盾构机类型和组成简析

根据工作原理的不同，盾构机可以分为手掘式盾构机、挤压式盾构机、半机械式盾构机（局部气压、全局气压）和机械式盾构机（开胸式切削盾构机、气压式盾构机、泥水加压盾构机、土压平衡盾构机、混合型盾构机、异型盾构机）；根据适用的土质及工作方式的不同，盾构机可以分为开胸式、压缩空气式、泥水式、土压平衡式、组合式、插板式、多断面式盾构机及微型盾构机等。按直径大小可以分为特大、大、中、小及微型盾构机；按开挖断面分为部分断面开挖和全断面开挖的盾构机等。目前作为主流技术的主要有泥水加压平衡盾构机、土压平衡盾构机、组合式盾构机和微型盾构机等。

土压平衡式盾构机的组成如图5-2所示，其基本装置是切削刀盘及其轴承和驱动装置，开挖室及螺旋输送机等。

图5-2 土压平衡式盾构机的组成

1—切削刀盘 2—开挖室 3—承压隔板 4—压缩空气闸室 5—推进千斤顶 6—尾盾密封 7—油箱 8—带式输送机 9—管片拼装机 10—刀盘驱动 11—螺旋输送机

1.切削刀盘

切削刀盘切割开挖面上的土壤和在开挖室内搅拌使之变成可塑的泥土浆。切削刀盘前面一般布置有添加土壤改良剂料的灌注口，对开挖面上的土壤进行改良处理。切削刀盘盘面有封闭式和敞开式两种。封闭式切削刀盘是用于开挖面不稳定的土层类型，这样可以避免在开挖面有大量的土壤松动。切削刀盘上开口的比率在保证系统稳定的前提下可以根据实际需要而变化。开口的宽度限制了螺旋输送机中可以输送的最大石块的尺寸。大的石块需在切削刀盘前压碎到与开口缝隙尺寸相配，这样可以避免损坏螺旋输送机。封闭式切削刀盘的一个缺点是在开挖面上支撑压力的分布不均匀。承压隔板上测得的土压值不一定就是真实值，它还与刀盘的位置和转向有关。

2.轴承和驱动部件

在土压平衡式盾构机中，轴承的密封系统和易于拆换非常重要，因为这些部件在磨蚀性强的土层中会受到很大的机械应力，易造成密封区域的严重损坏。在结构上一般分为中心轴驱动方式和非中心轴驱动方式。

中心轴驱动部件的封闭或敞开式切削刀盘是一种比较简单的设计，在开挖室内不需要什么处理，也没什么障碍物。同时所有密封都可以从盾构机上接触到，易于修复。中心轴驱动部件的缺点是盾构中心被切削刀盘部件占满，使螺旋输送机的安装坡度特别小，这必然导致盾构机的加长。

非中心轴驱动部件的封闭或敞开式切削刀盘驱动轴承的直径约为盾构直径的一半。切削刀盘有单独的支架支承。优点是导引稳定、不易阻塞，巨支承支架能起一定的搅拌作用，并可以从盾构区域接近密封系统。(www.xing528.com)

3.开挖室

土压平衡式盾构机的刀盘切削面与后面的承压隔板所形成的空间为开挖室。在这里从开挖面挖出的土料转变成有良好的变形性的可塑土浆（假如在开挖面的开挖中还没做到这一点的话），以保证在开挖面有稳定的支撑压力。

挖掘工作腔室的设计由螺旋输送机、压缩空气室（如果有的话）和切削刀盘驱动部件的位置决定。开挖室的设计应顺应土料流动以避免土料聚集，保证土料持续地流到螺旋输送机中。

开挖室的长度决定了与推进速率相关的土料留在室内的时间。开挖室还可根据需要布置一些搅拌机构，对土料进行搅拌。对大直径盾构机，堵塞的危险性较大（尤其在开挖室中部），因为旋转搅拌工具的转速越靠中间越低。当切削刀盘的一般转速为1～2m/min时，搅拌机构对靠近开挖室中心的部位不起作用，因此在中心部位应设置可以独立旋转的切削或搅拌装置。

4.螺旋输送机

在土压平衡式盾构机中，螺旋输送机具有以下功能：从有压力的开挖室内将土料送到大气压下的隧洞中；在渗水土层中密封有压水；通过控制开挖土料的进出量来控制开挖室的支撑压力。

螺旋输送机是一个连续工作的系统，由可旋转的螺旋叶片和静止螺旋叶片外壳组成。螺旋叶片一般是装配在旋转轴上，但也可以设计成没有中心轴以便在中心输送较大的石块。

螺旋输送机的驱动可以布置在中心（轴）或周向边缘。中心驱动时，土料从圆柱体外壳的一扇门送出，而周向边缘驱动时，土料可以从圆柱体外壳的端部送出。

螺旋输送机的圆柱形壳体有一段是可以伸缩的。它伸到开挖室内部，可以改善土料的供应。由于存在摩擦，在壳体内的土料不能旋转，只能作轴向移动。

螺旋输送机的安装位置较低时更好用，因为土料是利用其自身重量压入螺旋输送机开口中的。当螺旋输送机位于中心时，必须将在开挖室下部的土料向上压送以克服重力作用。若螺旋输送机位于更低的位置，使用压缩空气将开挖室内的土料向低位压送没什么问题，因此压缩空气气室的位置越高越好。