土压平衡盾构机盾体概述

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  [摘 要]介绍了土压平衡盾构机盾体部分各部件在掘时过程中的作用
  [关键词]土压平衡盾构机,盾体,推进油缸,舱壁门,前闸门
  中图分类号:U455.39 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)27-0321-01
  地铁越来越多成为成都市中人们日常生活出行的首选。盾构机也渐渐被人们所熟悉。盾构机指外形与遂道横截面相同但尺寸比遂道外形稍大的钢管或框架压入地中构成保护掘进的外壳,该外壳与壳内各种作业机械及作业空间的组合体为盾构机。它是一种既能支承地层压力又能在地层中掘进的施工机具。它是于电气液压,光电,传感及信息于一体的自动化程度高的遂道掘进专用工程机械。具有开挖切削土体输送土碴拼装遂道衬砌测量导向纠偏等功能。土压平衡盾构机(也称为EPB),作为盾构机型中的一种,它通过土压平衡系统实现开挖面的稳定。此机型利用开挖的泥土支撑挖掘面,通过调节盾构推进速度和螺旋输送机的转速来控制土仓的压力,使土仓中的土压力与地下水土压力相平衡,防止开挖面崩塌和地表沉降限制在允许范围内。
  土压平衡盾构机(以下称EPB)主要是由刀盘,刀盘驱动,盾体,螺旋输送机,人闸,管片安装器及后配套几大部分组成。在此主要谈一下盾体部分在掘进过程中所起的作用。
  众所周知刀盘位于整个盾构机的最前端刀盘主要作用就是在液压马达驱动下旋转切削土体。而盾体部分就大的范围包括盾体(前盾,中盾和尾盾),推进油缸,舱壁门,螺旋输送机前闸门,盾体平台几部分。盾体外壳不仅对作业空间起着保护作用,同时承受周围土层的压力有时还承受地下水压以及将地下水擋在外面,因此盾构机的外壳要求有足够的强度和刚度。前盾位于刀盘的后面,前盾中焊有一块舱壁板此板使前盾与刀盘分隔开,同时使泥土舱与后面的工作空间相隔离。舱壁板前面焊接的一块锥形弧形板,此设计有利于土体流向盾体底部。锥形板上焊有换刀时起吊刀具用的辅助工具。刀盘钢结构上焊接的搅拌棒与焊在舱壁板上的搅拌棒同时对切削下来的土体进行搅拌。前盾搅拌棒上的孔口用以向开挖舱输送水,泡沫,膨润土及其他添加剂,用以改善土质。泥土充分搅拌后落入开挖舱下部,经螺旋输送机输送至皮带输送机上经碴土车上再经竖井运至地面。舱壁板的上方有一个舱壁门,规格一般为DN600。经过专业培训的维修人员进入人闸经过舱壁门后到达泥土舱进行维修检查。舱壁板上一般对称分布有四个水平超前钻,当隧道施工中遇到的溶洞、空穴等地质灾害无法从地面进行注浆加固处理时,可用盾构机配置的超前钻探系统在洞内进行溶洞钻探及膨润土加固。通过高低位置不同的水平超前钻从开挖面上提取土样,可以帮助分析土质变化,为下一段的掘进提供数据。舱壁板上在不同高度处安装有土压传感器可以用来探测泥土仓中不同高度的泥土层压力。刀盘驱动和人闸均通过螺栓固定于前盾上的驱动法兰和人闸法兰上。舱壁板下方有两个排水管。伴随泥土落入泥土舱的泥水超过一定量时,可通过此管路被抽出从而起到一定稳定两舱压力的作用。螺旋输送机与前盾下方螺旋机法兰通过螺栓相连接,与盾体轴向中心线成一定的夹角倾斜向后方伸出至盾尾。
  中盾位于前盾的后面和前盾通过高强度螺栓来连接。中盾上焊有环形梁和H架用于掘进的推进油缸及和盾尾联接的铰接油缸都安装在中体上。管片安装器的支承架就固定在H架上。盾构机推进油缸的后端顶在盾构机前盾和中体相联的法兰板上,油缸的前部搁置在中盾的摆动支承上,推进油缸的压力可通过前盾钢结构作用到开挖面上以起到支撑和稳定开挖面的作用。推进油缸活塞杆上安装有塑性撑靴用以降低振动。每组油缸可单独控制可以实现盾构机的姿态调整。掘进过程中的纠编和曲线段的施工,主要通过分组开动推进油缸来实现。中盾的环形梁上有倾斜的超前钻,通过此管路向洞壁与盾壳之间注入膨润土用以减少盾体的壳体与地层之间的摩擦,同样可以通这些超前钻在开挖面上抽取土质结合水平超前钻所取的土样更好的帮助分析地质层的变化,为掘进过程的顺利进行起到一定的作用。盾尾和中盾是通过铰接油缸来连接。铰接油缸在盾构掘进时能灵活的进行姿态调整并方便于盾构机在掘进过程中的转向。
  盾尾部分为管片拼装空间管片拼装机位于盾尾空间的保护内,管片的拼装借助于管片拼装机来实现并且在盾尾的保护下进行。盾尾的长度根据管片的宽度和形状及盾尾密封的结构和道数来决定。盾尾的最前端是经过机械加工的盾尾铰接环,此环与中体内环接触面装有紧急密封圈,用以阻挡突发情况时背后泥水等液体流入工作舱。盾尾壳体上开有油脂注入管路和同步注浆管路。同步注浆管路有特制的窗口以便于进行维修和清洗堵塞。同步注浆也就是盾构机同时掘进同时向管片外侧与地层之间注入泥浆这样容易保证施工质量和减少地面沉陷。为了防止地下水,土砂,壁后注浆材料等流入盾构机壳体与管片之间在盾尾钢结构最后端一般有两层有弹簧板而盾尾内径圆周焊有钢丝尾刷(一般为3排)。一般钢丝刷中充满油脂钢丝刷即有弹性又有塑性。
  推进油缸:
  盾构机的前进与否是依赖于推进油缸的伸缩来完成。要求完成盾构掘进机的转弯、曲线行进、姿态控制、纠偏以及同步运动,使得盾构掘进机能沿着事先设定好的路线前进,是盾构机的关键系统之一。因为它的功率大,变负载,动力远距离传递和控制的特点。推进油缸采用了液压系统来实现动力的传递,分配和控制。推进油缸被分成几组,每组油缸都有自己独立的撑靴,在推进过程中每组油缸各自独立进行压力调节。
  螺旋输送机前闸门:
  螺旋输送机大体分伸缩和不伸缩两种。当螺旋输送机为伸缩时,在前盾下端出料口才配有螺旋输送机前闸门。此门分两扇左右对称的分布于出料口两边。当螺旋输送机工作时,两扇门在油缸的带动下,向两侧摆动此门处于打开状态。当螺旋输送机缩回时,前闸门油缸缩回,两扇门在油缸的带动下回到出料口两侧,前闸门关闭。
  结束语
  本文概括性总结盾构机盾体部分在掘进过程中起的作用,帮助读更进一步了解盾体部分的细分类。为更复杂地层盾体设计提供有效启发,为盾构技术的完善提供有价值的参考。
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