盾構(gòu)及BM的應(yīng)用概述

石家莊鐵道大學(xué)

2023年5月17日郭京波盾構(gòu)/TBM及應(yīng)用第一部分

盾構(gòu)第二部分全斷面巖石掘進(jìn)機（TBM）第三部分

TBM/盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展與展望第一部分

盾構(gòu)技術(shù)一、概述二、盾構(gòu)基本概念三、盾構(gòu)基本結(jié)構(gòu)高鐵發(fā)展迅速“十一五“鐵路固定資產(chǎn)投資：2.42萬億元；“十二五“鐵路固定資產(chǎn)投資：3.5萬億元；“十三五“鐵路固定資產(chǎn)投資：3.5萬億元；到2020年，中國以高鐵為骨架的快速客運網(wǎng)，運營里程到5萬公里以上，基本覆蓋80%的50萬以上人口的城市。一、概述軌道交通發(fā)展迅速已有43個城市獲批修建軌道交通。2014年新增42條新線，858公里，566個車站，投資5380.29億元；此外，2014年續(xù)建88條，2136KM，1383座車站，投資12735億元；全國在建100條地鐵線，里程超過3000公里。到2020年，50個城市有地鐵，軌道交通里程6000公里，投資4萬億元。采用全斷面隧道掘進(jìn)機修建隧道是發(fā)展方向一、概述二、盾構(gòu)基本概念全斷面隧道掘進(jìn)機采用了類似機器人的技術(shù)，是集機、電、液、光、氣、水、信息于一體的隧道施工成套專用設(shè)備。具有自動化程度高、對交通和周圍地層影響小、有利于環(huán)境保護(hù)的優(yōu)點。隧道掘進(jìn)機的地質(zhì)針對性非常強，一般來說，用于巖石地層的隧道掘進(jìn)機稱為TBM，用于軟土地層的隧道掘進(jìn)機稱為盾構(gòu)。1掘進(jìn)機分類2盾構(gòu)與TBM的區(qū)別TBM是“TunnelBoringMachine”的英文縮寫，一般指全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機，通常定義中的TBM是以巖石地層為掘進(jìn)對象，不具備泥水壓、土壓等維護(hù)掌子面穩(wěn)定的功能。盾構(gòu)施工主要由穩(wěn)定開挖面、掘進(jìn)及排土、管片襯砌及壁后注漿三大要素組成。其中開挖面的穩(wěn)定方法是其工作原理的主要方面，也是盾構(gòu)區(qū)別于TBM及比TBM復(fù)雜的主要方面。盾構(gòu)，用于軟土隧道暗挖施工，具有金屬外殼，殼內(nèi)裝有整機及輔助設(shè)備，在其掩護(hù)下進(jìn)行土體開挖、土碴排運、整機推進(jìn)和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成形的機械。二、盾構(gòu)基本概念3盾構(gòu)組成及原理盾構(gòu)機后配套設(shè)備管片襯砌輔助設(shè)施二、盾構(gòu)基本概念土壓平衡盾構(gòu)（EPB）施工原理圖二、盾構(gòu)基本概念泥水平衡盾構(gòu)施工原理圖二、盾構(gòu)基本概念TBM全斷面隧道掘進(jìn)機二、盾構(gòu)基本概念二、盾構(gòu)基本概念4盾構(gòu)施工特點盾構(gòu)施工具有以下優(yōu)點：（1）對環(huán)境影響?。?）施工進(jìn)度快（3）適應(yīng)地層范圍廣（4）施工質(zhì)量容易保證（5）自動化程度高，勞動強度低（6）施工作業(yè)安全、整潔（7）技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛（8）工程造價優(yōu)勢較明顯二、盾構(gòu)基本概念5盾構(gòu)機分類盾構(gòu)按開挖面與作業(yè)室之間隔板構(gòu)造可分為全敞開式、半敞開式及閉胸式三種。具體劃分見下圖。手掘式半機械式機械式全敞開式半敞開式擠壓式泥水式土壓式閉胸式盾構(gòu)土壓平衡式加泥式土壓平衡式二、盾構(gòu)基本概念通過土壓作用于開挖面以平衡開挖面的水土壓力。通過螺旋輸送機排放渣土。土壓平衡、土介質(zhì)和設(shè)備的要求

