第一篇盾構發(fā)展概要與應用ppt課件

1、第一篇 盾構開展概要與運用 提綱一 盾構的來源與開展二 盾構在我國的運用與開展三 盾構開展現(xiàn)狀及開展趨勢四 盾構法施工新技術五 盾構工程施工風險六 盾構市場前景一 盾構的來源與開展1.1 盾構的來源 1806年，法國工程師馬克布魯諾爾Marc Isambrd Brunel在倫敦的一艘船上,發(fā)現(xiàn)船的木板中，有一種蛀蟲鉆出孔道，并用它本人分泌的液體涂在孔壁上,在蛀蟲鉆孔的啟示下，布魯諾爾發(fā)現(xiàn)了盾構掘進隧道的原理,并在英國注冊了專利。 布魯諾爾專利盾構由不同的單元格組成，每一個單元格可包容一個工人獨立任務并對工人起到維護作用。是手掘式網格盾構的雛形。 盾構的問世已有187年的歷史。1825年，馬克布

2、魯諾爾第一次在倫敦泰晤士河下用一個斷面高6.8m，寬11.4m的矩形盾構建筑了第一條盾構法隧道。1.2 “盾構shield術語的來源 盾構最初稱為小筒cell或圓筒cylinedr，1866年，莫爾頓在懇求專利中第一次運用了“盾構shield這一術語。1.3 圓形盾構的開發(fā) 1869年，英國人詹尼斯亨利格瑞海德Janes Heary Greathead用圓形盾構再次在泰晤士河底建筑了一條外徑為2.18m，長402m的隧道，并第一次采用了鑄鐵管片。 1.4 泥漿盾構的開發(fā) 1874年，詹尼斯亨利格瑞海德Janes Heary Greathead開發(fā)了液體支撐隧道任務面的盾構，經過液體流，土料以泥

3、漿的構成排出。 1.5 緊縮空氣的運用 1886年，詹尼斯亨利格瑞海德Janes Heary Greathead在倫敦地下施工中將緊縮空氣方法與盾構掘進相結合運用。緊縮空氣在盾構掘進中的運用，標志著在承壓水地層中掘進隧道的一個艱苦提高，填補了隧道施工的空白，促進了盾構在世界范圍內的進一步推行。 1.6 機械化盾構的開發(fā) 第一個機械化盾構的專利是1876年英國人約翰荻克英森布倫敦John Dickinson Brunton和姬奧基布倫敦George Brunton懇求的專利。這臺盾構采用了半球形旋轉刀盤，開挖土碴落入徑向裝在刀盤上的料斗中，料斗將土碴轉運到皮帶保送機上。 輻條式刀盤機械化盾構 1

4、896年，英國人普萊斯Price開發(fā)了一種幅條式刀盤機械化盾構，并于1897年起勝利地運用在倫敦的粘土地層施工中。它第一次將格瑞海德圓形盾構與旋轉刀盤結合在一同，在4個幅條式刀盤上裝有切削工具，刀盤經過一根長軸由電機驅動。 1.7 第一臺德國盾構的開發(fā)1896年，德國人哈姬Haag在柏林為第一臺德國盾構懇求了專利。這是一臺用液體支撐隧道任務面并把開挖倉密封作為壓力倉的盾構。 1.8 泥水加壓盾構的開發(fā) 1964年英國摩特亥MottHay和安德森Anderson及約翰巴勒特JohnBartlett懇求了泥水加壓平衡盾構的專利。但由于英國當時缺乏能適宜促進這種技術的隧道工程，這種技術的開展遭到了限

5、制。1967年第一臺用刀盤切削土體和水力出碴的泥水盾構在日本投入運用，這臺盾構由三菱公司制造，其直徑為3.1m。1974年，德國Wayss& Freytag公司開發(fā)了德國的第一臺泥水盾構，并在德國漢堡運用。 1.9 土壓平衡盾構的開發(fā) 1974年第一臺土壓平衡盾構在日本東京運用，該盾構由日本IHI石川島播磨公司制造，其外徑為3.72m。 1.10 復合盾構的開發(fā) 復合盾構主要是針對歐洲的地質條件由德國開發(fā)的。1985年，Wsyss & Freytay公司和海瑞克公司懇求了混合式盾構的專利。它以 Wsyss & Freytay公司擁有專利的泥水盾構為根底，有其獨特的沉浸墻/壓力隔板構造。可轉換為

