第14講盾構(gòu)機(jī)分類及選型-

1、機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院1 12022-1-29第十四講第十四講大型施工機(jī)械大型施工機(jī)械盾構(gòu)機(jī)部分盾構(gòu)機(jī)部分 盾構(gòu)機(jī)的分類及選型主講：郭京波主講：郭京波 教授教授機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院2 22022-1-29 主要內(nèi)容 1 盾構(gòu)機(jī)分類 2 盾構(gòu)機(jī)選型 3 盾構(gòu)機(jī)選型舉例機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院3 32022-1-291 盾構(gòu)機(jī)分類 (1) 按掘削地層分類 硬巖盾構(gòu)（TBM） 軟巖盾構(gòu) 軟土盾構(gòu) 硬巖軟土盾構(gòu)雙護(hù)盾雙護(hù)盾TBMTBM機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院4 42022-1-29軟土盾構(gòu)軟土盾構(gòu)復(fù)合盾構(gòu)復(fù)合盾構(gòu)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院5 52022-1-29(2) 按盾構(gòu)機(jī)橫截面形狀分類n 半

2、圓形n 圓形n 橢圓形n 馬蹄形n 雙圓搭接形n 三圓搭接形 n 矩形機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院6 62022-1-29機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院7 72022-1-29(3) 按盾構(gòu)機(jī)橫截面的形狀分類 超小型盾構(gòu) 18m機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院8 82022-1-29(4) 按掘削面的敞開(kāi)程度分類n 全部敞開(kāi)式：無(wú)蓋敞開(kāi)式、有蓋敞開(kāi)式n 部分敞開(kāi)式：網(wǎng)格式 n 封閉式：中心支承式、中間支承式、周邊支承式 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院9 92022-1-29(5)按掘土出土器械的機(jī)械化程度程度分類 n人工挖掘式 、半機(jī)械掘削式、機(jī)械掘削式手掘式盾構(gòu)手掘式盾構(gòu) 半機(jī)械式盾構(gòu)半機(jī)械式盾構(gòu) 網(wǎng)格式盾構(gòu)網(wǎng)格式

3、盾構(gòu) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院10102022-1-29(6)按掘削面的加壓平衡方式分類 n 外加支承式n 氣壓式n 泥水式n 土壓式機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院11112022-1-29(7)按刀盤(pán)運(yùn)動(dòng)形式分類 中 心 支 承 式 中 間 支 承 式 周 邊 支 承 式 行 星 游 動(dòng) 掘 削 式 扇 形 轉(zhuǎn) 動(dòng) 掘 削 式 矩 形 多 軸 搖 動(dòng) 掘 削 式 圓 形 多 軸 搖 動(dòng) 掘 削 式 其 它 斷 面 形 狀 多 軸 搖 動(dòng) 掘 削 式 橫 向 擺 動(dòng) 掘 削 式 (矩 形 ) 縱 向 擺 動(dòng) 掘 削 式 (矩 形 ) 圓 形 轉(zhuǎn) 動(dòng) 掘 削 式 轉(zhuǎn) 動(dòng) 掘 削 式 多 軸 搖 動(dòng) 掘

4、 削 式 擺 動(dòng) 掘 削 式 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院12122022-1-29(8)按盾構(gòu)機(jī)特殊構(gòu)造分類 n 中折盾構(gòu)n 球體盾構(gòu)n 異徑母子盾構(gòu)n 重心靠前盾構(gòu)n 特殊構(gòu)造的盾構(gòu)n 現(xiàn)場(chǎng)換刀盾構(gòu)n 可直接掘削前障礙物盾構(gòu)n 機(jī)體可分可合盾構(gòu)n 固體回收盾構(gòu)n 傾斜中空軸全斷面機(jī)內(nèi)注漿盾構(gòu)n 傾斜中空軸全斷面機(jī)內(nèi)注漿+活動(dòng)前檐盾構(gòu) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院13132022-1-29(9)按盾構(gòu)機(jī)的功能、用途分類 直 角 彎 隧 道 盾 構(gòu) 偏 心 急 彎 曲 線 盾 構(gòu) 大 坡 度 盾 構(gòu) C I D 工 法 M S D 工 法 側(cè) 接 盾 構(gòu) 站 盾 構(gòu) 分 岔 盾 構(gòu) 路 線 可 變 扭