土壓平衡盾構(gòu)機二、盾構(gòu)基本概念二、盾構(gòu)基本概念

2泥水平衡盾構(gòu)機通過泥膜的張力保持水壓力，以平衡作用于開挖面的土壓力和水壓力。開挖的渣土以泥漿形式輸送到地面，經(jīng)過分離再循環(huán)至開挖面。二、盾構(gòu)基本概念

2泥水平衡盾構(gòu)泥水平衡盾構(gòu)通過配置不同的刀盤類型，可以兼顧軟土地層和復(fù)合地層隧道施工，主要應(yīng)用在富水地層、透水系數(shù)高的砂、卵石層等。

二、盾構(gòu)基本概念2、泥水平衡盾構(gòu)二、盾構(gòu)基本概念◆泥水盾構(gòu)有兩種體系。泥水盾構(gòu)根據(jù)泥水倉構(gòu)造形式和對泥漿壓力的控制方式的不同，泥水盾構(gòu)分為:直接控制型間接控制型2、泥水平衡盾構(gòu)二、盾構(gòu)基本概念整體結(jié)押構(gòu)盾體三、盾蘋構(gòu)基本諷結(jié)構(gòu)三、盾后構(gòu)基本雜結(jié)構(gòu)刀盤三、前盾構(gòu)薄基本賤結(jié)構(gòu)三、盾稅構(gòu)基本滔結(jié)構(gòu)刀盤及受驅(qū)動系絕統(tǒng)三、盾權(quán)構(gòu)基本截結(jié)構(gòu)三、盾捆構(gòu)基本屋結(jié)構(gòu)三、盾攝構(gòu)基本方結(jié)構(gòu)主驅(qū)摟動-馬達(dá)三、蓮盾構(gòu)吃基本候結(jié)構(gòu)主軸省承三、盾桐構(gòu)基本觸結(jié)構(gòu)三、巨盾構(gòu)增基本尋結(jié)構(gòu)推進(jìn)師和拼歉裝系疾統(tǒng)三、盾稿構(gòu)基本稿結(jié)構(gòu)拼裝優(yōu)機三、盾億構(gòu)基本押結(jié)構(gòu)橋辰架(連接盾塊體和后抬配套系績統(tǒng))三、盾霸構(gòu)基本醋結(jié)構(gòu)橋架(連接盾繪體和后甘配套系棟統(tǒng))三、盾航構(gòu)基本姑結(jié)構(gòu)三、誼盾構(gòu)掌基本雀結(jié)構(gòu)后配套蔽系統(tǒng)三、收盾構(gòu)緒基本練結(jié)構(gòu)遙控參器三、曬盾構(gòu)遣基本疊結(jié)構(gòu)潤滑、宗密封及搬注漿三、盾垂構(gòu)基本浙結(jié)構(gòu)盾擺尾三、耗盾構(gòu)厘基本怪結(jié)構(gòu)注漿系蒙統(tǒng)三、盾百構(gòu)基本示結(jié)構(gòu)水路系趨統(tǒng)三、轎盾構(gòu)但基本序結(jié)構(gòu)液壓程系統(tǒng)三、執(zhí)盾構(gòu)原基本叢結(jié)構(gòu)三、堤盾構(gòu)定基本賺結(jié)構(gòu)三、裁盾構(gòu)悔基本喘結(jié)構(gòu)第二部腸分全斷面值巖石掘酬進(jìn)機（TBM）一、TBM概述二、TBM分類三、TB臟M系統(tǒng)構(gòu)膜成四、TB蛇M(jìn)工作宰原理目姜錄一、TB餃M概述隧道掘線進(jìn)機（TBM）是一公種集掘燭進(jìn)、出尤碴、支久護(hù)和通片風(fēng)防塵美等多功梨能為一類體的大胖型高效晃隧道施魚工機械華。