盾构推进系统设计

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盾构推进质量控制主要点课件

盾构推进的应用场景
盾构推进广泛应用于地铁、铁路、公路、市政等隧道工程领域。
在城市地区，由于地面交通繁忙、建筑物密集，采用盾构推进可以减少对地面交通和周边环境的影响，提高施工效率和质量。
02
盾构推进质量控制的重要性
质量控制的定义
质量控制是指通过一系列管理手段和检测方法，对产品或服务的质量进行监控、评估和改进的过程。
同步注浆问题
同步注浆是盾构施工中的重要环节，如出现注浆压力不稳、注浆量不足等问题，可能导致隧道背后空洞、地表沉陷等问题。
预防与处理
加强注浆材料质量控制，确保符合设计要求；定期检查注浆设备和管道，确保正常运行；根据实际情况调整注浆参数，确保注浆效果；对已施工地段进行检测，发现空洞及时进行补充注浆。
盾构推进质量控制主要点课件
contents
目录
• 盾构推进概述 • 盾构推进质量控制的重要性 • 盾构推进质量控制的主要点 • 盾构推进质量问题的预防与处理 • 盾构推进质量控制的未来发展
01
盾构推进概述
盾构推进的基本概念
01
盾构推进是一种隧道施工方法，利用盾构机在地下挖掘隧道，并通过盾构机外壳和管片支撑隧道。
05
盾构推进质量控制的未来发展
新材料与新技术的应用
耐高温材料
随着盾构机在高温地层的广泛应用，耐高温材料的研究和应用成为关键。新型耐高温材料能够提高盾构机的稳定性和使用寿命，确保隧道施工的安全和质量。
高强度材料
高强度材料的应用有助于提高盾构机的承载能力和抗冲击性能，增强隧道结构的稳定性。例如，高强度钢材和复合装甲的应用能够显著提升盾构机的耐磨、防爆性能。
02
盾构机是一种集挖掘、排土、衬砌等功能于一体的综合性机械，主要由刀盘、盾构壳体、推进系统等组成。

盾构机推进液压系统仿真分析

盾构机推进液压系统仿真分析1.前言盾构掘进机是一种用于地下隧道工程开挖的复杂机电系统，具有开控切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。

盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。

具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高、对地表沉降和环境影响小等优点，比之传统的钻爆法隧道施工具有明显的优势，有着良好的综合效益。

推进系统承担着整个盾构机械的顶进任务，要求完成盾构掘进机的转弯、曲线行进、姿态控制、纠偏以及同步运动，使得盾构掘进机能沿着事先设定好的路线前进，是盾构机的关键系统之一。

考虑到盾构掘进机具有大功率、变负载和动力远距离传递及控制特点，其推进系统都采用液压系统来实现动力的传递、分配及控制。

针对盾构推进液压系统的工况要求采用AMESim仿真工具进行了系统的相关分析研究。

仿真结果对实际系统的设计具有重要意义。

2.推进液压系统原理介绍盾构机推进液压系统原理图如图1所示。

比例溢流阀3调节液压缸压力，达到压力控制；比例调速阀14来调节进入系统的流量，达到速度控制；三位四通电磁阀12实现推进缸的推进、后退和停止状态；插装阀1可以为推进油缸的快速运动时提供快速流通通道，减少液压油进入液压缸的沿程压力损失。

插装13可以实现为推进缸快速退回提供快速流通通道，减小液压油回程阻力。

溢流阀10可以对系统起缓冲作用，当液压缸进行推进的瞬间进油口会出现瞬时的过载，这样溢流阀就会立即开启形成短路，使进、回油路自循环，过载油液得到缓冲；二位二通阀7通电可以对故障中液压缸进行卸载检修，减小卸载中的压力冲击。

阻尼孔用来调节插装阀的开启速度，改变插装阀的静动特性和减小液压冲击，同时可防止二位二通阀7卸载时产生的压力冲击。

阻尼孔的直径范围一般为0.8～2.5mm。

3.推进液压系统仿真分析3.1仿真模型盾构推进时，系统的插装阀1处于关闭状态，三位四通阀12置于右位，液压油通过比例调速阀14和三位四通阀12流入液压缸无杆腔，有杆腔液压油通过三位四通阀12和比例溢流阀1流回油箱。

盾构机各系统原理介绍(培训教材)

培训教材盾构机系统原理介绍（C型盾构）宏润建设集团股份有限公司二OO七年八月目录1.概要 (2)2.盾构壳体结构 (2)3.刀盘驱动系统 (3)4.刀盘装置 (5)5.盾构推进系统 (7)6.人行闸 (9)7.管片拼装机 ............................................................... - 10 -8.螺旋输送机 ................................................................ - 11 -9.盾尾密封装置............................................................ - 12 -10.液压系统................................................................. - 13 -11.集中润滑系统.......................................................... - 14 -12.稀油润滑系统.......................................................... - 15 -13.盾尾油脂压注系统................................................... - 15 -14.注浆系统................................................................. - 16 -15.加泥加水系统.......................................................... - 17 -16.冷却系统 (17)17.车架系统 (18)18.皮带输送机 (19)19.双梁系统 (19)20.单梁系统 (20)21.电气系统 (20)1.概要本教材主要内容为盾构机各系统设备的主要功能介绍。

盾构掘进机设计论文

第 1 章绪论1.1 引言近年来,我国开展大规模的城市市政工程建设,尤其是几个重要城市都已开始了地下铁路的建设工程。

在这些地下工程中,由于受到施工场地、道路交通等城市环境因素的限制,使得传统的施工方法难以普遍适用。

在这种情况下,对城市正常机能影响很小的隧道施工方法--盾构施工法普遍得到了人们的关注,并且在一些地区已经有了较为广泛的使用。

盾构法施工技术已被广泛应用于铁路隧道、过江隧道、公路隧道和城市地下工程。

全断面隧道掘进机是集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型地下工程施工装备，是大规模开发利用地下空间的前提条件。

1.2盾构机掘进机概况盾构掘进机作为典型的复杂机电产品的代表，是机电液一体化高度集成的大型设备，也是多单元集成的大型水利、国防、地铁、交通等领域的基础关键设备。

“十一五”期间，国家在先进制造领域重点扶持盾构掘进机系列化设计和制造关键技术的研究与开发，以制造样机和进行工程试用为目标，争取2015年实现系列化和产业化。

近年来，由于我国基础设施建设的需要，盾构法施工技术的应用在国内得到快速发展。

据不完全统计，国际建筑市场的全断面隧道掘进机年需求量上千台，年营业额超过100 亿美元；到2020 年我国对各类大型全断面隧道掘进机可以预见的需求将超过1000 台。

由于重大技术装备制造水平的发展跟不上我国经济快速发展的要求，一些大型重要工程为保证工期和质量，倾向依赖于进口装备，造成我国机械产品贸易逆差逐年加大，核心技术对外依赖性不断增强，蕴涵着较高的国际经济及政治风险。

