盾構機工作原理及制造方法?

盾構機盾構機，全名叫盾構隧道掘進機，是壹種隧道掘進的專用工程機械，現代盾構掘進機集光、機、電、液、傳感、信息技術於壹體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能，涉及地質、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術，而且要按照不同的地質進行“量體裁衣”式的設計制造，可靠性要求極高。盾構掘進機已廣泛用於地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。編輯本段應用用盾構機進行隧洞施工具有自動化程度高、節省人力、施工速度快、壹次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沈降、減少對地面建築物的影響和在水下開挖時不影響水面交通等特點，在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用盾構機施工更為經濟合理。編輯本段原理盾構機的基本工作原理就是壹個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業在護盾的掩護下進行。編輯本段相關據了解，采用盾構法施工的掘進量占京城地鐵施工總量的45%，目前***有17臺盾構機為地鐵建設效力。雖然盾構機成本高昂，但可將地鐵暗挖功效提高8到10倍，而且在施工過程中，地面上不用大面積拆遷，不阻斷交通，施工無噪音，地面不沈降，不影響居民的正常生活。不過，大型盾構機技術附加值高、制造工藝復雜，國際上只有歐美和日本的幾家企業能夠研制生產。盾構機問世至今已有近180年的歷史，其始於英國，發展於日本、德國。近30年來，通過對土壓平衡式、泥水式盾構機中的關鍵技術，如盾構機的有效密封，確保開挖面的穩定、控制地表隆起及塌陷在規定範圍之內，的使用壽命以及在密封條件下的更換，對壹些惡劣地質如高水壓條件的處理技術等方面的探索和研究解決，使盾構機有了很快的發展。盾構機尤其是土壓平衡式和泥水式盾構機在日本由於經濟的快速發展及實際工程的需要發展很快。德國的盾構機技術也有獨到之處，尤其是在地下施工過程中，保證密封的前提以及高達0.3MPa氣壓的情況下更換刀盤上的，從而提高盾構機的壹次掘進長度。德國還開發了在密封條件下，從大直徑刀盤內側常壓空間內更換被磨損的。盾構機的選型原則是因地制宜，盡量提高機械化程度，減少對環境的影響。參與沈陽地鐵工作的盾構機名為開拓者號，總長為64.7米，盾構部分9.08米，重量為420噸，其工作誤差不超過幾毫米。價格：德國進口的盾構機大概需要5000萬元，日本進口的盾構機大概需要3000萬元以上，國產的盾構機價格壹般在2500萬左右。目前國內具有自主知識產權的國產盾構機是上海隧道工程股份有限公司研制的國產“863”系列盾構機。 2007年7月，北方重工集團董事長耿洪臣與法國NFM公司原股東正式簽署了股權轉讓協議，以絕對控股方式成功結束了歷時兩年的並購談判，使北方重工擁有了世界上最先進的全系列隧道盾構機的核心技術和知名品牌。編輯本段分類盾構機根據工作原理壹般分為手掘式盾構，擠壓式盾構，半機械式盾構（局部氣壓、全局氣壓），機械式盾構（開胸式切削盾構，氣壓式盾構，泥水加壓盾構，土壓平衡盾構，混合型盾構，異型盾構）。泥水式盾構機是通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩定開挖面，其刀盤後面有壹個密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，裏面充滿了泥漿，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經分離後泥漿重復使用。土壓平衡式盾構機是把土料(必要時添加泡沫等對土壤進行改良)作為穩定開挖面的介質，刀盤後隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉開挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉將土料運出，泥土室內土壓可由刀盤旋轉開挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉速度)進行調節。