由于詳采用非概爆破開踐挖方法羨，與傳疲統(tǒng)的鉆義爆法相榮比，具辜有以下出明顯特置點：1TBM的優(yōu)慚點①作業(yè)連際續(xù)，施游工效率顯高。它盒可進(jìn)行婚掘進(jìn)、偉出碴、每支護(hù)一預(yù)條龍，怒在中硬押巖條件構(gòu)下，施釘工速度亮為鉆爆禽法的3～5倍。②開培挖輪榨廓園星順，羨超挖熱量少怎，減校少支投護(hù)工獄作量名，降絹低工橋程費哄用。③對圍權(quán)巖擾動臭少，避禮免因爆辭破振動年可能引碎起的圍么巖松動鳳坍塌，心施工安挪全性好丸。④使用擊勞力少童，勞動劈燕強度低暖，作業(yè)乎環(huán)境好還，有利判維護(hù)作齒業(yè)人員突的健康展。一、TBM概述2眠T餐BM施工酸法與杰鉆爆牢法的首比較鉆爆曾法和TBM法是贊當(dāng)今艱國內(nèi)笨外隧支道工冰程的拌兩種印主要邀施工進(jìn)方法陜。TBM在速度掩、環(huán)搬保、雙安全螺和效擺益方面卻的優(yōu)念勢越雪來越儲明顯跡，對匪地質(zhì)掌條件聯(lián)的適堂應(yīng)能咸力不銜斷增環(huán)強，肌造價嗎降低燃，在碌長大丟隧道灣施工雖中的槐應(yīng)用染越來分越多仁。一、TBM概述秦嶺隧齊道TBM(德國Wi特rt嫁h公司生活產(chǎn)）TB搏88舍0E型TB曲M法施校工的轉(zhuǎn)隧道二、TBM分類根據(jù)吳不同樹參照舉標(biāo)準(zhǔn)惜有不俊同的任分類全方法廳：1．按糖一次殲開挖醉斷面言占全俱部斷儲面的附份額辜分：拌全斷示面、訊部分撕斷面怕。2．按開薄挖斷面問的形狀栽分：圓岡形斷面構(gòu)、非圓窗形斷面燙。3．按北開挖輛斷面而的大筒小分微：大悔、中憂、小怨。4．按成銷洞開挖棕次數(shù)分舉：一次兇成洞、銷先導(dǎo)后免擴。5．按開煤挖的洞饞線分：笑平洞、詳斜洞、捆豎井。6．按開羅挖隧洞穴掌子而緩是含需不要壓力呢穩(wěn)定分沉：常壓虎、增壓霉。7．按錫掘進(jìn)北機頭獲部形謊狀：探刀盤病式、易背架友式。8．按掘漏進(jìn)機是螺否帶有冷盾殼分龜：敞開搶式、護(hù)養(yǎng)盾式。9．按掘倘進(jìn)機盾嘴殼數(shù)量宵分：單顛護(hù)盾、偷雙護(hù)盾蘇。10．按稅掘進(jìn)氏機機波體與鋒推進(jìn)腎機構(gòu)筒是聯(lián)耕合一辨體還搞是分邀成二趴體分披：整撞機式辨、分泊體式組。二、TBM分類常見TB匙M分類全斷得面隧旬道掘象進(jìn)機睡（TBM）包鋤含巖財石掘黑進(jìn)機斜、盾羞構(gòu)和積穿江寨掘進(jìn)瀉機。TBM由主史機和裹后配帥套系省統(tǒng)組牧成，大一般蒼又分牙為敞開黑式TBM和護(hù)盾式TBM兩大懸類型倍，護(hù)盾襲式TB委M又有雙護(hù)啊盾TBM和單護(hù)灘盾TB吼M之分唯；敞開摧式TBM目前主置要有兩咐種結(jié)構(gòu)漿形式，必即前后漁共有兩避組“X”支撐漏的凱氏TBM（含有訂內(nèi)凱機膨架Inn菜er只Kel渴ly和外眨凱機寄架Ou洪te羊r宅Ke寬ll椒y），另綁一種為襯單支撐主大梁柿式TB信M。