与传统的隧道掘进技术相比，盾构掘进机施工隧道断面一次成型，支护和衬砌及时，具有安全可靠、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而埋深较大时，只能依赖全断面盾构掘进机。

根据国外全断面掘进机的发展经验和趋势，结合我国国情，目前，国内盾构生产、施工过程中遇到的主要问题及难点主要集中在以下几个方面：（1）液压推进系统实时、智能化精确控制技术；（2）刀具和刀盘设计技术；（3）结构参数的优化和系统集成技术；（4）精确控制地表沉降技术；（5）提高姿态控制精度的激光导向技术；（6）隧道管片拼装的全自动化技术等。

盾构机的结构设计与优化

盾构机的结构设计与优化盾构机是一种用于地下工程中进行隧道掘进的设备。

它的结构设计和优化对于提高施工效率、保证工程质量具有关键作用。

本文将围绕盾构机的结构设计与优化展开，介绍其基本构成部分及优化方法。

一、盾构机的基本构成部分1. 推进系统：推进系统是盾构机的核心部分，用于推动盾构机前进并掘进地下隧道。

它通常包括主推进缸、伺服泵、液压站等。

主推进缸负责提供推力，伺服泵用于提供必要的液压动力，并通过液压站进行控制和管理。

2. 掘进系统：掘进系统是用于挖掘地下隧道的关键部分。

它通常由盾构刀盘、刀盘驱动系统和刀盘支撑系统等组成。

盾构刀盘上装有刀具，在推进过程中旋转切割地层。

刀盘驱动系统负责提供动力，使盾构刀盘能够旋转。

刀盘支撑系统用于支撑刀盘和控制盾构机的姿态。

3. 泥水处理系统：隧道掘进过程中，盾构机需要处理大量的泥浆和废水。

泥水处理系统包括泥浆循环系统和废水处理系统。

泥浆循环系统用于将泥浆回收、过滤和循环供给盾构机使用，以减少泥浆的消耗和净化排出的废水。

废水处理系统负责处理盾构机排出的废水，使其符合环保要求后排放。

4. 支护系统：由于地下隧道的土层和岩层不稳定，盾构机在掘进过程中需要进行支护。

支护系统包括隧道衬砌、预制片等。

隧道衬砌材料通常是混凝土或钢筋混凝土，用于加固和保护地下结构。

预制片则用于临时或永久性补充支护。

二、盾构机结构设计优化方法1. 结构强度优化：盾构机在掘进过程中需要承受来自地层的巨大压力和挤压力。

为保证其结构强度和稳定性，可采用有限元分析方法进行结构优化，提高材料的使用效率和盾构机整体性能。

同时，结合疲劳分析、振动分析等方法，完善结构设计，保证盾构机在长期使用过程中的安全可靠性。

2. 控制系统优化：盾构机的控制系统是保证其高效推进和掘进的关键。

优化控制系统可以提高盾构机的自动化水平，减少人为操作的失误和能耗。

采用先进的传感器技术、控制算法和通信技术，实现对盾构机推进速度、刀盘转速、切割力等参数的精确控制和调节，以适应不同地层条件。

分析盾构机推进系统与故障

分析盾构机推进系统与故障盾构机是一种特殊的建筑设备，广泛应用于城市地铁、地下隧道、水利工程等建设中。

随着城市化进程的不断加快，盾构机的应用也越来越广泛。

然而，盾构机的推进系统也常常出现故障，因此需要对盾构机的推进系统与故障进行深入分析。

一、盾构机的推进系统盾构机的推进系统是盾构机的核心部件，主要负责盾构机在施工过程中的前进和维持姿态。

盾构机的推进系统由四个部分组成，包括推进机构、土压平衡系统、液压系统和电气控制系统。

1.推进机构盾构机的推进机构主要有两个部分：主推进缸和辅助推进缸。

主推进缸通过伸缩杆连接到掘进头，通过往复运动来实现盾构机在施工过程中的前进。

辅助推进缸位于盾构机车头处，可以在盾构机前进过程中对车身进行调整，以维护盾构机的姿态稳定。

2.土压平衡系统土压平衡系统是盾构机推进系统的重要组成部分，它通过控制盾构机前方的土层压力，实现盾构机掘进过程中的平衡。

土压平衡系统由土压平衡杆、液压缸、掘进头等部件组成。

土压平衡杆的长度可以根据掘进头前方的土层情况自动进行调整，以保证盾构机的平衡性。

3.液压系统液压系统是盾构机推进系统的动力源，主要负责推进机构和土压平衡系统的工作。

液压系统由油箱、泵站、油管、阀门等部件组成，它将所需要的液体压力传递到推进机构和土压平衡系统中，从而实现盾构机的推进。

4.电气控制系统电气控制系统是盾构机推进系统的控制中心，通过传感器和计算机对盾构机的各项运动进行监控，实现盾构机的安全、高效运行。

电气控制系统由PLC控制器、液晶触摸屏、传感器、运动控制模块等部件组成。

二、盾构机推进系统的故障在盾构机的施工过程中，推进系统的故障可能导致施工延误、安全事故等问题。

盾构机推进系统的故障主要有以下几个方面。

1.液压系统故障由于液压系统是盾构机推进系统的动力源，一旦出现故障，就会直接影响盾构机的工作效率和安全性。

液压系统故障的主要表现有液压油温度升高、泵站压力不足、阀门卡死、油管破裂等。

基于盾构试验平台的模拟盾构推拼同步控制系统及方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011007633.7(22)申请日 2020.09.23(71)申请人上海隧道工程有限公司地址 200232 上海市徐汇区宛平南路1099号5楼(72)发明人朱叶艇　秦元　吴文斐　袁向华　闵锐　翟一欣　徐晓磊　沈辉　袁鹏　张艳栋　朱雁飞　屠垒　龚卫　张闵庆　刘智辉　(74)专利代理机构上海唯源专利代理有限公司31229代理人曾耀先(51)Int.Cl.E21D 9/087(2006.01)E21D 9/06(2006.01)E21D 9/00(2006.01)E21D 9/093(2006.01)G09B 25/00(2006.01)(54)发明名称基于盾构试验平台的模拟盾构推拼同步控制系统及方法(57)摘要本发明提供了一种基于盾构试验平台的模拟盾构推拼同步控制系统及方法，该系统包括：负载端控制模块和推进端控制模块，负载端控制模块包括安装于负载千斤顶的第一采集单元、第一计算单元以及连接于第一采集单元、第一计算单元和负载千斤顶的第一控制单元；推进端控制模块包括安装于推进千斤顶的第二采集单元、第二计算单元、连接于第二采集单元、第二计算单元和推进千斤顶的第二控制单元、连接于第二采集单元和第二控制单元的第三计算单元、第四计算单元以及连接于推进千斤顶的第三控制单元，第四计算单元连接于第三计算单元和第三控制单元。

