盾构机结构简介.pptx
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1、 盾构盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和它集和了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能,目前,了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能,目前,盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用优点优点 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。能够经济合理地保证隧道安全施工。能够经济合理地保证隧道安全施工。盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控盾构
2、的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控 制制信息化。信息化。掘进速度较快,效率较高,施工劳动强度较低。掘进速度较快,效率较高,施工劳动强度较低。地面环境不受盾构施工的干扰。地面环境不受盾构施工的干扰。缺点缺点 盾构机械造价较高。盾构机械造价较高。在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。第1页/共27页 为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同,为适应各种不同类型土质及盾
3、构机工作方式的不同,盾构机可分为盾构机可分为三种类型、四种模式三种类型、四种模式:三种类型:三种类型:软土盾构机;软土盾构机;硬岩盾构机;硬岩盾构机;混合型盾构机。混合型盾构机。四种模式:图四种模式:图2-1 2-1 盾构机总图盾构机总图 开胸式;开胸式;半开胸式(半闭胸式、欠土压半开胸式(半闭胸式、欠土压 平衡式);平衡式);闭胸式(土压平衡式);闭胸式(土压平衡式);气压式。气压式。图图2-1 2-1 盾构机总图盾构机总图第2页/共27页图图2-2 2-2 盾构机主机结构图盾构机主机结构图第3页/共27页(一)刀盘(一)刀盘 刀盘刀盘是盾构机的核心部件,其结构形式、强度和整体刚度都直接影响
4、是盾构机的核心部件,其结构形式、强度和整体刚度都直接影响到施工掘进的速度和成本,并且出了故障维修处理困难。到施工掘进的速度和成本,并且出了故障维修处理困难。常见的结构有:平面圆角刀盘、平面斜角刀盘、平面直角刀盘。常见的结构有:平面圆角刀盘、平面斜角刀盘、平面直角刀盘。盾构机刀盘应满足以下要求:盾构机刀盘应满足以下要求:刀盘应有足够的强度和刚度。刀盘应有足够的强度和刚度。刀盘应有较大的开口率。刀盘应有较大的开口率。针对地层的变化,能够方便地更换硬岩滚刀和软岩齿刀。针对地层的变化,能够方便地更换硬岩滚刀和软岩齿刀。刀盘结构应有足够的耐磨强度。刀盘结构应有足够的耐磨强度。刀盘上应配置足够的渣土搅拌装
5、置。刀盘上应配置足够的渣土搅拌装置。刀盘上应配置足够的注入口,各口并装有单向阀。以满足刀刀盘上应配置足够的注入口,各口并装有单向阀。以满足刀具的冷却、润滑和渣土改良。具的冷却、润滑和渣土改良。第4页/共27页硬岩盘口部分开挖直径6280mm图图2-3 2-3 刀盘刀盘第5页/共27页 (1 1)下面是海瑞克公司的刀盘结构和参数:结构形状:平面圆角)下面是海瑞克公司的刀盘结构和参数:结构形状:平面圆角形刀盘。铸造和焊接混合型。形刀盘。铸造和焊接混合型。外形尺寸:外形尺寸:F F6280mm 6280mm F F6130mm6130mm(刀圈外经)(刀圈外经)1410mm1410mm总厚(刀盘厚总
