大型施工機械盾構(gòu)機的分類及選型

第十四講《大型施工機械》——盾構(gòu)機部分盾構(gòu)機的分類及選型主講：xx教授12/7/2022主要內(nèi)容1盾構(gòu)機分類2盾構(gòu)機選型3盾構(gòu)機選型舉例12/7/20221盾構(gòu)機分類

(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TBM12/7/2022軟土盾構(gòu)復(fù)合盾構(gòu)12/7/2022(2)按盾構(gòu)機橫截面形狀分類半圓形圓形橢圓形馬蹄形雙圓搭接形三圓搭接形矩形12/7/202212/7/2022(3)按盾構(gòu)機橫截面的形狀分類超小型盾構(gòu)φ<1m小型盾構(gòu)3.5m≥φ≥1m中型盾構(gòu)6m≥φ≥3.5m大型盾構(gòu)14m≥φ≥6m超大型盾構(gòu)18m≥φ≥14m特大型盾構(gòu)φ>18m12/7/2022(4)按掘削面的敞開程度分類全部敞開式：無蓋敞開式、有蓋敞開式部分敞開式：網(wǎng)格式封閉式：中心支承式、中間支承式、周邊支承式

12/7/2022(5)按掘土出土器械的機械化程度程度分類

人工挖掘式、半機械掘削式、機械掘削式◆手掘式盾構(gòu)◆半機械式盾構(gòu)◆網(wǎng)格式盾構(gòu)

12/7/2022(6)按掘削面的加壓平衡方式分類外加支承式氣壓式泥水式土壓式12/7/2022(7)按刀刀盤盤運運動動形形式式分分類類12/5/2022(8)按盾構(gòu)機機特殊構(gòu)構(gòu)造分類類中折盾構(gòu)構(gòu)球體盾構(gòu)構(gòu)異徑母子子盾構(gòu)重心靠前前盾構(gòu)特殊構(gòu)造造的盾構(gòu)構(gòu)現(xiàn)場換刀刀盾構(gòu)可直接掘掘削前障障礙物盾盾構(gòu)機體可分分可合盾盾構(gòu)固體回收收盾構(gòu)傾斜中空空軸全斷斷面機內(nèi)內(nèi)注漿盾盾構(gòu)傾斜中空空軸全斷斷面機內(nèi)內(nèi)注漿+活動前檐檐盾構(gòu)12/5/2022(9)按盾構(gòu)機的功功能、用途分分類12/5/2022(10)按盾構(gòu)隧道襯襯砌施工方法法分類12/5/2022(11)綜合分類12/5/20222盾構(gòu)機選型盾構(gòu)掘進(jìn)機選選型依據(jù)(1)土質(zhì)條件、巖巖性（抗壓、、抗拉、粒徑徑、成分等個個參數(shù)）(2)開挖面穩(wěn)定（（自立性能））(3)隧道埋深、地地下水位(4)設(shè)計隧道的斷斷面(5)環(huán)境條件、沿沿線場地（附附近管線和建建筑物及其結(jié)結(jié)構(gòu)特性）(6)襯砌類型(7)工期(8)造價(9)宜用的輔助工工法(10)設(shè)計路線、線線形、坡度（11）電氣等其他他設(shè)備條件12/5/2022盾構(gòu)掘進(jìn)機機選型的一一般程序12/5/2022不同地質(zhì)條條件下全斷斷面掘進(jìn)機機選型SlurryEPB粒徑分布曲線400,006顆粒直徑

d單位mm篩分通過率<d%00,0011030200,0020,020,060,2泥土粒徑7060508090100600,62,06,060,020,010090807050403020100篩分粒徑砂粉質(zhì)土粘土細(xì)中粗礫石粗細(xì)中粗粗細(xì)中粗粗Foam12/5/2022不同地質(zhì)條條件下全斷斷面掘進(jìn)機機選型泡沫EPB盾構(gòu)泥水盾構(gòu)棄土容重粘土粉土粘稠度系數(shù)IC柔軟軟硬0,25堅硬0,501,000,75EPB模式