二、TB增M分類支撐揚式(敞開嚇式)T票BM二、TBM分類敞開稻式TB三M敞開隙式TB帶M則只設(shè)慌有較短縮慧的刀穩(wěn)盤護(hù)致盾，在俱其主召機和檔后配環(huán)套上聯(lián)安裝越有支垮護(hù)設(shè)媽備，西隨著TB粥M的向施前掘坡進(jìn)，蘋一般摩可以同時窯進(jìn)行策安裝臂錨桿沖、掛程網(wǎng)和血噴射偷混凝蹦土等熔支護(hù)準(zhǔn)作業(yè)。敞跳開式TBM刀盤句推力碧和扭臺矩通淚過機們架或喝主梁枝傳遞飾到支若撐系汪統(tǒng)，捉支撐咐系統(tǒng)征徑向吳作用錯于巖洪壁上搞承受止推力南和扭默矩。二、TBM分類護(hù)盾式TBM在整機舉外圍設(shè)享置與機灰器直徑料相一致?lián)岬膱A筒福形護(hù)盾朽結(jié)構(gòu)，備可分為尸單護(hù)盾紡、雙護(hù)慣盾(伸縮恐式)和三護(hù)噴盾三類二、TBM分類雙護(hù)疾盾式冤掘進(jìn)四機二、TBM分類（1）主烈機系驅(qū)統(tǒng)1T畫BM主機刀盤刀盤氧護(hù)盾刀盤傅支承蓄和主衡軸承刀盤精驅(qū)動主梁推進(jìn)泊系統(tǒng)支撐待系統(tǒng)液壓系掠統(tǒng)電氣定控制烏系統(tǒng)三、TB臂M的系統(tǒng)培構(gòu)成刀盤三、TBM的系統(tǒng)場構(gòu)成刀盤卻布置三、TB凈M的系統(tǒng)碑構(gòu)成盤形遷滾刀三、TB緣瑞M的系掛統(tǒng)構(gòu)鏈成盤形滾鑼刀三、TBM系統(tǒng)橡構(gòu)成廢舊刀結(jié)具三、TB場M系統(tǒng)俗構(gòu)成撐靴三、TB加M系統(tǒng)申構(gòu)成2粘TBM后配套搖系統(tǒng)后配呀套系幟統(tǒng)由免鋼結(jié)備構(gòu)件夏主機惡連接殃橋和炎若干鄭平臺且車組夕成，評其上斬有供賊水、蓮供電閃、通住風(fēng)、樓支護(hù)古、出澡渣等架作業(yè)反所需邪設(shè)備匪、設(shè)噴施和尾作業(yè)懷空間烤。包括：木液壓動洋力裝置簡、電氣雄開關(guān)裝浩置、變承壓器、壁主斷路做開關(guān)、萌電纜卷老筒、應(yīng)盟急發(fā)電槐機、除雷塵器、澆通風(fēng)管譜道、控裙制室、換拌漿裝度置、材尚料轉(zhuǎn)運脈吊機、爸皮帶輸錫送機系懲統(tǒng)、集蹈裝箱式厚修理間濫、人員錦休息室鹽及廁所留、噴混姐系統(tǒng)、乓錨桿系峽統(tǒng)、供霧水系統(tǒng)望等。三、TB疼M系統(tǒng)構(gòu)戰(zhàn)成后配套浩臺車三、TBM的系仇統(tǒng)構(gòu)斷成后配套妖臺車三、TBM的系統(tǒng)春構(gòu)成四、TB坑M工作漸原理主機旋前部絡(luò)是裝涉有若布干滾于刀的逼刀盤寺，由侍刀盤蓄驅(qū)動物系統(tǒng)瓶驅(qū)動蒼刀盤鴿旋轉(zhuǎn)屠，并污由TB擇M推進(jìn)系叨統(tǒng)給刀釣盤提供矮推進(jìn)力垂，在推斧進(jìn)力的累作用下讓滾刀切穩(wěn)入掌子缺面巖石砍，不同籮部位的頭滾刀在購掌子面交上留下喘不同半御徑的同些心圓切原槽軌跡妥，在滾帆刀的擠盼壓下，斧相鄰切沫槽的巖蝦石在剪兇切力作亂用下從感巖體上辟剝落下擱來形成牌石碴，蹄石碴則亞隨著刀巡壽盤的旋須轉(zhuǎn)由刀芳盤上的豈鏟碴斗擁自動拾舌起，經(jīng)四刀盤內(nèi)濁的溜碴外槽輸送告到裝在予主機上我的皮帶蒙機上，姐再運到些后配套嫩系統(tǒng)處箭經(jīng)隧道插出碴運搬輸系統(tǒng)洞運出洞滾外。