6、厚(刀盘厚580mm580mm)刀盘质量:)刀盘质量:57000kg57000kg开口率:开口率:28%28%超挖刀行程:超挖刀行程:50mm 50mm 刀盘转刀盘转0-0-6.1r/min 6.1r/min 最大扭矩:最大扭矩:I-4500KN.mm II-1970KN.mm I-4500KN.mm II-1970KN.mm 脱困扭:脱困扭:5300KN.mm5300KN.mm结构:刀盘前端面有结构:刀盘前端面有8 8条辐板(开有条辐板(开有8 8个对称的长条孔),其上配有滚刀个对称的长条孔),其上配有滚刀(齿刀)座、刮刀座和(齿刀)座、刮刀座和2 2根搅拌棒,刀盘与驱动装置是用法兰连接,法
7、兰与刀根搅拌棒,刀盘与驱动装置是用法兰连接,法兰与刀盘之间是靠四根粗大的辐条相连。为保证刀盘的抗扭强度和整体刚度,刀盘盘之间是靠四根粗大的辐条相连。为保证刀盘的抗扭强度和整体刚度,刀盘中心部分、辐条和法兰是采用整体铸造,周边部分和中心部分采用先拴接后中心部分、辐条和法兰是采用整体铸造,周边部分和中心部分采用先拴接后焊结的方式连接。(以前该件需从国外进口,现在已国产化)。为保证刀盘焊结的方式连接。(以前该件需从国外进口,现在已国产化)。为保证刀盘在硬岩掘进时的耐磨性,刀盘的周边焊有耐磨条,面板上焊有栅格状的在硬岩掘进时的耐磨性,刀盘的周边焊有耐磨条,面板上焊有栅格状的HardoxHardox耐磨
8、材料。刀盘上装有耐磨材料。刀盘上装有4 4路泡沫管并分路泡沫管并分8 8个出口,各口都装有单向阀。个出口,各口都装有单向阀。装有塔形滚刀超挖刀一套,配油管装有塔形滚刀超挖刀一套,配油管2 2根根,其行程为:其行程为:50mm50mm。刀盘上可装双刃滚。刀盘上可装双刃滚刀刀4 4把,单刃滚刀把,单刃滚刀3131把,正面齿刀把,正面齿刀6464把。边缘齿刀把。边缘齿刀1616把。把。第6页/共27页 (2 2)刀具的配置:)刀具的配置:刀具的结构、材料及其在刀盘上的数量和位置关系直接影响到刀具的结构、材料及其在刀盘上的数量和位置关系直接影响到掘掘 进速度和使用寿命。不同的地层条件对刀具的结构和配置
9、是不相同的。进速度和使用寿命。不同的地层条件对刀具的结构和配置是不相同的。刀具种类刀具种类 图图2-4 2-4 单刃滚刀结构图单刃滚刀结构图 图图2-5 2-5 双刃滚刀结构图双刃滚刀结构图第7页/共27页 双刃中心刀双刃中心刀单刃滚刀单刃滚刀中心齿刀中心齿刀窄齿刀窄齿刀切刀切刀弧形刮刀弧形刮刀仿形刀仿形刀第8页/共27页 刀具的破岩机理:刀具的破岩机理:分软岩切削机理和硬岩破岩机理。软岩切削机理是刀具对土层的挤压分软岩切削机理和硬岩破岩机理。软岩切削机理是刀具对土层的挤压所产生的剪切力来破坏土层而达到切削效果。所产生的剪切力来破坏土层而达到切削效果。图2-6 软土刀具切削机理示意图第9页/共
10、27页 滚刀破岩要想达到满意效果,必须满足两个条件:滚刀破岩要想达到满意效果,必须满足两个条件:a.a.工作面的岩层要有一定强度;工作面的岩层要有一定强度;b.b.滚刀的启动扭矩要小。滚刀的启动扭矩要小。因为以下因素很难满足以上条件:因为以下因素很难满足以上条件:a.a.地质因素;地质因素;b.b.滚刀的制造质量及工艺;滚刀的制造质量及工艺;c.c.滚刀质量一致滚刀质量一致性;性;d.d.开挖模式问题。开挖模式问题。第10页/共27页 刀具配置的差异性刀具配置的差异性 刀具配置的差异性表现在滚刀和刮刀的配置数量和高等级组合高刀具配置的差异性表现在滚刀和刮刀的配置数量和高等级组合高度差等方面。度
11、差等方面。刀具的高度差及组合高度差对开挖的影响:刀具的高度差及组合高度差对开挖的影响:a.a.刀具高对防结泥饼有利。刀具高对防结泥饼有利。b.b.刀具的高度差大有利于破岩。刀具的高度差大有利于破岩。制造商/参数海瑞克公司维尔特公司三菱公司滚刀启动扭矩/mm20-5050-8030-50滚刀直径/in171713或17滚刀磨损量限制/mm20(刀圈厚70)30(刀圈厚80)20边缘滚刀高度/mm高出盾壳15-20高出盾壳15-20高出盾壳15-20中心滚刀高度/mm/把数175/8110/10110/8正面滚刀高度/mm/把数175/30110/25110/30切刀高度/mm/把数140/(32