本发明解决了对于盾构机的负载动力学研究多为理论研究，而无法模拟地层中土体荷载的问题。

权利要求书2页说明书13页附图11页CN 112096397 A 2020.12.18C N 112096397A1.一种基于盾构试验平台的模拟盾构推拼同步控制系统，其特征在于，盾构试验平台包括反力架、多个负载千斤顶、移动式承台和待测中体，所述反力架包括相对设置的前架体和后架体，所述负载千斤顶架设于所述前架体的内侧，所述负载千斤顶的第一端连接于所述前架体，所述负载千斤顶的第二端和所述后架体之间形成供待测中体容置的容置空间，所述移动式承台设置于所述容置空间中，所述待测中体包括支承环、安装于所述支承环的多个推进千斤顶和管片拼装机，模拟盾构推拼同步控制系统包括：负载端控制模块，包括用于实时采集所述负载千斤顶的第一压力值的第一采集单元、用于基于预设总负载力、负载水平力矩和负载垂直力矩以及负载端算法模型，计算获得所述负载千斤顶的预设压力值的第一计算单元以及用于获取所述第一压力值和所述预设压力值并调节所述负载千斤顶的压力值，使得所述负载千斤顶的第一压力值适配于所述预设压力值的第一控制单元，所述第一采集单元安装于所述负载千斤顶，所述第一控制单元连接于所述第一采集单元、所述第一计算单元和所述负载千斤顶；以及推进端控制模块，包括用于实时采集所述推进千斤顶的第二压力值的第二采集单元、用于基于所述预设总负载力、所述负载水平力矩和所述负载垂直力矩，计算获得所有的所述推进千斤顶的初始压力值的第二计算单元、用于获取所述初始压力值并基于所述初始压力值调节所有的所述推进千斤顶同时推进，使得所述待测中体以初始姿态稳定推进的第二控制单元、用于基于所述推进千斤顶的第二压力值，计算获得所述待测中体的常规总推力、常规水平力矩和常规垂直力矩的第三计算单元、用于基于稳定推进后的所述常规总推力、所述常规水平力矩、所述常规垂直力矩及预设的同步推拼分区算法模型，计算获得推进区段的所述推进千斤顶的同步推进压力值的第四计算单元以及用于基于所述同步推进压力值分别调节推进区段的所述推进千斤顶的第二压力值匹配于所述同步推进压力值、回缩区段的所述推进千斤顶回缩，使得推进区段的所述推进千斤顶的实时总推力、实时水平力矩、实时垂直力矩分别匹配于所述常规总推力、所述常规水平力矩和所述常规垂直力矩的第三控制单元，所述第二采集单元安装于所述推进千斤顶，所述第二控制单元连接于所述第二采集单元、所述第二计算单元和所述推进千斤顶，所述第三计算单元连接于所述第二采集单元和所述第二控制单元，所述第四计算单元连接于所述第三计算单元和所述第三控制单元，所述第三控制单元连接于所述推进千斤顶。

盾构机推进液压系统设计与过程故障分析

盾构机推进液压系统设计与过程故障分析摘要：盾构掘进机是一种集机械、电气、液压、测量导向、控制、材料等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。

盾构法施工以自动化程度高、施工速度快、安全可靠、对周边环境影响小等优点，已广泛用于地铁、地下隧道、饮水工程等项目。

推进系统是盾构机的关键系统，它主要承担着推进任务，同时能够实现姿态控制。

文章简要介绍盾构机的推进液压系统设计等。

关键词：盾构机；推进；液压系统；前言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。

盾构机在实际施工过程中，不同施工地层土质及其土压力的变化会对推进速度及推进压力产生很大影响。

另外，在盾构机实际推进过程中，根据施工要求，还要做出许多动作，比如前倾、后仰、转弯和曲线行进，这些都会导致盾构机的前进方向和设计轴线产生一定偏差。

为了满足实际施工需要，本文对推进速度控制采用比例变量泵来实现;推进压力控制采用分区比例减压阀来实现，以保证系统持续稳定高效工作。

一、盾构机推进液压系统设计1.推进液压系统的动力单元设计推进油缸在实际工作过程中有两种模式∶推进模式和管片拼装模式。

推进模式要求推进力较大、速度较低;管片拼装模式为了提高效率，要求推进缸伸缩速度快而压力不是很高。

结合这种特殊工作模式，得到推进液压系统的动力单元如图1所示。

动力单元由3台泵组成，主泵2采用比例变量泵，它主要为系统提供高压低流量液压油，担任主要的推进任务。

在推进模式下，操作手通过控制主控室的电位计旋钮，直接控制变量泵的斜盘摆角，进而实现推进速度的控制;在管片拼装模式下，该泵以最大流量输出，相当于定量泵使用。

在管片拼装过程中，由于要求推进缸伸缩速度快，而不需要太高压力，可利用双联叶片泵4为系统提供低压大流量液压油，以提高管片的拼装效率。

在盾构机施工过程中，通过推进缸位移传感器反馈液压缸实际行程，通过PLC计算实际运行速度，如果与给定信号产生偏差，利用偏差信号改变泵的排量使液压缸推进速度与设定值相同，使盾构机按照给定的速度前进。

Ф9.04m泥水气平衡盾构推进液压系统设计

盾构在掘进施工中，需按指定的路线轨迹作轴向
前进。由于被切削的土层比较复杂，盾体受到地层
１２推进液压缸个数．
／１＝Ｆ／Ｔ（）２
的阻力往往不均，使盾构的掘进方向与设计轴线发
生偏离。在进行曲线推进时，盾构有时要前倾、有时要后仰、有时要左右摆动或向其复合方向掘进，因此，需要通过调节推进系统液压缸的推进压力，
所需行程富裕量ｓ来决定。行程富裕量是在盾尾内组装管片时所必须的，
向前推进。１推进液压系统参数计算
１１盾构总推力．
盾构的曲线施工也必须有足够的富裕量。因为
１６０ｍｍ，ｓ９０ｍｍ，故：０为０
参照预估的推进液压缸个数ｎ，根据现场设备结构，每块管片上设４个推进液压缸，１有７块管环
片，共设置推进液压缸个数／２个。从盾构装备１８为
推力可得到单个推进液压缸的最大推力Ｔ为
２７０Ｎ。８ｋ
土管片结构，管片内径为７外径为８，管片．ｍ，９．Ｉ７ｎ宽度１．ｍ，封顶块为２３接的通用管片；内层为６／搭现浇预应力钢筋混凝土整体结构，厚４ｌ。５ｅ１＇／
盾构掘进机（称盾构）依靠液压缸的推力向前简
达到所需的扭转力矩来完成盾构姿态的调整，从而实现盾构的纠偏，使盾构沿设计路线轨迹推进。

