地下鐵道施工技術課件：盾構的分類與選型

地鐵盾構法施工

地鐵盾構法施工地鐵盾構法施工概述1盾構的基本構造及其分類2盾構選型3盾構施工技術4地鐵盾構法施工引言中國盾構機制造企業(yè)地鐵盾構法施工引言盾構法隧道的起源及發(fā)展史1818年，法國的布魯諾爾(M.I.Brune1)從蛀蟲鉆孔得到啟示，最早提出了用盾構法建設隧道的設想，并在英國取得了專利。布魯諾爾注冊專利的盾構1.國外發(fā)展史地鐵盾構法施工引言盾構法隧道的起源及發(fā)展史1828年1月12日泰晤土河水涌入盾構機M.I.Brunel螺旋盾構，1818地鐵盾構法施工引言盾構法隧道的起源及發(fā)展史1917年，日本引進盾構施工技術，是歐美國家以外第一個引進盾構法的國家。1963年，土壓平衡盾構首先由日本SatoKogyo公司開發(fā)出來。

1963年SatoKogyo公司土壓平衡盾構地鐵盾構法施工引言盾構法隧道的起源及發(fā)展史1989年，日本最引人注目的泥水盾構隧道工程開工。日本東京灣海底隧道盾構機示意圖地鐵盾構法施工引言盾構法隧道的起源及發(fā)展史1989年，日本最引人注目的泥水盾構隧道工程開工。日本東京灣海底隧道泥水式盾構機地鐵盾構法施工引言盾構法隧道的起源及發(fā)展史1987年，上海市隧道工程公司承建市南站過江電纜隧道工程，成功設計了我國第一臺直徑4.35m加泥式土壓平衡盾構掘進機。直徑4.35m土壓盾構研制2.國內發(fā)展史地鐵盾構法施工引言盾構法隧道的起源及發(fā)展史1990年12月，上海市隧道工程公司承建的上海合流污水治理工程6.1標過江隧道推進施工。采用自己設計制造直徑5.17m加泥式土壓平衡盾構。直徑5.17m加泥式土壓平衡盾構2.國內發(fā)展史第八章：地鐵盾構法施工引言盾構法隧道的起源及發(fā)展史1995年，我國開始研究矩形盾構隧道掘進技術，1996年上海隧道工程股份有限公司研制了一臺2.5m×2.5m可變網(wǎng)格矩形隧道掘進機，頂進矩形隧道60m。2.5m×2.5m可變網(wǎng)格矩形隧道掘進機2.國內發(fā)展史地鐵盾構法施工引言盾構法隧道的起源及發(fā)展史2003年9月，上海隧道工程股份有限公司建設的中國首條雙圓隧道在軌道交通8號線應用。雙圓隧道2.國內發(fā)展史地鐵盾構法施工引言中國盾構機施工企業(yè)地鐵盾構法施工地鐵盾構法施工引言2011-2050中國軌道交通增長預測德國RMB5000萬元日本RMB3000萬元國產(chǎn)RMB2500-5000萬盾構機價格地鐵盾構法施工引言盾構的發(fā)展前景按照一臺盾構機使用壽命為掘進10~15km，我國盾構市場每年的需求量增加100臺左右。2010年我國盾構機保有量300臺2015年，600臺盾構法應用地鐵隧道通訊、電力線纜隧洞市政、水工涵洞石油、天然氣管道

6.1盾構的分類與選型What?什么是盾構法？特點？——在地表以下的土層或松軟巖層中在盾殼保護下進行全斷面隧道開挖和襯砌的一種施工方法。

優(yōu)點安全性好。在盾構設備的掩護下，可安全進行土層開挖與支護工作暗挖方式施工時與地面及交通互不影響，尤其在城市建筑物密集和交通繁忙地段振動和噪音下，可控制地表沉降，對施工區(qū)域環(huán)境影響較少缺點一次性投入大，施工設備費用較高覆土較淺時，地表沉降較難控制用于施作小曲率半徑（R＜20D）隧道時掘進較困難

6.1盾構的分類與選型

6.1盾構的分類與選型全開敞式盾構機是指沒有隔墻、開挖面敞露狀態(tài)的盾構機。根據(jù)開挖方式的不同，又分為手掘式、半機械化式及機械式三種。適用范圍：適用于開挖面自穩(wěn)性好的圍巖。(1)手掘式盾構機適應的土質是自穩(wěn)性強的洪積層壓實的砂、砂礫，固結粉砂和粘土。

1.全開敞式盾構分類1

6.1盾構的分類與選型(2)半機械式盾構機半機械式盾構機進行開挖及裝運石碴都采用專用機械，配備液壓鏟土機、臂式刀盤等挖掘機械和皮帶運輸機等出碴機械，或配備具有開挖與出碴雙重功能的機械，以圖省力。盾構分類1

6.1盾構的分類與選型(3)機械式盾構機機械式盾構機前面裝備有旋轉式刀盤，增大了盾構機的挖掘能力，開挖的土砂通過旋轉鏟斗和排土可以連續(xù)進行，縮短了工期，減少了作業(yè)人員。盾構分類12.半開敞式這種盾構適用于軟弱粘土層，在推進過程中要引起較大的地面隆起。

6.1盾構的分類與選型盾構分類13.密封式是指在機械開挖式盾構機內設置隔墻，進入刀盤與隔墻土倉的土體，由泥水壓力或土壓提供足以使開挖面保持穩(wěn)定的壓力。密封式盾構機又分成局部氣壓式、泥水平衡式和土壓平衡式幾種。

