工程机械概论盾构机综述论文.doc

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1、 盾构机综述 摘要盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。本文总结性地写了盾构机的分类及编号、基本结构、工作原理、发展趋势，对其进行了简单的介绍。用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影

2、响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。ABSTRACTShield machine, all named shield tunnel boring machine, it is a kind of special tunneling engineering machinery, modern shield machine with light, machine, electricity, liquid, sensor, information technology in a body, has the excavation cutti

3、ng soil, conveying soil design, assembly tunnel lining, measuring guide action, and other functions, involving geology, civil, mechanical, mechanical, hydraulic, electrical, control, measurement and the multi-discipline technology, and according to the different geological act according to actual ci

4、rcumstances type, the design and manufacture of high reliability requirement. Shield machine has been widely used in the subway, railway, highway, municipal, water and electricity construction of tunnel. This paper concludes wrote shield machine classification and Numbers, basic structure, working p

5、rinciple, development trend, the brief introduction. With shield machine for tunnel construction has a high degree of automation, saving manpower and construction speed is quick, a into a cave, and not affected by weather, excavation can control the ground settlement and reduce the influence of the

6、building to the ground and in the water when excavation does not affect the water transportation characteristics, in tunnel hole line is longer, buried deep under the condition of large, with shield construction is more economic and reasonable.1.盾构机含义：盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感

7、、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。1.1优点如下:1不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。2能够经济合理地保证隧道安全施工。3盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控制信息化。4掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。5地面环境不受盾构施工的干扰。其缺点为：1盾构机械造价较高。2在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。3隧

8、道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。4设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。盾构机的工作原理 2.盾构机的工作原理 盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。 盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构（局部气压、全局气压），机械式盾构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。 泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨

9、润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。 盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构（局部气压、全局气压），机械式盾构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。2.1盾构机的掘进

10、 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。2.2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。 2

11、.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。 3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。3.1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

12、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，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

13、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。 3.2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

14、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。 3.3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0-61rpm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。 3.4双室气闸 双室气闸装在前盾上，包括前室和主室两部分，当

15、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

16、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 3.5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

17、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，

18、用来拼装管片。我们采用的是12m长的通用管片，一环管片由六块管片组成，它们是三个标准块、两块临块和一块封顶块。封顶块可以有十个不同的位置，代表十种不同类型的管环，通过选择不同类型的管环就可以使成型后的隧道轴线与设计的隧道轴线相拟合。隧道成型后，管环之间及管环的管片之间都装有密封，用以防水。管片之间及管环之间都由高强度的螺栓连接。 3.6排土机构 盾构机的排土机构主要包括螺旋输送机和皮带输送机。螺旋输送机由斜盘式变量轴向柱塞马达驱动，皮带输送机由电机驱动。碴土由螺旋输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上，皮带输送机再将碴土向后运输至第四节台车的尾部，落入等候的碴土车的土箱中，土箱装满后，由电瓶车牵引

19、沿轨道运至竖井，龙门吊将士箱吊至地面，并倒人碴土坑中。 螺旋输送机有前后两个闸门，前者关闭可以使泥土仓和螺旋输送机隔断，后者可以在停止掘进或维修时关闭，在整个盾构机断电紧急情况下，此闸门也可由蓄能器贮存的能量自动关闭，以防止开挖仓中的水及渣土在压力作用下进入盾构机。 3.7后配套设备 后配套设备主要由以下几部分组成：管片运输设备、四节后配套台车及其上面安装的盾构机操作所需的操作室、电气部件、液压部件、注浆设备、泡沫设备、膨润土设备、循环水设备及通风设备等。 A.管片运输设备 管片运输设备包括管片运送小车、运送管片的电动葫芦及其连接桥轨道。 管片由龙门吊从地面下至竖井的管片车上，由电瓶车牵引管片