根據盾構機不同的分類，盾構開挖方法可分為：敞開式、機械切削式、網格式和擠壓式等。為了減少盾構施工對地層的擾動，可先借助千斤頂驅動盾構使其切口貫入土層，然後在切口內進行土體開挖與運輸。敞開式手掘式及半機械式盾構均為半敞開式開挖，這種方法適於地地質條件較好，開挖面在掘進中能維持穩定或在有輔助措施是能維持穩定的情況，其開挖壹般是從頂部開始逐層向下挖掘。若土層較差，還可借用千斤頂加撐板對開挖面進行臨時支撐。采用敞開式開挖，處理孤立障礙物、糾偏、超挖均為其它方式容易。為盡量減少對地層的擾動，要適當控制超挖量與暴露時間。機械切削式指與盾構直徑相仿的全斷面旋轉切削刀盤開挖方式。根據地質條件的好壞，大刀盤可分為刀架間無封板及有封板兩種。刀架間無封板適用於土質較好的條件。大刀盤開挖方式，在彎道施工或糾偏是不如敞開式開挖便於超挖。此外，清除障礙物也不如敞開式開挖。使用大刀盤的盾構，機械構造復雜，消耗動力較大。目前國內外較先進的泥水加壓盾構、土壓平衡盾構，均采用這種開挖方式。網格式采用網格式開挖，開挖面由網格梁與格板分成許多格子。開挖面的支撐作用是由土的粘聚力和網格厚度範圍內的阻力而產生的。當盾構推進是，土體就從格子裏擠出來。根據土的性質，調節網格的開孔面積。采用網格式開挖時，在所有千斤頂縮回後，會產生較大的盾構後退現象，導致地表沈降，因此，在施工務必采取有效措施，防止盾構後退。擠壓式全擠壓式和局部擠壓式開挖，由於不出土或只部分出土，對地層有較大的擾動，在施工軸線時，應盡量避開地面建築物。局部擠壓時施工時，要精心控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓式施工時，盾構把四周壹定範圍內的土體擠密實。編輯本段盾構機的市場需求及特點當前，中國已經成為世界最大的盾構機市場，我國盾構機市場需求旺盛。據有關專家預計，隨著我國城市軌道交通的發展，各類盾構掘進機未來潛在市場將有200億元以上的產值。我國盾構機的市場有以下幾個特點： 1.地鐵建設高潮將至。在國內，目前地鐵已經開工的***23個城市，國務院批準的有33個城市，國內地鐵盾構機由中心城市向四周輻射，到2015年將進入地鐵發展的高潮。 2.範圍不斷擴大。盾構機使用範圍從城市軌道交通向市政地下管道發展，包括汙水管道、電力管道、上下水、煤氣燃氣管道、城市***同溝。 3.盾構機品種多樣化。從單壹的地鐵盾構發展到多品種，包括土壓平衡盾構、泥水盾構、開敞式盾構、以及其他異形（雙圓、三圓、矩形、馬蹄形等）盾構。 4.已經從國內市場向國際市場發展。應用用盾構機進行隧洞施工具有自動化程度高、節省人力、施工速度快、壹次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沈降、減少對地面建築物的影響和在水下開挖時不影響水面交通等特點，在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用盾構機施工更為經濟合理。編輯本段原理盾構機的基本工作原理就是壹個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業在護盾的掩護下進行。編輯本段相關據了解，采用盾構法施工的掘進量占京城地鐵施工總量的45%，目前***有17臺盾構機為地鐵建設效力。雖然盾構機成本高昂，但可將地鐵暗挖功效提高8到10倍，而且在施工過程中，地面上不用大面積拆遷，不阻斷交通，施工無噪音，地面不沈降，不影響居民的正常生活。不過，大型盾構機技術附加值高、制造工藝復雜，國際上只有歐美和日本的幾家企業能夠研制生產。盾構機問世至今已有近180年的歷史，其始於英國，發展於日本、德國。近30年來，通過對土壓平衡式、泥水式盾構機中的關鍵技術，如盾構機的有效密封，確保開挖面的穩定、控制地表隆起及塌陷在規定範圍之內，的使用壽命以及在密封條件下的更換，對壹些惡劣地質如高水壓條件的處理技術等方面的探索和研究解決，使盾構機有了很快的發展。盾構機尤其是土壓平衡式和泥水式盾構機在日本由於經濟的快速發展及實際工程的需要發展很快。德國的盾構機技術也有獨到之處，尤其是在地下施工過程中，保證密封的前提以及高達0.3MPa氣壓的情況下更換刀盤上的，從而提高盾構機的壹次掘進長度。德國還開發了在密封條件下，從大直徑刀盤內側常壓空間內更換被磨損的。盾構機的選型原則是因地制宜，盡量提高機械化程度，減少對環境的影響。參與沈陽地鐵工作的盾構機名為開拓者號，總長為64.7米，盾構部分9.08米，重量為420噸，其工作誤差不超過幾毫米。