盾构的基本构造

盾构机构造及工作原理简介解析盾构机构造及工作原理简介第二部分四、盾构机的主控系统及工作原理下图是天地重工生产的土压平衡盾构机示意图，通过这台土压平衡盾构来简单介绍盾构机的构造及工作原理。

盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。

这个钢组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，同时还能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵，这个钢质组件被称为盾构。

而盾构的主要组成部分即为盾体。

盾尾刷和同步注浆系统管片拼装机前盾中盾后盾推进油缸人行闸排土系统刀盘1. 盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体。

前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进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推进油缸。

中盾的后边是尾盾，尾盾末端装有密封用的盾尾刷。

2. 刀盘和刀盘驱动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，刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。

它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。

刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置，用于制动刀盘。

电机的防护等级需大于IP55。

为了适用于不同的土质条件，刀盘上安装了多种类型和功能的刀具，所有刀具都由螺栓连接，可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。

刀盘(中交天和14.93米泥水气压平衡复合式盾构机)滚刀与推出式滚刀铲刀切削刀仿形刀与超挖刀铲刀:铲刀可以双向进行开挖，主要用于保证开挖直径的稳定不变。

铲刀切削刀:切削刀主要用于切削软土、泥砂地层。

其中刀口与刀盘旋转方向水平的称为切刀，刀口与刀盘旋转方向垂直的称为削刀切削刀滚刀与推出式滚刀:滚刀用于砂卵石、硬岩地层，它可以将大块的岩石打碎，分成小块。

盾构-正文在软土和软岩地层中修建隧道时，用盾构法进行开挖和衬砌拼装的专用机械设备(图1), 其外壳通常为圆筒形的装配式或焊接式金属结构，也有配合隧道使用要求而做成矩形、马蹄形或半圆形等外形的。

盾构的种类较多，但其基本构造均由壳体、推进设备、衬砌拼装机等组成。

盾构壳体沿盾构长度方向分为切口环、支承环和盾尾三部分。

前面是切口环，设有刃口，施工时切入土层，具有开挖和支撑土体的功能。

其长度在手掘式盾构中，应考虑掩护工人开挖地层的安全和方便,一般为1.2～2.5米左右。

在机械化盾构中，只考虑容纳开挖机具。

中部为支承环,是盾构的主要受力结构,盾壳的外荷载均由其承受。

在小盾构中是一个刚度较大的圆环结构，在大中型盾构中则是一个钢制构架。

推动盾构前进的千斤顶均设置在支承环的内周。

在大中型盾构中通常把液压动力设备、配电盘、盾构操纵台等均安装在支承环的空间内。

支承环的长度决定于盾构千斤顶的长度，它又与衬砌环的宽度有关，一般比最大衬砌环宽度长0.2～0.3米，约为1.8～2.2米。

后部为盾尾，是由盾构外壳钢板延长构成，在盾尾的掩护下拼装隧道衬砌。

盾尾末端设有盾尾密封装置，以防止泥水和注浆材料从盾尾与衬砌之间的空隙内流入。

目前，普遍采用的盾尾密封装置有钢丝刷型和橡胶型两种。

盾尾长度应保证盾构千斤顶活塞杆缩回后，能掩护1.5～2.5环衬砌宽度加千斤顶的顶铁厚度和0.1～0.2米的余量。

切口环、支承环和盾尾长度之和为盾构长度。

盾构的内径应比隧道衬砌外径略大，其空隙一般为衬砌外径的0.8％左右。

盾构长度与直径之比(L/D)称为盾构灵敏度。

它与盾构操纵的灵活性有着很大影响，其值越小，盾构操作越灵活，一般小盾构(D ＝2～3米)的灵敏度约为1.5左右；中型盾构(D＝3～6米)约为 1.0左右；大盾构（D＞6.0米）约为 0.75左右。

常用的盾构直径约在3.0～10.0米之间。

至80年代初,世界上最大的盾构为直径12.84米的手掘式盾构。

《地下铁道》7.1 盾构法概念及盾构的基本组成和基本参数隧道与地下工程系7.1 盾构法概念及盾构的基本组成和基本参数■概述◆在流砂、淤泥类、软弱地层及复杂的城市地层中修建地下铁道时，采用盾构法施工，是一种有效的措施。

