土壓平衡盾構機尾盾設計

張寧寧　唐鈺　邴紹丹

摘 要：本文簡要介紹土壓平衡盾構機應用范圍，土壓平衡盾構機尾盾設計，其中土壓平衡盾構機尾盾設計主要針對尾盾密封設計以及尾盾轉彎兩方面進行介紹。

關鍵詞：土壓平衡盾構機；選型；尾盾；轉彎；密封

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A

盾構機的設計主要取決于工程中地質條件，根據不同的地質設計不同種的盾構機，其中土壓平衡盾構機廣泛的應用于我國的很多城市，盾構機設計最基礎的是尾盾設計，尾盾的設計主要取決于管片鋪設要求，例如：沈陽地鐵9號線要求鋪設管片后管片內徑5.4m，管片外徑6m。通過管片與尾盾間隙這樣就能給出盾構機尾盾內徑尺寸。

一、土壓平衡盾構機應用范圍以及工作原理

1 土壓平衡盾構機的應用范圍：盾構機選型依據有很多標準，但選型主要還是取決于工程地質條件和工程中所遇到的狀況，在工程地質條件與水紋地質條件變化很大的項目中建議選擇土壓平衡盾構機，目的是為了減少地下工程沉降風險。設備在西班牙馬德里、丹麥哥本哈根、中國上海和香港等地，已證明了設備能夠很好的發揮較高的掘進速度并且保證安全的工作環境，很好地控制了地面的沉降問題.

一般來說，土壓平衡盾構機適合在含有細顆粒渣土的工作環境中工作，開挖室和螺旋輸送機上的渣土應呈現塑性，比較理想的渣土包括粘土、淤泥、砂以及礫石等，并且含有25%～30%的水分，當然根據項目實際的地質條件，即使實際地質中沒有達到以上要求仍可以采取人為的處理措施，比如注射泡沫、聚合物、濃度非常高的泥漿，充分改善泥土的特性，這樣來滿足土壓平衡盾構機的工作需求。

2 土壓平衡盾構機的工作原理：土壓平衡盾構機的工作原理是通過控制土倉內已開挖渣土的壓力（土倉壓力）使其與盾構機前方水土壓（水壓+土壓）壓力相同，這樣有效控制地表下沉的目的，同時渣土的改良使得渣土具備機器所要求的特性（止水性流動性塑性），以便于土倉控制壓力和渣土的排出，尤其是在地質復雜的地層中工作時，土倉壓力的控制以及渣土改良效果就顯得尤為的重要.利用被開挖的渣土作為支承的方式可以更好地控制地表的沉降。開挖室里固體混合物的巨大慣性可以阻止渣土量異常變化引起的壓力變化。這種慣性能起到穩定壓力變化的效果。如果地質條件良好（刀盤前方穩定、低水壓），盾構機可以快速轉換成敞開模式，在大氣壓力下掘進，由于沒有反壓力，通常在這種情況下能夠達到最佳的掘進速度。

二、土壓平衡盾構機尾盾密封設計

尾盾結構由鉸接環、尾盾本體、注漿管、注脂管組成，尾盾密封包括尾盾鉸接環與中盾連接處密封、尾盾與管片形成的密封，其中兩部分作用都是防止掘進過程中外部泥沙進入盾體中。

1 尾盾與中盾的密封：尾盾與中盾之間設計有三道密封，兩道唇形密封、一道止漿板密封，密封之間利用油脂填充，止漿板是利用彈性鋼板制成可以防止泥沙進入盾體，從而使得鉸接運動自如，并能保證較好的密封。

2 尾盾與管片之間的密封：尾盾密封由3排用螺栓聯接在尾裙上的盾尾鋼絲刷和一排止漿板（鋼板束）組成，尾盾尾刷由彈性鋼板保護，三道尾刷形成兩個環形空間，兩個環形空間一直充滿防漏油脂，油脂是由后配套上油脂泵注入，每個環形空間由焊接到尾盾上的注脂管注入，注脂是連續的并由注脂管進口處壓力傳感器監測壓力，當盾構機開始掘進時注漿管向管片周圍注射泥漿以便固定管片，當注漿管打漿時注漿處壓力升高，尾刷外側受到壓力向里折疊與管片形成密閉空間阻止外部泥漿、砂礫進入，當管片注漿處壓力過大尾刷容易過于向里折疊產生縫隙，這時尾刷里面注脂管向環形槽里繼續注入油脂保持內外壓力相對平衡，保持尾刷與管片相對密閉，始終阻止泥漿、砂礫的進入，為了安全起見最后一道密封不得漏出。

三、土壓平衡盾構機尾盾轉彎

盾構機尾盾本體為了方便井下安裝分為上半、下半兩個部分，在井下安裝螺旋輸送機與管片拼裝機等后將尾盾上半部分安裝并現場配焊，焊接處打磨光滑后將鉸接環處的密封裝好；尾盾鉸接環處設置兩圈對稱截面分別傾斜2.5°的兩個圓型槽，通過這兩個傾斜的截面可以使尾盾與中盾有2.5°的活動區間，這樣可以達到小角度的轉彎，尾盾與中盾鉸接油缸為被動鉸接，轉彎半徑為250m。

結語

隨著盾構機的應用越來越廣泛對盾構機的要求也越來越高，盾構機的設計包括很多方面，其中首先必須考慮工程的地質條件，確定適合的盾構機，然后保證盾構機刀盤、盾體的強度和可靠性，同時考慮設計加工是否合理化，井下裝配是否合理化。例如尾盾的上下分體給加工、裝配、井下的二次裝配帶來了很大的便捷，此外還要考慮成本是否經濟，在設計產品時，作為設計師要綜合考慮各個方面的因素。

參考文獻

[1]樂貴平.淺談北京地區地鐵隧道施工用盾構機選型[J].北京市政集團，2003，40（03）.

[2]代淵源.隧道施工盾構的分類及盾構機選型[J].城市建設理論研究（電子版），2015（06）.

[3]靳世鶴.南京長江隧道盾構機選型分析[J].建筑機械（上半月），2007（10）.