毕业设计盾构机的施工障碍分析与维修维护文档格式.docx

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1.2、盾构机的分类

1.2.1、按断面形状分类

盾构根据其断面形状可分为：

单圆盾构、复圆盾构（多圆盾构）、非圆盾构。

其中复圆盾构可分为双圆盾构和三圆盾构；

非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构、半圆形盾构。

复圆盾构和非圆盾构统称为“异形盾构”

1.2.2、按支护地层的形式分类

按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式五种类型。

1.2.3、按开挖面与作业室之间隔板的构造分类

按开挖面与作业室之间隔板的构造可分为全敞开式、部分敞开式及闭胸式三种。

1.3、盾构机组装流程

组装井的始发台精确定位后及后配套拖车处的钢轨铺设完成后，方可进行盾构的下井组装。

1.3.1、后配套拖车下井下井程序

拖车起吊→轮对安装→拖车下井→皮带支架下井→风管下井→拖车后移。

各节拖车的下井顺序为；

5号拖车→4号拖车→3号拖车→2号拖车→1号拖车。

注：

（1）5号拖车下井后由电机车牵引至出土井口，由40T门吊来安装皮带驱动装置及储风筒支架。

（2）5，4，3，2号拖车下井后由拖车连杆连接在一起。

1号拖车停在组装井一边，待连接桥下井后与其连接。

]

1.3.2、连接桥下井

连接桥总长为12.6米，下井时须由90T汽车吊与250T的履带吊配合着倾斜下井。

下井后其一端与1号拖车由销子连接，另一端支撑在管片小车的工字钢结构上，该钢结构在现场施焊，然后将上端的吊机缓缓放下后移走吊具。

用电机车将1号拖车与连接桥向后拖动，将连接桥移出盾构组装竖井，使1号拖车与2号拖车连接。

3.3盾构井内钢轨的拆除及始发台的定位

1.3.3、主机下井

1）中体下井 

中体在250T履带吊及90T汽车吊配合下由平放翻转至立放。

然后撤除90T吊机的吊具，由250T履带吊缓慢送到始发台上。

中体在下井前将两根软绳系在其两侧，向下吊运时，由人工缓慢拖着，防止中体扭动。

中体停放在始发台后，由测量组进行旋转角度的测量及调整。

2）前体下井 

翻转及下井同中体。

送到始发台上后进行与中体的对位，安装与中体的联接螺栓。

3）刀盘下井 

翻转及下井同中体。

送到始发台上后安装密封圈及联接螺栓。

主机前移使刀盘顶到掌子面。

在始发台两侧的盾构机外壳上焊接顶推支座，由两50T的液压千斤顶完成。

1.3.4、安装机梁下井安装

1）安装机下

其翻转及下井与中体同，下井安装后再进行两个端梁的安装。

2）盾尾下井

在90T汽车吊与250T的履带吊配合下,倾斜着将盾尾穿入安装机梁,并与中体对接。

注意:

紧急气囊的安装。

3）螺旋输送机下井

将螺旋输送机前端头收回至圆筒内.在90T与250T的履带吊配合下,倾斜着将前端头伸入主机内部,用手拉葫芦将前端头吊在盾尾内壁预先焊接好的吊耳上,这样可以撤除前端头的吊机.这样慢慢送进,直到用10T的手拉葫芦更换下另一个吊机.前端头圆筒处的法兰与前体对接,并安装联接螺栓。