盾构过空推段施工方案

盾构过空推段施工方案目录一、前言 (2)1.1 编制依据 (2)1.2 工程概况 (3)二、施工准备 (4)2.1 技术准备 (5)2.1.1 设计文件审查 (6)2.1.2 施工图纸绘制 (7)2.1.3 材料与设备选型 (8)2.2 物资准备 (9)2.3 人员预备 (11)三、施工流程 (12)3.1 地层差异性分析 (13)3.2 盾构机选型及参数确定 (14)3.3 盾构机进场安装与调试 (15)3.4 空推段隧道开挖与衬砌施工 (17)3.5 盾构机出洞及后期工程 (18)四、施工要点 (19)4.1 盾构机推进参数控制 (21)4.2 隧道内监测与调整 (22)4.3 空推段地表沉降控制 (24)4.4 安全防护措施 (25)五、风险控制与应急预案 (26)5.1 风险因素识别与评估 (27)5.2 风险控制措施 (28)5.3 应急预案制定与实施 (29)六、结语 (30)6.1 工程总结 (31)6.2 后期服务与维护 (32)一、前言随着城市化进程的加快，盾构隧道作为一种高效、安全、环保的地下工程方式，在城市建设中得到了广泛应用。

盾构过空推段施工方案是盾构隧道施工过程中的关键环节之一，对于保证工程质量和进度具有重要意义。

本文档旨在对盾构过空推段施工方案进行详细阐述，以便为施工单位提供指导和参考。

我们将介绍盾构过空推段施工的背景和意义，分析施工过程中可能遇到的问题和挑战，以及如何通过制定合理的施工方案来应对这些问题。

我们将详细介绍盾构过空推段施工的具体步骤和技术要求，包括前期准备、盾构机选型、施工组织设计、土方开挖、支护结构安装、管道敷设、洞内排水系统设置等方面的内容。

我们还将对盾构过空推段施工过程中的质量控制、安全管理和环境保护等方面进行详细阐述，以确保施工过程的顺利进行和工程质量的保证。

我们将对本文档的实施过程进行总结和展望，以期为今后类似项目的施工提供借鉴和参考。

1.1 编制依据本方案的编制依据还包括对该工程实际情况的全面分析，包括地质勘察报告、设计文件、施工图纸等。

盾构推进液压监控系统的实现

流量可从比例溢流阀３中流出ｌｌ。４
等动作，并有比例调速调压等要求，因此硬件设计中在控制面板上设置了推进电机启动／停止按钮，推进总阀
（即原理图１中的二位四通电磁换向阀ｌ）０合份按
钮、压缸前进／液回退开关以及６液压缸的调速及调个
方面可减少施工劳动强度，提高工作效率和施工精度，
从而达到信息化施工的目的。本文主要采用目前较为流行的ＰＣ和工业组态软件“ Ｌ组态王” 作为监控系统的软件开发平台，完成对盾构推进液压系统的控制和
监测。
１二位＝通电磁换向阀２比例调速阀３比例溢流阀．．．４平衡阀．
ＨＵｕ —ａｇ，ＨＯＸｉｊｎ，ＯＮＧｕ — ｎ２ＹＡＧｏｌｎＺＵｎＧＧｏｆｇ，ＮＧａｙｎ２ｉ —ａＪａＨｕ —ｏｇ
（．东交通大学机电工程学院，西南昌３０１１华江３０３２浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，江杭州３０２）．浙１０７
进行分组控制。各个分组中的控制模块都相同，由均比例溢流阀、比例调速阀、电磁换向阀、辅助阀及相关
维普资讯
４４
液压与气动
２００６年第ｌ２期
９切换到工作状态Ｂ位置，液压缸６的活塞杆向前运
动。推进过程中，液压缸６中的内置式位移传感器７实时检测推进位移，转换成电信号反馈到比例调速阀２比例电磁铁上，的控制比例调速阀２中节流口的开度，从而实现推进速度的实时控制，此时系统中多余的

盾构机的设计与优化

盾构机的设计与优化盾构机是一种用于隧道施工的机械设备，主要用于施工各种地下工程和水下工程。

盾构机的设计与优化是提高其施工效率、降低施工成本以及保障施工安全的重要环节。

本文将就盾构机的设计与优化进行探讨。

一、盾构机的设计1. 隧道环境要求分析：在进行盾构机设计时，首先需要对隧道环境进行详细分析，包括地质条件、地下水情况、地下空间限制等因素。

这样可以为盾构机的设计提供有针对性的依据。

2. 结构设计：盾构机的结构设计需考虑到施工过程中的力学特性，包括对抗地下水压力、承受大地移动引起的应力等。

结构设计需要充分考虑盾构机的刚度和稳定性，以确保施工的安全性和可靠性。

3. 刀盘设计：刀盘是盾构机的重要部件，其设计需要充分考虑切削性能和耐久性。

为了提高盾构机的切削效率，可以采用硬质合金刀具，并对刀盘内部的冷却系统进行优化，以减少刀具磨损和冷却系统故障。

4. 推进系统设计：推进系统是盾构机的关键部件，它直接影响到盾构机的工作效率和推进速度。

推进系统的设计需要考虑驱动力和动力传输的可靠性，同时也需要考虑操作的便捷性和安全性。

二、盾构机的优化1. 推进速度优化：提高盾构机的推进速度是优化盾构机性能的重要目标之一。

可以通过调整刀盘的结构设计，减小切削阻力；优化推进系统的动力传输和控制方式，提高推进电机的效率，以及采用先进的施工方法等方式来提高推进速度。

2. 能耗优化：盾构机在施工过程中消耗大量的能源，如电力和液压气源等。

优化能耗可以通过改进盾构机的节能设计，如采用高效低功率的电机、减少能量损失的设计，以及优化液压系统的工作方式等来实现。

3. 自动化控制优化：自动化控制在盾构机的施工中起着关键作用。

通过优化自动化控制系统的设计，可以实现准确控制盾构机的推进速度、刀盘转速等参数，提高施工效率和安全性。

4. 环境保护优化：在盾构机的设计与施工中，环境保护也是一个重要的考虑因素。

在设计中可以采用保护罩、噪音隔离等措施来减少噪音和振动对周围环境的影响；通过合理处理施工产生的废弃物和污水等，减少对环境的污染。

土压平衡式盾构机液压系统设计与分析

摘要现代社会快速发展，科学技术日新月异，对各项工程技术要求越来越高，现代施工项目对盾构掘进机的要求也越来越高，应用也越来越广泛，盾构液压推进系统呈现了强大的发展趋势。

