盾构掘进机发展战略研究
盾构掘进机发展战略研究
【提要】：本文在回顾国内外盾构发展历程和阐明国内外盾构现状的基础上，指出国内盾构在地层稳定控制技术、结构设计技术、刀盘刀具设计技术、系统集成技术等7个方面存在的差距，并根据国内现有条件，在盾构研发的策略、组织形式、攻关课题等8个方面，提出了发展思路及措施。【关键词】：盾构设备发展历史现状发展战略Abstract:Thispaperonthebaseofreviewingshielddevelopm enthistoryandexplainingtheexistingshieldsituationbot hdomesticandabroad,indicatesthegaplaggingbehindinrel ationtothoseabroad,intermsofgroundstabilitycontrolte chnique,structuredesign,cuttingdisk,andcuttingtoolsd esign,andsystemintegration,andthelike7aspects,andina ccordancewithexistingdomesticconditions,putsforwards developmentthinkingandmeasuresintermsofshieldRDstrat egy,organizationalpattern,nutcrackingtopicsandthelik e8aspects.Keywords:shieldinstallation,developmenthis tory,existingsituation,developmentstrategy.盾构是一种挖掘隧道用的工程机械。传统的隧道施工方法是用人工或机械方法将土挖掘下来，再装上矿车外运，紧接着对挖空了的隧道进行支护，这种方法当遇到淤泥或流沙层等地质条件
时，很难做到“及时”支护，极易坍塌，造成大面积的地面塌陷。盾构施工是在一个能支撑地层压力而又能在地层中推进的圆形（或矩形和马蹄形等特殊形状）钢筒结构的掩护下，完成挖掘、出土、隧道支护等工作，它的最大的特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称做护盾的钢结构的掩护下完成的，可以最大限度地避免坍塌和地面塌陷。与传统的隧道掘进技术相比，盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构。在发达国家盾构法施工的隧道已占隧道总量的90%以上，日本一个国家在用盾构达千台以上。盾构法施工的隧道直径可以小到0.2m，大到18m，适用于地铁隧道、铁路隧道、公路隧道、引水隧道、矿山巷道、城市市政隧道等各种隧道工程。随着隧道工程对施工质量和环保要求的逐步提高，现代盾构已演变成为一种高度智能化，集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型工程机械装备。我国在盾构施工隧道的关键设备和技术方面与发达国家相比存在着较大的差距，如何尽快提高我国盾构掘进水平使我国在先进隧道施工技术方面占世界一席之地是相关科研和施工技术人员一直关注的问题，本文综述国内、外盾构设备和技术发展的历史和现状，指出国内外盾构掘进技术的差距，提出我国发展盾构掘进机的思路。1国外盾构掘进机的发展历史和现状