20、车至第一节台车前的电动葫芦方，由电动葫芦吊起管片向前运送到管片小车上，由管制、车再向前运送，供给管片拼装机使用。 B.一号台车及其上的设备 一号台车上装有盾构机的操作室及注浆设备。 盾构机操作室中有盾构机操作控制台、控制电脑、盾构机PLC自动控制系统、VMT隧道掘进激光导向系统电脑及螺旋输送机后部出土口监视器。 C.二号台车及其上的设备 二号台车上有包含液压油箱在内的液压泵站、膨润土箱、膨润土泵、盾尾密封油脂泵及润滑油脂泵。液压油箱及液压泵站为刀盘驱动、推进油缸、铰接油缸、管片拼装机、管片运输小车、螺旋输送机、注浆泵等液压设备提供压力油。泵站上装有液压油过滤及冷却回路，液压油冷却器是水冷式。

21、盾尾密封油脂泵在盾构机掘进时将盾尾密封油脂由12条管路压送到三排盾尾密封刷与管片之间形成的两个腔室中，以防止注射到管片背后的浆液进入盾体内。 润滑油脂泵将油脂泵送到盾体中的小油脂桶中，盾构机掘进时，4kw电机驱动的小油脂泵将油脂泵送到主驱动齿轮箱、螺旋输送机齿轮箱及刀盘回转接头中。这些油脂起到两个作用，一个作用是被注入到上述三个组件中唇形密封件之间的空间起到润滑唇形密封件工作区域及帮助阻止赃物进入被密封区域内部的作用，对于螺旋输送机齿轮箱还有另外一个作用，就是润滑齿轮箱的球面轴承。 D.三号台车及其上的设备 三号台车上装有两台打气泵、一个1立方米贮气罐、一组配电柜及一台二次风机。 打气泵可提供

22、8Bar的压缩空气并将压缩空气贮存在贮气罐中，压缩空气可以用来驱动盾尾油脂泵、密封油脂泵和气动污水泵，用宋给人闸、开挖室加压，用来操作膨润土、盾尾油脂的气动开关，用来与泡沫剂、水混合形成改良土壤的泡沫，用来8嘞气动工具等。 二次风机由11kW的电机驱动，将由中间井输送至第四节台车位置处的新鲜空气，继续向前泵送至盾体附近，以给盾构机提供良好的通风。 E.四号台车及其上的设备 四号台车上装有变压器、电缆卷筒、水管卷筒、风管盒。 铺设在隧道中的两条内径为100mm的水管作为盾构机的进、回水管，将竖井地面的蓄水池与水管卷筒上的水管连接起来，与蓄水池连接的一台高压水泵驱动盾构机用水在蓄水池和盾构机之间循

23、环。通常情况下，进人盾构机水管卷筒水管的水压控制在5Bar左右。正常掘进时，进人盾构机水循环系统的水有以下的用途：对掖压油、主驱动齿轮油、空压机、配电柜中的电器部件及刀盘驱动副变速箱具有冷却功能，为泡沫剂的合成提供用水，提供给盾构机及隧道清洁用水。蓄水池中的水用冷却塔进行循环冷却。 风管盒中装有折叠式的风管，风管与竖井地面上的风肌连接，向隧道中的盾构机里提供新鲜空气。新鲜空气通过风管被送至第四节台车的位置。 3.8电气设备 盾构机电气设备包括电缆卷筒、主供电电缆、变压器、配电柜、动力电缆、控制电缆、控制系统、操作控制台、现场控制台、螺旋输送机后部出土口监视器、电机、插座、照明、接地等。电器系统

24、最小保护等级为IP55。 主供电电缆安装在电缆卷筒上，10kV的高压电由地面通过高压电缆沿隧道输送到与之连接的主供电电缆上，接着通过变压器转变成400v，50Hz的低压电进人配电柜，再通过供电电缆和控制电缆供盾构机使用。 西门子S7-PLC是控制系统的关键部件，控制系统用于控制盾构机掘进、拼装时的各主要功能。例如盾构机要掘进时，盾构机司机按下操作控制台上的掘进按钮，一个电信号就被传到PLC控制系统，控制系统首先分析推进的条件是否具备(如推进油缸液压油泵是否打开，润滑脂系统是否工作正常等，如果推进的条件不具备，就不能推进，如果条件具备，控制系统就会使推进按钮指示灯变亮，同时控制系统也会给推进油缸