4）反力架及负环钢管片的安装

主机与后配套对接,主机后移并将后配套前移,连接桥前端搭在安装机梁的端梁上,之后割除连接桥的支撑。

连接后配套与主机各部位的液压及电气管路。

1.3.5、调试

1）空载调试

盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。

主要调试内容为：

液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系统，注浆系统，以及各种仪表的校正。

2）负载调试

空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负载调试。

负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力；

使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。

通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。

负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和线型精度。

第二章盾构机的施工故障分析及防范措施

2.1、盾构基座变形

在盾构进出洞过程中，盾构基座发生变形，使盾构掘进轴线偏离设计轴线。

2.1.1、原因分析

1）盾构基座的中心夹角轴线与隧道设计轴线不平行，盾构在基座上纠偏产生了过大的侧向力；

2）盾构基座的整体刚度、稳定性不够，或局部构件的强度不足；

3）盾构姿态控制不好，盾构推进轴线与基座轴线产生较大夹角，致使盾构基座受力不均匀；

4）对盾构基座的固定方式考虑不周，固定不牢靠。

2.1.2、预防措施

1）盾构基座形成时中心夹角轴线应与隧道设计轴线方向一致，当洞口段隧道设计轴线处于曲线状态时，可考虑盾构基座沿隧道设计曲线的切线方向放置，切点必须取洞口内侧面处；

2）基座框架结构的强度和刚度能克服出洞段穿越加固土体所产生的推力；

3）合理控制盾构姿态，尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保持一致；

4）盾构基座的底面与始发井的底板之间要垫平垫实，保证接触面积满足要求。

2.2、盾构后背支撑位移及变形

在盾构出洞过程中，盾构后靠支撑体系在受盾构推进顶力的作用后发生支撑体系的局部变形或位移。

2.2.1、原因分析

1）盾构推力过大，或受出洞千斤顶编组影响，造成后靠受力不均匀、不对称，产生应力集中；

2）盾构后靠混凝土充填不密实或填充的混凝土强度不够；

3）组成后靠体系的部分构件的强度、刚度不够，各构件间的焊接强度不够；

4）后靠与负环管片间的结合面不平整。

2.2.2、预防措施

1）在推进过程中合理控制盾构的总推力，且尽量使千斤顶合理编组，使之均匀受力；

2）采用素混凝土或水泥砂浆填充各构件连接处的缝隙，除充填密实外，还必须确保填充材料强度，使推力能均匀地传递至工作井后井壁。

在构件受力前还应做好填充混凝土的养护工作；

3）对体系的各构件必须进行强度、刚度校验，对受压构件一定要作稳定性验算。

各连接点应采用合理的连接方式保证连接牢靠，各构件安装要定位精确，并确保电焊质量以及螺栓连接的强度；

4）尽快安装上部的后盾支撑构件，完善整个后盾支撑体系，以便开启盾构上部的千斤顶，使后盾支撑系统受力均匀。

2.3、盾构出洞段轴线偏离设计

盾构出洞推进段的推进轴线上浮，偏离隧道设计轴线较大，待推进一段距离后盾构推进轴线才能控制在隧道轴线的偏差范围内。

2.3.1、原因分析

1）洞口土体加固强度太高，使盾构推进的推力提高。

而盾构刚出洞时，开始几环的后盾管片是开口环，上部后盾支撑还未安装好，千斤顶无法使用，推力集中在下部，使盾构产生一个向上的力矩，盾构姿态产生向上的趋势；

2）盾构正面平衡压力设定过高导致引起盾构正面土体拱起变形，引起盾构轴线上浮；

3）未及时安装上部的后盾支撑，使上半部分的千斤顶无法使用，将导致盾构沿着向上的趋势偏离轴线；

4）盾构机械系统故障造成上部千斤顶的顶力不足。

2.3.2、预防措施

1）正确设计出洞口土体加固方案，设计合理的加固方法和加固强度。

施工中正确把握加固质量，保证加固土体的强度均匀，防止产生局部的硬块、障碍物等；

2）施工过程中正确地设定盾构正面平衡土压；

3）及时安装上部后盾支撑，改变推力的分布状况，有利盾构推进轴线的控制，防止盾构上浮现象；

4）正确操作盾构，按时保养设备，保证机械设备的完好。

