资源描述
盾构机重要部件构成及施工工艺
雷宏
盾构是一种具备各种功能于一体综合性设备，它集合了隧道施工过程中开挖、出土、支护、注浆、导向等所有功能。盾构施工过程也就是这些功能合理运用过程。
盾构在构造上涉及刀盘、盾体、人舱、螺旋输送机、管片安装机、管片小车、皮带机和后配套拖车等；在功能上涉及开挖系统、主驱动系统、推动系统、出碴系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、自动导向系统及通风、供水、供电系统、有害气体检测装置等。
1、刀盘和刀具
刀盘：依照北京地铁特殊地质条件设计。辐条式刀盘，开口率约为50%。6个刀梁。刀梁及隔板上有5路碴土改良注入孔（泡沫、膨润土、水注入管路）。刀盘表面采用耐磨材料或堆焊耐磨材料，保证刀盘耐磨性。 刀盘具备正反转功能，切削性能相似。
刀具：中心鱼尾刀1把，先行刀36把、主切刀82把（高64把、低18把），保径刀24把；共计：143把。另配超挖刀2把。
2、盾体
盾体钢构造承受土压、水压和工作荷载（土压3bar）。
盾体涉及：前盾、中盾、盾尾。
l 前盾
前盾又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机钢构造。隔板上面设人舱、球阀通道、四个搅拌器。前盾上有液压闭合装置，可以关闭螺旋输送机前闸门。前盾隔板上装有土压传感器。
l 中盾和盾尾
中盾又称支承环，前盾和中盾用螺栓联接，并加焊接联接。
中盾内布置有推动油缸、铰接油缸和管片安装机架。中盾盾壳园周布置有超前钻孔预留孔。
中盾和盾尾之间通过铰接油缸连接，两者之间可以有一定夹角，从而使盾构在掘进时可以以便转向。
盾尾安装了三道密封钢丝刷及8个油脂注入管道、8根内置同步注浆管道（4根正常使用4根注浆管为备用）。
3、主驱动系统
主驱动机构涉及主轴承、八个液压马达、八个减速器和安装在后配套拖车上主驱动液压泵站。刀盘通过螺栓与主轴承内齿圈联接在一起，刀盘驱动系统通过液压马达驱动主轴承内齿圈来带动刀盘旋转。
主轴承采用大直径三滚柱轴承，外径2820mm。
4、推动系统
盾构推动机构提供盾构向前推动动力。推动机构涉及32个推动油缸和推动液压泵站。推动油缸按照在圆周上区域分为四组，顶部3对油缸一组、左侧4对油缸一组、右侧4对油缸一组、底部5对油缸一组。油缸后端顶在管片上以提供盾构迈进反力。
推动系统油缸分组控制如图所示，其中4个位置油缸装有位移传感器。
底部推动缸
右侧推动缸
左侧推动缸
顶部推动缸
5、螺旋输送机
螺旋输送机采用带轴式后出碴门，安装于前盾底部，伸入土舱一段焊接有耐磨片。
螺旋输送机通过二个液压马达带二个减速机周边驱动，其转速范畴可以在0~21rpm内无级调速，可以较好控制出土量和控制土舱土压力。
为了提高碴土流动性，可以向螺旋输送机周边孔注入膨润土或泡沫。
螺旋输送机最大输送粒径为250mm。
6、皮带输送机
皮带机用于将螺旋输送机输出碴土传送到盾构后配套碴车上。皮带机布置在后配套拖车上面。
7、管片安装机构
管片安装机安装在盾尾，有6个自由度，有遥控和线控两种方式。
管片吊机及管片转运小车：管片（共6块）由2个管片运送车由洞外运送到洞内后，一方面由管片吊机吊起放置到管片转运小车上，然后由管片转运小车送到管片安装机可以抓到位置。管片转运小车一次可以存储3块管片。
8、人舱
人员舱是人员出入土舱进行维修和检查转换通道，出入土舱工具和材料也由此通过。人员舱有两种状态：无压模式（非工作状态）；加压模式（工作状态）。人员舱涉及主舱和材料舱（3+2），它们由压力门隔开。
进入土舱具备一定危险性。进入人员舱工作人员必要通过身体检查，并接受有关专业技术培训。
9、拖车
后配套拖车用以安装液压泵站、注浆泵、砂浆罐及电气设备等。拖车行走在专用轨道上，拖车之间用拉杆相连。每节拖车上安装设备如下表：