25、控制阀的电磁阀供电，电磁阀通电打开推进油缸控制阀，盾构机开始向前推进。PLC安装于控制室，在配电柜里装有远程接口，PLC系统也与操作控制台的控制电脑及VMT公司的SLS-T隧道激光导向系统电脑相连。 盾构机操作室内的操作控制台和盾构机某些可移动装置旁边的现场控制台(如管片拼装机、管片吊车、管片运送小车等)用来操作盾构机，实现各种功能。操作控制台上有控制系统电脑显示器、实现各种功能的按钮、调整压力和速度的旋钮、显示压力或油缸伸长长度的显示模块及各种钥匙开关等。 螺旋输送机后部出土口监视器用来监视螺旋输送机的出土情况。 电机为所有液压油泵、皮带机、泡沫剂泵、合成泡沫用水水泵、膨润土泵等提供动力。当

26、电机的功率在30kW以下时，采用直接起动的方式，当电机的功率大于30kW时，为了降低起动电流，采用星形三角形起动的方式。 3.9辅助设备 辅助设备包括数据采集系统、S1S-T隧道激光导向系统、注浆装置、泡沫装置、膨润土装置。 A.数据采集系统 数据采集系统的硬件是一台有一定配置要求的计算机和能使该计算机与隧道中掘进的盾构机保持联络的调制解调器、转换器及电话线等原件。该计算机可以放置在地面的监控室中，并始终与隧道中掘进的盾构机自动控制系统的PLC保持联络，这样数据采集系统就可以和盾构机自动控制系统的PLC具有相同的各种关于盾构机当前状态的信息。数据采集系统按掘进、管片拼装、停止掘进三个不同运行状

27、态段来记录、处理、存储、显示和评判盾构机运行中的所有关键监控参数。 通过数据采集系统，地面工作人员就可以在地面监控室中实时监控盾构机各系统的运行状况。数据采集系统还可以完成以下任务：用来查找盾构机以前掘进的档案信息，通过与打印机相连打印各环的掘进报告，修改隧道中盾构机的PLC的程序等等。 B.隧道掘进激光导向系统 德国VMT公司的SLS-T隧道掘进激光导向系统主要作用有以下几点： 可以在隧道激光导向系统用电脑显示屏上随时以图形的形式显示盾构机轴线相对于隧道设计轴线的准确位置，这样在盾构机掘进时，操作者就可以依此来调整盾构机掘进的姿态，使盾构机的轴线接近隧道的设计轴线，这样盾构机轴线和隧道设计轴

28、线之间的偏差就可以始终保持在一个很小的数值范围内。 推进一环结束后，隧道掘进激光导向系统从盾构机PLC自动控制系统获得推进油缸和铰接油缸的油缸杆伸长量的数值，并依此计算出上一环管片的管环平面，再综合考虑被手工输入隧道掘进激光导向系统电脑的盾尾间隙等因素，计算并选择这环适合拼装的管片类型。 可以提供完整的各环掘进姿态及其他相关资料的档案资料。 可以通过标准的隧道设计几何元素计算出隧道的理论轴线。 可以通过调制解调器和电话线和地面的一台电脑相连，这样在地面就可以实时监控盾构机的掘进姿态。 隧道掘进激光导向系统主要部件有激光经纬仪、带有棱镜的激光靶、黄盒子、控制盒和隧道掘进激光导向系统用电脑。 激光

