全断面隧道掘进机操作（中级）（周建军）

自1806年布鲁诺尔首次提出盾构法隧道施工构想并注册专利至今，盾构技术历经了两百余年的发展。从初的手掘式盾构到当前的自动化、智能化、多样化盾构，盾构机已经成为当下城市地铁、铁路隧道、公路隧道、输水管路、城市地下综合管廊等工程建设的主力机械，在世界隧道工程建设中发挥着重要的作用。

随着我国地铁等基础设施建设的迅速发展，行业对人才的需求也日益增长，而目前国内开设盾构专业的高校数量很少，每年为盾构行业输出的人才有限，加之学校能提供的盾构操作和维保实训条件也很有限，具备盾构操作技能的人才数量就更显捉襟见肘了。

基于当前盾构操作技能人才紧缺的现状，盾构及掘进技术国家重点实验室积极响应国务院发布的《国家职业教育改革实施方案》(国发［2019］4号)中关于“启动1 X证书制度试点工作”的文件精神，联合陕西铁路工程职业技术学院等相关院校，牵头申报了“全断面隧道掘进机操作1 X职业技能等级证书”，并就院校教材编写和证书考点申报展开合作，拟为行业企业培养具备盾构操作及维护核心技能的紧缺人才。

“全断面隧道掘进机操作1 X职业技能等级证书”分为初、中、高三级，本书为证书系列教材之一——中级部分，由盾构及掘进技术国家重点实验室主持，联合陕西铁路工程职业技术学院、中铁隧道局集团有限公司、中铁十八局集团有限公司、中铁科工集团、中铁工程服务有限公司等20余家企业及院校联合编写完成。

本书以“校企双元”模式进行开发，由行业企业专家及经验丰富的一线技术人员提供手资料，由具有多年教学经验的院校教师筛选梳理，执笔完成，终以项目任务式教材的形式呈现。本书具有三大特点：一是在内容选取上，以证书标准为依据，选取我国市场主流盾构机型，经过行业企业专家和资深教师梳理编撰，具有较强的针对性和实用性，同时也反映了当前盾构产业的新技术、新工艺、新设备；二是在组织编排上，采用项目任务式的形式进行编排，按照“教学目标-任务布置-知识学习-任务实施-考核评价-知识拓展”等环节组织教学内容，学做一体，可操作可考核，体现了以学习者为中心、教学做一体化的教学理念；三是体例形式上，采用新形态教材的形式，配套有全断面隧道掘进机操作（中级）实训手册，实训手册中设有资讯单、任务实施单、评价单，是对教材的补充，教材中嵌入了二维码动态资源链接，符合信息时代学习者的学习习惯，体现了新时代新形态一体化教材建设的理念和方向。

本书共设5个项目：项目1为盾构机的基本认知；项目2为土压平衡盾构机操作；项目3为盾构机姿态控制；项目4为盾构机的维护与保养；项目5为盾构机常见故障分析与排查。由盾构及掘进技术国家重点实验室周建军、陕西铁路工程职业技术学院毛红梅担任主编，其中项目1由陕西铁路工程职业技术学院毛红梅、王磊、刘江,郑州铁路职业技术学院孙洪硕执笔;项目2由陕西铁路工程职业技术学院郭军、盾构及掘进技术国家重点实验室周建军执笔;项目3由陕西铁路工程职业技术学院毛红梅、曾宇翔执笔;项目4由四川建筑职业技术学院马时强、刘中华、王唢、马婷等执笔；项目5由陕西铁路工程职业技术学院张小力、李昭晖执笔。全书由毛红梅统稿，盾构及掘进技术国家重点实验室曾垂刚、中铁隧道局集团有限公司陈馈担任主审。

本书在编写过程中，中铁隧道局集团有限公司等20余家企事业单位的40多位专家和技术人员提供了技术资料，中铁十八局集团有限公司温法庆等5位专家提出了修改意见，另外还参考了大量书籍、文献、论文及中铁装备、铁建重工等品牌盾构机使用说明，因受篇幅限制无法一一提及，在此向所有给予本书支持、帮助及指导的人员致以诚挚的谢意！限于编者水平，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

