開敞式及雙護(hù)盾TBM機(jī)構(gòu)和原理講義

1、中鐵八局集團(tuán)有限公司 授課人： 董天鴻 開敞式及雙護(hù)盾TBM機(jī)構(gòu)和原理KAI CHANG SHI JI SHUANG HU DUN TBM JI GOU HE YUAN LI 第一部分 開敞式TBM的機(jī)構(gòu)組成第二部分 開敞式TBM的工作原理第三部分 雙護(hù)盾TBM的機(jī)構(gòu)組成第四部分 雙護(hù)盾TBM的工作原理目 錄第一部分開敞式TBM的機(jī)構(gòu)組成開敞式TBM 雙X支撐連接橋噴漿機(jī)械手OPEN ROCK MACHINE后支撐推進(jìn)油缸護(hù)盾外機(jī)架及水平支撐噴漿機(jī)械手刀盤刀具指形護(hù)盾開敞式TBM的定義利用巖壁的反作用力，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)功能所需的反推力和反扭矩，在常溫常壓下，實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)一次成型、初期支護(hù)、出碴運(yùn)輸功

2、能，集機(jī)、電、液、氣為一體，實(shí)現(xiàn)隧道施工自動化、工廠化的大型綜合性施工設(shè)備。全斷面開敞式硬巖掘進(jìn)機(jī)機(jī)構(gòu)組成 全斷面開敞式硬巖掘進(jìn)機(jī)主要由主機(jī)、連接橋、后配套組成；主機(jī)部分主要有刀盤、護(hù)盾、內(nèi)外凱(或內(nèi)機(jī)架、水平支撐)、主驅(qū)動、前后支撐（機(jī)頭架、后支撐）等組成；后配套主要有拖車、供電、通訊、供水排水、通風(fēng)除塵、供氣、控制系統(tǒng)、激光導(dǎo)向系統(tǒng)、出碴運(yùn)輸設(shè)備系統(tǒng)組成。TBM刀盤及刀具鏟斗前刮碴板后刮碴板刀具TBM楔塊卡裝式刀具剖視TBM楔塊卡裝式刀具及刀箱TBM楔塊卡裝式刀具TBM栓接式刀具TBM栓接式刀具解剖圖掌子面網(wǎng)片安裝作業(yè)開敞式TBM開挖出的隧道表面錨桿鉆機(jī)鉆孔作業(yè)Ring beams and

3、 mesh. Fingers moving forward, over the ring beam Karahnjukar, Iceland超前噴漿作業(yè)噴漿作業(yè)翻碴作業(yè)渣車翻車機(jī)主驅(qū)動電機(jī)超前鉆孔作業(yè)TBM皮帶機(jī)出渣運(yùn)輸TBM的導(dǎo)向系統(tǒng)PPS終端開敞式TBM礦車出渣開敞式TBM連續(xù)皮帶機(jī)出渣第二部分開敞式TBM的工作原理開敞式TBM的工作原理在推進(jìn)油缸的推力作用下，主驅(qū)動帶動刀盤刀具對巖石進(jìn)行滾壓，巖石達(dá)到破裂極限，逐步開裂剝落成片裝巖渣，掉落到刀盤下部，再有刀盤鏟斗將巖渣產(chǎn)起裝入皮帶機(jī)中，轉(zhuǎn)運(yùn)到碴車列車或連續(xù)皮帶機(jī)運(yùn)送到洞外；同時，TBM的支護(hù)系統(tǒng)完成隧道的初期支護(hù)工作，有后續(xù)模板臺車完成隧

4、道二襯工作。此工作步驟循環(huán)往復(fù)，連續(xù)不斷，完成隧道的工廠化施工作業(yè)。開敞式及雙護(hù)盾TBM破巖TBM刀具破巖機(jī)理刀具Chipping錨干作業(yè)掛網(wǎng)作業(yè)鋼拱架安裝換步狀態(tài)換步結(jié)束開始下一循環(huán)推進(jìn)左轉(zhuǎn)彎右轉(zhuǎn)彎噴漿作業(yè)第三部分雙護(hù)盾TBM的機(jī)構(gòu)組成雙護(hù)盾TBM刀盤及刀具前盾支撐盾伸縮盾前護(hù)盾 前護(hù)盾包含并支承著驅(qū)動裝置和刀盤。前護(hù)盾通過伸縮油缸與后護(hù)盾相連接。伸縮油缸分成上下左右四組，使前護(hù)盾帶著刀盤可以朝任何想要的方向轉(zhuǎn)向。前護(hù)盾相對于后護(hù)盾的位置，由4個線性傳感器測出，并從司機(jī)室的數(shù)字顯示裝置讀出。 在前護(hù)盾頂部1/4的地方有兩個液壓操縱的穩(wěn)定器，在硬巖中掘進(jìn)時用來穩(wěn)定前護(hù)盾。WIRTH 掘進(jìn)機(jī)的設(shè)

