推進(jìn)缸 5、螺旋輸送機(jī) 螺旋輸送機(jī)采用帶軸式后出碴門，安裝于前盾的底部，伸入土艙的一段焊接有耐磨片。 螺旋輸送機(jī)通過二個(gè)液壓馬達(dá)帶二個(gè)減速機(jī)周邊驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速范圍可以在0~21rpm內(nèi)無級(jí)調(diào)速，可以很好的控制出土量和控制土艙的土壓力。 為了提高碴土的流動(dòng)性，可以向螺旋輸送機(jī)周邊的孔注入膨潤(rùn)土或

5、泡沫。 螺旋輸送機(jī)最大輸送粒徑為250mm。 6、皮帶輸送機(jī) 皮帶機(jī)用于將螺旋輸送機(jī)輸出的碴土傳送到盾構(gòu)后配套的碴車上。皮帶機(jī)布置在后配套拖車的上面。 7、管片安裝機(jī)構(gòu) 管片安裝機(jī)安裝在盾尾，有6個(gè)自由度，有遙控和線控兩種方式。 管片吊機(jī)及管片轉(zhuǎn)運(yùn)小車：管片（共6塊）由2個(gè)管片運(yùn)輸車由洞外運(yùn)送到洞內(nèi)后，首先由管片吊機(jī)吊起放置到管片轉(zhuǎn)運(yùn)小車上，然后由管片轉(zhuǎn)運(yùn)小車送到管片安裝機(jī)能夠抓到的位置。管片轉(zhuǎn)運(yùn)小車一次可以存放3塊管片。 8、人艙 人員艙是人員出入土艙進(jìn)行維修和檢查的轉(zhuǎn)換通道，出入土艙的工具和材料也由此通過。人員艙有兩種狀態(tài)：無壓模式（非工作狀態(tài)）；加壓模式（工作狀態(tài)）。人員

6、艙包括主艙和材料艙（3+2），它們由壓力門隔開。 進(jìn)入土艙具有一定的危險(xiǎn)性。進(jìn)入人員艙的工作人員必須經(jīng)過身體檢查，并接受相關(guān)的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。 9、拖車 后配套拖車用以安裝液壓泵站、注漿泵、砂漿罐及電氣設(shè)備等。拖車行走在專用軌道上，拖車之間用拉桿相連。每節(jié)拖車上的安裝設(shè)備如下表： 拖車號(hào) 主要安裝設(shè)備 設(shè)備橋 皮帶機(jī)、管片吊機(jī)、管路、泡沫發(fā)生器 1＃ 控制室、注漿泵、砂漿罐、小配電柜、泡沫發(fā)生裝置 2＃ 主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)泵站、膨潤(rùn)土罐及膨潤(rùn)土泵 3＃ 主配電柜、泡沫箱及泡沫泵、油脂站 4＃ 兩臺(tái)空壓機(jī)、風(fēng)包、主變壓器、電纜存放區(qū) 5＃ 水管卷筒、儲(chǔ)風(fēng)筒、皮帶機(jī)卸碴點(diǎn)

7、 10、液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)是盾構(gòu)為各主要執(zhí)行元件提供動(dòng)力并執(zhí)行的關(guān)鍵系統(tǒng)，主要包括主驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)（鉸接）、螺旋輸送機(jī)、管片安裝機(jī)、輔助系統(tǒng)、循環(huán)過濾冷卻系統(tǒng)等，液壓系統(tǒng)的元器件全部采用國(guó)際知名品牌的產(chǎn)品，元器件質(zhì)量可靠性能穩(wěn)定，保證了液壓系統(tǒng)的可靠性。 11、注脂系統(tǒng) 注脂系統(tǒng)包括三大部分：主軸承密封系統(tǒng)，盾尾密封系統(tǒng)和主機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)。三部分都以壓縮空氣為動(dòng)力源。 12、碴土改良系統(tǒng) 盾構(gòu)配有兩套碴土改良系統(tǒng)：膨潤(rùn)土系統(tǒng)和泡沫系統(tǒng)。兩者在注入口共用一套輸送管路。 l 泡沫系統(tǒng)：用于對(duì)碴土進(jìn)行改良。泡沫系統(tǒng)主要由泡沫泵、高壓水泵、電磁流量閥、泡沫發(fā)生器、壓力傳感器、管路組成， l 膨潤(rùn)