编者 

2021年6月25日 

全断面隧道掘进机是隧道自动化施工的专用机械，是一种专业性极强的特种机械，操作该机械除了需要掌握系统的操作方法外，还要求操作人员具备机械、电气、液压、工程地质以及土木工程等学科的专业知识。本书针对全断面隧道掘进机操作（中级）岗位，以岗位典型工作任务为载体，将全断面隧道掘进机的具体操作方法和专业基础知识融入其中，着重介绍了土压平衡盾构机的基本构造、操作、维保及故障排查等专业知识，主要包括盾构机的基本认知、盾构机的基本操作、盾构机姿态控制、盾构机维护与保养、盾构机常见故障分析与排查5个部分。本书结构设置合理，任务选取恰当，内容贴近工作实际，讲解由简及难，旨在培养全断面隧道掘进机相关从业人员的一线业务能力。本书配套有“全断面隧道掘进机操作（中级）实训手册”，并配有微课和操作视频，用手机扫描书中的二维码，即可观看。

本书可作为高职高专院校地下与隧道工程技术、城市轨道交通工程技术、盾构施工技术、机电一体化技术、城市地下综合管廊、道路与桥梁工程技术、铁道桥梁隧道工程技术等专业的教材，也可作为地铁建设、山岭隧道建设、城市地下综合管廊建设等领域的专业技术人员参考用书。

周建军，盾构及掘进技术国家重点实验室副主任，教授级高级工程师，1994年7月先后在大型国企（湖北清江水利水电开发有限责任公司，现为上市公司：湖北能源集团）、法国里尔科技大学留学、三峡大学科研教学等，现任盾构及掘进技术国家重点实验室副主任。

近五年来主持了863计划课题、工信部智能制造标准项目、国家研发计划课题、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、河南省自然科学基金等纵向课题，主持了企业委托项目30余项。作为全国建筑施工机械与设备标准化技术委员会副秘书长，主编了盾构法隧道施工及验收规范（GB50446-2017）、全断面隧道掘进机盾构机安全要求（GB/T34650-2017）和全断面隧道掘进机再制造（GB/T37432-2019）等国标、1项行标和4项企标编制。

发表论文等100余篇；出版科技专著3本，获得了12项专利和软件著作权。先后获得了国家科技进步二等奖、河南省科技进步奖一等奖等省部级科技进步奖项12项。兼任国家自然科学基金函审专家、科技部专家库专家以及多省科技专家库专家；天津市地下工程建造与安全工程技术中心学术委员（天津大学）。