6.1盾構的分類與選型盾構分類13.密封式(1)局部氣壓式盾構在機械式盾構支承環(huán)的前邊裝上隔板，使切口環(huán)成為一個密封艙，其中充滿壓縮空氣，達到疏干和穩(wěn)定開挖面土體的作用。盾構分類1

6.1盾構的分類與選型(2)泥水加壓式盾構工作原理：在盾構密封隔艙內注入泥水，由泥水壓力抵抗正面土壓力，用全斷面機械化切削及管道輸送泥水出土方式，完成盾構并開挖掘進的全過程。在泥水加壓式盾構的密封艙內充滿特殊配制的壓力泥漿，刀盤(花板型)浸沒在泥漿中工作。

6.1盾構的分類與選型3.密封式盾構分類1(2)泥水加壓式盾構對開挖面支護，通常是由泥漿壓力和刀盤面板共同承擔，前者主要是在掘進中起支護作用，后者主要是在停止掘進時起支護作用。而刀盤切削下的碴土在密封艙內與泥漿混合后，用排泥泵及管道輸送至地面處理，處理后的泥漿再由供泥泵和管道送回盾構重復使用，所以，在采用泥水加壓式盾構時，還需配備一套泥漿處理系統(tǒng)。

6.1盾構的分類與選型盾構分類1泥水室大刀盤清水槽泥漿調整槽密度計流量計供漿管排漿管伸縮管VP2P3P4P1(2)泥水加壓式盾構

6.1盾構的分類與選型盾構分類1

6.1盾構的分類與選型泥水式盾構機盾構分類13.密封式(3)土壓平衡式盾構

又稱削土密封式或泥土加壓式盾構。是在局部氣壓盾構及泥水加壓盾構基礎上發(fā)展起來的一種適用于含水飽和軟弱地層中施工的新型盾構。

6.1盾構的分類與選型它的前端有一個全斷面切削刀盤，在它后面有一個貯留切削土體的密封艙，在其中心處或下方裝有長筒形的螺旋輸送機；在密封艙和螺旋輸送機，以及在盾殼四周裝設的土壓傳感裝置，根據(jù)需要還可裝設改善切削土體流動性的塑流化材料的注入設備。盾構分類1土壓平衡示意圖

6.1盾構的分類與選型靜止土壓水壓泥土壓3.密封式(3)土壓平衡式盾構用流動性和不透水性的“作漿材料”壓注于切削下的土中使之成為可流動又不透水的漿化泥土，使其充滿開挖面密封艙及其相連的長筒型螺旋輸送機。

6.1盾構的分類與選型盾構切削速度控制螺旋輸送機的轉速，保證密封艙內始終充滿泥土，而又不過于飽滿。其避免了局部氣壓盾構的主要缺點，又省略了泥水加壓盾構中的泥水處理設備，是正在發(fā)展的最有前途的地下工程設備之一。盾構分類1泡沫注入試驗

6.1盾構的分類與選型加注泡沫

6.1盾構的分類與選型土壓平衡式盾構機盾構分類1

6.1盾構的分類與選型盾構分類1

6.1盾構的分類與選型盾構分類14.多圓式盾構機5.矩形盾構機全斷面掘進機在掘進工況時，必須具有掘進、出碴、導向、支護四個基本功能，并配置完成這些功能的機構。6.硬巖掘進機——TBM

6.1盾構的分類與選型

6.1盾構的分類與選型1.盾構的類型適用于：未固結成巖的軟土、某些半固結成巖及全風化和強風化圍巖條件下。主要特點：刀盤僅安裝切削軟土用的切刀和刮刀，無需滾刀。盾構選型2（1）軟土盾構正齒刀切刀邊刮刀鋼刀圈盤形正滾刀球齒刀圈盤形滾刀盤形球齒滾刀

6.1盾構的分類與選型刮刀示意圖滾刀示意圖

6.1盾構的分類與選型適用于：軟土、硬巖。主要特點：刀盤即安裝切削軟土用的切刀和刮刀，又安裝破碎硬巖的滾刀或安裝有破碎砂卵石和漂石的撕裂刀。（2）復合盾構1.盾構的類型盾構選型2

8.3盾構選型的根據(jù)應對工程地質、水文地質有較強的適應性，首先要滿足施工安全的要求。一安全適應性、技術先進性、經(jīng)濟性相統(tǒng)一。二滿足隧道外徑、長度、埋深、施工場地、周圍環(huán)境等條件。三滿足安全、質量、工期、造價的環(huán)保要求。四后配套設備的能力與主機配套，滿足生產(chǎn)能力與主機掘進速度相匹配。五經(jīng)驗等。六2.盾構選型的原則盾構選型2

6.1盾構的分類與選型工程地質、水文地質條件地層的參數(shù)隧道長度、隧道平縱面及橫斷面形狀和尺寸等設計參數(shù)周圍環(huán)境條件隧道施工工程籌劃及節(jié)點工期要求宜用的輔助工法技術經(jīng)濟比較經(jīng)驗盾構選型23.盾構選型的依據(jù)

6.1盾構的分類與選型[調查項目]4.盾構選型的流程

6.1盾構的分類與選型[論證項目]4.盾構選型的流程

6.1盾構的分類與選型5.盾構選型的主要方法土壓平衡盾構滲透系數(shù)小于10-7m/s時土壓平衡盾構或泥水盾構滲透系數(shù)大于10-7m/s，小于10-4m/s時泥水盾構滲透