29、经纬仪临时固定在安装好的管片上，随着盾构机的不断向前掘进，激光经纬仪也要不断地向前移动，这被称为移站。激光靶则被固定在中盾的双室气闸上。激光经纬仪发射出激光束照射在激光靶上，激光靶可以判定激光的入射角及折射角，另外激光靶内还有测倾仪，用来测量盾构机的滚动和倾斜角度，再根据激光经纬仪与激光靶之间的距离及各相关点的坐标等数据，隧道掘进激光导向系统就可以计算出当前盾构机轴线的准确位置。 控制盒用来组织隧道掘进激光导向系统电脑与激光经纬仪和激光靶之间的联络，并向黄盒子和激光靶供电。黄盒子用来向激光经纬仪供电并传输数据。隧道掘进激光导向系统电脑则是将该系统获得的所有数据进行综合、计算和评估。所得结果可以

30、被以图形或数字的形式显示在显示屏上。 C.注浆装置 注浆装置主要包括两个注浆泵、浆液箱及管线。 在竖井，浆液被放入浆液车中，电瓶车牵引浆液车至盾构机浆液箱旁，浆液车将浆液泵入浆液箱中。两个注浆泵各有两个出口，这样总共有四个出口，四个出口直接连至盾尾上圆周方向分布的四个注浆管上，盾构机掘进时，山注浆泵泵出的浆液被同步注入隧道管片与土层之间的环隙中，浆液凝固后就可以起到稳定管片和地层的作用。 为了适应开挖速度的快慢，注浆装置可根据压力来控制注浆量的大小，可预先选择最小至最大的注浆压力，这样可以达到两个目的，一是盾尾密封不会被损坏，管片不会受过大的压力，二是对周围土层的扰动最小。注浆方式有两种：人工

31、方式和自动方式。人工方式可以任选四根注浆管中的一根，由操作人员在现场操作台上操作按钮启动注浆系统；自动方式则是在注浆现场操作台上预先设定好的，盾构机掘进即启动注浆系统。 D.泡沫装置 泡沫系统主要包括泡沫剂罐、泡沫剂泵、水泵、四个溶液计量调节阀、四个空气剂量调节阀个液体流量计、四个气体流量计、泡沫发生器及连接管路。 泡沫装置产生泡沫，并向盾构机开挖室中注入泡沫，用于开挖土层的改良，作为支撑介质的土在加入泡沫后，其塑型、流动性、防渗性和弹性都得至U改进，盾构机掘进驱动功率就可减少，同时也可减少刀具的磨损。 泡沫剂泵将泡沫剂从泡沫剂罐中泵出，并与水泵泵出的水按盾构司机操作指令的比例混合形成溶液，控

32、制系统是通过安装在水泵出水口处的液体流量计测量水泵泵出水的流量，并根据这一流量控制泡沫剂泵的输出量来完成这一混合比例指令的。混合溶液向前输送至盾体中，被分配输送到四条管路中，经过溶液剂量调节阀和液体流量计后，又被分别输送到四个泡沫发生器中，在泡沫发生器中与同时被输入的压缩空气混合产生泡沫，压缩空气进入泡沫发生器前也要先经过气体流量计和空气剂量调节阀。泡沫剂溶液和压缩空气也是按盾构机司机操作指令的比例混合的，这一指令需通过盾构机控制系统接收液体流量计和气体流量计的信息并控制空气剂量调节阀和溶液剂量调节阀来完成。最后，泡沫沿四条管路通过刀盘旋转接头，再通过刀盘上的开口，注入到开挖室中。在控制室，操

33、作人员也可以根据需要从四条管路中任意选择，向开挖室加入泡沫。 E.膨润土装置 膨润土装置也是用来改良土质，以利于盾构机的掘进。膨润土装置主要包括膨润土箱、膨润土泵、九个气动膨润土管路控制阀及连接管路。 和浆液一样，在竖井，膨润土被放人膨润土车中，电瓶车牵引膨润土车至膨润土箱旁，膨润土车将膨润土泵入膨润土箱中。 需要注入膨润土时，膨润土被膨润土泵沿管路向前泵至盾体内，操作人员可根据需要，在控制室的操作控制台上，通过控制气动膨润土管路控制阀的开关，将膨润土加入到开挖室、泥土仓或螺旋输送机中。 4盾构机的分类盾构的分类较多，可按盾构切削面的形状、盾构自身构造的特征、尺寸的大小、功能，挖掘土体的方式，

