盾构机和单护盾掘进机工作原理差别不大，但构造要复杂得多，除了要完成常规掘进、排土、衬砌、通风等作业外，在软弱土层掘进时，还要确保土层的压力和泥水的平衡作用，其主要有以下机械要素。
图6-29 泥水加压式盾构机示意图
1—旋转刀盘部件；2—泥水舱；3—气垫调压舱；4—盾壳；5—刀盘旋转驱动装置；6—泥浆输入管道；7—高浓度泥水输出管道；8—推进油缸；9—混凝土预制管片安装器；10—混凝土预制管片
（1）推力。盾构机推力的确定主要由以下因素决定：盾构外周（盾壳外层板）和土体之间的摩擦阻力或黏附阻力、盾构正面阻力、管片和盾壳外层板之间的摩擦阻力、盾构刃口的切入阻力等。此外，作为盾构机的装备推力还要考虑变向阻力（包括曲线施工、纠偏和变向用的盾构稳定器及稳定翼板产生的阻力等）和牵引后配套前进的阻力等因素，一般采用上述这些因素合计值的2倍以上。
（2）切削刀盘扭矩。盾构机的切削刀盘扭矩的确定主要由以下因素决定：土体的抗剪力产生的扭矩、切削刀头的切削扭矩、与土体之间的摩擦阻力扭矩以及刀盘外圈部位的摩擦阻力、超挖刀的切削阻力和土的搅拌阻力等。
（3）切削刀盘。在最初的盾构机设计中，针对不同的地层，设计了多种类型的切削刀盘，经过实践检验，为了较容易安装超挖刀和控制掘进方向，现大多采用切削刀盘外周部突出于盾壳前瞻刃口的型式，其形状也大多采用垂直平面形或圆锥形，有封闭型和开放型两种。切削刀盘的支撑方式有中心轴支撑、周围支撑和中间支撑三种型式。切削刀盘使用的轴承一般为组合配套的滑动轴承或双列圆锥滚动轴承，安装在切削刀盘与盾构壳体之间的旋转部位。堵头挡土板土砂密封，一般采用丁腈橡胶或聚氨酯橡胶，形状采用唇形。
（4）切削刀头。切削刀头是盾构机掘进主要的消耗件，由刀片和刀座组成。刀片与刀座连接有焊接式和插销式两种型式。插销式刀片更适用于有抗冲击力砂砾层和承受横向阻力的最外圈部位的刀头。目前，使用的刀头大多为插入式或采用加强处理刀片后焊接式刀头，布置形式为多道切削轨迹（特别是切削刀盘外圈部位适当加大刀头数量）。在砾石性质为燧石、花岗岩或角砾岩时，磨损会进一步加剧，为粉碎大型砾石，现在很多盾构机采用硬岩掘进机上使用的盘形滚刀。泥水加压式盾构机还在刀盘前部配备了碎石机，可粉碎粒径800mm的大块砾石。
（5）超挖刀和仿形刀。为了便于操纵盾构机掘进方向，大多采用了超挖装置。超挖刀就是将切削刀头突出于盾构外周，在全周方位上进行一定量的超挖，这种形式结构简单，使用的较多。仿形刀是安装了仿形机构的超挖刀，由电子、液压控制的仿形机构根据需要将切削刀头突出于盾构外周，并在旋转切削的局部范围内完成超挖量，在进行曲线施工时，它可以不挖掘开挖面的顶部和底部而仅挖掘两侧部位。
（6）螺旋输送机。螺旋输送机是盾构机的重要组成部分，主要功能有三点：①从切削密封舱内将切削下来的土运出；②密封添加材料在螺旋输送机内与切削土混合后，在机内形成螺旋状混合体，提高了止水效果；③通过转速对出土量进行控制。(www.xing528.com)
（7）旋转式排土机。旋转式排土机（也称旋转式漏斗或旋转式阀门）是一种旋转式的排土隔板装置，能够完全防止因土体内水的分离而产生的异常出水，有断续式和连续式两种结构型式。断续式内部由1～2个隔舱构成，具有容积大、密封接触面宽的特点，但排土成断续状态。连续式内部由4～5个隔舱构成，进土口和出土口始终处在被翼片分隔封闭的状态，能够实现连续排土。
（8）润滑装置。盾构机设有自动润滑装置，确保各旋转装置和滑动结构正常润滑，重要部位润滑点设有自动报警装置。
（9）液压回路。盾构机液压回路及其功能可分为以下三个系统。
1）推进系统。盾构机借助隧洞管片上所承受的盾构推进油缸伸展动作的反作用力向前推进（前进的速度通常为20～60mm/min），这个装置就是推进系统。这个推进系统应具备的功能有：①为了在停止推进时保持开挖面上的压力，要保证盾构推进油缸不回缩，采用液压控制单向阀来切断换向阀的泄漏，或使用无泄漏换向阀；②管片拼装作业时，使用推进油缸的数量常有变化，有时某一个油缸上的负荷会出现过大而承受异常压力，必须设置免除上述异常压力的安全回路；③设置一个只限于切削刀盘负荷在允许范围内时推进系统才投入工作的安全回路（切削刀盘压力达到上限值就停止推进，压力下降后就会自动地重新开始推进）。
2）切削系统。盾构机需要能量最大的是切削系统。切削刀盘一般由多台液压马达驱动。该系统应具备的功能有：①掘进时刀盘旋转阻力上升超过设定值，要设置一个与推进系统连锁的安全电路，同时调整推进系统的工作压力；②使用变量液压泵，进行恒定输出的控制。
3）螺旋输送机系统。螺旋输送机的作用是将切削刀盘挖掘下来的土方输送到盾构机后方，同时对输送土方量进行控制，使之同盾构的推进量取得平衡。该系统具备的功能有：①将推进油缸的伸长速度信号传递给变量泵的电磁比例流量调节器，控制螺旋输送机的转速；②根据切削密封舱内的土压信号来控制螺旋输送机的转速；③设置反馈电路，消除误差。
（10）盾尾密封。盾构机后端的盾尾密封是为了防止地下水、外层土、衬砌背面注浆的浆液等流入隧洞内而设的。其材料大多采用钢丝内衬加强的天然橡胶+尼龙或钢丝刷。另外，为了提高止水效果，还可在钢丝内衬内注入牛油腻子，并利用管片的注浆孔向盾尾密封部位注入牛油腻子，一直到填满为止。
（11）对切削土及地下水压力的控制机构。①机械控制机构，就是在螺旋输送机的排土口上采用各种形式的机构，对排土量进行控制，使螺旋输送机内及切削密封舱内充满切削土或添加料混合土（如采用水平闸门、倾斜闸门、铰链式闸门、锥形闸门及旋转式排土机等）；②物性控制机构，就是在切削刀盘的前面、密封舱内部或螺旋输送机后方排土口部位注入添加料，以改变切削土的性状（如加入黏性土、自然水、泥水或压入空气等）。
（12）开挖面稳定控制装置。通过填充切削土和添加料的混合料，来平衡开挖面土压力的稳定控制装置。其功能有：①土压力控制装置，通过对充土量的控制，使土压力维持在适当范围内，以保持开挖面稳定；②土量控制装置，将掘进土量、添加料量和出土量进行容积或重量上的比较，按适当值进行控制，以保证开挖面稳定；③水压力控制装置，通过对开挖面水压力的监测即可测得切削密封舱内的水压力，然后控制注入添加料的压力，以平衡开挖面上水压力；④切削刀盘负荷控制装置，通过切削扭矩控制，使之保持在适当范围内，以确保开挖面稳定。排出土量如少于掘进土量，切削扭矩就会增大，相反则减少。
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