项目1 盾构机的基本认知 1

任务1.1 盾构机的原理认知 1

教学目标 1

任务布置 1

知识学习 2

1.1.1 盾构机的概念 2

1.1.2 盾构机的组成 2

1.1.3 盾构机的工作原理 2

任务实施 3

考核评价 4

知识拓展 4

任务1.2 盾构机的类型认知 5

教学目标 5

任务布置 5

知识学习 5

1.2.1 盾构机的分类 5

1.2.2 几种典型盾构机型 6

任务实施 9

考核评价 9

知识拓展 10

任务1.3 盾构机的构造认知 10

教学目标 10

任务布置 10

知识学习 10

1.3.1 切削系统 10

1.3.2 排渣系统 16

1.3.3 推进系统 19

1.3.4 流体系统 21

1.3.5 同步注浆系统 27

1.3.6 密封系统 28

1.3.7 人舱系统 30

1.3.8 管片拼装系统 31

1.3.9 电气系统 33

1.3.10 导向系统 36

任务实施 37

考核评价 39

任务1.4 盾构机的选型认知 40

教学目标 40

任务布置 40

知识学习 40

1.4.1 盾构机选型概述 40

1.4.2 盾构机选型的原则及依据 41

1.4.3 盾构机选型的方法 41

任务实施 43

考核评价 44

知识拓展 44

任务1.5 盾构机的起源与发展认知 45

教学目标 45

任务布置 45

知识学习 45

1.5.1 盾构机的起源 45

1.5.2 盾构机的国外发展史 46

1.5.3 盾构机的国内发展史 47

任务实施 48

考核评价 48

知识拓展 49

项目2 土压平衡盾构机操作 50

任务2.1 盾构机启动前设备状态检查 50

教学目标 50

任务布置 50

知识学习 51

任务实施 53

考核评价 54

知识拓展 54

任务2.2 刀盘转向及转速设定与调节 55

教学目标 55

任务布置 55

知识学习 56

2.2.1 皮带输送机开启 56

2.2.2 刀盘控制 56

任务实施 58

考核评价 59

知识拓展 59

任务2.3 推进液压缸压力及速度设定与调节 59

教学目标 59

任务布置 60

知识学习 60

2.3.1 推进液压缸参数设置 60

2.3.2 推进液压缸启动与调节 61

任务实施 62

考核评价 63

知识拓展 63

任务2.4 螺旋输送机转向及转速控制设定与调节 63

教学目标 63

任务布置 64

知识学习 64

2.4.1 螺旋输送机参数设置 64

2.4.2 螺旋输送机启动与调节 64

任务实施 67

考核评价 67

知识拓展 67

任务2.5 土仓压力参数设定与调节 68

教学目标 68

任务布置 68

知识学习 68

2.5.1 土仓压力的概念 68

2.5.2 土仓压力平衡原理 68

2.5.3 土仓压力的传导 69

2.5.4 土仓压力调整 69

任务实施 70

考核评价 71

知识拓展 71

任务2.6 同步注浆量及压力设定与调节 71

教学目标 71

任务布置 72

知识学习 72

2.6.1 同步注浆的工作条件 72

2.6.2 注浆系统的设备组成 73

2.6.3 注浆参数确定 73

2.6.4 注浆操作方式选择 73

2.6.5 同步注浆系统清洗 75

任务实施 75

考核评价 76

任务2.7 泡沫系统参数设定与调节 76

教学目标 76

任务布置 77

知识学习 77

任务实施 79

考核评价 80

知识拓展 80

任务2.8 盾尾密封油脂系统加注 81

教学目标 81

任务布置 81

知识学习 81

任务实施 82

考核评价 83

知识拓展 84

任务2.9 管片安装操作 84

教学目标 84

任务布置 85

知识学习 85

2.9.1 管片吊机与喂片机操作 85

2.9.2 管片安装机操作 87

2.9.3 管片安装注意事项 88

任务实施 89

考核评价 90

知识拓展 90

任务2.10 人舱保压系统调节 92

教学目标 92

任务布置 92

知识学习 92

任务实施 94

考核评价 95

知识拓展 96

任务2.11 盾构机本地控制 96

教学目标 96

任务布置 97

知识学习 97

任务实施 102

考核评价 102

项目3 盾构机姿态控制 103

任务3.1 盾构机导向系统控制界面及姿态参数识读 103

教学目标 103

任务布置 103

知识学习 104

3.1.1 盾构机导向控制系统界面 104

3.1.2 盾构机姿态参数 104

任务实施 107

考核评价 107

任务3.2 盾构机姿态控制 107

教学目标 107

任务布置 108

知识学习 108

3.2.1 盾构机姿态控制的基本原理 108

3.2.2 盾构机姿态调整的方法 108

3.2.3 盾构机姿态控制标准 109

3.2.4 不同工况下盾构机姿态控制要点 111

任务实施 113

考核评价 114

知识拓展 114

项目4 盾构机的维护与保养 118

任务4.1 刀盘刀具维护与保养 118

教学目标 118

任务布置 118

知识学习 118

4.1.1 刀盘 118

4.1.2 刀具 119

任务实施 119

考核评价 120

知识拓展 120

任务4.2 主驱动维护与保养 122

教学目标 122