2.4、注浆效果不佳

在盾构推进过程中，由于注浆浆液质量不好，使注浆效果不佳，引起地面和隧道的下沉。

2.4.1、原因分析

1）注浆浆液配合比不当，与注浆工艺、盾构形式、周围土质不相适应；

2）拌浆计量不准，导致配合比误差，使浆液质量不符合要求；

3）原材料质量不合格；

4）运输设备的性能不符合要求，使浆液在运输过程中产生离析、沉淀

2.4.2、预防措施

1）根据盾构的形式、压浆工艺、土质情况、环境保护的控制要求及经济效益正确设计浆液配比，并通过试验，使其符合施工要求；

2）应在满足合理的精度前提下，考虑使用简单可靠的计量器具。

同时应保养好计量器具，定时作检定。

发现计量器具精度误差超标，应及时校正或换新

3）对拌浆材料的质量进行有效的管理。

保证各种材料采购的渠道，并附有相应的质量保证单。

应按规定对材料进行质量抽检；

4）拌浆设备的工作环境差，使用中要注意定期维修保养，经常清洗拌浆机。

如在使用中机械发生故障应及时修复，不能让设备带病作业；

5）浆液的输送应视浆液的性能而定，选择合理的输送方法。

用管路输送时，管子的直径要适当；

用拌浆车输送时，拌浆车上的拌浆机应有充分的搅拌能力

6）加强对拌制后浆液的检测，要确保浆液的质量符合施工所需。

2.5、管片端面不平整

2.5.1、原因分析

1）管片制作误差尺寸累积；

2）拼装时前后两环管片间夹有杂物；

3）千斤顶的顶力不均匀，使环缝间止水条压缩量不相同；

4）止水条粘贴不牢，拼装时翻到槽外，与前一环的环面不密贴，引起该块管片凸出；

5）成环管片的环、纵向螺栓没有及时拧紧及复紧。

2.5.2、预防措施

1）拼装前检测前一环管片的环面情况，决定本环拼装时纠偏量及纠偏措施；

2）清除环面和盾尾内的各种杂物；

3）控制千斤顶顶力均匀；

4）检查止水条的粘贴情况，保证止水条粘贴可靠；

5）盾构推进时骑缝千斤顶应开启，保证环面平整。

2.6、错缝拼装管片碎裂

错缝拼装的管片在拼装和盾构推进过程中产生裂缝，甚至断裂的情况。

2.6.1、原因分析

1）管片环面不平整，相邻管片迎千斤顶面有交错现象，使后拼上的管片受力不均匀，管片的表面会出现裂缝，盾构的推力较大时，会顶断管片；

2）拼装时前后两环管片问夹有杂物，使相邻块管片环面不平整，后拼装的管片在推进的时候就可能被顶断；

3）管片有上翘或下翻，使管片局部受力，造成破碎；

4）封顶块管片插入时，由于管片开口不够而使管片受挤压产生碎裂；

5）背后注浆压力过大，使管片受力过大而碎裂。

2.6.2、预防措施

1）每环管片拼装时都对环面平整情况进行检查，发现环面不平，及时地加贴衬垫予以纠正，使后拼上的管片受力均匀；

2）及时调整管片环面与轴线的垂直度，使管片在盾尾内能居中拼装；

3）拼装前做好清理工作；

4）封顶块拼装前，调整好开口尺寸，使封顶块管片顺利插入到位；

5）做好管片背后注浆压力管理，保证既能充分填充又不至于损坏成型管片。

第三章盾构机的维修维护

3.1、盾构机刀盘的维修

3.1.1、辐条式刀盘与面板式刀盘优缺点比较

1）辐条式刀盘

刀盘切削软土层时没有压力损失，同时刀盘后的搅拌翼更能使土、砂流动顺畅，更容易控土压平衡只适用于软土、流砂等地质结构较松软的土层进行掘进施。

2）面板式刀盘

刀盘在风化岩及一些软硬不均地层或硬岩地层掘进时，刀盘更容易适应地质条件，适应施工要求在软土层掘进时，刀盘面板刀开口率小，刀盘切削下的土体不易进入土仓，这时会产生压力损失修补前，先确定刀盘中心点，然后用30mm×

30mm角钢制

作一个立体直角坐标系X轴的尺寸为270mm，Y轴的尺寸为520mm，Z轴的尺寸为300mm。

因为刀盘旋转中心直径为覫50cm，因此，只要保证坐标系有三边同时对准外圆面就能确定中心点

图3-1面板式刀盘和辐条式刀盘

3.12、刀盘外圆端面的维修

确定中心点后，测量刀盘上各轴外端面尺寸，未磨损前的尺寸半径为3.065m，根据磨损后的尺寸来确定工程材料与设备修补的尺寸量。

确定修补尺寸量后，先用J507旁4.0的焊条横向焊补到距离要求尺寸差0.5cm时，再用耐磨钢焊条竖向焊补剩余的0.5cm。

焊接过程中，由于刀盘表面磨损程度不一样，所以要时刻用垂球来测量刀盘外端面的平整度，并用笔记录下数值，再进行焊补。

3.1.3、主切削刀的维修

修补主切削刀时，先用盒尺把刀盘上所有刀的刀座之间距离测量出来。

因为在刀盘的磨损尺寸中，刀座的磨损程度要比刀头的磨损程度小，因此在实际测量过程中，尽可能测量刀座与刀座之间的距离，待测量数据记录后，根据主切削刀的磨损情况分为刀头磨损和刀头与刀座共同磨损。