5、 曲 盾 構(gòu) 上 掘 盾 構(gòu) 下 掘 盾 構(gòu) 擴(kuò) 掘 盾 構(gòu) 變 徑 盾 構(gòu) 大 深 度 盾 構(gòu) 長(zhǎng) 距 離 盾 構(gòu) 高 速 掘 進(jìn) 盾 構(gòu) 地 中 對(duì) 接 盾 構(gòu) 豎 向 掘 削 盾 構(gòu) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院14142022-1-29(10)按盾構(gòu)隧道襯砌施工方法分類 二 次 襯 砌 法 （ 管 片 為 一 次 襯 砌 ， 另 行 澆 注 二 次 襯 砌 ） 一 次 襯 砌 法 （ 僅 保 留 管 片 一 次 襯 砌 ， 略 去 二 次 襯 砌 ） 包 纏 保 護(hù) 膜 盾 構(gòu) 工 法 （ 為 提 高 隧 道 襯 砌 的 止 水 性 和 耐 久 性 ， 在 盾 構(gòu) 機(jī) 內(nèi) 對(duì) 管 片 外側(cè)

6、 進(jìn) 行 包 纏 保 護(hù) 膜 施 工 ） 盾 尾 內(nèi) 空 架 設(shè) 鋼 筋 澆 注 混 凝 土 做 襯 法 (照 片6.1.12) PC-ECL工 法 邊 掘 進(jìn) 邊 組 裝 管 片 盾 構(gòu) 工 法 襯砌施工方法不同 的 盾 構(gòu) 方 法 現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土襯 砌 法 (ECL工 法 ) 施 工 方 法 不 同 的 盾 構(gòu) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院15152022-1-29(11)綜合分類機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院16162022-1-292 盾構(gòu)機(jī)選型 盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)選型依據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)選型依據(jù) (1) 土質(zhì)條件、巖性（抗壓、抗拉、粒徑、成分等個(gè)參數(shù)）(2) 開(kāi)挖面穩(wěn)定（自立性能）(3) 隧道埋深、地下水位

7、(4) 設(shè)計(jì)隧道的斷面(5) 環(huán)境條件、沿線場(chǎng)地（附近管線和建筑物及其結(jié)構(gòu)特性）(6) 襯砌類型(7) 工期(8) 造價(jià)(9) 宜用的輔助工法(10) 設(shè)計(jì)路線、線形、坡度（11）電氣等其他設(shè)備條件 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院17172022-1-29盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)選型的一般程序 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院18182022-1-29不同地質(zhì)條件下全斷面掘進(jìn)機(jī)選型不同地質(zhì)條件下全斷面掘進(jìn)機(jī)選型SlurryEPB粒徑粒徑分布曲線分布曲線400,006顆粒直徑顆粒直徑 d單位mm篩分通過(guò)率 d %00,0011030200,0020,020,060,2泥土粒徑7060508090100600,62,06,0

8、60,020,010090807050403020100篩分粒徑砂砂粉質(zhì)土粉質(zhì)土粘土粘土細(xì)中粗礫石礫石粗細(xì)中粗粗細(xì)中粗粗Foam機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院19192022-1-29不同地質(zhì)條件下全斷面掘進(jìn)機(jī)選型不同地質(zhì)條件下全斷面掘進(jìn)機(jī)選型 泡沫 EPB盾構(gòu)泥水盾構(gòu)棄土容重棄土容重 粘土粘土粉土粉土粘稠度系數(shù) IC柔軟軟硬0,25堅(jiān)硬0,501,000,75EPB模式 EPB敞開(kāi)模式添加劑防止堵塞添加劑增加塑性高滲透性砂砂礫石礫石滲透系數(shù) k m/s很高滲透性一般滲透性10-210-310-410-5復(fù)合式盾構(gòu)EPB + 添加劑高濃度膨潤(rùn)土工作艙內(nèi)土體容重t/m1,401,051,502,002

9、,20機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院20202022-1-29盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)選型的其他條件（1）工期條件的制約 （2）造價(jià)因素的制約 （3）環(huán)境因素的制約 （4）基地條件的制約（5）設(shè)計(jì)路線、平面豎向曲線形狀的制約 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院21212022-1-29二號(hào)線穿越漢口和武昌，隧二號(hào)線穿越漢口和武昌，隧道穿越地質(zhì)種類比較全面：道穿越地質(zhì)種類比較全面：粘土、粉質(zhì)粘土、粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂、粉細(xì)砂、中粗砂、砂砂 巖、粉砂巖巖、粉砂巖、石英砂巖、炭質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖、炭質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、鈣質(zhì)泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化含碳硅質(zhì)頁(yè)巖強(qiáng)風(fēng)化含碳硅質(zhì)頁(yè)巖等。

