1、第一节 盾构机与全断面掘进机概述 第二节 盾构掘进机的构造及工作原理 第三节 全断面掘进机,第九章 盾构机与岩石掘进机,9.1 隧道施工方法概述,开挖隧道的方法分为：明挖法和暗挖法两大类型。1. 明挖法：明挖法：就是从地表向下开挖，先把隧道上方的地层全部挖去，然后修筑衬砌，再进行回填，把隧道掩埋起来。采用的机械设备通常是挖掘机等土石方机械和桩工机械。,9.1 隧道施工方法概述,2. 暗挖法：暗挖法：则是全部工程作业都在地下进行。它的主要施工方法有：钻爆法(又称矿山法)、盾构法和掘进机法。,（1）钻爆法：对开挖的隧道进行钻孔、装药、爆破和出渣并进行喷锚支护的施工方法。,测量,钻孔,装药,爆破,通
2、风,排渣,撬顶,打锚杆,9.1 隧道施工方法概述,（2）盾构法和掘进机法：是将开挖、支护和衬砌组合为一体，并对隧道进行全断面开挖的施工方法。完成这种施工方法的大型施工机械是：盾构机和全断面掘进机。,9.2 盾构机,盾构：指用钢板作成筒形的结构物。在开挖隧道时，它可作为临时支护，并在筒形结构内安装开挖、运输、拼装隧道衬砌的机械手及动力站等装置，以便安全地作业。,盾壳,9.2 盾构机,1. 盾构施工法：盾构施工法使用盾构机开挖隧道的方法，是软土地层中隧道暗挖施工的主要方法。主要用于：被掘进的工作面本身在开挖过程中不能保持稳定和有地下水的地层中，适用于城市地铁和穿河(穿海)隧道、污水管道等工程。,盾
3、构,管片台车,斗车,起重机,卸土仓,刀盘及回转,刀盘推压,9.2 盾构机,全断面硬岩盾构掘进机：,第一节 盾构机与全断面掘进机概述, 掘进机法（简称TBM法(全断面掘进机开挖方法)） ：利用隧道全断面掘进机上的回转刀盘破碎岩石进行隧道开挖的方法。主要用于铁路、公路隧道、引水隧洞和地铁等的施工。,9.2 盾构机,2. 盾构施工的种类：盾构的分类方法有以下几种：（1）按开挖面土的挖掘方式，可以分为手掘（人工挖掘）式、半机械式和机械式。（2）按开挖面上的挡土方式，可以分为开敞式和封闭式（土体能自立时采用开敞式，土体松软而不能自立时则采用封闭式）。（3）按开挖面压力平衡的方式，可分为气压式、泥水加压式
4、、土压平衡式。,9.2 盾构机,1. 手掘式：手掘式盾构：其开挖面可以根据地质条件全部敞开，也可以采取正面支撑，即随开挖随支撑。,2. 半机械式盾构：半机械式盾构系在手掘式盾构正面装上挖土机械来代替人工开挖。（1）反铲挖掘机式盾构：,9.2 盾构机,（2）铣削臂式盾构 ：,（3） 网格切割式盾构：,9.2 盾构机,3. 机械式盾构：机械式盾构：是在盾构的开挖面安装与盾构直径同样大小的大刀盘，以实现全断面切削开挖。（1）气压式盾构：为了防止掌子面塌坍，将工作面密封在具有一定气压下，阻止地下水外流，以利于挖土。适用于在地下水位以下易于坍方的土壤中施工。,9.2 盾构机,（2）局部气压式盾构 只在盾
5、构的局部范围内密封起来，注入压气，施工人员在密封室外的常压下工作。,9.2 盾构机,（3）泥水加压式盾构 ：在盾构前部设置一个密封区，注入一定压力的泥浆水，以平衡地下水压力，阻止地下水流出，防止坍方。,进液管,排泥管,搅拌器马达,检查孔盖,盾构推进液压缸,刀盘驱动马达,9.2 盾构机,（4）土压平衡式盾构：是把由刀盘切削下来的土砂先滞留在刀盘泥土仓与排土螺旋输送机内，然后按照开挖量与输出量维持相等的原则，在保持对开挖工作面施加一定压力的条件下，由螺旋输送器自动连续出土。,由于对开挖工作面施加了一定的压力，这样既可以防止开挖工作面崩坍，又可以起到隔离并平衡开挖工作面地下水的作用。,第一节 盾构机
6、与全断面掘进机概述,三、盾构机与全断面掘进机的特点：(1) 保持巷道围岩不受破坏，因而保持了巷道的稳定性。 (2) 掘进速度快，比钻爆法 快11.5倍。(3) 减少了岩石冒落及地下水的突然涌出。即：安全性好。(4) 改善了劳动条件、减少了体力劳动。 缺点：设备购置费用高、经济适用条件有限。如：开挖的经济深度为：10001500m。,第二节 盾构掘进机的构造及工作原理,一、盾构机的工作原理：1. 基本构造：,盾壳,推进液压缸,管片拼装机,刀盘,螺旋输送机,盾尾密封,管片输送机,第二节 盾构掘进机的构造及工作原理,2. 土压平衡式盾构机的基本工作原理：通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力
7、，并使其与开挖面地层水、土压力相平衡，同时直接利用泥土舱内的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。 二、盾构掘进机的工作过程：1. 盾构机的掘进：（1）液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进。（2）开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，然后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中。,9.2 盾构机,（3）通过竖井运至地面。2. 掘进中控制排土量与排土速度：保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流入泥土舱中的渣土量相平衡。3.管片拼装：盾构机掘进一环衬砌长度的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道一次成型。,9.2 盾构机
8、,4. 盾构机的构造：,刀盘,刀盘动力机构,盾壳,推进 液压缸,人员仓,管片拼装机,螺旋输送机,9.2 盾构机,（1）盾壳：是一个用厚钢板焊接而成的圆筒，是盾构受力支撑的主体结构。,切口环 (前盾),支撑环 (中盾),推进液压缸,盾尾密封,盾尾,9.2 盾构机,（2）切削刀盘：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。,刀盘有封闭型和开放型之分。封闭型：切削刀盘由辐条、切削刀具、进土槽和面板等构成。开放型：是由切削刀具和加劲辐条构成。,9.2 盾构机,（3）刀盘驱动支承机构：用以驱动刀盘旋转，以对物体进行挤压和切削。 刀盘支撑方式：,中心轴支撑,周围支撑,中间支撑,9.