1）刀头磨损。

在刀头磨损中又可以分为轻微磨损和重度磨损两种情况。

刀头轻微磨损中因为考虑到成本问题，可以考虑不更换刀头；

但在刀头重度磨损中，刀头必须更换。

由于长时间磨损，刀头销有的已经磨损严重，甚至变形，因此，先卸下定位销，再卸刀头销，用打磨机将铁销子与刀座焊接缝磨裂开，再用锤子把销子砸出，取下刀头。

接着用打磨机把连接处打磨平，并清理销孔，再重新更换刀头，并且焊接。

2）刀头与刀座共同磨损。

由于刀座与刀同时磨损严重，因此要先用气割枪或碳弧气刨把磨损严重的刀座切割下，要用打磨机将所有切口处打磨平整，然后将完整的刀座与刀重新用J507焊条焊接到磨损严重的地方，焊接时注意尺寸和角度要严格保证与之前测量的尺寸和角度一致。

3.1.4、撕裂刀的维修

利用确定后的刀盘中心点，测量出磨损后撕裂刀的尺寸，未磨损前的撕裂刀直径为覫6.170m，半径为3.085m。

撕裂刀的根据磨损情况也可以分为两种：

一种为撕裂刀磨损；

另一种为撕裂刀和外侧保护板一起磨损。

1）撕裂刀磨损由于只是撕裂刀自身的磨损，因此只要用气割枪或者碳弧气刨把磨损的撕裂刀切割下，并用打磨机将切口处氧化铁打磨平，再用盒尺按要求尺寸测量，并点焊焊住撕裂刀，等找好尺寸和倾斜度后，再将撕裂刀与外端面用2块三角铁固定住，以确保接下来焊接撕裂刀时不会影响到尺寸，然后用J507焊条焊接接缝。

2）撕裂刀与外侧保护板磨损。

由于保护板磨损严重，直接影响到撕裂刀的尺寸和角度，因此必须要将磨损后的保护板用气割枪或碳弧气刨切割下，同时把撕裂刀也切割下，然后用打磨机把切口处氧化铁打磨平，找1块合适的Q235钢板，用于替换保护板。

注意点焊钢板后，尺寸不能高于周边保护刀的尺寸，否则会磨损母材。

钢板与横截面平齐，然后点焊，接着用盒尺找准半径为3.085m处点焊撕裂刀，微调尺寸和角度，等找好尺寸和倾斜度后，再将撕裂刀与外端面用2块三角铁点焊住，以确保接下来焊接撕裂刀时不会影响到尺寸的准确。

3.1.5、先行刀的维修

先行刀在施工过程中，容易将刀头打掉，因此只需要更换新刀即可。

首先用碳弧气刨或气割枪把损坏的强化先行刀割下，然后用打磨机把切口处氧化铁磨平，再按原来测量好的位置更换新刀。

更换过程中，如果仿形刀轴上的先行刀需要更换时，在切割先行刀时要加冷却液，防止温度过高而烧坏仿行刀内部胶圈，然后直接用结507焊条焊接即可。

3.1.6、中心刀的维修

中心刀头一般磨损严重，需要将磨损的部分补焊平。

因此，用铁丝刷子将表面的污垢祛除干净，再直接用GYD-621堆焊药芯焊丝将凹槽的部分焊补完整即可。

3.1.7、螺栓保护套筒的维修

重新焊接新螺栓保护套时，应先把断裂处打磨平，并把整的保护套按要求切割开半圆，再J507焊条焊接，等焊接完后，用打磨机将刀盘与前盾连接处的氧化铁打磨平，最后将整个刀盘喷漆，打扫。

4维修需要的设备和材料

3.2、盾构机液压系统的维护

3.2.1、液压油的选择及清洁度

液压系统的工作性能直接影响工程机械整机的可靠性，而液压油作为传递能量的介质，同时具有冷却、润滑、防锈的功能，对液压系统正常运行起着举足轻重的位置。

1）一般液压油的种类可分为以下三种:

普通液压油：

使用于工作温度较高、运行时间较长、压力范围较宽的系统

抗磨液压油：

适用于工作压力较高的系统。

低凝液压油：

适用于工作温度较低、运行时间较长、压力范围较宽。

同时又有不同粘度的差别，鉴于针对盾构机的液压油选择一定要参考生产厂家提供的信息。

2）保证液压油清洁

液压系统的故障70%-80%都是由于液压油的污染变质导致的，顾液压油的维护在使用过程中非常重要。

3）现场施工过程中要注意一下几点：

油源清洁：

一般施工单位都有一定的储备油，必须将液压油储存在清洁位置。

在洞外的一些常规设备需要少量的液压油将整桶的油料打开后，没有将桶盖密封好，导致灰尘杂质、水等进入油桶；

工作区域清洁：

再给油箱加油时维保人员没有按照正常的操作直接将油加到油箱中；

在检修液压设备时，图一时的省事往往不注意卫生等都会造成一定的污染。

只能将清洁的塑料闷头用于密封管路的端部；

工作台必须绝对清洁。

检查使用工具的状况。

它们也应非常清洁；

向油箱中加油或重新注油时，应确保过滤器箱盖周围区域清洁

系统清洁：

液压油滤芯更换不及时，油箱空滤没定时清理同样会造成系统元件损伤；

好的液压油含有多种添加剂，这些添加剂可防止油变质或堵塞系统零件。

但是，这些添加剂在一段时间以后会丧失效用。

因此油应该定期更换，确保添加剂发挥作用。

过滤器只能从油中吸收有限数量的污垢粒子和其它杂质。

按建议的周期更换过滤器，以便保持系统清洁维护液压系统。

同时.在使用过程中要对液压油的存放使用制定相关制度，加强管理，定期更换滤芯等防止油料污染同时需定期做一些油水检查工作。

3.2.2、泵站日常维护

油泵作为液压系统的动力来源，对于系统的正常使用起着至关重要的作用。

在日常维护中要从以下几个方面入手：

1）透气装置

一般的油箱都是密封，在油箱顶部有个空气滤芯，与大气相同。

对于盾构机来说由于周围环境比较恶劣，要注意不要由水等通过此处进入油箱。

有些滤芯是多次重复利用的要注意定时拆卸下清洗，有些一次性的对于一次的滤芯不要清洗重复利用，一般其材质都是纸料的。

2）泵站油位

由于施工的时间的紧迫，很多时候是油位到最低点了才发现停机加油。

对于油箱的油位一定要有明显的标记以便查看，提前加油。

有些加油机是。

。

要注意清洁，用特定装置包好。

加油时最好整桶的加入，对于有时加油未能加满整桶的要注意将油箱盖盖好拧紧，防止水、颗粒杂质等进入。

盾构机一般的油箱都有稳定传感器，当油温高到一定程度。

油泵自动停止工作，切忌不要因为一时的利益，将其短接。

油温过高会导致很多问题，比如油封提前老化，油泵摩擦加剧，严重的会导致油泵损坏等。

提到油温不的不提，冷却器，冷却器的选择一定要注意，有些设备回油的冲击很大，冷却器容易泄漏。

漏油还好，就怕露水一旦有水会造成液压油乳化，必须重新换油后果很严重的。

油泵进油口处截止阀要千万注意：

建议用铁丝等将把柄固定好。

以免工人不注意将其关了会导致油泵不能吸油而损害油泵。

3.2.3、液压元件维护

1）阀组

盾构机系统相对复杂有很多阀组合在一起的，对阀组要进行防护。

比如防水，防止踩踏等。

在拆卸阀的时候要注意其排列顺序，必要时可以做一些标记；

同时要时刻注意清洁，避免灰尘、杂质等进入油口。

阀组的漏油一般为密封损坏导致，在不清楚问题的确切地方时，不要轻易的将阀体内部拆开，在洞内施工环境下，往往会导致阀彻底损坏。

2）油缸

对于大油缸必须条件允许的情况下，对于长活塞杆最好用盖板盖好，免被踩踏、碰撞等造成活塞杆损伤从而使油缸密封损坏油缸漏油。

严禁在油缸缸体部位进行电焊，这样会导致油缸内部密封烫坏，严重时可能会导致油缸缸体变形。

辅助元件蓄能器一些设备必不可少的元件应用在系统中，在一些关键的部位对于蓄能器要定期测压。

3）油管

液压油的消耗大多数都是因为油管泄漏导致的，所以对于油管质量的控制至关重要。

首先选择油管，有些项目为了节约开支购买一些劣质的油管接头，是导致这些主要原因。

对于压管机由于国内压管机的种类参差不齐，厂家提供的参数不一定符合实际需要，顾在使用过程中要注意摸索掌握其性能。

同时对于一些排列紧凑的，随动的油管安装链的保护措施。

谢辞

走的最快的总是时间，来不及感叹，大学生活已近尾声，三年多的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。

本论文设计在黑棣老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的写作过程，论文无不凝聚着黑棣老师的心血和汗水，在我的毕业设计期间，黑棣老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，黑老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的帮助和关怀和熏陶，我不会这么顺利的完成毕业设计。

在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意！

在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培。

不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。

同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。

我还要感谢同组的各位同学以及我的各位室友，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢！

参考文献

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[2]张国京.北京地区土压式盾构刀具的适应性分析[J].市政技术，2005

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人民交通出版社，2008

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人民交通出版社，2009