34、掘削面的挡土形式，稳定掘削面的加压方式，施工方法，适用土质的状况多种方式分类。4.1全敞开式盾构机（全敞开式盾构机的特点是掘削面敞露，故挖掘状态时干态状，所以出土效率高。适用于掘削面稳定的性好的地层，对于自稳定性差的冲积地层应辅以压气、降水、注浆加固等措施）4.1.1手掘式盾构机手工掘削盾构机的前面是敞开的，所以盾构的顶部装有防止掘削面顶端坍塌的活动前檐和使其伸缩的千斤顶。掘削面上每隔2-3m设有一道工作平台，即分割间隔为2-3m。另外，在支撑环柱上安装有正面支撑千斤顶。掘削面从上往下，掘削时按顺序调换正面支撑千斤顶，掘削下来的沙土从下部通过皮带传输机输给出土台车。掘削工具多为鹤嘴锄、风镐、铁

35、锹等。4.1.2半机械式盾构机半机械式盾构机是在人工式盾构机的基础上安装掘土机械和出土装置，以代替人工作业。掘土装置有铲斗、掘削头及两者兼备三种形式。具体装备形式为A.铲斗、掘削头等装置设在掘削面的下部。B.铲斗装在掘削面的上半部，掘削头在下半部。C.掘削头装在掘削面的中心。D.铲斗装在掘削面的中心。4.1.3机械式盾构机盾构机的前部装有旋转刀盘，故掘削能力大增。掘削下来的砂土由装在掘削刀盘上的旋转铲斗，经过斜槽送到输送机。由于掘削和排土连续进行，故工期缩短，作业人员减少。4.2部分开放式盾构机（即挤压式盾构机，其构造简单、造价低。挤压盾构适用于流塑性高、无自立性的软粘土层和粉砂层）4.2.1

36、半挤压式盾构机（局部挤压式盾构机）在盾构的前端用胸板封闭以挡住土体，使不致发生地层坍塌和水土涌入盾构内部的危险。盾构向前推进时，胸板挤压土层，土体从胸板上的局部开口处挤入盾构内，因此可不必开挖，使掘进效率提高，劳动条件改善。这种盾构称为半挤压式盾构，或局部挤压式盾构。4.2.2全挤压式盾构机在特殊条件下,可将胸板全部封闭而不开口放土，构成全挤压式盾构。4.2.3网格式盾构机 在挤压式盾构的基础上加以改进，可形成一种胸板为网格的网格式盾构, 其构造是在盾构切口环的前端设置网格梁，与隔板组成许多小格子的胸板；借土的凝聚力，用网格胸板对开挖面土体起支撑作用。当盾构推进时，土体克服网格阻力从网格内挤入

37、，把土体切成许多条状土块，在网格的后面设有提土转盘，将土块提升到盾构中心的刮板运输机上并运出盾构，然后装箱外运。4.3封闭式盾构机4.3.1.泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。4.3.2土压式盾构机 是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。它又可

38、细分为削土加压盾构、加水土压盾构、加泥土压盾构和复合土压盾构。5盾构机结构（EPB总体结构图） 盾构机总图盾构机主机结构图硬岩盘口部分开挖直径6280mm刀盘是盾构机的核心部件，其结构形式、强度和整体刚度都直接影响到施工掘进的速度和成本，并且出了故障维修处理困难。不同的地质情况和不同的制造厂家，刀盘的结构也不相同，其常见的结构有：平面圆角刀盘、平面斜角刀盘、平面直角刀盘。主驱动结构图5.1管片安装机构 管片安装机结构示意图管片安装机由：大梁、支承架、旋转架及拼装头组成。大梁以悬臂梁的形式安装在盾构中体的支承架上，支承架通过行走轮可纵向移动，旋转架通过大齿圈绕支承架回转，旋转架上装有两个提升油缸