这种方法能确保施工安全和作业机械化，施工速度快。

27.1 盾构法概念及盾构的基本组成和基本参数2.基本工作原理◆盾构施工时，先在隧道某段的一端建造竖井，盾构在竖井内组装完成;◆然后从竖井的墙壁开孔处出发，在地层中沿着隧道设计路线推进，在推进过程中不断地从开挖面排出适量的土体。

◆盾构推进中所受到的地层阻力通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌管片上，再传至竖井的后靠壁。

◆1970年代日本及德国针对在城市建设区域的松软含水地层中由于盾构施工所引起的地表沉陷、研究高精度钢筋混凝土衬砌和接缝防水等技术问题，并研制了各种新型的衬砌和防水技术，以及局部气压式、泥水加压式和土压平衡式等新型盾构及相应的工艺和配套设备。

1.国外发展简介近10多年来世界上采用盾构法建造的几座著名隧道：◆英法海峡隧道(全长48.5km，海底段37.5km)◆日本东京湾公路隧道(长9.4km)◆丹麦斯多贝尔特大海峡隧道(长7.9km)2.我国盾构技术的发展◆我国于1956年在海州露天矿用直径2.6m的盾构在砂土层开凿了疏水巷道。

◆上海从1960年用不同类型盾构成了一批地铁区间隧道、水底公路隧道、地下人防通道、引水隧道、排水隧道、电缆隧道等工程。

◆1980年，上海进行了地铁1号线试验段施工，研制了一台直径6.41m的刀盘式盾构，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1230m。

◆1987年上海隧道股份公司研制成功了我国第一台直径4.35m的加泥式土压平衡盾构，穿越黄浦江底粉砂层，掘进长度583m。

2.我国盾构技术的发展◆我国盾构隧道施工技术在1990年代以来得到了较大发展。

◆1990年上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台直径6.34m土压平衡盾构掘进。

盾构的基本构造
通常由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等四大部分组成。

1）盾构壳体
盾构壳体由切口环、支承环、盾尾与竖直隔板、水平隔板组成，并由外壳钢板连成整体。

切口环：开挖；上下宽度可以等值、也可以不等值，甚至是活动的。

容纳各种专门的挖土设备。

支承环：承受荷重的核心部分，刚性较好的圆环结构。

水平隔板和竖直隔板：增加盾构刚度，水平承受拉力，竖直承受压力。

盾尾：掩护工人在其内部安装衬砌。

2）推进系统
由盾构千斤顶和液压设备组成，上下左右活塞杆伸出长度不同达到纠偏目的。

盾构千斤顶一般是沿支承环圆周均匀分布的；
3）拼装系统
衬砌拼装器又称举重臂，是拼装系统的主要设备，以油压系统为动力，一般举重臂均安装在支承环上。

举重臂能作旋转、径向运动，还能沿隧道中轴线作往复运动。

完成这些运动的精度应该保证待装配的管片上的螺栓孔能和已装配好的螺栓孔对齐，以便螺栓固定。

4）出土系统
出土方式一般有三种：
（1）有轨运输：皮带运输机－矿车－洞口－垂直起吊至地面。

（2）无轨运输：自卸卡车。

（3）管道运输：混合泥浆，压力输出，出土连续化。

第五章盾构法施工第一节概述盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。

盾构是与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械。

采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。

近年来由于盾构法在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越强，对地层的适应性也越来越好。

城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别在市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现。

而盾构法施工城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点。

此外，在建造水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。

盾构法是一项综合性的施工技术。

盾构法施工的概貌如图5－1所示。

构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。

盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。

盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。

盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。

盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。

盾构是进行土方开挖正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具，它还需要其它施工技术密切配合才能顺利施工。

主要有：地下水的降低；稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；隧道衬砌结构的制造；地层的开挖；隧道内的运输；衬砌与地层间的充填；衬砌的防水与堵漏；开挖土方的运输及处理方法；配合施工的测量、监测技术；合理的施工布置等。