拖车号
重要安装设备
设备桥
皮带机、管片吊机、管路、泡沫发生器
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、电缆存储区
5＃
水管卷筒、储风筒、皮带机卸碴点
10、液压系统
液压系统是盾构为各重要执行元件提供动力并执行核心系统，重要涉及主驱动、推动（铰接）、螺旋输送机、管片安装机、辅助系统、循环过滤冷却系统等，液压系统元器件所有采用国际知名品牌产品，元器件质量可靠性能稳定，保证了液压系统可靠性。
11、注脂系统
注脂系统涉及三大某些：主轴承密封系统，盾尾密封系统和主机润滑系统。三某些都以压缩空气为动力源。
12、碴土改良系统
盾构配有两套碴土改良系统：膨润土系统和泡沫系统。两者在注入口共用一套输送管路。
l 泡沫系统：用于对碴土进行改良。泡沫系统重要由泡沫泵、高压水泵、电磁流量阀、泡沫发生器、压力传感器、管路构成，
l 膨润土注入系统：在拟定不使用泡沫剂状况下，关闭泡沫输送管道，同步将膨润土输送管道打开，通过输送泵将膨润土压入刀盘、碴舱和螺旋输送机内，达到改良碴土地目。
泡沫及膨润土系统示意图
13、同步注浆系统
盾构采用同步注浆系统，可以使管片外面间隙及时得到充填，有效保证隧道施工质量及防止地面下沉。
注浆系统示意图如下：
注浆系统示意图
14、自动导向系统
盾构安装了一套自动导向系统。本系统可以对盾构在掘进中各种姿态、以及盾构线路和位置关系进行精准测量和显示。操作人员可以及时依照导向系统提供信息，迅速、实时地对盾构掘进方向及姿态进行调节，保证盾构掘进方向对的。
Leica TCA1202-S型自动全站仪
2个棱镜
R型和B型
控制箱
触摸电脑盾构姿态自动测量软件
地面监控
系统
倾角传感器
DS自动导向系统示意图
Leica TCA1202-S型自动全站仪、工业触摸式壁挂电脑、R型和B型无线通讯控制箱、盾构姿态自动测量软件、2个电子棱镜；倾角传感器；后视棱镜组。；
监控模块：
通过工地上光缆或电话线可对盾构推动状态进行实时理解和管理，实现地面对地下管理和控制。
1、全面姿态显示：多达十几种姿态参数数字和图像显示，使信息更直观。
2、不同权限管理，防止人为误差；
3、基于现场软件界面设计和操作流程；
4、强大设计数据计算功能；
5、智能化纠错能力和系统管理能力；
6、全面数据管理和历史数据查询分析功能；
7、人工测量计算功能备选。
自动导向系统特点： 真正无线缆作业模式：先进设计理念：先进硬件基本：全面信息显示：
15、电气控制系统
供电： 10KV 3P 50HZ
电源： 400V
控制电源： 230VAC/24VDC
照明： 230VAC
箱式变压器： 干式2台，IP55，温度监测报警和保护；
主配电： 无功补偿COSΦ>=0.9，短路、接地及二级漏保；
电机启动方式：30kW及以上配备电机软启动器，程序防止大功率电机同步启动；
盾构作业施工流程
1． 在盾构法隧道起始端和终端各建一种工作井
2． 盾构机在起始端工作井内安装完毕
3． 依托盾构千斤顶推力（作用在新拼装好衬砌和工作井后壁上）将盾构机从起始工作井壁墙开孔处推出
4． 盾构机在地层中沿着设计轴线推动，在推动同步不断出土和安装衬砌管片
5． 及时向衬砌背后空隙内注浆，防止地层移动且固定衬砌换位置
启动皮带传送机，螺旋输送机及出土口
管片生产
浆液配制
输送
土方运送
渣土排出
管片拼装
管片运送
壁后注浆
施工监测
盾尾油脂压注
轴线控制
测量
盾构推动
6． 盾构机最后进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推动
施工准备
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