價格：德國進口的盾構機大概需要5000萬元，日本進口的盾構機大概需要3000萬元以上，國產的盾構機價格壹般在2500萬左右。目前國內具有自主知識產權的國產盾構機是上海隧道工程股份有限公司研制的國產“863”系列盾構機。 2007年7月，北方重工集團董事長耿洪臣與法國NFM公司原股東正式簽署了股權轉讓協議，以絕對控股方式成功結束了歷時兩年的並購談判，使北方重工擁有了世界上最先進的全系列隧道盾構機的核心技術和知名品牌。編輯本段分類盾構機根據工作原理壹般分為手掘式盾構，擠壓式盾構，半機械式盾構（局部氣壓、全局氣壓），機械式盾構（開胸式切削盾構，氣壓式盾構，泥水加壓盾構，土壓平衡盾構，混合型盾構，異型盾構）。泥水式盾構機是通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩定開挖面，其刀盤後面有壹個密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，裏面充滿了泥漿，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經分離後泥漿重復使用。土壓平衡式盾構機是把土料(必要時添加泡沫等對土壤進行改良)作為穩定開挖面的介質，刀盤後隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉開挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉將土料運出，泥土室內土壓可由刀盤旋轉開挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉速度)進行調節。根據盾構機不同的分類，盾構開挖方法可分為：敞開式、機械切削式、網格式和擠壓式等。為了減少盾構施工對地層的擾動，可先借助千斤頂驅動盾構使其切口貫入土層，然後在切口內進行土體開挖與運輸。敞開式手掘式及半機械式盾構均為半敞開式開挖，這種方法適於地地質條件較好，開挖面在掘進中能維持穩定或在有輔助措施是能維持穩定的情況，其開挖壹般是從頂部開始逐層向下挖掘。若土層較差，還可借用千斤頂加撐板對開挖面進行臨時支撐。采用敞開式開挖，處理孤立障礙物、糾偏、超挖均為其它方式容易。為盡量減少對地層的擾動，要適當控制超挖量與暴露時間。機械切削式指與盾構直徑相仿的全斷面旋轉切削刀盤開挖方式。根據地質條件的好壞，大刀盤可分為刀架間無封板及有封板兩種。刀架間無封板適用於土質較好的條件。大刀盤開挖方式，在彎道施工或糾偏是不如敞開式開挖便於超挖。此外，清除障礙物也不如敞開式開挖。使用大刀盤的盾構，機械構造復雜，消耗動力較大。目前國內外較先進的泥水加壓盾構、土壓平衡盾構，均采用這種開挖方式。網格式采用網格式開挖，開挖面由網格梁與格板分成許多格子。開挖面的支撐作用是由土的粘聚力和網格厚度範圍內的阻力而產生的。當盾構推進是，土體就從格子裏擠出來。根據土的性質，調節網格的開孔面積。采用網格式開挖時，在所有千斤頂縮回後，會產生較大的盾構後退現象，導致地表沈降，因此，在施工務必采取有效措施，防止盾構後退。擠壓式全擠壓式和局部擠壓式開挖，由於不出土或只部分出土，對地層有較大的擾動，在施工軸線時，應盡量避開地面建築物。局部擠壓時施工時，要精心控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓式施工時，盾構把四周壹定範圍內的土體擠密實。編輯本段盾構機的市場需求及特點當前，中國已經成為世界最大的盾構機市場，我國盾構機市場需求旺盛。據有關專家預計，隨著我國城市軌道交通的發展，各類盾構掘進機未來潛在市場將有200億元以上的產值。我國盾構機的市場有以下幾個特點： 1.地鐵建設高潮將至。在國內，目前地鐵已經開工的***23個城市，國務院批準的有33個城市，國內地鐵盾構機由中心城市向四周輻射，到2015年將進入地鐵發展的高潮。 2.範圍不斷擴大。盾構機使用範圍從城市軌道交通向市政地下管道發展，包括汙水管道、電力管道、上下水、煤氣燃氣管道、城市***同溝。 3.盾構機品種多樣化。從單壹的地鐵盾構發展到多品種，包括土壓平衡盾構、泥水盾構、開敞式盾構、以及其他異形（雙圓、三圓、矩形、馬蹄形等）盾構。 4.已經從國內市場向國際市場發展。盾構機工作原理具體是什麽？盾構機的工作原理 1．