1818年MarcIsambardBrunel获得隧道盾构法施工的专利，并在1825年到1843年间首次使用盾构在伦敦的泰晤士河下修建了一条河底隧道，初步证明盾构法隧道施工的价值。1830年由劳德考克让施（LordCochrance）发明了施加压缩空气防止涌水的“气压法”。1874年格雷蒙特（JamesHenryGreathead）在伦敦地铁南线的隧道建设中采用了气压盾构法的施工工艺，并首创了在盾尾后面的衬砌外围环形空隙中压浆的施工方法，并开发了用流体支撑开挖面的盾构，开挖出的弃土以泥水流的方式排出。1896年Haag在柏林第一次申请了德国泥水式盾构的专利，形成了现代泥水式盾构的雏形，推动了盾构施工技术的发展。到20世纪初，盾构施工法在英、美、德、俄、法、日等国开始推广。1917年日本开始在铁羽越线的折返段隧道施工中引进盾构法，1938年正式在国铁关门隧道应用盾构法施工，为日本盾构技术的发展奠定了基础。1967年由英国提出的泥水加压系统在日本得到了实施，日本研制成功第一台有切削刀盘、水力出土的泥水加压式盾构（直径为3.1m）。1974年日本独创性地研制成功土压平衡盾构，同时德国WayssFreytag也研制成功颇具特点的膨润土悬浮液支撑开挖面的泥水平衡盾构。之后，盾构技术得到了迅猛发展，已成功应用于各种公路隧道、地铁隧道、引水隧道以及市政公用设施隧道等。［1～3］
纵观盾构隧道掘进180多年的发展历史，盾构隧道施工法和盾构掘进机的改进都是在围绕着：①地层稳定和地面沉降控制；②机械化、自动化掘进和掘进速度；③衬砌和隧道质量，这三个要素进行盾构掘进机的改进和施工方法的革命。传统的盾构法是把这三个要素分别独立考虑的，把地层稳定处理作为盾构的辅助方法，主要有降低地下水位法、改良地基法、冻结法及气压法等。在盾构掘进机本身结构上没有考虑对地层稳定的影响或减少和防止地面沉降，盾构一般为敞胸式结构。然而，任何地层稳定处理方法即使能抑制对地层的影响，也很难满足在城市内施工时的各种要求，特别是关系到地面建筑安全的地面沉降问题，所以，很自然地发展到下一代盾构——闭胸式盾构。
现代盾构的一个最为显著的特点就是统筹考虑盾构法的这三个要素，用盾构掘进机设备本身解决工作面稳定的问题。用压缩空气平衡土压力的方法，由于容易发生漏气、喷发、工作面崩塌等事故，和造成地面沉降等对环境的不良影响，尤其在遇到粘聚力小、透气性的地层这种方法无法胜任。自然，人们想到用液体代替空气来支撑工作面，最初在德国和英国进行了有关的试验，1967年日本完成了这一系统，即产生了现代概念上的泥水平衡盾构。泥水平衡盾构是靠送入工
作面与密闭胸板间所形成空腔的加压泥水平衡土压、保持工作面稳定，并用泥水输送刀盘切削下来的弃土，这个方法的问世使工作面稳定状况大大改善，盾构法的适用范围被大大拓宽，盾构掘进机得到了前所未有的发展。然而，由于泥水平衡盾构需要大规模的泥水分离处理系统，占地面积大，对环境影响大，施工成本高，对城市内施工的隧道这个系统并不理想。继而在1974年日本首先研制成功土压平衡盾构，这一系统是将刀盘切削下来的弃土送入前端密闭仓内，搅拌或注入添加剂搅拌成塑流化的弃土并与螺旋型输送机等机构相结合，边使工作面保持适当稳定的压力，边通过螺旋输送机向外排土。这一系统由于排土处理简单，可靠性较高，得到了广泛的应用。现代盾构掘进机虽然在部件结构、驱动方式、自动控制、测控导向等方面做了很大的改进，但是这些工作面压力平衡的原理和方法一直沿用至今。当今盾构基本都是基于泥水平衡和土压平衡这两种模式，或是这两种模式的组合，或是这两种模式与开胸式组合，形成复合型盾构以适应地层条件多变的隧道施工的要求。
盾构掘进机的发展一直与基础工业的发展和地下工程的实际需要密切相关，而且，不同时期的盾构关键技术都被这个时期工业发达的少数几个国家所掌握，如19世纪的英国、德国和20世纪的德、日、美、法等国。随着这些国家经济、
科技的发展，大量地下工程投入建设，促使盾构技术取得了长足的发展。盾构掘进技术是液压技术、机电控制技术、测控技术、计算机技术、材料技术等各类技术水平的综合体现。180年来，盾构掘进技术一直随这些相关技术的发展而不断发展完善。现代高新技术的应用使得盾构掘进的地面沉降控制、推进速度控制、测控导向、自动衬砌等变得越来越容易。