EPB敞開模式添加劑防止堵塞添加劑增加塑性高滲透性砂礫石滲透系數(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+添加劑高濃度膨潤土工作艙內(nèi)土體容重[t/m3]1,401,051,502,002,2012/5/2022盾構(gòu)掘進(jìn)機機選型的其其他條件（1）工期條件件的制約（2）造價因素素的制約（3）環(huán)境因素素的制約（4）基地條件件的制約（5）設(shè)計路線線、平面豎豎向曲線形形狀的制約約12/5/2022二號線穿越越漢口和武武昌，隧道道穿越地質(zhì)質(zhì)種類比較較全面：粘土、粉質(zhì)質(zhì)粘土、淤淤泥質(zhì)粉粉質(zhì)粘土、、粉細(xì)砂、中中粗砂、砂砂巖巖、粉粉砂巖、石英砂巖、、炭質(zhì)灰?guī)r巖、

鈣質(zhì)質(zhì)泥巖、強強風(fēng)化泥巖巖、

強風(fēng)風(fēng)化含碳硅硅質(zhì)頁巖等。3.１武漢地鐵的的路線與地地質(zhì)3盾構(gòu)機選型型舉例12/5/2022偏軟地地層導(dǎo)導(dǎo)致的的地表表沉降降由于硬硬質(zhì)附附著性性粘土土導(dǎo)致致的刀刀盤與與土倉倉的堵堵塞豐富的的地下下水與與水壓壓的問問題軟質(zhì)風(fēng)風(fēng)化巖巖\砂巖\泥巖\半固結(jié)結(jié)粘土土\淤泥的的掘進(jìn)進(jìn)膨脹性性陳舊舊粘土土導(dǎo)致致的盾盾構(gòu)機機推力力增加加附著性性粘土土與基基巖的的掘進(jìn)進(jìn)掘進(jìn)途途中的的刀具具更換換3.2本工程程重點點/難點12/5/20223.3隧道管管片參參數(shù)項目參數(shù)備注管片類型普通預(yù)制增強水泥管片安裝襯砌，包括縱向封頂塊分塊形式5+1個封頂塊外徑(O.D.)6.00m內(nèi)徑(I.D.)5.40m厚度300mm管片寬度1.5m單片管片最大重量約4t

