土压平衡隧道掘进机的结构组成、工作原理和工作过程

土压平衡隧道掘进机的结构组成、工作原理和工作过程

土压平衡隧道掘进机（Earth Pressure Balance Tunnel Boring Machine，简称 EPB TBM）是一种用于隧道挖掘的先进工程机械。下面来给大家介绍一下土压平衡隧道掘进机的结构组成、工作原理和工作过程。

工作原理

土压平衡隧道掘进机通过旋转的刀盘切削前方土体，切削下来的土体进入土仓。在土仓内，土体被螺旋输送机排出的同时，通过控制螺旋输送机的转速以及调整盾构推进速度等方式，使土仓内的土压力与开挖面的水土压力保持平衡，从而维持开挖面的稳定，防止坍塌和地表沉降。

结构组成

1. 刀盘：安装在盾构最前端，由刀具和面板组成，用于切削土体。刀盘的形状和刀具的布置根据不同的地质条件进行设计。
2. 土仓：用于储存切削下来的土体。土仓内设有搅拌装置，以防止土体固结和改善土体的流动性。
3. 螺旋输送机：将土仓内的土体输送到后方的皮带输送机或渣土车中。螺旋输送机的转速可以调节，以控制土仓内的土压力。
4. 盾体：包括前盾、中盾和后盾，为隧道掘进机的主体结构，提供支撑和保护。盾体上安装有推进系统、密封系统等。
5. 推进系统：由千斤顶组成，用于推动盾构前进。推进系统的推力和速度可以根据需要进行调整。
6. 管片安装机：用于安装隧道衬砌管片。管片安装机可以在盾体内旋转和移动，将管片准确地安装在隧道壁上。
7. 后配套系统：包括皮带输送机、通风系统、供电系统、给排水系统等，为隧道掘进机提供后勤保障。

特点

1. 适用范围广：适用于各种地质条件，包括软土、硬土、砂卵石等。
2. 施工速度快：由于采用机械化施工，掘进速度比传统的矿山法等施工方法快得多。
3. 对周围环境影响小：通过控制土压力，可以有效地减少地表沉降和对周围建筑物的影响。
4. 安全性高：在盾体内施工，人员相对安全。
5. 自动化程度高：可以实现自动化控制，减少人工操作，提高施工效率和质量。

土压平衡隧道掘进机的工作过程

首先，启动刀盘开始旋转，刀盘上的刀具对前方土体进行切削，切削下来的土体顺势进入土仓。在土仓中，需要通过精确控制螺旋输送机的转速以及合理调整盾构的推进速度，使得土仓内的土压力始终与开挖面的水土压力保持平衡状态。这样做的目的在于维持开挖面的稳定，防止出现坍塌等危险情况。

接着，土仓内的土体经由螺旋输送机排出，排出的土体可通过皮带输送机或渣土车运输至隧道外。与此同时，借助盾构千斤顶的强大推力，推动整个掘进机向前不断移动。

在掘进过程中，为了形成隧道的衬砌结构，需要一边掘进一边进行管片拼装工作。管片的拼装必须保证精度和良好的密封性，从而确保隧道的质量以及防水性能。

此外，根据土体的具体性质以及掘进的实际条件，还可以向土仓内注入改良材料，比如泡沫、膨润土泥浆等，以此来改善土体的流动性和稳定性，提高掘进效率的同时减少土体对盾构的磨损。

在整个施工过程中，还需要运行通风系统、供电系统、给排水系统等辅助系统，为施工的安全和顺利进行提供有力保障。

应用领域

土压平衡隧道掘进机广泛应用于城市地铁、铁路隧道、公路隧道、水利隧道等工程建设中。随着技术的不断进步，土压平衡隧道掘进机的性能和适用范围也在不断扩大。