现代盾构掘进机较好地融合了盾构法的三要素，已经基本不需要围岩稳定处理和隧道的二次衬砌，在许多情况下盾构施工的综合施工成本比人工开挖施工低得多，而掘进速度高得多。为适合城市隧道需要的多样化，现已开发出超大断面盾构、多圆盾构、异形断面盾构、球体盾构等多种形式。对土压平衡技术也作了很多改进，气泡法和其它土质改性材料的开发使得土压平衡盾构的土质适用范围进一步拓宽，施工精度提高、成本降低。同时，盾构的自动化使施工安全和劳动环境、劳动强度大大改善。2国内盾构掘进机的发展历史和现状
我国盾构掘进技术的应用可以追溯到1953年东北阜新煤矿用手掘式盾构修建直径为2.6m的疏水巷道，但是由于受这一时期我国经济技术的限制，盾构技术一直没有受到足够的重视，盾构技术的发展非常缓慢，应用也相当有限。直到1985
年以后，随着经济技术的突飞猛进，各种地下工程的需求与日俱增，我国开始引进和研制全断面闭胸式盾构，可以说我国起步了现代盾构技术的开发和应用。进入20世纪90年代后，随着城市化进程的加快，城市地下空间的进一步利用，对环境保护和施工质量要求相对较高的城市地铁隧道的需求越来越大，为了满足这一需求，我国开始大规模地引进、应用国际先进的盾构施工技术和设备。具有代表性的国内盾构施工隧道工程表1所示［7，8］。
表1国内盾构施工隧道典型工程
与其他国家盾构发展历程相似，我国的盾构发展也是与不同时期的经济、技术的发展相对应，是社会、经济发展的需要和各种相关技术水平的综合体现。但是，在20世纪90年代以后，随着我国经济进入了良性发展的快车道，公路、铁路、水利建设和城市化进程等达到了前所未有的发展速度，对盾构的巨大市场需求大大超过了国内的盾构研制水平。20世纪90年代进行的几项重大工程所采用的盾构设备和施工技术基本都依赖进口，如：上海地铁1号线采用7台法国制造的土压平衡盾构；上海2号线除了使用1号线的7台盾构外，又新进口了两台盾构；延安东路复线隧道采用从日本引进的泥水式平衡盾构；广州地铁1号线也采用日本制造的土压平
衡盾构。
目前，国内许多企业虽然也开展了盾构设备的研制和相关技术的开发，如：上海隧道股份有限公司、铁道部隧道局、广重集团等单位自行设计和开发了适用的盾构掘进机和相关的施工技术，制造了多种形式的盾构，但国产盾构仅能适用于周围环境要求不高和地质条件单一的地区，不适合建筑密集地区、管线复杂地区、地质条件复杂的地区。当环境要求高、破坏后治理费用大时，综合考虑费效比后，还是不得不花费大量外汇采用进口盾构。可以说，我国现代盾构掘进设备和技术的研制才刚刚起步，尚没有形成能针对不同地质条件和环境的要求设计、制造适用的盾构掘进机的能力。3国内外盾构掘进机的差距
国内研制的盾构掘进机与国外先进盾构掘进机相比存在以下几方面的差距:
3.1地层稳定和地面沉降控制技术
由于环境保护和地面设施的制约，对隧道施工的施工质量和环境保护要求越来越高，地面沉降控制成了衡量现代盾构技术水平的关键技术之一。现代盾构控制地面沉降和减少
对土体扰动的最基本和有效的方法是采用泥水平衡和土压平衡（包括加压，加泥水、泡末和其他土质改性剂）技术。我国现有的平衡式盾构都是通过预先设定土仓内压力值以达到稳定地层的目的，在施工工程中根据地表沉降情况再进行调整，是一种“滞后式”的土压纠正。由于开挖面上土层的原始应力比较复杂，这种预先设定与滞后调整的结果会使机头处的地面隆起或塌陷，所以地层稳定和地表沉降控制的效果在很大程度上取决于施工人员的经验，施工质量难以保证。国外先进的平衡式盾构，在土仓内都设置先进的土压传感器，配备实时反馈及调整的机、电、液与计算机控制系统，在通常情况下都能很好地保证地层稳定的效果。这是国、内外盾构技术所存在的主要差距。
3.2结构设计技术