本论文研究的目的是设计一个合适的盾构推进系统液压系统油路，方法是模拟一个油路并对系统建立仿真模型和数据分析。

首先对液压系统进行了选择，确定盾构推进系统的阀、电机、马达等元件的选择。

并用automation软件对液压系统的基本回路与推进系统的液压系统进行了模拟仿真。

最后，就盾构推进系统液压原理图设计了阀块。

设计的阀块能够满足使用要求，安全可靠，结构合理，重量适中，具有一定的现实意义。

关键词：盾构推进系统；automation；液压系统AbstractThe rapid development of modern society, science and technology is rapid, and the engineering technology demand more and more, the modern construction projects to the requirements of shield tunneling machine is also higher, applied more and more widely, shield hydraulic propulsion system showed a strong development trend.The purpose of this research is to design a suitable shield thrusting system hydraulic oil system, simulation method is a oil line and establish simulation model of the system and data analysis. First of all to the hydraulic system of choice, determine the shield thrusting system valve, motor and motor components choice. And for hydraulic system of automation software basic circuit and propulsion system hydraulic system simulation. Finally, shield thrusting system hydraulic principle diagram design of the valve.The valve can meet the design requirements of use, safe and reliable, the structure is reasonable, moderate weight, has certain practical significance.Keywords: Shield thrusting series; Automation; Hydraulic system目录摘要 (1)Abstract (2)1. 绪论 (5)1.1 国内外发展现状 (5)1.1.1 国外盾构技术的发展现状： (5)1.1.2 国内盾构技术的发展现状: (7)1.2 盾构施工法新技术 (9)1.3 国内外盾构技术的发展趋势 (12)1.4 存在问题 (12)1.5 解决的主要问题及研究的基本内容 (13)1.6 研究方法以及技术路线 (13)1.7 完成论文的条件 (13)1.8 课题进度安排 (13)2. 模拟盾构推进液压系统的设计 (15)2.1 推进系统主油路设计 (15)2.2 推进系统分组工作油路设计 (16)2.3 液压回路的整体图和动作顺序表 (18)3. 盾构液压推进系统元件选型与建模 (19)3.1 负载分析 (19)3.2 液压缸主要参数的确定 (21)3.3 液压元件的选择 (23)3.3.1 液压泵 (23)3.3.2 阀类元件及辅助元件 (23)3.3.3 油管 (24)3.3.4 油箱 (24)3.4 液压系统的性能验算 (24)3.4.1 回路压力损失验算 (24)3.4.2 快退时的压力损失验算 (24)3.5 油液温升验算 (25)4. 基于automation软件的盾构推进液压系统仿真 (27)4.1 计算机仿真技术概述 (27)4.2 Automation Studio 软件的功能介绍 (28)4.3 基本液压回路的仿真分析 (28)4.3.1平衡回路 (28)4.3.2 远程调压回路 (29)4.3.3卸载回路 (30)4.3.4 速度调节回路 (30)4.3.5 方向控制回路 (31)4.3.6锁紧回路 (32)4.3.7 多执行元件控制回路 (32)4.3.8 盾构推进系统工作分组回路 (33)5. 液压阀块的设计 (36)5.1 阀块六个表面的功用 (36)5.1.1 顶面和底面 (36)5.1.2 前面、后面和右侧面 (36)5.1.3 左侧面 (37)5.2 阀块的设计依据及注意事项 (37)5.3 阀块尺寸的确定 (37)5.4 阀块内的油道孔设计 (38)5.5 精度选择 (40)5.6 材料选择 (40)参考文献 (44)附录 (46)致谢 (47)1.绪论1.1 国内外发展现状盾构掘进机是一种隧道工程专用的大型高科技综合施工设备。

浅谈盾构机推进系统与故障

科技・探索・争鸣
Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆技Ｔｅｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界Ｖｉｓｉｏｎ
浅谈盾构机推进系统与故障
杜大川关振华
（北方重工集团有限公司盾构机分公司，辽宁沈阳１１０１４１）
【摘要】本文就盾构机推进系统的构成出发，阐述了其基本构造以及运行条件，并对其故障及其产生原因，解决措施进行了简要的分析。【关键词】盾构机；推进系统；故障１盾构机推进系统
１．１盾构机推进系统构成由于盾构机在进行掘进的过程中．会遇到土层、岩石的阻挡，导致其整体受到的地表阻力不均匀．容易出现方向的偏差：此外，其涉及线路往往需要转弯、扭曲．若只依靠单纯的液压缸动力，则难以实现。因此要依靠推进系统调节液压缸来调整盾构机．通过实现扭矩来完成预定的效果。每个盾构机中都含有许多个液压缸．若是根据盾构机的直径已经工作需求．将不同的液压缸进行单独设计．则会耗费大量的人力与物力，且不能很好地满足工作要求。因此．在设计液压缸时．往往采用分组编制的方式．通过不同的组别进行控制。如图１：（７）后配套油缸的液压油压力小于预设的数值现故障主要有两种情况。２．１故障一
当盾构机准备工作时．推进油泵运行正常，准备推进，但是在调节油缸组压力的时候发现油压一直低于启动压力（即大约１４ｂａｒ），导致了油缸压力不够．无法工作根据盾构机运行的条件可知．当盾构机无法实现正常工作时．一定时其中的某个条件未能实现因此．通过对不同条件要求的分析排除故障产生的原因。首先，从前两项条件做起，发现没有异常．再将推进系统改变为管片拼装的模式．发现其油压正常，液压缸运作正常．则可以推定其管片拼装模式中．其工作运行正常。再到下一个模式．掘进模式．在这个模式中．主要检查工作压力控制阀的电信号是否正常显示．以及油缸组流量控制阀运行是否正确若二者都显示正常．则进一步检查推进系统的细小参数值。最后看主控室显示屏所显示的盾构机的掘进压力．其压力数值为４００ｂａｒ，为正常数值．这个数值是从油泵向ＰＬＣ所传送的信号。通过这个数值表明，其电磁阀没有问题，发现是电信号中断，因此要从电信号中断的原因着手故障产生原因及排除通过￥２６６盾构机上ＰＬＣ程序对盾构机推进系统的分析．可以了解到油泵的压力传感器是如何控制盾构机的工作盾构机４组不同的油缸压力调节按钮在通过对ＰＬＣ的输入值进行处理．分别加上２５ｂａｒ即可作为不同组的油缸的压力控制值．设为ａ，通过该数值来控制不同油缸的压力控制阀．在此基础上．不同组别图１盾构机液压推进系统图１．电动机；２变量泵；３单向阀；４．比例溢流阀；５、１０．比例减压阀；６二位四通的油缸的压力传感器数值的最大值分别加上２０ｂｒａ．设为ｂ．将其余压换向阀；７液压缸（带行程传感器）；８液压缸（不带行程传感器）；９．二位二通换向力传感器的数值保持在一定幅度内的动态地相应与平衡．从而来调节阀；Ｉ１．压力传感器；１２三位四通换向阀；１３压力表油泵压力控制阀．实现对不同组别推进油缸压力值的控制．从而控制盾构机的运作在实际的操作与运用中．盾构机推进系统十分复杂．为了叙述清简而言之．即增大Ａ组（１组）的油缸的压力控制阀的数值．则其晰．本文在不破坏推进系统基本工作原理的基础上．将推进系统每个压力传感器则会变小．在这样的情况下．油缸组压力的最大数值ｂ又组成部分简化为２个液压缸．如图所示要与压力传感器的数值保持动态的平衡．因此ＰＬＣ必须要对压力控忽略该盾构机的直径．其液压推进系统中一共有２２个液压缸．在制阀进行调节．保持ｂ与压力传感器数值的平衡其基础上将其分类．分为４个组成部分而每一个组成部分中的液压而在该故障产生的情况下．压力传感器损坏．因此无法实现与压缸数量相同，将该４个组成部分分为１、２、３和，由图可见，第４部分力传感器的平衡．因此在对压力控制阀输送电信号的时候发生错误．即最下部分的液压缸有７个，数量最多．而１、２和３部分的液压缸数导致液压缸无法正常运转解决的方法就是更换压力传感器．则能使量都是５个．其液压缸数量分布的不同主要是依据盾构推进系统工作得盾构机推进系统正常运转要求来决定的．在工作时．不同组成部分所受到的阻力不同．其最下部２＿２故障二分受到的阻力最大．因此所需要的液压缸的数量最多这也是所有盾盾构机推进系统还容易出现的另一种故障是在管片拼装模式下构机推进系统设计的基本原理发生的．当在对推进系统进行试验时．设定由单个油缸进行推进伸缩在该推进系统中．高压油由液压泵提供．由组成阀来完成转向的时．出现了多个油缸的同时伸缩目的，该组成阀由４个插装阀和２个２位４通电磁阀结合构成在此根据推进系统的工作原理．控制推进油缸的伸缩主要是通过推进基础上．液压油分为４条不同的路径．分别进入到推进系统的４个组油缸自身实现的．因此其故障产生原因，主要是推进油缸自身的缺陷。成部分．进入后通过减压阀调整其压力．实现工作过程中所需要的压当伸出油缸在运行的过程中．若前方出现了障碍物．油缸的推进力与动力，在从各自的路径流出，通过一个组合阀（由１个插装阀和１压力较小，无法正常伸缩时，则说明油缸的液压油压力不足，导致了其个２位３通电磁阀构成）．在这个过程中．实现对液压缸的控制不能正常的伸缩要判断是否是这个原因．通过检查推进主阀是否正ｌ－２盾构机推进系统运转的条件常运转来实现当推进主阀在正常运转时．油缸伸出的时候．其有杆腔盾构机推进系统要进行正常的运转．需要满足许多条件。和无杆腔都满足一定的油压．在此基础上．不同腔承受压力的面积不（１）确保推进系统推进机正确启动与运行：同．共同推动油缸伸出。因此．若单向阀产生问题，导致油缸的回油过（２）推进系统高压电缆的限位正确．没有出现偏差：程中．其过滤器产生阻力，则会出现故障。只需要将其过滤器更换．即（３）推进系统４个组成部分的油缸正常运转；可消除故障故障产生原因及排除（４）水管卷筒的限位正确，没有出现偏差：由上可知．若盾构机停止工作的时间较长，容易导致其单向阀发（５）推进系统的刀盘的转速需要大于０：生生锈的情况．直接导致了单向阀失去工作效力，同时，若工作人员对（６）刀盘液压系统的最大压力必须小于预设值：于回油过程中的过滤器没有进行良好的控制，导致（下转第１６９页）