6、泥水方式、土壓方式、敞開方式運轉。二 盾構在我國的開展與運用 2.1 手掘式盾構的開發(fā)與運用 我國盾構的開發(fā)與運用始于1953年，東北阜新煤礦用手掘式盾構建筑了直徑2.6m的疏水巷道。 1962年2月，上海城建局隧道工程公司研制了1臺直徑4.16m的手掘式普通敞胸盾構。2.2 網格擠壓式盾構的開發(fā)與運用1965年3月，江南造船廠制造了2臺直徑5.8m的網格擠壓盾構。1966年5月，中國第一條水底公路隧道上海打浦路越江公路隧道工程由江南造船廠制造的直徑10.22m網格擠壓盾構施工。 1966年，北京城建集團前身基建工程兵為建筑北京地鐵，研制網格式緊縮混凝土盾構勝利地進展了實驗。1973年，采用1

7、臺直徑3.6m的水力機械化出土網格盾構和2臺直徑4.3m的網格擠壓盾構，在上海金山石化總廠建筑了1條污水排放隧道和2條引水隧道。1980年，上海市進展了地鐵1號線實驗段施工，研制了1臺直徑6.412m網格擠壓盾構，在淤泥質粘土地層中掘進隧道1130m。1982年，上海外灘的延安東路北線越江隧道工程1476m圓形主隧道采用上海隧道股份設計、江南造船廠制造的直徑11.3m網格擠壓水力出土盾構施工。2.3 插刀盾構的開發(fā)與運用1986年，中鐵隧道集團開場研制半斷面插刀盾構，并勝利用于建筑北京地鐵復興門折返線。半斷面插刀盾構將“盾構法與“淺埋暗挖法嚴密結合，取消了小導管超前注漿，在盾構殼體和尾板的維護

8、下，進展地鐵隧道上半斷面的開挖。2.4 土壓平衡盾構的引進與開發(fā) 1987年，上海隧道股份研制勝利了我國第一臺4.35m加泥式土壓平衡盾構 。 1990年，上海地鐵1號線工程全線開工，18km區(qū)間隧道引進采用7臺由法國FCB公司制造的6.34m土壓平衡盾構。2.5 泥水盾構的引進1996年，上海延安東路隧道南線工程，總長1300m，采用從日本引進的11.22m泥水加壓平衡盾構施工。2.6 我國盾構開發(fā)研討 我國于1964年經周總理同意在國家科委指點下，成立了掘進機攻關小組，獲得一定的成果。 2002年8月，國家科技部將6.3m土壓平衡盾構的研討設計列入國家“863方案。 2004年5月，中鐵隧

9、道集團與日本小松結合制造了1臺 6.3m土壓平衡盾構，并勝利運用于廣州地鐵和北京地鐵施工。 2004年10月下旬，上海隧道股份勝利制造了一臺 6.34m土壓平衡盾構先行號運用于上海地鐵二號線西延伸隧道工程。2005年12月，中鐵隧道集團研制出了適用于北京地鐵砂礫復雜地層的土壓平衡盾構刀盤，并勝利運用于北京地鐵4號線19標頤和園圓明園區(qū)間。北京地鐵刀盤大直徑泥水盾構技術消化吸收與設計研討 2006年中鐵隧道集團在國外大直徑泥水盾構技術消化吸收及研討的根底上，設計和制造了具有自主知識產權的國內獨一的模擬盾構控制系統(tǒng)實驗平臺，模擬盾構直徑為2.5m。復合盾構研制中鐵隧道集團在引進消化吸收和自主創(chuàng)新的

10、根底上，于2021年4月研制勝利了具有自主知識產權的復合盾構。盾構開展現(xiàn)狀及開展趨勢 3.1 盾構開展現(xiàn)狀國外盾構閱歷了四個開展階段：一是以Brunel盾構為代表的手掘式盾構；二是以機械式、氣壓式盾構為代表的第二代 盾構；三是以閉胸式盾構為代表泥水加壓平衡式、土壓平衡式的第三代盾構；四是以大直徑和微型直徑、高智能化、斷面多樣化為特征的第四代盾構。 手掘式盾構布魯諾爾機械式、氣壓式盾構閉胸式盾構大直徑、大推力、大扭矩、高智能化、多樣化為特征的第四代盾構易北河第四隧道14.2m泥水盾構3.2 與國外的差距 掘進機的技術開展不斷在圍繞地層穩(wěn)定和地面沉降控制、自動化掘進和提高掘進速度、襯砌和隧道質量三

11、個要素進展改良和施工方法的革命。中國制造業(yè)與國外產品相比存在著宏大的差距和困難，主要表如今以下幾個方面：研討實驗及設計：1首先，在模型實驗與系統(tǒng)仿真方面，國外在盾構研制開發(fā)過程中，非常注重系統(tǒng)仿真與模型實驗，作為實現(xiàn)盾構構造與性能優(yōu)化設計的重要手段。在順應性設計上，德、日等國，在長期的實際探求過程中，構成了一套針對本國隧道地質條件的盾構設計實際；如日本早在1969年就編制， 1986年編制 。 我國目前缺乏順應不同地質設計實際和閱歷數(shù)據(jù)指點，總體設計才干偏弱。 研討實驗及設計：2其次，我國在系統(tǒng)集成技術方面，特別是關鍵技術尚沒有構成真正的自主設計才干。3第三，刀具及刀盤設計技術在地質順應性設計