5、計(jì)不需要額外的前支撐，其他公司設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)可能需要它用于換步時起支撐作用。 如同我們關(guān)于這種掘進(jìn)機(jī)工作循環(huán)的解釋中所敘述的，換步過程將借助尾盾的推進(jìn)油缸推壓管片，同時伸縮油缸向前拔拉支撐護(hù)盾。由于推進(jìn)油缸推壓著已襯砌的管片環(huán)，因此支撐護(hù)盾將總是被推向前，而不會將前護(hù)盾向后拉。伸縮護(hù)盾 伸縮護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)的伸縮部分連接著前護(hù)盾和后護(hù)盾。其功能是使掘進(jìn)機(jī)的開挖與預(yù)制混凝土管片的安裝能同時進(jìn)行。 伸縮油缸連接著前、后盾，既傳遞推力又傳遞拉力。這一性能在遇到不穩(wěn)定的地層條件，而覆蓋層負(fù)荷又大時，可用以防止前護(hù)盾向下傾斜。 兩個力矩裝置將刀盤的扭矩從前護(hù)盾傳給后護(hù)盾或稱支撐護(hù)盾。前、后護(hù)盾間的滾動的調(diào)整，用

6、力矩油缸實(shí)現(xiàn)，不需要伸縮油缸來糾正滾動。這種糾正滾動方式與獨(dú)立的推進(jìn)力的方式是雙護(hù)盾設(shè)計(jì)的一個非常重要的特點(diǎn)。 伸縮部分兩個殼體之間的間隙可以檢查，可以清潔。為了檢查和清潔的目的，提供了若干開口。后護(hù)盾（支撐護(hù)盾） 后護(hù)盾（支撐護(hù)盾）內(nèi)設(shè)有推進(jìn)油缸和支撐裝置。支撐布置的形狀使得支撐力作用到兩側(cè)和底部。這使得后護(hù)盾以左、右、底三點(diǎn)固定在隧道內(nèi)。支撐護(hù)盾承受著全部掘進(jìn)反力，在更換滾刀時也可將前護(hù)盾回拉。 支撐護(hù)盾尺寸寬大，以減小對圍巖的壓力。這一點(diǎn)在軟弱圍巖掘進(jìn)時尤其重要。由支撐護(hù)盾產(chǎn)生的對圍巖的接觸壓力是與施加到刀盤的推進(jìn)力成正比的。 當(dāng)在硬巖地層開挖時，刀盤必需有很大的推進(jìn)力，支撐系統(tǒng)必須產(chǎn)生

7、很大的夾持力以支持這個推進(jìn)力。因此對圍巖的接觸壓力將達(dá)到較高水平。當(dāng)在軟弱地層開挖時，刀盤只需要較小的推進(jìn)力。夾持力將成正比減少，因此對圍巖的接觸壓力將比較小。 這種系統(tǒng)的特點(diǎn)不是屬于硬性的、不可改變的，即具有恒定不變的高夾持力和相應(yīng)的高的接觸壓力，而是能根據(jù)刀盤對推進(jìn)力的需要來提供相應(yīng)的接觸壓力。 推進(jìn)油缸分成四組作用在四個壓力區(qū)，以利于當(dāng)在軟弱圍巖中掘進(jìn)不能用支撐時掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。每組的推進(jìn)油缸連到一個推力靴板上。推力靴板上覆蓋的聚氨酯的靴面以保護(hù)襯砌塊。 后護(hù)盾的總推力相當(dāng)大，以便施加需要的力于刀盤，并用于克服全部護(hù)盾的摩擦阻力。(單護(hù)盾模式時)。推進(jìn)油缸有一共用的液壓動力裝置。四組液壓

8、缸的每一組均有共同的供油量控制，由掘進(jìn)機(jī)操縱手監(jiān)控。在正常掘進(jìn)模式時，即用支撐靴提供反力來推進(jìn)前護(hù)盾與刀盤。推進(jìn)液壓缸可由一個共用的油流來操作。每一液壓缸裝有測量裝置或者線性傳感器，使操作者能監(jiān)控其位置。雙護(hù)盾TBM主機(jī)主要機(jī)構(gòu)圖雙護(hù)盾TBM連續(xù)皮帶機(jī)出渣雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)主機(jī)主要機(jī)構(gòu)圖2雙護(hù)盾TBM雙護(hù)盾TBM的刀盤及主驅(qū)動雙護(hù)盾TBM的主推進(jìn)機(jī)構(gòu)支撐盾及撐靴機(jī)構(gòu)裝碴及輸送機(jī)構(gòu)輔助推進(jìn)及管片安裝機(jī)構(gòu)管片安裝機(jī)雙護(hù)盾TBM整機(jī)全貌管片生產(chǎn)管片養(yǎng)護(hù)雙護(hù)盾TBM管片存放第四部分雙護(hù)盾TBM的工作原理雙護(hù)盾TBM工作原理工作原理在常溫常壓下，利用盾體或撐靴的支撐巖壁，克服開挖巖渣所需的推力和扭矩，主推進(jìn)或輔助推進(jìn)系統(tǒng)提供開挖巖渣所需的推力，同時主驅(qū)動帶動刀盤刀具滾壓破巖，連續(xù)皮帶機(jī)或礦車列車將巖渣運(yùn)出洞外，管片安裝機(jī)與輔助推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)襯砌與開挖同步，伸縮護(hù)盾和主、輔助推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)換步和連續(xù)隧道施工作業(yè)。（1）圍巖破碎，采用單護(hù)盾模式掘進(jìn)（類似于盾構(gòu)）；（2）圍巖自穩(wěn)性好，采用雙護(hù)盾模式掘進(jìn)，開挖與襯砌同步。 雙護(hù)盾工作模式圖雙護(hù)盾模式工作循環(huán)結(jié)束狀態(tài)雙護(hù)盾TBM換步狀態(tài)圖雙護(hù)盾TBM換步結(jié)束狀態(tài)單護(hù)盾模式管片安裝狀態(tài)單護(hù)盾模式掘進(jìn)狀