盾構機的掘進液壓馬達驅動刀盤旋轉，同時開啟盾構機推進油缸，將盾構機向前推進，隨著推進油缸的向前推進，刀盤持續旋轉，被切削下來的碴土充滿泥土倉，此時開動螺旋輸送機將切削下來的渣土排送到皮帶輸送機上，後由皮帶輸送機運輸至渣土車的土箱中，再通過豎井運至地面。 2．掘進中控制排土量與排土速度當泥土倉和螺旋輸送機中的碴土積累到壹定數量時，開挖面被切下的渣土經刀槽進入泥土倉的阻力增大，當泥土倉的土壓與開挖面的土壓力和地下水的水壓力相平衡時，開挖面就能保持穩定，開挖面對應的地面部分也不致坍坍或隆起，這時只要保持從螺旋輸送機和泥土倉中輸送出去的渣土量與切削下來的流人泥土倉中的渣土量相平衡時，開挖工作就能順利進行。 3.管片拼裝盾構機掘進壹環的距離後，拼裝機操作手操作拼裝機拼裝單層襯砌管片，使隧道—次成型。盾構機的組成及各組成部分在施工中的作用盾構機的最大直徑為6.28m，總長65m，其中盾體長8.5m，後配套設備長56.5m，總重量約406t，總配置功率1577kW，最大掘進扭矩5300kN?m，最大推進力為36400kN，最陜掘進速度可達8cm／min。盾構機主要由9大部分組成，他們分別是盾體、刀盤驅動、雙室氣閘、管片拼裝機、排土機構、後配套裝置、電氣系統和輔助設備。 1.盾體盾體主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，這三部分都是管狀簡體，其外徑是6．25m。前盾和與之焊在壹起的承壓隔板用來支撐刀盤驅動，同時使泥土倉與後面的工作空間相隔離，推力油缸的壓力可通過承壓隔板作用到開挖面上，以起到支撐和穩定開挖面的作用。承壓隔板上在不同高度處安裝有五個土壓傳感器，可以用來探測泥土倉中不同高度的土壓力。前盾的後邊是中盾，中盾和前盾通過法蘭以螺栓連接，中盾內側的周邊位置裝有30個推進油缸，推進油缸桿上安有塑料撐靴，撐靴頂推在後面已安裝好的管片上，通過控制油缸桿向後伸出可以提供給盾構機向前的掘進力，這30個千斤頂按上下左右被分成A、B、c、D四組，掘進過程中，在操作室中可多帶帶控制每壹組油缸的壓力，這樣盾構機就可以實現左轉、右轉、擡頭、低頭或直行，從而可以使掘進中盾構機的軸線盡量擬合隧道設計軸線。中盾的後邊是尾盾，尾盾通過14個被動跟隨的鉸接油缸和中盾相連。這種鉸接連接可以使盾構機易於轉向。 2.刀盤刀盤是壹個帶有多個進料槽的切削盤體，位於盾構機的最前部，用於切削土體，刀盤的開口率約為28％，刀盤直徑6．28m，也是盾構機上直徑最大的部分，壹個帶四根支撐條幅的法蘭板用來連接刀盤和刀盤驅動部分，刀盤上可根據被切削土質的軟硬而選擇安裝硬巖或軟土，刀盤的外側還裝有壹把超挖刀，盾構機在轉向掘進時，可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盤的徑向方向向外伸出，從而擴大開挖直徑，這樣易於實現盾構機的轉向。超挖刀油缸桿的行程為50mm。刀盤上安裝的所有類型的都由螺栓連接，都可以從刀盤後面的泥土倉中進行更換。法蘭板的後部安裝有壹個回轉接頭，其作用是向刀盤的面板上輸入泡沫或膨潤土及向超挖刀液壓油缸輸送液壓油。 3.刀盤驅動刀盤驅動由螺栓牢固地連接在前盾承壓隔板上的法蘭上，它可以使刀盤在順時針和逆時針兩個方向上實現0-6．1rpm的無級變速。刀盤驅動主要由8組傳動副和主齒輪箱組成，每組傳動副由壹個斜軸式變量軸向柱塞馬達和水冷式變速齒輪箱組成，其中壹組傳動副的變速齒輪箱中帶有制動裝置，用於制動刀盤。安裝在前盾右側承壓隔板上的壹臺定量螺旋式液壓泵驅動主齒輪箱中的齒輪油，用來潤滑主齒輪箱，該油路中壹個水冷式的齒輪油冷卻器用來冷卻齒輪油。 4.雙室氣閘雙室氣閘裝在前盾上，包括前室和主室兩部分，當掘進過程中磨損工作人員進入到泥土倉檢察及更換時，要使用雙室氣閘。在進入泥土倉時，為了避免開挖面的坍坍，要在泥土倉中建立並保持與該地層深度土壓力與水壓力相適應的氣壓，這樣工作人員要進出泥土倉時，就存在壹個適應泥土倉中壓力的問題，通過調整氣閘前室和主室的壓力，就可以使工作人員可以適應常壓和開挖倉壓力之間的變化。但要註意，只有通過高壓空氣檢查和受到相應培訓有資質的人員，才可以通過氣閘進出有壓力的泥土倉。現以工作人員從常壓的操作環境下進入有壓力的泥土倉為例，來說明雙室氣閘的作用。工作人員甲先從前室進入主室，關閉前室和主室之間的隔離門，按照規定程序給主室加壓，直到主室的壓力和泥土倉的壓力相同時，打開主室和泥土倉之間的閘閥，使兩者之間壓力平衡，這時打開主室和泥土倉之間的隔離