海瑞克土压平衡盾构机结构与分系统功能分析

摘要：经济水平的提升对交通的要求越来越高，隧道是交通的重要组成部分，进行隧道工程不可缺少的工具就是盾构机，Herrenknecht土压力平衡盾构机在隧道工程中应用的很广泛，研究其结构以及系统功能对隧道工程的发展有着积极意义。目前土压力平衡盾构机核心技术主要是在欧美等国家，研究Herrenknecht盾构机的结构以及部分的系统功能，解开海瑞克盾构机外衣的同时，能够为国内盾构机的发展提供一定的借鉴。

关键词：海瑞克；盾构机；结构组成；分系统功能

中图分类号：U455.43 文献标识码：A

1土压平衡盾构机的工作原理

土压力盾构机的主要组成部分是变频电机以及刀盘，变频电机控制刀盘的工作，在刀盘工作的同时，盾构机的推进油缸会推动盾构机向前推进，在推进的过程中，刀盘切削下来的土体从开挖仓内排出，由输送皮带上而送到运输土体的服务车上面，最后经过竖井将土体运送到地面上。在盾构机工作的同时，管片拼装会及时的跟进，同时进行混凝土的浇筑，使得隧道的开挖一次成型。

2 海瑞克土压平衡盾构机的结构组成

海瑞克土压力平衡盾构机跟普通的盾构机一样，主要的结构组成有：刀盘、盾体、主驱动、保压人舱、管片拼装机、螺旋排土机构、后配套装置、电气系统、辅助设备，各个结构的协调工作才能够保证隧道开挖的顺利进行。下面对部分结构做简要的分析并对其功能做简要的介绍。

2.1刀盘

刀盘是盾构机的主要直接工作部分，刀盘由多种刀组成：中心滚刀、滚刀、刮刀、边缘刮刀、撕裂刀、中心撕裂刀、周边保护刀，其主要的功能进行切割土体，刀盘的直径较大，随着盾构机的工作，刀盘会有一定的磨损，刀盘的磨损由刮刀进行检测，当刀具磨损到设计值的时候，刮刀中的压力油喷出，压力传感器检测到其中的压力降为0的时候，人机界面上就会显示刀具磨损严重需要更换相应刀具的信息。刀盘上面的刀具与盾构机的连接方式是螺栓连接，此种设计方式的目的也是便于刀具的更换，刀盘的外侧具有仿形刀，其主要的目的是便于盾构机的转向。

2.2盾体

盾体由前、中、后三段盾体组成，其外经为6251m，前盾的主要作用是支撑和稳定开挖，前盾上面设有土压力传感器，其主要作用是探测开挖舱体的不同高度的压力。中盾一般由若干个推进油缸组成，其主要的目的是控制油缸活塞杆，为盾构机的前进提供源源不断的动力，油缸的运转都是单独的，由人机界面上进行控制。中盾上设有超前钻孔，其主要的目的是采集岩石的样本以便及时的采取相应的措施。后盾也称作尾盾，其主要的作用是通过其上的比浆板、注浆、注脂管路、污水泵做盾构机前进的排污以及供给相应的材料的作用。

2 .3主驱动

主驱动是通过螺栓连接的方式连接在前盾上面的，其主要的作用是实现刀盘正逆时针的无极变速，刀盘驱动的组成是：主齿轮箱、多组变频电机、水冷式减速机。齿轮的是由前盾上的吸油装置实现的，其将主齿轮底部的油通过螺旋泵泵送到各个需要的位置，实现对点的喷射。

2 .4保压人舱

保压人舱在前盾上面，工作人员可以在此进行盘刀刀具的更换。在盾构机开进的同时，为了防止开挖土体的坍塌，需要在开挖仓内建立合适的气压，通过专业训练的人员才能够通过开挖仓。