盾构机推进系统及PID控制简析

RET_VAL:=#Fehler_Wort功能块的故障字，可存放在一个字里面
OUT :="Komm_datenbaustein".现场信号值
1.3可编程控制器
采用西门子S7-400可编程控制器通过采集外部变送器信号经过程序运算输出信号用于控制外部机构。在盾构机的各个系统中可编程控制器充当大脑的作用。
1盾构机推进系统的组成
1.1盾构机推进系统的组成
盾构机正常推进由ABCD四组千斤顶油缸提供的反力实现，直线掘进时四组油缸均匀用力，转弯时通过调节四组油缸的油压实现左右转或者升降，推进系统的组成可细分为压力调节系统、推进速度总调节系统、PLC、电机及泵头、ABCD四组阀组及油缸。另外还有管路系统，电源放大器及压力传感器等组成。见下图1-1
1.4电机与液压泵头
图1-2液压泵头原理
推进系统泵头由75kW电机驱动。电机带一个单向变量液压泵。通过电控外部压力控制比例溢流阀A300调节配油盘的角度使主油管压力和配油盘达到平衡。当通过调速旋钮调节盾构机推进速度时，PLC通过程序运算将0-10V电压信号送给电源放大器，电源放大器（双通道PAM-196W.E.ST.）将0-10V信号转换成0-1600Ma电流信号用于控制比例溢流阀A300，使阀芯弹簧与电磁作用力平衡而将该溢流阀的溢流压力达到某一设定值。
JC M003跳转至M003
1.5 ABCD四组阀组
对于A组推进油缸阀组，当推进模式激活的情况下，程序跳转至M007，此时对于推进阀组，系统直接将操作面板的设置压力通过PLC模拟量模块通过电源放大器用电流信号控制整组油缸的电控比例溢流阀A100来限制该组油缸的推进压力并将调速信号传送给每一组油缸的电控比例节流阀如A110控制流量。在拼装模式下系统跳转至M008，此时电控比例溢流阀A100与电控比例节流阀A110赋予最大值处于全开启状态。当拼装模式或者该组油缸中任一根油缸动作时A120得电，使得进油路绕过比例节流阀A110直接与油缸阀组相通如下程序段。由于控制比例阀的电流信号较大，所以实际采用的是PAM-190 W.E.ST.双通道电源放大器控制比例阀，调试中对于A110，电流信号在约250-500mA控制液压油流量在0-24L/min变化，对于A100，电流信号在约100-500mA控制压力在0-350bar变化（对于不同的盾构机或者相同的盾构机参数也不一样，需现场调试整定）。