我国目前研制的盾构掘进机都是单体形式的，盾体是一个刚体，断面尺寸越大在运动方面限制也就越严格，给隧道的弯道设计和施工造成困难。另外，由于盾构断面全为一孔，所以即使建造距离很近的（1～5m）复线隧道，也必须分上行与下行两线进行独立施工，给地面设施拥挤的城市隧道的设计带来困难，分别施工的两隧道的相互干扰也给施工带来不利影响。国外盾构掘进机已出现可折曲的盾体和多体等形式
解决曲率半径小的弯道施工和复线隧道的一次施工等问题。可以把盾体分成两到三截，转弯灵活；截面有眼镜形、三圆形、拱形、H＆V等多种形式。国外先进盾构除了转弯半径与爬坡方面的限制较小外，像H＆V型盾构，在掘进过程中，可作水平与竖向的灵活转动，形成空间相对位置多样的隧道［9，10］。
3.3刀盘刀具设计技术
从现有的盾构看，国内已经掌握基本的全断面切割刀盘技术，通常是在盾构机头部安装一个整体转动的圆盘，在上面布置若干刀头包括超挖刀头，转动方向固定，只能切割规则空间。在刀头刀盘的组合与刀头刀盘的运动分解上，缺少变化，在某些情况下，给盾构掘进机的转弯和爬坡等造成一定的麻烦。国外盾构出现了能有多种切割方向，可以伴随盾构机体位的改变而作相应调整的刀盘；并且实现了通过盾构掘进机刀具的切割方向和刀盘的分解组合生成多种异形空间（如矩形，椭圆形，眼镜形，扩大形等等）。另外，国内对刀具、刀盘的岩土适应性设计方面缺少完整的理论依据、系统的经验数据和可靠的实验装备，在刀具的可靠性和寿命方面存在一定的差距。
3.4液压推进与导向技术
国内盾构所用土压探测与传感装置基本依赖进口，根据地表变形和运动轨迹进行实时反馈控制也基本没有应用。国外先进的盾构施工通常在开挖面与盾构周边必要的位置布置有各种监控点，采集盾构运行状态、土压和地层扰动等多种信号，这些信号和地表沉降信号一起输送给信号处理计算机，计算机分析这些数据后,发送液压系统控制信号，实现对盾构推进和导向的自动控制，基本可以实现无人化的精确操作。上海地铁1号线使用的法国盾构及延安东路复线隧道使用的日本盾构，都有先进的计算机信息处理与控制系统，既减少了人员劳动强度，又增加盾构机的工作效率与施工精度，通过实时数据分析处理、快速反馈、工程状态显示、实时控制，方便现场人员实时决策，达到信息化施工［11，12］。
3.5衬砌技术
目前国内盾构都是采用管片拼装系统将砼管片拼装成隧道衬砌，管片拼装系统由中心支撑回转机构、径向和水平移动液压缸等组成，虽然实现了管片移动的机械化，但是管片的对中、就位、拼装等基本还是靠人工作业，管片的拼装往往占用大量宝贵的掘进作业时间，直接影响施工进度和质量。
日本已研制成功全自动化拼装系统，包括砼管片的输送、拼装机钳住管片、管片就位、管片接头螺栓的自动穿孔和拧紧等工序的自动化。目前欧洲和日本开始采用ECL（挤压混凝土衬砌施工法）技术代替传统的管片衬砌系统，在施工成本和衬砌质量方面都取得了良好的效果，这项技术在国内还没有应用。
3.6防水和同步注浆技术
我国现有的盾构施工隧道管片衬砌中，主要采用环向与纵向膨胀橡胶防水，与国外相比，还没有发展采用土工防水布等技术［］。同步注浆技术是控制地层变形、地面沉降的重要措施，其关键是随着盾构的推进及时充分地充填盾壳外径与隧道衬砌外径之间的建筑空隙。目前有两种同步注浆系统：单液注浆和双液注浆系统。单液注浆系统较简单，但是浆液的性能要求较高很难配制合适的浆液。双液注浆由二套贮浆桶和注浆泵等组成，在出口处二管交叉喷出盾尾，即时硬化充填空隙，避免了单液注浆如果浆液凝结过快堵塞注浆系统并使充填不充分，凝结过慢又使隧道轴线变形和地面产生额外的沉降两难局面。单液同步注浆系统在国内已经研制成功，但是双液注浆系统和浆液仍然依赖进口。
3.7系统集成技术