39、用以实现对拼装头的提升和横向摆动，拼装头与铰接的方式安装在旋转架的提升架上，安装头上装有两个油缸，用以控制安装头的水平和纵向两个方向上的摆动。其结构如图所示。管片安装机的控制方式有遥控和线控两种，均可对每个动作进行单独灵活的操作控制。管片安装机通过这些机构的协调动作把管片安装到准确的位置。管片安装机由单独的液压系统提供动力，管片安装机通过液压马达和液压缸实现对管片前后、上下移动、旋转、俯仰等六个自由度的调整，且各动作的快慢可调，从而使管片拼装灵活，就位准确。举例参数：自由度：6、旋转架旋转角度：200（旋转速度可调）、回转力矩：150kN.m举升行程X质量X速度：1000mmX12tX(0-8

40、0mm/s)、纵向移动行程X推力X速度：2000mmX5tX(0-80mm/s)、安装头水平摆动X纵向垂直摆动X横向垂直摆动：2.5X2.5X2.0、驱动功率：55KW、质量：18.6t5.2皮带输送机皮带机用于将螺旋输送机输出的碴土传送到盾构后配套的碴车里。皮带机由皮带机支架、前随动轮、后主动轮、上下托轮、皮带、皮带张紧装置、皮带刮泥装置、和带减速器的驱动电机等组成。安装布置在后配套连接桥和拖车的上面。为安全起见，其上设有3处急停开关。举例参数：驱动形式：电机、皮带机长度：45m、皮带宽度：800mm、皮带运行速度：2.5m/s、最大输送能力：750m3/h、电机功率：30KW、5.3拖车盾

41、构的拖车属门架结构，用以安放液压泵站、注浆泵、砂浆罐及电气设备等。拖车行走在钢轨上，拖车之间用拉杆相连。每节拖车上的安装设备如下表：拖车号主要安装设备连接桥皮带机随动轮及接渣支架装置、管片吊机、1控制室、注浆泵、砂浆罐、小配电柜、泡沫发生装置2主驱动系统泵站、膨润土罐及膨润土泵3主配电柜、泡沫箱及泡沫泵、油脂站4两台空压机、风包、主变压器、电缆卷筒5内然空压机、水管卷筒、通风机、皮带机出料装置皮带机从五节拖车的上面通过，在5号拖车的位置处卸碴。绝大部分的液压管、水管、泡沫管及油脂管从拖车内通过到盾构主机。在拖车的一侧铺设有人员通过的通道。拖车和主机之间通过一个连接桥连接，拖车在盾构机主机的拖动

42、下前行。5.4液压系统统及盾构的液压系统包括主驱动、推进系统（包括铰接系统）、螺旋输送机、管片安装机及辅助液压系统。主驱动系统和螺旋输送机液压系统共用一个泵站，安装在二号拖车上。主驱动系统和螺旋输送机液压系统各自为一个独立的闭式循环系统，这样可以保证液压系统的高效率及系统的清洁。推进系统和管片安装机泵站安装在盾壳内。盾构的液压系统元器件全部采用国际知名品牌的产品，泵和马达绝大部分采用力士乐的产品，阀主要采用力士乐、哈威等国际知名公司的产品。合理的设计系可靠的元器件质量，充分保证了液压系统的可靠性。 泡沫及膨润土系统示意图5.5泡沫系统盾构机配有一套泡沫发生系统，用于对碴土进行改良。泡沫系统主要

43、由泡沫泵、高压水泵、电磁流量阀、泡沫发生器、压力传感器、管路组成，其工作原理如图所示。6盾构机国内生产厂商介绍 上海隧道工程股份有限公司机械厂 中国广州广重企业集团 首钢集团重型机械有限公司 武重集团公司 上海隧道设备有限公司 大连重工 上海振华港机集团 上海沪东造船厂 中国沈阳重型机械集团有限责任公司秦皇岛华隧通 忽略此处盾构机国外生产厂商介绍： 德国海瑞克公司美国罗宾斯公司法国迈通公司 日本三菱重工 川崎重工日立公司据不完全统计，目前国外盾构机的主要制造厂有18家，集中在日本和欧美，如日本的三菱重工、川崎重工、小松制作所、日立造船、石川岛播磨重工，德国的海瑞克公司、维尔特公司，美国的罗宾斯