盾构机自动导向系统的设计与优化

盾构机自动导向系统的设计与优化导言：随着城市的不断发展和基础设施建设的不断推进，地下工程的需求越来越大。

盾构机作为地下工程施工的重要设备之一，在建设隧道、地铁等工程中发挥着重要作用。

盾构机自动导向系统是盾构机的核心部件，它能够精确引导盾构机按照设计路线进行掘进，保证隧道的质量和工程进度。

一、自动导向系统的设计要点1. 全局定位系统：盾构机自动导向系统必须具备全局定位的能力，能够在隧道内部准确获取盾构机当前位置和前行方向，并与设计路线进行比对。

2. 传感器：自动导向系统需要配备多种传感器，如激光传感器、惯性导航传感器、压力传感器等，以实时监测盾构机的姿态、环境变化等参数。

3. 控制算法：设计自动导向系统的关键是制定合适的控制算法，通过传感器数据的实时分析和处理，实现盾构机的自动导向和纠正过程。

4. 系统稳定性：自动导向系统的稳定性尤为重要，需要考虑复杂地质情况、盾构机负载变化等因素对系统性能的影响，并进行相应的优化与调整。

二、自动导向系统的优化方法1. 地质勘探与预测：在盾构机施工前，进行充分地质勘探和预测，了解隧道施工中可能遇到的地质条件。

根据地质特征和地质预测信息，对导向系统进行优化，增加适应不同地层和地质条件的控制策略。

2. 数据融合与滤波算法：将多个传感器的数据进行融合，并采用滤波算法进行数据处理，以减小测量误差，提高控制精度和稳定性。

3. 自适应控制：通过引入自适应控制方法，使导向系统能够根据盾构机当前状态和所处环境的变化，即时调整控制参数，以适应不同工程施工情况。

4. 人机交互界面优化：设计直观、友好的人机交互界面，使操作人员能够直观地了解盾构机当前状态，及时做出正确的决策和调整。

三、盾构机自动导向系统的应用前景1. 提高工程效率：自动导向系统能够实现盾构机的自动掘进，减少人工操作，提高施工效率。

使用自动导向系统的盾构机工程完成时间更短，对施工周期要求高的工程项目尤为适用。

2. 提高施工质量：自动导向系统能够实时监测盾构机的姿态和环境变化，及时调整导向策略，提高施工质量和工程安全性。

盾构机工作原理

盾构机工作原理引言概述：盾构机是一种用于地下隧道开挖的专业工程机械，其工作原理涉及多个方面。

本文将从盾构机的整体工作原理、刀盘的工作原理、土体的排运原理、液压系统的工作原理以及盾构机的控制系统原理等五个大点进行详细阐述。

正文内容：1. 盾构机的整体工作原理：1.1 通过推进系统推进盾构机前进；1.2 通过刀盘系统开挖土体；1.3 通过土体排运系统将挖掘出的土体运出；1.4 通过支撑系统维护隧道的稳定性；1.5 通过液压系统提供动力和控制盾构机的各项功能。

2. 刀盘的工作原理：2.1 刀盘由刀具和刀盘主轴组成；2.2 刀具通过旋转和推进，将土体切削和破碎；2.3 刀盘主轴通过液压系统提供动力，控制刀具的旋转和推进；2.4 刀盘的设计和刀具的选择会根据不同的地质条件进行调整。

3. 土体的排运原理：3.1 土体排运系统由输送带和卸土装置组成；3.2 输送带通过电动机驱动，将挖掘出的土体运送到卸土装置；3.3 卸土装置通过振动或者气流等方式将土体从输送带上卸下；3.4 土体排运系统的设计和调整需要考虑土体的性质和卸土的效率。

4. 液压系统的工作原理：4.1 液压系统由液压泵、液压缸和液压阀等组成；4.2 液压泵通过驱动液压油提供动力；4.3 液压油通过液压阀控制液压缸的运动；4.4 液压系统的设计和调整需要考虑盾构机的工作负荷和运动的平稳性。

5. 盾构机的控制系统原理：5.1 控制系统由传感器、执行器和控制器组成；5.2 传感器通过感知盾构机的工作状态和环境参数；5.3 执行器通过接收控制器的指令，控制盾构机的各项功能；5.4 控制器通过处理传感器的信号，生成相应的控制指令；5.5 控制系统的设计和调整需要考虑盾构机的稳定性和安全性。

总结：综上所述，盾构机的工作原理包括整体工作原理、刀盘的工作原理、土体的排运原理、液压系统的工作原理以及盾构机的控制系统原理等五个大点。

了解和掌握这些工作原理，对于盾构机的工作效率和施工质量具有重要意义。

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盾构推进系统设计隧道网 (2006-8-4) 来源：隧道建设摘要：分析了盾构推进系统的设计需要满足的功能要求，对盾构设计推力进行了详细的计算，结合盾构的结构及尺寸，确定了推进油缸的规格参数、外形尺寸和数量，分析了推进油缸的布置方式以及与管片间的匹配适应关系，阐述了盾构推进系统的控制。

通过研究，掌握了盾构推进系统的设计方法，为盾构的施工提供参考。

关键词：盾构推进系统设计布置控制中图分类号：U455．3+9 文献标识码：B1 概述盾构法施工以自动化程度高、施工速度快、安全可靠、对周边环境影响小等优点，得到了日益广泛的应用。

但是，由于盾构的制造工艺复杂，现在国内施工用的盾构，主要依赖进口。

在国内的隧道建设中，德国和日本在中国盾构市场占有率处于绝对垄断地位。

为了实行盾构国产化，在盾构关键技术领域内得到突破和发展，在引进设备并不断消化吸收的过程中，在盾构的设计方面有一定的进展，以下就盾构的推进系统的设计作一探讨。

盾构是集开挖、支护、衬砌、出碴于一体的隧道施工专业设备。

盾构实现隧道的开挖，主要是由以下两个运动完成：一是刀盘切削，二是盾体的推进。

刀盘的切削、盾体的推进均依靠支承环内大体等距布置的推进油缸作用于管片从而提供反作用力为基础。

因此，盾构推进系统的设计需要满足以下功能要求：为盾构前进提供足够的动力；控制盾构的前进速度，与出碴速度相配合，实现土压平衡状态；能够控制盾构的姿态，实现盾构的纠偏及转向要求；适应管片的尺寸及操作要求；从整体角度考虑，满足盾构的总体功能设计、综合施工作业要求。

以下盾构的推进系统的设计主要包括确定盾构的推力；推进油缸的规格参数、外形尺寸和数量的计算；推进油缸的布置方式；推进油缸的控制。

对于如盾构的推力等主要技术参数的确定要基于具体的工程地质条件和隧道管片的设计，以下以越秀公园一三元里盾构区间的工程地质资料为依托进行盾构的推进系统的设计。

2 盾构推力计算盾构在掘进时，需要克服五种推进阻力：盾体和外部土层的摩擦力；管片与盾尾间的摩擦阻力；刀具切人岩土时的贯人阻力；盾构机正面的土压力；后续设备的牵引阻力。

盾构配备的推力除克服以上阻力，还应考虑盾构转向时，只有部分油缸工作的因素，并作足够的推力储备。

2.1 地质参数及盾构的主要技术参数越秀公园一三元里区间主要为含水的风化岩和泥土；最大埋深约26 m，计算中地质参数均按照此埋深对应断面的地层选取如下：岩土容重：γ=19.9kN/m3；岩土的内摩擦角：Φ=19.5°；土的粘结力：c=49kN/m2；覆盖层厚度：H nax≈26m；地面荷载：P 0=20kN/m2；地下水压：P W=30kN/m2；水平侧压力系数：λ=0.7；盾构外径：D=6.25 m；盾构主机长度：L=7.5 m；盾构主机重量：W=370t。

2.2 土压计算对于深埋隧道首先按太沙基卸拱理论计算上覆地层压力，当上覆地层压力值小于2 D(D为隧道外径)隧道高度的上覆地层自重时，取2 D(两倍掘进机直径的全土柱土压)作为上覆地层压力。

(1) 松驰土压计算：太沙基公式其中：K0一般取值1．0；B1为盾构顶部松弛宽度，m；B1=(D/2)²cot[(45°+Φ/2)/2]=3.125³cot[(45°+19．5°/2)/2]=6.04m代入上式得P s=6.04³(19.9—49/6.04)/tan19.5°³(1-e-1³tan19.5°³(26/6.04))+20³e-1³tan19.5°³(26/6.04)=161.63 kN/m2(2) 计算2 D上覆地层压力(两倍掘进机直径的全土柱土压)：P q=γ²2²D=19.9³2³6.25=248 kN/m2根据计算结果：土压取248 kN/m2。