10、等。3.武漢地鐵的路線與地質(zhì)武漢地鐵的路線與地質(zhì)3 盾構(gòu)機(jī)選型舉例機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院22222022-1-29n 偏軟地層導(dǎo)致的地表沉降n 由于硬質(zhì)附著性粘土導(dǎo)致的刀盤(pán)與土倉(cāng)的堵塞n 豐富的地下水與水壓的問(wèn)題n 軟質(zhì)風(fēng)化巖砂巖泥巖半固結(jié)粘土淤泥的掘進(jìn)n 膨脹性陳舊粘土導(dǎo)致的盾構(gòu)機(jī)推力增加n 附著性粘土與基巖的掘進(jìn)n 掘進(jìn)途中的刀具更換3.2 3.2 本工程重點(diǎn)本工程重點(diǎn)/ /難點(diǎn)難點(diǎn)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院23232022-1-293.3 3.3 隧道管片參數(shù)隧道管片參數(shù)項(xiàng) 目參 數(shù)備注管片類型普通預(yù)制增強(qiáng)水泥管片安裝襯砌，包括縱向封頂塊 分塊形式5 +1個(gè)封頂塊 外徑(O.D.)6.0

11、0 m內(nèi)徑(I.D.)5.40 m厚度300mm管片寬度1.5m單片管片最大重量約4t 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院24242022-1-293.3. 盾構(gòu)機(jī)總體參數(shù)盾構(gòu)機(jī)總體參數(shù)（方案）（方案）盾構(gòu)機(jī)總體設(shè)計(jì)范圍及主要尺寸盾構(gòu)機(jī)總體設(shè)計(jì)范圍及主要尺寸開(kāi)挖直徑開(kāi)挖直徑：6280 mm前護(hù)盾直徑：前護(hù)盾直徑：6250 mm主機(jī)長(zhǎng)度：主機(jī)長(zhǎng)度： 約約 9.0m（含刀盤(pán)）（含刀盤(pán)）總長(zhǎng)度包括后配套：總長(zhǎng)度包括后配套： 約約 82 m 總重量包括后配套：總重量包括后配套：420 t最小曲線半徑：最小曲線半徑： 250m盾構(gòu)機(jī)總體設(shè)計(jì)范圍盾構(gòu)機(jī)總體設(shè)計(jì)范圍最大掘進(jìn)速率最大掘進(jìn)速率 8 cm/min平均掘進(jìn)速

12、率平均掘進(jìn)速率 3.5 cm/min管片平均安裝時(shí)間管片平均安裝時(shí)間 30 min/環(huán)環(huán)管片寬度管片寬度 1500 mm根據(jù)上述計(jì)算每班次掘進(jìn)速率根據(jù)上述計(jì)算每班次掘進(jìn)速率 6環(huán)環(huán) / 8 hours每日雙班工作時(shí)掘進(jìn)速率每日雙班工作時(shí)掘進(jìn)速率 12環(huán)環(huán) / 16 hours機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院25252022-1-293.3.主要機(jī)械性能（方案）主要機(jī)械性能（方案）刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)形式電驅(qū)動(dòng) 2級(jí)調(diào)速式 （裝備動(dòng)力：600kw）刀盤(pán)轉(zhuǎn)速 高速轉(zhuǎn)動(dòng) ： 2.0 rpm 低速轉(zhuǎn)動(dòng) ： 1.0 rpm刀盤(pán)扭矩常用最大 ： 5,844 kN-m 高速轉(zhuǎn)動(dòng)：2,922 kN-m 脫困扭矩 7,000

13、kN-m盾構(gòu)機(jī)千斤頂總推力38,500 kN單位面積推力：1,255 kN / 數(shù)量 1,750kN22根最大伸長(zhǎng)速度 8.0 cm/min鉸接裝置總推力24,000 kN 數(shù)量 2,000kN12根鉸接操作 全方向（上下、左右、傾斜方向）機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院26262022-1-293.3.主要機(jī)械性能（方案）主要機(jī)械性能（方案）螺旋出渣機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)形式 液壓驅(qū)動(dòng)方式 （裝備動(dòng)力：110 kw）排土量 280 m3 / h （最大排出粒徑：250mm500mmL）直徑 700mm（帶軸式螺旋機(jī)）轉(zhuǎn)速 1.0 24 rpm 驅(qū)動(dòng)扭矩 常用最大： 55.7 kN-m 脫困時(shí)最大：65,0 kN

14、-m 管片拼裝裝置形 式 型方式（管片拼裝作業(yè)空間大） 操作方式 無(wú)線遙控操作 轉(zhuǎn)動(dòng)速度 高速：1.5rpm低速：0.3rpm兩級(jí)調(diào)速 （高速低速無(wú)線遙控切換） 調(diào) 節(jié) 可實(shí)現(xiàn)微調(diào)、微動(dòng)操作機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院27272022-1-29防止粘土附著對(duì)策（）防止粘土附著對(duì)策（） 在刀盤(pán)進(jìn)土口位置裝備高壓水噴射管機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院28282022-1-29防止粘土附著對(duì)策（）防止粘土附著對(duì)策（） 擴(kuò)大刀盤(pán)中央部分的開(kāi)口，重視泥土從刀盤(pán)中心部進(jìn)入土倉(cāng)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院29292022-1-29防止粘土附著對(duì)策（）防止粘土附著對(duì)策（）在土倉(cāng)內(nèi)隔壁上裝備前后滑動(dòng)式固定攪拌翼，并可從其前端