12/5/20223.４盾構(gòu)機機總體體參數(shù)數(shù)（方案案）盾構(gòu)機機總體體設(shè)計計范圍圍及主主要尺尺寸開挖直直徑：6280mm前護(hù)盾盾直徑徑：6250mm主機長長度：：約9.0m（含刀刀盤））總長度度包括括后配配套：：約82m總重量量包括括后配配套：：420t最小曲曲線半半徑：：250m盾構(gòu)機機總體體設(shè)計計范圍圍最大掘掘進(jìn)速速率8cm/min平均掘掘進(jìn)速速率3.5cm/min管片平平均安安裝時時間30min/環(huán)管片寬寬度1500mm根據(jù)上上述計計算每每班次次掘進(jìn)進(jìn)速率率6環(huán)/8hours每日雙雙班工工作時時掘進(jìn)進(jìn)速率率12環(huán)/16hours12/5/20223.５主要機機械性性能（（方案案）刀盤驅(qū)驅(qū)動驅(qū)動形形式電驅(qū)動動2級調(diào)速速式（裝備動動力：600kw）刀盤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動：2.0rpm低速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動：1.0rpm刀盤扭扭矩常用最最大：5,844kN-m高速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動：2,922kN-m脫困扭扭矩7,000kN-m盾構(gòu)機機千斤斤頂總推力力38,500kN單位面面積推推力：1,255kN/㎡㎡數(shù)量1,750kN×22根最大伸伸長速速度8.0cm/min鉸接裝裝置總推力力24,000kN數(shù)量2,000kN×12根鉸接操操作全方向向（上下、、左右右、傾傾斜方方向）12/5/20223.６主要機機械性性能（（方案案）螺旋出出渣機機驅(qū)動動驅(qū)動形形式液壓驅(qū)驅(qū)動方方式（裝備動動力：110kw）排土量量280m3/h（最大排排出粒粒徑：φ250mm××500mmL）直徑700mm（帶軸式式螺旋旋機）轉(zhuǎn)速1.0～24rpm驅(qū)動扭扭矩常用最最大：55.7kN-m脫困時時最大大：65,0kN-m管片拼拼裝裝裝置形式式Ｌ型方式式（管片拼拼裝作作業(yè)空空間大大）操作方方式無線遙遙控操操作轉(zhuǎn)動速速度高速：1.5rpm低速：0.3rpm兩級調(diào)調(diào)速（高速?低速無線遙遙控切切換）調(diào)節(jié)節(jié)可實現(xiàn)微微調(diào)、微微動操作作12/5/2022防止粘土土附著對對策（１）在刀盤進(jìn)進(jìn)土口位位置裝備備高壓水水噴射管管12/5/2022防止粘土土附著對對策（２）擴大刀盤盤中央部部分的開開口，重重視泥土土從刀盤盤中心部部進(jìn)入土土倉12/5/2022防止粘土土附著對對策（３）在土倉內(nèi)內(nèi)隔壁上上裝備前前后滑動動式固定定攪拌翼翼，并可可從其前前端添加加泥漿12/5/2022防止粘土附附著對策（４）裝備在刀盤盤內(nèi)側(cè)可以以覆蓋整個個區(qū)域的攪攪拌翼12/5/2022防止粘土附附著對策（５）固定土倉隔隔壁中心部部分，防止止轉(zhuǎn)動腳中中心部分泥泥土堵塞12/5/2022泥漿注入口口的配置?刀盤面板前前面：3處?固定隔板一一側(cè)：4處?固定攪拌翼翼前端：1處?螺旋出渣機機：3處可選擇泥漿漿、泡沫和和聚合物3種類型噴出口閥門門構(gòu)造照片片12/5/2022對應(yīng)應(yīng)復(fù)復(fù)合合地地層層的的刀刀具具配配置置12/5/2022復(fù)合地層的刀刀具裝備與對對策?可更換滾刀與與強化先行刮刮刀?如巖石強度在在30Mpa以下可使用強強化先行刮刀刀進(jìn)行掘進(jìn)?如巖石強度為為30～250Mpa則應(yīng)適用滾刀刀進(jìn)行掘進(jìn)12/5/2022滾刀的形狀與與特點尺寸：17英寸允許磨損量：20mm允許負(fù)荷：250kN允許線速度：150m/min材質(zhì)：特殊工具鋼轉(zhuǎn)動力：70Nーm12/5/2022刀盤耐磨損對對策刀盤外周堆焊焊釘狀耐磨物物外周進(jìn)行硬化化耐磨層堆焊焊耐磨ＩＮＧ板12/5/2022刀盤驅(qū)動部土土砂密封特點土砂密封：3條唇形密封1段V型密封：3段迷路密封：拉比利斯（迷迷宮）式檢測：溫度檢測傳感感器供油脂：自動供脂其他：密封接觸面采采用硬質(zhì)材材料12/5/2022鉸接構(gòu)構(gòu)造鉸接裝裝置總推力力24,000kN數(shù)量2,000kN×12根鉸接方方向全方向向（上下、左右、傾斜方方向）12/5/2022鉸接密密封形式：Ｖ型密封封2段、灰塵密密封1段耐壓：1.0Mpa潤滑：自動供供脂12/5/2022盾尾密密封形式：3段金屬刷漿液逆流：注漿液逆流流防止板潤滑滑：盾尾油脂自自動注入供脂位置：每列6處（共計12處）耐水壓：0.4Mpa12/5/2022螺旋出渣機機的特點驅(qū)動方式液壓驅(qū)動方方式（裝備動力：110kw）出土量280m3/h（最大排出粒粒徑：φ250mm×500mmL）直徑700mm（帶軸式出渣渣機）轉(zhuǎn)速1.0～24rpm驅(qū)動扭矩常用最大：55.7kN-m脫困時最大大：65,0kN-m