盾构机施工方法

盾构机

1介绍：

盾构机盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

2应用：

用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

3原理：

盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

4相关：

据了解，采用盾构法施工的掘进量占京城地铁施工总量的45%，目前共有17台盾构机为地铁建设效力。虽然盾构机成本高昂，但可将地铁暗挖功效提高8到10倍，而且在施工过程中，地面上不用大面积拆迁，不阻断交通，施工无噪音，地面不沉降，不影响居民的正常生活。不过，大型盾构机技术附加值高、制造工艺复杂，国际上只有欧美和日本的几家企业能够研制生产。

盾构机问世至今已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。近30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定、控制地表隆起及塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，对一些恶劣地质如高水压条件的处理技术等方面的探索和研究解决，使盾构机有了很快的发展。盾构机尤其是土压平衡式和泥水式盾构机在日本由于经济的快速发展及实际工程的需要发展很快。德国的盾构机技术也有独到之处，尤其是在地下施工过程中，保证密封的前提以及高达0.3MPa气压的情况下更换刀盘上的刀具，从而提高盾构机的一次掘进长度。德国还开发了在密封条件下，从大直径刀盘内侧常压空间内更换被磨损的刀具。

盾构机的选型原则是因地制宜，尽量提高机械化程度，减少对环境的影响。

参与沈阳地铁工作的盾构机名为开拓者号，总长为64.7米，盾构部分9.08米，重量为420吨，其工作误差不超过几毫米。

5价格：

德国进口的盾构机大概需要人民币5000万元，日本进口的盾构机大概需要人民币3000万元以上，国产的盾构机价格一般在2500万左右。

目前国内具有自主知识产权的国产盾构机是上海隧道工程股份有限公司研制的国产“863”系列盾构机。

2007年7月，北方重工集团董事长耿洪臣与法国NFM公司原股东正式签署了股权转让协议，以绝对控股方式成功结束了历时两年的并购谈判，使北方重工拥有了世界上最先进的全系列隧道盾构机的核心技术和知名品牌[1]。

6分类：

盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构（局部气压、全局气压），机械式盾构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。

根据盾构机不同的分类，盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、

网格式和挤压式等。为了减少盾构施工对地层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口内进行土体开挖与运输5.1敞开式

手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖，这种方法适于地地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施是能维持稳定的情况，其开挖一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均为其它方式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间。

5.2机械切削式

指与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘开挖方式。根据地质条件的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板及有封板两种。刀架间无封板适用于土质较好的条件。大刀盘开挖方式，在弯道施工或纠偏是不如敞开式开挖便于超挖。此外，清除障碍物也不如敞开式开挖。使用大刀盘的盾构，机械构造复杂，消耗动力较大。目前国内外较先进的泥水加压盾构、土压平衡盾构，均采用这种开挖方式。

5.3网格式

采用网格式开挖，开挖面由网格梁与格板分成许多格子。开挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而产生的。当盾构推进时，土体就从格子里挤出来。根据土的性质，调节网格的开孔

面积。采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降，因此，在施工务必采取有效措施，防止盾构后退。

5.4挤压式

全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对地层有较大的扰动，在施工轴线时，应尽量避开地面建筑物。局部挤压式施工时，要精心控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压式施工时，盾构把四周一定范围内的土体挤密实。

7 发展概况

盾构机是盾构施工中的主要施工机械。盾构施工法是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法，它是使用盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或能保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。盾构施工法具有自动化程度高，节省人力，施工速度快，一次成洞，不受气候影响，开挖时可控制地面沉降，减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点。在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起临时支承的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾

的掩护下进行。盾构机施工主要由稳定开挖面、挖掘包括排土、衬砌包括壁后灌浆三大要素组成。开挖面的稳定根据土质以及地下水等情况的不同而有不同的方法，主要有开挖面的自然稳定即敞口放坡，机械式支撑稳定，压缩空气支撑稳定，泥水式支撑稳定以及土压平衡式支撑稳定等。

盾构机的构造主要由护盾、挖掘机构、推进机构、排土机构、衬砌机构及辅助机构等部分组成。护盾一般由切口环、支撑环和盾尾三部分组成；挖掘机构主要由刀头或刀盘及其支承装置组成；推进机构主要由液压设备如油泵、油马达、油压千斤顶等组成；排土机械，泥水式主要有泥浆泵及管道，土压平衡式主要是螺旋输料器和皮带运输机；衬砌机构主要是管片自动拼装机械手；辅助机构包括壁后灌浆装置、导向测量及控制装置等。

盾构机问世至今已近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。近30年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机的有效密封，确保开挖面的稳定及控制隧洞壁的降起及地表塌陷在规定范围之内，刀具的使用寿命以及在密封条件下的刀具更换，一些恶劣地质如对有高水压条件的处理技术等方面的探索和研究，盾构机有较大的发展。可根据不同的地质条件和工程要求，设计制造不同类型的盾构机以满足工程需要。盾构法施工也是一门成熟的地下工程施工技术，已成为大多数地下隧道工程施工首选的常规技术。

盾构机在日本发展很快，尤其是土压平衡式和泥水式盾构机的发展。日本使用盾构机施工的城市隧道占90%以上。德国的盾构机技术也有

独到之处，尤其是在地下施工过程中，能在保证密封的前提下在高达0.3MPa气压的情况下更换刀盘上的刀具，提高了盾构机的一次掘进长度。特别是还能在密封条件下，从大直径刀盘内侧常压空间内更换被磨损的刀具。

我国从50年代中期开始研制盾构机，以土压平衡式为主，泥水式盾构机尚缺乏经验。土压平衡式盾构机机构设计与国外差异不大，但一些国产部件、元器件的质量、寿命、可靠性较差，有些还需从国外进口。

8 盾构机的市场需求及特点

当前，中国已经成为世界最大的盾构机市场，我国盾构机市场需求旺盛。据有关专家预计，随着我国城市轨道交通的发展，各类盾构掘进机未来潜在市场将有200亿元以上的产值。

我国盾构机的市场有以下几个特点： 1.地铁建设高潮将至。在国内，目前地铁已经开工的共23个城市，国务院批准的有33个城市，国内地铁盾构机由中心城市向四周辐射，到2015年将进入地铁发展的高潮。 2.范围不断扩大。盾构机使用范围从城市轨道交通向市政地下管道发展，包括污水管道、电力管道、上下水、煤气燃气管道、城市共同沟。 3.盾构机品种多样化。从单一的地铁盾构发展到多品种，包括土压平衡盾构、泥水盾构、开敞式盾构、以及其他异形（双圆、三圆、矩形、马蹄形等）盾构。 4.已经从国内市场向国际市场发展。

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