9、2 盾构机, 刀盘支撑方式：,9.2 盾构机,（4）双室气闸双室气闸装在切口环上，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舱检察及更换刀具时，就要使用双室气闸。,9.2 盾构机,（5）管片安装机：功能：是能准确地将管片放到恰当的位置上并能安全且迅速地把管片组装成所定形式。需要具备三个动作：即能提升管片，能沿盾构轴向平行移动，能绕盾构轴线回转。相应的拼装机构为举升装置、平移装置和回转装置。,举升装置,回转装置,平移装置,抓取装置,微调定位装置,9.2 盾构机,（6）排土机构：主要包括螺旋输送机和皮带输送机。,9.3 全断面掘进机,掘进机法（简称TBM法(全断面掘进机开挖方法
10、)） ：利用隧道全断面掘进机上的回转刀盘破碎岩石进行隧道开挖的方法。主要用于铁路、公路隧道、引水隧洞和地铁等的施工。,9.3 全断面掘进机,一、掘进机的分类：（1）按切削头的回转方式分为：单轴回转式和多轴回转式。（2）按刀盘上的刀具破碎岩石的方式分为：切削式、铣削式、挤压剪切式和滚压式。（3）按掘进机有无护盾（最常用的分类方式）分为：开式、单护盾式和双护盾式。,9.3 全断面掘进机,1. 开式掘进机：是靠支撑在洞壁上的支撑靴板提供的反力而向前掘进的。,9.3 全断面掘进机,主要适用于岩层不易坍塌和地层比较稳定的硬岩和中硬岩隧洞的开挖。具有：结构简单，无护盾，调向灵活，机内空间大等优点；但对于有
11、断层、破碎带的地质条件适应较差。2. 单护盾式掘进机：,主要适用于不能依靠洞壁来提供反力的地质条件，如大面积断层、破碎带，局部软岩或溶洞等。掘进时的推进力是由护盾尾部的推进液压缸文撑在衬砌上而产生的。,护盾,推进油缸,管片,9.3 全断面掘进机,3. 双护盾式掘进机在结构上既有主支撑靴又有护盾结构。,主推进油缸,护盾,副推进油缸,支撑装置,支撑油缸,既能进行硬岩掘进，又能进行软岩地层的开挖。,9.3 全断面掘进机,（1）硬岩凿岩方法： 当围岩状态较好可以使用支撑靴时，即围岩能给支撑靴提供足够的推进反力与刀盘切削反力矩的情况下，掘进机工作类同开式掘进机。（2）软岩作业方法当掘进机遇到软弱围岩，不
12、能使用支撑靴时，双护盾式掘进机就像一台盾构机进行作业，即将双盾构的文撑装置保持在收缩位置，支撑靴不用。,9.3 全断面掘进机,二、全断面掘进机的工作原理：1. 掘进机的主要组成：岩石掘进机的结构一般都由下列几个部件组成，即切削刀盘、主轴承与密封装置、刀盘 驱动机构、主机架、推进装置、支撑机构、排碴装置、液压系统、除尘装置与电气、操纵等 装置。,切削刀盘,刀盘驱动装置,推进装置,底部前支撑,主支撑靴,后支撑靴,9.3 全断面掘进机,2. TBM掘进工作原理：（1）掘进工序,掘进开始,掘进结束,底部前支撑,推进油缸,主支撑靴,后支撑靴,第三节 全断面掘进机,（2）换步工序,换步开始,换步终了,9.3 全断面掘进机,3. TBM掘进机:,9.3 全断面掘进机,9.3 全断面掘进机,例：贯穿瑞士和意大利之间的阿尔卑斯山的铁路隧道。,