8、土注入系統(tǒng)：在確定不使用泡沫劑的情況下，關(guān)閉泡沫輸送管道，同時(shí)將膨潤(rùn)土輸送管道打開，通過輸送泵將膨潤(rùn)土壓入刀盤、碴艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)，達(dá)到改良碴土地目的。 泡沫及膨潤(rùn)土系統(tǒng)示意圖 13、同步注漿系統(tǒng) 盾構(gòu)采用同步注漿系統(tǒng)，可以使管片外面的間隙及時(shí)得到充填，有效的保證隧道的施工質(zhì)量及防止地面下沉。 注漿系統(tǒng)示意圖如下： 注漿系統(tǒng)示意圖 14、自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng) 盾構(gòu)安裝了一套自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)。本系統(tǒng)能夠?qū)Χ軜?gòu)在掘進(jìn)中的各種姿態(tài)、以及盾構(gòu)的線路和位置關(guān)系進(jìn)行精確的測(cè)量和顯示。操作人員可以及時(shí)的根據(jù)導(dǎo)向系統(tǒng)提供的信息，快速、實(shí)時(shí)地對(duì)盾構(gòu)的掘進(jìn)方向及姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，保證盾構(gòu)掘進(jìn)方向的正確。

9、LeicaTCA1202-S型自動(dòng)全站儀 2個(gè)棱鏡 R型和B型 控制箱 觸摸電腦盾構(gòu)姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量軟件 地面監(jiān)控 系統(tǒng) 傾角傳感器 DS2000自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)示意圖 LeicaTCA1202-S型自動(dòng)全站儀、工業(yè)觸摸式壁掛電腦、R型和B型無線通訊控制箱、盾構(gòu)姿態(tài)自動(dòng)測(cè)量軟件、2個(gè)電子棱鏡；傾角傳感器；后視棱鏡組。； 監(jiān)控模塊： 通過工地上的光纜或電話線可對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)了解和管理，實(shí)現(xiàn)地面對(duì)地下的管理和控制。 1、全面姿態(tài)顯示：多達(dá)十幾個(gè)姿態(tài)參數(shù)的數(shù)字和圖像顯

10、示，使信息更直觀。 2、不同的權(quán)限管理，防止人為誤差； 3、基于現(xiàn)場(chǎng)的軟件界面設(shè)計(jì)和操作流程； 4、強(qiáng)大的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算功能； 5、智能化的糾錯(cuò)能力和系統(tǒng)管理能力； 6、全面的數(shù)據(jù)管理和歷史數(shù)據(jù)查詢分析功能； 7、人工測(cè)量計(jì)算功能的備選。 自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)特點(diǎn)： 真正的無線纜作業(yè)模式：先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念：先進(jìn)的硬件基礎(chǔ)：全面的信息顯示： 15、電氣控制系統(tǒng) 供電： 10KV 3P 50HZ 電源： 400V 控制電源： 230VAC/24VDC 照明： 230VAC 箱式變壓器： 干式2臺(tái)，IP55，溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警和保護(hù)； 主配電： 無功補(bǔ)償COSΦ>=0.9，短路、接地及二級(jí)

11、漏保； 電機(jī)啟動(dòng)方式：30kW及以上配置電機(jī)軟啟動(dòng)器，程序防止大功率電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)； 盾構(gòu)作業(yè)的施工流程 1． 在盾構(gòu)法隧道的起始端和終端各建一個(gè)工作井 2． 盾構(gòu)機(jī)在起始端工作井內(nèi)安裝完畢 3． 依靠盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏Γㄗ饔迷谛缕囱b好的襯砌和工作井后壁上）將盾構(gòu)機(jī)從起始工作井的壁墻開孔處推出 4． 盾構(gòu)機(jī)在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，在推進(jìn)的同時(shí)不斷出土和安裝襯砌管片 5． 及時(shí)向襯砌背后的空隙內(nèi)注漿，防止地層移動(dòng)且固定襯砌換的位置 開啟皮帶傳送機(jī)，螺旋輸送機(jī)及出土口 管片生產(chǎn) 漿液配制 輸送 土方運(yùn)輸 渣土排出 管片拼裝 管片運(yùn)輸 壁后注漿 施工監(jiān)測(cè) 盾尾油脂壓注 軸線控制 測(cè)量 盾構(gòu)推進(jìn) 6． 盾構(gòu)機(jī)最終進(jìn)入終端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推進(jìn) 施工準(zhǔn)備