2.3 盾构荷载计算根据土压，结合盾构的相关技术参数，确定盾构的荷载。

① 设计垂直土压：地面荷载取20 kN/m2，则P v=268 kN/m2；② 垂直方向地层反力：Pv1．+Pv+W/(D²L)=347kN/m2；③ 盾构顶部侧压力：P h=λ²Pv=193 kN/m2；④ 盾构底部侧压力：P h1=P h+λ²γ²D≈283 kN/m2。

2.4 阻力计算根据地质参数及以上荷载计算结果，以下进行各部分阻力计算：(1) 盾壳和土层的摩擦力F1这一阻力是由作用于盾壳外周的土压力引起的与盾壳钢板之间的阻力。

在砂性土中，其计算式为：F1=μ²[π²D²L(Pv+Pv1+P h+P hl)/4]式中：μ为盾壳和土体间的摩擦系数，一般采用0．2～0．5，取值0．3；代入数值计算得：F1≈12044kN。

(2) 盾尾密封的摩擦力F2这一阻力就是管片外表面同盾尾刷之间的摩擦阻力，其计算式为：F2=n s³W s³μs式中：n s为隧道管片的环数，一般采用2～3，取为2环；W s为隧道管片每环的重量，约为26t(管片外径为6m，内径5．4m，环宽1．5m)；μs为盾尾刷和隧道管片之间的摩擦系数，一般采用0．3～0．5，取值0．35；计算得：F2≈180 kN(3) 刀具切入岩土时的贯人阻力F3刀盘上共安装了64把切刀、16把刮刀、33把滚刀(按刀刃计算)。

按照海瑞克公司的经验计算，16把刮刀的推力相当于96把切刀的推力；根据每把切刀在软土中的推进力约为5．6 kN、每个滚刀的设计最大推力为250kN，考虑到装在刀盘边上的滚刀的分力作用，按31把滚刀来计算刀盘的推力(经验值)。

根据地质条件的不同，土压平衡式盾构分为两种掘进模式：一是土压平衡(EPB)模式：推力按切刀及刮刀的贯入阻力进行计算：F3EPB=(64+96+31)³5．6≈l 070kN二是硬岩敞开掘进(TBM)模式：推力按滚刀的贯入阻力进行计算：F3TBM=31³250=7 750kN(4) 盾构机正面的阻力F4在土压平衡模式下，由开挖面土压力和水压力在盾构正面上产生阻力。

F4EPB=P³A其中：P为开挖面土压力和水压力，P=(P h+P h1)/2+P w=268 kN/m2；A为盾构正面的投影面积。

计算得：F4EPB=8218kN(5) 拖拉后配套台车的力F5F 5=μ³G t式中：μ为摩擦系数，一般采用0．05；G t为后方台车重量。

约4450kN。

计算得：F 5=222kN2.5 总推力计算(1) EPB模式F EPB=F1+F2+F3EPB+F4EPB+F5=21 734 kN(2) 硬岩敞开模式F TBM=F1+F2+F3EPB+F4EPB+F5=20 196 kN取二者之大值，在盾构上坡和转弯时盾构的推力按直线水平段的1．5倍考虑，盾构需要的推力应为：F=32 601kN3 推进油缸的选型和配置推进油缸的选型和配置应根据盾构的操作性、管片组装施工方便性等确定。

根据盾构各管片分布方位和受力点布置各油缸的最佳位置。

推进油缸选型、配置时，必须满足下列要求：① 推进系统不仅要考虑满足盾构设备在掘进中推力的需要，同时还要根据管片拼装的要求进行布置；② 推进油缸的推力和数量应根据盾构外径、总推力、管片结构和隧道路线等因素确定；③ 推进油缸应选用重量轻、耐久性好、结构紧凑的油缸，一般选用高压油缸；④ 推进油缸一般情况下等间距配置在盾构壳板内侧附近，位置的确定要兼顾管片的强度；⑤ 推进油缸配置时，应使推进油缸轴线平行于盾构轴线。

3.1 推进油缸的推力F0计算F0=P³πD2／4式中：P为液压系统压力，设计为300 bar；D为推进油缸的内径。

首先根据盾构外径、盾尾铰接和超前注浆机等设备的安装要求，计算推进油缸的外径。

为了推进油缸的安装不和盾尾铰接部分发生干扰，设计中盾体容许的油缸布置外限界不超过盾尾最小直径处Φ6 066；同时，为了保证管片的受力点，油缸的推力中心应与管片的中心相对应，即分布在Φ5 700的中心圆上。

油缸与盾体间安装间隙取为50mm。

通过计算，油缸外径Φ为：2³[(6 066—5 700)÷2—50]=266mm，取油缸外径260mm；油缸壁厚取20 mm；那么油缸内径为220mm。

计算得F 0=1140kN3.2 推进缸个数n=F/F0式中：F为油缸的总推力，F=32601 kN；计算得n=28．6≈30个3.3 推进油缸的长度计算确定推进油缸的长度是确定盾构壳体的长度及其它结构设计布置的前提条件。

推进油缸的长度为：L g=S+L d+L a1+L a2式中：S为推进油缸行程，mm；L d为缸底尺寸和导向套尺寸，设计为485mm；L a1,L a2为油缸安装尺寸，固定端安装尺寸L a1=180mm，铰接端安装尺寸L a2=275mm。

推进油缸行程为管片环宽、封顶块搭接悬出长度、预留间隙之和。

即S=L p+a+L x，其中，L p为管片环宽，设计为1 500mm；L x为封顶块搭接悬出长度，为1 500³(1—4/5)=300mm；a为预留间隙，考虑盾构转弯时两侧行程差及安装管片空间需要，取200mml。

代入数值计算得：S=2 000mm。

推进油缸长度在满足行程要求的情况下，应尽量短，以减少盾构的长度，有利于盾构的转向。

相应的，油缸的安装尺寸和导向尺寸在满足油缸伸出的强度、刚度、稳定性的条件下，根据液压油缸外形尺寸的设计规范进行设计。

计算得推进油缸的长度为：L g=2 940mm3.4 推进油缸的布置原则盾构推进时，由于推进油缸直接作用于管片上，因此推进油缸的布置主要考虑管片的结构形式、分布方位、受力点布置、管片组装施工方便性等方面的因素。

满足下列要求：(1) 径向分布使管片受力均衡管片的几何尺寸为：外径Φ6 000 mm，内径Φ5 400mm，管片厚300mm，管片的中心圆Φ5 700mm。

为使管片在径向受力均衡，设计将油缸沿盾体周向成圆形均匀布置，油缸的轴线设计分布在管片的中心圆Φ5 700上。

(2) 环向布置与管片的分块相匹配衬砌环设计为由1个封顶块、2个邻接块、3个标准块组成，采用错缝拼装，环间采用10个M24螺栓进行联接，螺栓布置间隔36°。

一般情况下，封顶块的位置允许在正上方或偏离正上方±36°，也有可能偏离±72°。

为了保证无论管片如何错动，每块管片所受推进力总是相等，并且在整个衬砌环上受力均匀，确保管片的贴合均匀密实，要求油缸的环向布置的间距角度与管片错动角相对应，保证油缸合力作用在每块管片的中心上。