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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，它可以大块的岩石打碎，分成小

块。而推出式滚刀可替代外部已磨损的滚刀，从而减少复合地层的带压换刀，延长掘进距

离，加快施工进度，缩短工期。同推出式滚刀一样，切削刀同样有推出式的。

推出式滚刀

仿形刀与超挖刀:仿形刀是一种通过油缸进行伸缩操作的特殊刀具，其伸缩量在主控

室内事加以设置控制。当盾构机因为隧道路线设计或由于地质状况需要转向时，仿行刀

的超挖功能可以帮助盾构机转向。盾构具有仿形超挖功能是目前盾构中较为进的一种，

其仿形超挖方位、超挖量可根据不同的施工要求而调整。

仿形刀

3.人行闸

人行闸装在前盾上，包括前室和主室两部分，当掘进过程中刀具磨损工作人员进入到

泥土仓检察或更换刀具时，需要通过人行闸。

如果地面具备地层加固条件或事已经进行了地层加固处理，开挖面的稳定

有保障，则可在常压下进行刀具检查和更换作业。盾构在选定地点停机后，土仓里

的土排出一部分，直至土仓内土体高度低于土舱隔板上的密封门，此时作业人员可以通过

气闸打开通往土仓的密封门在不带压的情况下进入土仓，从而进行刀具检查和更换。而如

果没有注浆加固条件，开挖面又不是可以自稳的地层，则需要用压缩空气来维持开挖面的

稳定。作业人员需在土仓内带压作业。这项工作必须由经过培训的专业人员进行。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，来说明人行闸的作用。

工作人员甲从前室进入主室，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。

人行闸

4.推进油缸

推进油缸又称作掘进千斤顶，安装在中盾内侧的周边位置，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，这些千斤顶按上下左右被分成四组，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