任务布置 122

知识学习 122

任务实施 123

考核评价 124

知识拓展 124

任务4.3 渣土输送系统维护与保养 125

教学目标 125

任务布置 125

知识学习 125

4.3.1 渣土输送系统组成与功能 125

4.3.2 渣土输送系统维护保养 126

任务实施 128

考核评价 129

知识拓展 129

任务4.4 推进系统维护与保养 129

教学目标 129

任务布置 130

知识学习 130

任务实施 130

考核评价 131

知识拓展 131

任务4.5 人闸系统维护与保养 132

教学目标 132

任务布置 132

知识学习 132

4.5.1 人闸系统的基础知识 132

4.5.2 人闸系统维护保养 132

任务实施 133

考核评价 135

知识拓展 136

任务4.6 流体系统维护与保养 136

教学目标 136

任务布置 137

知识学习 137

4.6.1 流体系统的组成 137

4.6.2 流体系统的维护保养 137

任务实施 140

考核评价 145

知识拓展 145

任务4.7 注浆系统维护与保养 146

教学目标 146

任务布置 146

知识学习 146

4.7.1 同步注浆系统目的 147

4.7.2 同步注浆系统组成 147

4.7.3 同步注浆注浆材料 148

4.7.4 同步注浆参数 149

任务实施 151

考核评价 153

知识拓展 153

任务4.8 密封系统维护与保养 154

教学目标 154

任务布置 154

知识学习 154

任务实施 155

考核评价 156

知识拓展 156

任务4.9 管片拼装系统维护与保养 156

教学目标 156

任务布置 156

知识学习 157

4.9.1 管片拼装系统的组成 157

4.9.2 管片拼装系统的维护保养原则 157

4.9.3 管片拼装系统的日常维护保养 158

4.9.4 管片拼装系统各点的维保内容 158

4.9.5 管片拼装系统维护保养清单 160

任务实施 161

考核评价 163

知识拓展 163

任务4.10 电气控制系统维护与保养 163

教学目标 163

任务布置 164

知识学习 164

4.10.1 PLC控制系统的维护与保养 164

4.10.2 传感系统的维护与保养 167

4.10.3 供电系统的维护与保养 169

任务实施 172

考核评价 173

知识拓展 173

任务4.11 导向系统维护与保养 174

教学目标 174

任务布置 174

知识学习 175

任务实施 175

考核评价 176

知识拓展 176

项目5 盾构机常见故障分析与排查 178

任务5.1 刀盘驱动系统常见故障分析与排除 178

教学目标 178

任务布置 178

知识学习 179

任务实施 181

考核评价 183

任务5.2 螺旋输送系统常见故障分析与排除 183

教学目标 183

任务布置 183

知识学习 184

任务实施 186

考核评价 188

任务5.3 推进系统常见故障分析与排除方法 188

教学目标 188

任务布置 189

知识学习 189

任务实施 191

考核评价 193

任务5.4 管片拼装系统常见故障分析与排除 194

教学目标 194

任务布置 194

知识学习 194

5.4.1 管片拼装机动作 194

5.4.2 管片拼装控制系统 195

任务实施 197

考核评价 198

任务5.5 冷却过滤系统故障分析与处理 198

教学目标 198

任务布置 199

知识学习 199

5.5.1 冷却过滤系统液压系统 199

5.5.2 冷却过滤系统电气控制系统 199

5.5.3 冷却水操作系统 199

任务实施 203

考核评价 204

任务5.6 同步注浆系统故障分析与处理 204

教学目标 204

任务布置 205

知识学习 205

5.6.1 同步注浆操作方式 205

5.6.2 同步注浆控制系统 205

任务实施 206

考核评价 209

任务5.7 主驱动润滑系统故障分析与处理 210

教学目标 210

任务布置 210

知识学习 210

任务实施 211

考核评价 213

任务5.8 盾尾油脂系统故障分析与处理 213

教学目标 213

任务布置 214

任务实施 214

考核评价 216

任务5.9 HBW油脂系统故障分析与处理 216

教学目标 216

任务布置 216

任务实施 216

考核评价 218

任务5.10 常见低压电气故障分析与处理 218

教学目标 218

任务布置 218

知识学习 218

任务实施 220

考核评价 222

任务5.11 PLC故障分析与处理 222

教学目标 222

任务布置 222

知识学习 222

任务实施 223

考核评价 225

任务5.12 渣土改良系统故障分析与处理 226

教学目标 226

任务布置 226

知识学习 226

任务实施 227

考核评价 228

任务5.13 导向系统故障分析与处理 229

教学目标 229

任务布置 229

任务实施 229

考核评价 233

任务5.14 掘进参数异常情况分析与处理 233

教学目标 233

任务布置 234

任务实施 234

考核评价 235

参考文献 236