12、X2)70(37X2)70/(30X2)刮刀高度/mm/把数140/16-70/42刀盘先行刮刀无,滚动与刮刀互换无,滚动与刮刀互换90,滚动与刮刀互换表表2-2 2-2 配置差异表配置差异表第11页/共27页 滚刀与滚刀之间的刀间距滚刀与滚刀之间的刀间距图图2-8 2-8 刀间距示意图刀间距示意图 滚刀的刀间距也是影响破岩能力的关键因素。刀间距过大会在两刀之间滚刀的刀间距也是影响破岩能力的关键因素。刀间距过大会在两刀之间出现破岩的盲区而形成出现破岩的盲区而形成“岩脊岩脊”。刀间距过小会将岩体碾成小碎块,降低。刀间距过小会将岩体碾成小碎块,降低破岩功效。破岩功效。刀盘边缘部分的刀间距刀盘边缘部
13、分的刀间距一般都小于一般都小于90mm,90mm,正面刀具的刀间距一般在正面刀具的刀间距一般在100mm,100mm,有的在有的在115-120mm115-120mm。第12页/共27页(二)前体(二)前体 前体又叫切口环,是开挖土仓和挡土部分,位于盾构的最前端,结构前体又叫切口环,是开挖土仓和挡土部分,位于盾构的最前端,结构为圆筒形,前端设有刃口,以减少对底层的扰动为圆筒形,前端设有刃口,以减少对底层的扰动图图2-9 2-9 前体结构示意图前体结构示意图在圆筒垂直于轴线、约在其中段处焊有压力隔板,隔板上焊有安装主驱动、在圆筒垂直于轴线、约在其中段处焊有压力隔板,隔板上焊有安装主驱动、螺旋输送
14、机及人员舱的法兰支座和四个搅拌棒,还设有螺旋机闸门机构及气螺旋输送机及人员舱的法兰支座和四个搅拌棒,还设有螺旋机闸门机构及气压舱(根据需要),此外,隔板上还开有安装压舱(根据需要),此外,隔板上还开有安装5 5个土压传感器、通气通水等的个土压传感器、通气通水等的孔口。不同开挖形式的盾构机前体结构也不相同。孔口。不同开挖形式的盾构机前体结构也不相同。举例参数:举例参数:F F6250mm6250mm(直径)(直径)X1700mmX1700mm(长(长度)度)X60mmX60mm(板厚)(板厚)X57tX57t(质量)(质量)第13页/共27页(1 1)主驱动装置)主驱动装置 主驱动装置由主轴承、
15、八个液压驱动马达、八个减速器及主轴承主驱动装置由主轴承、八个液压驱动马达、八个减速器及主轴承密封组成,轴承外圈通过连接法兰用螺丝与前体固定,内(齿)圈用螺丝和密封组成,轴承外圈通过连接法兰用螺丝与前体固定,内(齿)圈用螺丝和刀盘连接,借助液压动力带动液压马达、减速器、轴承内齿圈直接驱动刀盘刀盘连接,借助液压动力带动液压马达、减速器、轴承内齿圈直接驱动刀盘旋转。旋转。举例参数:最大扭矩:举例参数:最大扭矩:I-I-4500KN.m II-1970KN.m 4500KN.m II-1970KN.m 脱脱困扭矩:困扭矩:5300KN.m 5300KN.m 输出转速:输出转速:0-6.1r/min 0
16、-6.1r/min 主轴承外径:主轴承外径:F F2600mm 2600mm 质量:质量:6.64t 6.64t 寿寿命:命:10000h10000h图图2-10 2-10 主驱动结构图主驱动结构图第14页/共27页(三)中体(三)中体图2-11中体结构示意图 中体又叫支承环是盾构的主体结构,承中体又叫支承环是盾构的主体结构,承受作用于盾构上的全部载荷。是一个强度和受作用于盾构上的全部载荷。是一个强度和刚性都很好的圆形结构,地层力、所有千斤刚性都很好的圆形结构,地层力、所有千斤顶的反作用力、刀盘正面阻力、盾尾铰接拉顶的反作用力、刀盘正面阻力、盾尾铰接拉力及管片拼装时的施工载荷均由中体来承受。力
17、及管片拼装时的施工载荷均由中体来承受。中体内圈周边布置有盾构千斤顶和铰接油缸,中体内圈周边布置有盾构千斤顶和铰接油缸,中间有管片拼装机和部分液压设备、动力设中间有管片拼装机和部分液压设备、动力设备、螺旋输送机支承及操作控制台。备、螺旋输送机支承及操作控制台。?举例参数:举例参数:F F6240mm6240mm(直径)(直径)X2580mmX2580mm(长(长度)度)X40mmX40mm(板厚)(板厚)X31.4tX31.4t(质量)(质量)第15页/共27页(1 1)人员舱)人员舱 人员舱是在需要压缩空气以平衡盾构围岩的水土压力,以保持作业面的稳定作人员舱是在需要压缩空气以平衡盾构围岩的水土
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