四、TB我M工作稠原理刀盤與己施工面四、TBM工作原促理1迎TB卻M破巖掌機理四、TB群M工作偏原理2T皇BM破巖悶軌跡四、TB的M工作原疑理3工作循用環(huán)四、TB淚M工作原阻理4T北BM的基嶺本功啞能（1）掘點進(jìn)功涉能掘進(jìn)暈功能羨分為菜破碎蕉掌子外面巖紅石的展功能禍和不唱斷推坊進(jìn)掘刪進(jìn)機山前進(jìn)軍的功掉能。饅為此槳掘進(jìn)舅機必填須配盈置合脫適的皮破巖遼刀具解并給縱予足椒夠的輕破巖像力，奸即椎厭力和授轉(zhuǎn)動券刀盤切變換住刀具含破巖束位置足的回瞞轉(zhuǎn)力承矩，察還必瀉須配至置合纏適的噴支撐數(shù)機構(gòu)散將破習(xí)巖用休的椎朝力和夢刀盤喪回轉(zhuǎn)磁力矩黑傳遞蜘給洞途壁，狠同時睬推進(jìn)符和支獲撐機心構(gòu)還惑應(yīng)具誕有步紀(jì)進(jìn)作感用以獄實現(xiàn)仗掘進(jìn)速機前賄進(jìn)的優(yōu)功能錄。四、TB卡M工作原醋理刀具、陪刀盤、瓜刀盤驅(qū)訂動機構(gòu)躁、推進(jìn)絞機構(gòu)、蟲支撐機育構(gòu)是實諷現(xiàn)掘進(jìn)摧功能的伯基本機墻構(gòu)。掘進(jìn)推范力大于中巖石破續(xù)碎所需戚的力、腳刀盤回燦轉(zhuǎn)力矩壁大于在磨推力下跌全部刀頌具的回魯轉(zhuǎn)阻力杜矩、支詞撐力產(chǎn)仆生的比難壓小于虛被支撐魯物的許仗用比壓志、整機燥接地比哥壓小于草洞底許兇用比壓敘是實現(xiàn)魂掘進(jìn)功殃能的基妨本力學(xué)竿條件。四、TBM工作原走理4T止BM的基黨本功售能2出碴功極能出碴糟功能蠻細(xì)分斧為導(dǎo)碴、鏟碴、溜碴、運碴。掌子犯面上打被破謝碎的暮巖石昏受重給力的作作用賀順掌拿子面岡會下速落到裝洞底乒，在葉刀盤古上設(shè)錘置耐叼磨的均導(dǎo)碴偶條，存既可峽增加雙刀盤增的耐漏磨性議，又狀可將君巖碴鞭導(dǎo)向脫鏟斗鎖，這啦就是碑導(dǎo)碴杰。刀盤執(zhí)四周默設(shè)置驗有足禽夠數(shù)辭量的偽鏟斗懸，鏟瞇斗口刪緣配往置鏟木齒或老耐磨親鏟板襲，將缺每轉(zhuǎn)丙落人套洞底記的巖壓碴鏟夜入鏟座斗，傅這就而是鏟膝碴。隨著刀蓄盤的回黃轉(zhuǎn)鏟斗酷將巖碴教運至掘建進(jìn)機的婦上方，熄超過巖殲碴堆積另的安息析角時，漂巖碴靠洋自重下李落，通茄過溜碴疏槽溜入濤運碴膠垃帶機，讓這就是么溜碴。最后膠得帶輸送飽機將巖富碴向機抖后運出肚。掘進(jìn)綿機具有俯破、導(dǎo)坡、鏟、敵溜、運迫一氣呵逃成連續(xù)死進(jìn)行的兆特點。句導(dǎo)碴條票、鏟斗