2 .5管片拼装机

管片拼装机是由：左右臂、支撑架、旋转架、拼装头组成。管片拼装机是连接在中盾上面，两个瓶装机行走液压油缸可以使得旋转架、支撑架、拼装头沿着固定的方向移动，提升油缸可以使得拼装头沿着上下的方向移动，当拼装头需要摆动的时候，左侧平衡油缸、右侧平衡油缸、后侧平衡油缸、旋转油缸、抓取油缸需要综合作用才能够使得拼装头摆动起来。超前钻就是随着管片拼装机转动而转动的，超前钻的移动是依其上的倾斜油缸，操作员通过人机界面发送相应倾斜油缸的指令，超前钻就可以实现取样操作。

2.6螺旋排土机构

螺旋排土机构是盾构机中重要的组成部分，其主要包括螺旋输送机以及皮带传送机，人机界面可以通过控制螺旋输送机以及皮带传送机的速度，来实现土的输送能力刚好满足挖土的需求，在节能的同时，降低了设备的损耗。螺旋输送机在盾构机停止掘进的时候会自动的将排渣门关闭，防止开挖仓中的水以及渣土进入盾构机。

3土压平衡盾构机各系统功能

土压力平衡盾构机的系统较多，主要包括：通风、工业用气、呼吸用气、工业用水、污水、泡沫、膨润土、注浆、集中、盾尾密封油脂、主液压、稀油等系统，各个系统都与自动化电气脱不开关系，土压力盾构机的发展方向就是多个系统的不断升级，使得盾构机更加的智能化。下面对其中的若干系统进行简要的介绍。

通风系统就是通过风机、风管，利用压入式的通风原理，操作人员通过人机界面来控制压力的大小，从而保证盾构机内的空气新鲜。工业用水系统就是通过隧道内的水管向盾构机的总进水管供水，工业用水通过溢流阀、减压阀来控制水压，然后在输送到相应的部位，完成泡沫制成、砂浆罐清洗、刀盘驱动变频电机的冷却等工作。污水系统是为了防止油缸、阀块、管路、电气设备等浸泡在污水中而设定的，其主要由污水泵进行工作，在人机界面上可以根据盾构机内污水的情况选择开关污水泵。泡沫系统就是从泡沫聚合物箱和泡沫活性物箱吸取发泡剂，然后混合工业用水，同时压缩相应空气一起进入泡沫泵，泡沫通过刀盘上面的出口喷到开挖的土体面上，这样做的目的是减少摩擦力，降低土体对刀具的磨损。注浆系统是盾构机发展过程中的一个标准，注浆系统的加入使得隧道的开挖能够一步到位，避免了二次施工。注浆系统是连接在尾盾上面的，在盾构机掘进的时候，操作员通过掘进的深度来控制注浆泵的电源，以此来控制注浆。集中系统是通过风动干油泵经过节流阀、电磁换向阀、油脂分配器向密封构件直接泵送油脂，保证机械的正常运行，减少磨损。主液压系统是盾构机中的动力之源，其主要包括：主液压泵站油箱、推进铰接泵装置、管片拼装泵装置、螺旋运输机泵装置、安全门泵装置、管片运输机泵装置，油箱中有相应的液位监视器，随时记录液位的情况，并反映到人机界面上，当液位低于设计值的时候，主液压泵会停止工作。油箱的顶部有空气滤过装置，其主要为油箱通风而考虑的。不同功能的泵与相应的控制模块相连接，然后由人机界面上进行相应的控制。

4结语：

海瑞克土压力平衡盾构机在隧道开挖工程上应用较多，研究其结构以及分析分系统功能对盾构机的发展以及隧道技术的发展都有重要意义。盾构机的工作是靠变频电机控制刀盘从而达到切割土体的目的，其主要的结构组成有：刀盘、盾体、主驱动、保压人舱、管片拼装机、螺旋排土机构、后配套装置、电气系统、辅助设备，各个结构承担的功能不一样，结构之间的协调工作才能够完成隧道的开挖工作。土压力平衡盾构机有较多的系统组成，主要包括：通风、工业用气、呼吸用气、工业用水、污水、泡沫、膨润土、注浆、集中、盾尾密封油脂、主液压、稀油等系统，各个系统在盾构机工作的时候针对不同的模块进行工作，诸多系统的协调工作是盾构机正常掘进的有力保证。

参考文献

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