44、公司，加拿大的罗法特公司等。各个厂家可以根据不同的地质条件和不同的工程对象，以及使用单位的不同要求，设计、生产出不同直径、不同类型、以及有特殊要求的盾构机，以满足用户的需要，其工艺和设备先进。 6.1德国海瑞克（HerrenknechtAG） 1977年，马丁海瑞克先生创办了海瑞克公司；1980年，在靠近法国和瑞士边境的德国南部施瓦诺（Schwanau）设立了办公室和生产车间。公司总部距离斯图加特机场、斯特拉斯堡机场（法国）以及巴塞尔机场（瑞士）都很近。 今天，公司员工分布于世界各地，已超过1,400人。其中，公司总部有1,000人。公司的生产和组装面积已增长到59,900m，拥有现代化的生产

45、厂房和办公设施。 作为隧道设备生产商，海瑞克公司的设备尺寸完全，能适应各种地质状况。因此，从设备覆盖范围方面来说，海瑞克公司是独一无二的：拥有直径从4,000mm到15,440mm用于公路、铁路、地铁及输水隧道施工的大直径机器到外径仅100mm的全自动微型隧道掘进机、房屋管件连接设备和水平定向钻设备，机器适用于从软质、含水非粘性地层到抗压强达到300MPa的硬岩的各种地质条件。尤其是在大直径隧道掘进机技术方面，海瑞克公司在长距离隧道和高工作压力施工上获得了丰富的经验： 在25年的隧道施工行业中，海瑞克公司一直是一些重大隧道工程的TBM供应商。在荷兰西西尔德、瑞典哈兰德拉斯、马德里、巴塞罗那、易

46、北河等隧道工程中大显身手。在中国参与并完成了香港、北京、天津、广州、深圳、南京、重庆等城市的地下隧道及越江隧道工程。 至今，海瑞克公司已向世界范围内的客户提供了超过1,200台的隧道掘进设备。截止到2005年8月，海瑞克公司已向中国供应了40台直径大于6米的隧道掘进机，小型机7台。 6.2.美国罗宾斯公司（ROBBINS） 美国罗宾斯公司是一家从事地下挖掘设备的设计,制造,销售和租赁等业务的公司，专门生产各种挖掘材料,包括提供与传统的“钻孔爆破”方法完全不同的在坚硬的岩层进行机械作业的方法。 现今，岩石掘进机械提供了一种比钻孔爆破法更值得的高效隧道挖掘方法。钻孔爆破法需要按此分开程序操作:先钻

47、出小孔,然后装入炸药,爆破,通风,最后装岩出碴。反复如此进行作业。而岩石机械挖掘法是一个连续地从隧道表面“切开”岩石体的过程，然后通过传送带机或坑道车直接把碴从隧道内运出来。罗宾斯公司的主要产品是全断面隧道掘进机(TBMs)。 TBMs被应用于开挖经过各种各样地质状况的圆剖面隧道,从一般土壤到坚硬岩石层。罗宾斯已经生产出了隧道挖掘直径从1.6到12.87米的全断面隧道掘进机(TBMs)，机器重量从50公吨到1500公吨以上,总装机功率从300千瓦到3000千瓦以上。 罗宾斯公司也设计和销售范围很广的其他能使TBM得到高效率的运用的设备和服务。 使用左边的菜单可以发现关于我们的小型掘进设备(SBUs),隧道出碴系统,支持系统,切削刀,零部件，人员和全部的隧道开挖技术。 罗宾斯公司已经设计制造了超过250套全断面隧道掘进机(TBMs)。在本年底将有超过50罗宾斯TBMs机器投入使用。这足以证明罗宾斯的设备质量非常可靠。 6.3加拿大罗浮特公司（LOVAT） 加拿大罗法特公司成立于1972年，在传统的盾构机设计上处于世界领先地位