12、方面短少完好的實際根據(jù)，閱歷數(shù)據(jù)和可靠的實驗數(shù)據(jù)。制造加工及配套：構造設計方式單一，目前國內還在研制單圓構造，國外已有雙圓、三圓、球體盾構等多種方式。國內相關配套設備消費技術相對落后，許多關鍵設備還需求進口，影響盾構的國產化進程。如盾構刀盤驅動的主軸承、液壓泵、驅動馬達、液壓閥件、檢測元件、刀具等質量穩(wěn)定性差。在襯砌、管片制造及拼裝技術方面；國外已實施全自動化拼裝系統(tǒng)，包括混凝土管片的保送、拼裝機鉗住管片、管片就位、管片接頭螺栓的自動穿孔和擰緊等工序的自動化。目前，國內盾構雖然實現(xiàn)了管片挪動的機械化，但是管片的對中、就位、拼裝等大多數(shù)還是靠人任務業(yè)。檢測控制：需求處理地層穩(wěn)定控制檢測技術與掘進

13、導向技術。國外盾構施工的液壓推進與導向技術曾經比較成熟，經過在開挖面與盾構周邊必要的位置布置各種監(jiān)控點，采集盾構運轉形狀、土壓和地層擾動等多種信號，將這些信號一同保送給計算機進展分析處置，然后計算機再將處置數(shù)據(jù)指令發(fā)送給盾構各執(zhí)行元件，實現(xiàn)對盾構推進和導向的自動控制。目前，國內在利用激光、陀螺并用的盾構自動方向控制系統(tǒng)；模糊控制實際用于盾構姿態(tài)控制等相關技術方面的開發(fā)研討獲得了一定的成果。但根據(jù)地表沉降和變形及運動軌跡進展實時反響控制技術尚不完善。操作運用：國家對掘進機制造及產業(yè)化缺乏一致的規(guī)劃，國內企業(yè)多采取協(xié)作消費方式，中心技術仍掌握在國外制造商手中。掘進機研討開發(fā)及運用人才的培育至關重要

14、。一些興隆國家的高等院校等都設置有關TBM的專業(yè)課程，并進展研討生培育。國際上一些著名的學術團體也常與高等院校、咨詢公司、消費廠家結合興辦有關TBM人才培育方面的進修班或研討班。我國在這方面差距較大，應采取有力措施迎頭趕上。更重要的是，要培育一批訓練有素的施工隊伍。目前國內很多工程工程招招標時要求買國外產品，對國內產品短少自信心，又不愿承當責任和風險，怕出問題不好交待；使得施工單位在招標過程中只能與國外結合，或全部從國外進口設備。也有施工單位肓目追求高檔、進口產品。3.3 盾構開展趨勢國際上盾構技術日趨完善，盾構的類型在不斷增多，適用范圍不斷擴展，斷面尺寸在向兩極開展，所運用的地質條件也更為復

15、雜。主要開展趨勢可以大致歸納為五個方面: 3.3.1 小型和超大型化為順應隧道及地下工程建立的開展需求，盾構的斷面尺寸在向超大斷面直徑大于12m與小型斷面直徑2m左右方向開展；目前國際上最大盾構的直徑已達15.43m。隨著城市化的開展，用于民生的各種地下工程和地下管網也越來越急需開發(fā)，為了保證城市的生態(tài)環(huán)境及正常生活，環(huán)保型、不擾民的地下共同管溝的建立也要求盾構施工技術進展創(chuàng)新，因此，微型全斷面隧道掘進機Micro-TBM的開展將越來越重要。 15.43m大直徑泥水盾構 3.3.2 方式多樣化、更經濟合理為順應不同工程條件和環(huán)境的需求，盾構的方式越來越多，目前，已消費了斷面為圓形、矩形、雙圓、

16、三圓、球型盾構、子母盾構等。盾構制造及運用本錢更趨經濟合理。MMST盾構 球體盾構雙圓盾構 H&V盾構 變形斷面盾構三圓盾構3.3.3 隧道施工長間隔化 在高速鐵路、高速公路、運輸通道向城市地下空間開展、超遠間隔的調水工程，以及城市軌道交通建立為降低本錢，標段劃分長度越來越大，長隧道的運用就越來越多，因此適用于長間隔隧道掘進的盾構需求正在增長。世界各國都在研討掘進長間隔隧道的盾構設備，滿足其高可靠性、運用壽命長、準確的空間定位及監(jiān)控操作人性化等技術。3.3.4 高智能化、更平安可靠目前，盾構都運用了機械傳動與控制技術、計算機控制技術、現(xiàn)代傳感檢測技術、激光導向技術、超前地質探測技術和網絡遠程通