15、添加泥漿在土倉(cāng)內(nèi)隔壁上裝備前后滑動(dòng)式固定攪拌翼，并可從其前端添加泥漿機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院30302022-1-29防止粘土附著對(duì)策（）防止粘土附著對(duì)策（）裝備在刀盤(pán)內(nèi)側(cè)可以覆蓋整個(gè)區(qū)域的攪拌翼裝備在刀盤(pán)內(nèi)側(cè)可以覆蓋整個(gè)區(qū)域的攪拌翼機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院31312022-1-29防止粘土附著對(duì)策（）防止粘土附著對(duì)策（）固定土倉(cāng)隔壁中心部分，防止轉(zhuǎn)動(dòng)腳中心部分泥土堵塞固定土倉(cāng)隔壁中心部分，防止轉(zhuǎn)動(dòng)腳中心部分泥土堵塞機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院32322022-1-29泥漿注入口的配置泥漿注入口的配置 刀盤(pán)面板前面 ：3處 固定隔板一側(cè) ：4處 固定攪拌翼前端：1處 螺旋出渣機(jī) ：3處 可選擇泥漿

16、、泡沫和聚合物3種類型噴出口閥門(mén)構(gòu)造照片機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院33332022-1-29對(duì)應(yīng)復(fù)合地層的刀具配置對(duì)應(yīng)復(fù)合地層的刀具配置機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院34342022-1-29復(fù)合地層的刀具裝備與對(duì)策復(fù)合地層的刀具裝備與對(duì)策 可更換滾刀與強(qiáng)化先行刮刀可更換滾刀與強(qiáng)化先行刮刀 如巖石強(qiáng)度在如巖石強(qiáng)度在30Mpa以下可使用強(qiáng)化先行刮刀進(jìn)行掘進(jìn)以下可使用強(qiáng)化先行刮刀進(jìn)行掘進(jìn) 如巖石強(qiáng)度為如巖石強(qiáng)度為30250Mpa則應(yīng)適用滾刀進(jìn)行掘進(jìn)則應(yīng)適用滾刀進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院35352022-1-29滾刀的形狀與特點(diǎn)滾刀的形狀與特點(diǎn)尺寸 ：17英寸 允許磨損量 ：20 mm允許負(fù)荷： 25

17、0 kN 允許線速度 ： 150 m / min材質(zhì) ：特殊工具鋼轉(zhuǎn)動(dòng)力：70 Nm機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院36362022-1-29刀盤(pán)耐磨損對(duì)策刀盤(pán)耐磨損對(duì)策刀盤(pán)外周堆焊釘狀耐磨物外周進(jìn)行硬化耐磨層堆焊耐磨板機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院37372022-1-29刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)部土砂密封刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)部土砂密封特點(diǎn)土砂密封：3條唇形密封1段V型密封 ：3 段迷路密封：拉比利斯（迷宮）式檢測(cè) ：溫度檢測(cè)傳感器供油脂 ：自動(dòng)供脂其他 ：密封接觸面采用硬質(zhì) 材料機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院38382022-1-29鉸接構(gòu)造鉸接構(gòu)造鉸接裝置總推力24,000 kN 數(shù)量 2,000kN12根 鉸接方向全方向（上下、左右

18、、傾斜方向）機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院39392022-1-29鉸接密封鉸接密封形式：型密封2 段、灰塵密封1 段耐壓：1.0 Mpa潤(rùn)滑：自動(dòng)供脂機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院40402022-1-29盾尾密封盾尾密封形式： 3段金屬刷漿液逆流 ：注漿液逆流防止板潤(rùn) 滑：盾尾油脂自動(dòng)注入供脂位置 ：每列6處 （共計(jì)12處）耐水壓 ： 0.4 Mpa機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院41412022-1-29螺旋出渣機(jī)的特點(diǎn)螺旋出渣機(jī)的特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式液壓驅(qū)動(dòng)方式（裝備動(dòng)力：110 kw）出土量280 m3 / h（最大排出粒徑：250mm500mmL）直徑700mm（帶軸式出渣機(jī)）轉(zhuǎn)速 1.0 24 rpm 驅(qū)動(dòng)扭矩 常用最大 ： 55.7 kN-m 脫困時(shí)最大：65,0