17、訊遙控技術等。隨著計算機控制技術的快速開展，盾構的自動化程度越來越高，具有姿態(tài)管理、設備管理、施工數(shù)據(jù)采集、處置和實時遠間隔傳輸?shù)裙δ?。在盾構施工中以實現(xiàn)智能化的操作方式，表達出盾構控制系統(tǒng)的多學科化，性能可靠更平安。3.3.5 高順應性兼顧部分特殊性化 盾構技術與硬巖掘進機技術相互浸透、相互交融，使其地質順應才干大大加強。由于地質環(huán)境的復雜性以及盾構技術本身的局限性，為滿足工程的實踐需求，越來越要求盾構本身具有一定的處理部分特殊地質才干，目前，盾構運用已從最初的第四系軟土地層，推行到更大范圍的地質環(huán)境中。因此，對盾構要進展必要的特殊設計及研討。四 盾構施工新技術盾構施工新技術主要反映在以下四

18、個方面：施工斷面的多元化，從常規(guī)的單圓形向雙圓形、三圓形、方形、矩形及復合斷面開展。任務井始發(fā)和到達技術、地下對接技術、長間隔施工、小曲線施工、小間距交叉施工、帶壓進倉技術、擴徑施工法、球體盾構施工法直角掘進等。隧道襯砌新技術，包括壓注混凝土襯砌、管片自動化組裝、管片接頭密封新資料等技術。復合及復雜地層大直徑盾構掘進技術。五 盾構工程施工風險 盾構工程施工風險，總是利用或尋覓“地質復雜性、“盾構機的不順應性、“人認知的局限性、責任性、方案和措施的不合理性等薄弱環(huán)節(jié)或破綻作為突破口，制造盾構工程事故。 控制盾構工程施工風險和事故的根本原那么： 地質是根底，盾構機是關鍵，人是根本5.1 地質風險復

19、合地層廣州、深圳、北京、南京富水斷裂帶或破碎帶廣州三號線禮村斷裂、五號線火西草區(qū)間，南京溶洞、土洞廣州北部、佛山、深圳北部極其耐磨的硅質、鐵質巖屑含承壓水的粉細砂層廣州、佛山、上海、南京、蘇州、杭州瓦斯、煤成氣廣州、西部、南部、杭州、武漢球狀風化體和網格狀或構造風化硬巖廣州東部、深圳、南京和北京砂礫石地層沈陽、北京、成都、南寧、南昌、西安和廣州 5.2 盾構機風險盾構選型和功能性缺陷 a )泥水還是土壓成都泥水能否適用？ b ) 驅動力及扭矩的設計值 c 開口率沙礫層中采用63開口率 d 刀具配置與刀型、刀間距與刀刃差設計 e 碴土改良安裝及同步注漿系統(tǒng) f )帶壓進倉系統(tǒng)2. 大軸承或三大密

20、封損壞3. 刀盤損壞解體、開裂、磨損，刀具磨損。4. 減速箱及齒輪傳動系統(tǒng)損壞5.3 人為風險認知的局限性不能全面系統(tǒng)地了解地量變化、盾構機性能施工組織及責任心方案和措施的合理性問題六 盾構市場前景21世紀是地下空間的世紀，盾構是地下工程的重要施工配備。作為世界最大的隧道及地下工程施工市場，中國的市場潛力正在迅速釋放，盾構產業(yè)將具有寬廣的市場前景。城市地鐵隧道、山嶺隧道、水工隧道、越江隧道、城市地下管線隧道等都將是盾構需求的主要市場。盾構產業(yè)的未來市場前景非常寬廣，在十二五期間，估計需各類型盾構約500臺，約有320億的市場。 資源開發(fā) 市政管線 西氣東輸 跨海隧道 城市地鐵 水利工程 公路/鐵路國防工程 城市地鐵我國城市軌道交通建立刻將面臨史無前例的高潮。目前國內已展開地鐵建立的城市有26個。即將興建地鐵的城市有長春、貴陽、蘭州等3個；謀劃建立地鐵的城市有常州、濟南、溫州、太原等4個。各城市地鐵規(guī)劃中，除重慶地鐵已采用2臺TBM施工，青島地鐵2號線初步方案采用2臺TBM施工2021年開工建立，其它城市都將采用盾構法施工。 城市地鐵華北、東北、西北及西南地域的部分省區(qū)省會城市尚未進入地鐵建立階段；而華東、華南地域因經濟興隆，