英、德、日、法、美等国，在长期的从实践到理论，再从理论到实践的反复探索过程中，形成了一套针对本国隧道地质条件的盾构设备设计理论、模拟试验方法和系统的经验数据，包括掘进机刀盘形式、刀具选型和布置、出土形式等；同时也逐渐形成了安装和调试的系统技术。几乎能针对所有的施工隧道地质条件设计、制造适用的盾构。这些国家还在进一步研制适用范围更广、开挖深度更深、技术自由度更大的技术。尤其是日本，依赖于盾构技术的发展，除了目前能用盾构开发出各种异形空间外，还提出大深度开发地下空间的种种构想，包括建造地下城市，深度常常达到地下百米以上。我国目前尚没有适合国情的适应性设计理论的指导，也没有系统的设计经验数据，系统的安装、调试技术也未完全掌握，所以国产盾构存在性能不稳定的现象，主要表现在：土层地质条件的适应能力差、地层扰动和地表沉降难以控制、可靠性低、自动化程度低。4发展我国盾构掘进机的战略
随着我国十五计划的实施，城市化进程的加快，国内对盾构的市场需求巨大，据预测，在未来的5年中我国对各类盾构的需求超过300台套；随着“863”计划以及“八五”、“九五”等科技项目的完成，我国在机、电、液、测量、控
制技术和岩土施工技术等方面取得了长足的进步，有的已经赶上了世界先进水平，这些相关技术基本能够满足现代盾构技术发展的需要。总之，有国内良好的经济环境，有巨大的市场需求，又有相关技术的支持，我国发展盾构设备和技术的时机已到，我国的盾构设备设计、制造及其他相关技术实现跨越式发展，在较短的时间内赶超国际先进水平是完全可能的。作者在广泛调研的基础上，根据我国的国情，认为应该在以下几个方面采取措施或开展工作。
4.1研发策略
本着“有所为有所不为的原则”，根据国情确定以具有广泛市场前景、技术要求高、直径为6.3m左右的地铁隧道盾构为研制对象；以具有典型复杂地质条件的地铁隧道为工程示范基地；以这套盾构和这个基地为载体，开发和实践先进的设计理论和相关技术；以点带面促进盾构技术的全面进步，继而带动全断面掘进机、非开挖设备的发展。
4.2组织形式
盾构是集机、电、液、测控等多项技术于一体的大型工程装备，在我国发展盾构应该充分利用我国“便于集中力量
办大事”的制度上的优势。集中全国各有关专业技术的优势，产、学、研等各个方面相结合，是推动我国盾构技术进步、保证在较短的时间内赶上世界先进水平的有效途径。为此，有必要成立一个由盾构设计、制造、安装、调试、施工及其他相关专业专家和技术管理人员组成的“盾构动态技术联盟”，协调各个研究单位开展工作。
4.3合作模式的形成
充分利用国内现有的盾构设备研发能力及施工技术是发展我国盾构的捷径，所以应该引导形成一种合作模式，在这个模式下，把目前各自为政的盾构设计、制造、施工等企业联合起来，并和在相关技术上有优势的高校、科研院所相结合，形成一种企业间的动态技术联盟共同参与国际竞争。国家可以通过宏观的激励政策促成这种技术联盟的形成，在取得具有自主知识产权的关键共性技术后，保证参加单位有优先享用的权利。
4.4盾构设计规范、标准建设
设计规范、试验标准等是保证盾构技术健康快速发展的必要条件。盾构设备不同于其他机械设备，具有很强的针对
性，一般情况下都是根据工程的需要“量体定制”的，但是其施工质量、试验手段和结果的量化等可以制定相应的标准；其部件结构如：推进液压缸、液压马达等是可以制定相应的设计规范，便于部件的通用化，降低成本。
4.5专业队伍的培养
设备和技术的竞争归根结底是人才的竞争，我国目前缺乏高层次的盾构设计、制造、安装、调试的专门人才，通过样机的研制和工程示范培养一支高水平的设计、制造、安装、调试的专业人才队伍，为盾构技术在我国的持续发展打下基础。
4.6加强国际合作
通过多种途径、多种形式与国外著名企业和专家合作，借鉴别人的成功经验，在国际较高水平的基础上开展研究，以避免走不必要的弯路，确保我国盾构研发成果的高水平。
4.7技术攻关课题组织
强调联合攻关，充分利用国内现有的如：液压、测控等
技术的研究成果，组织相关专业领域的著名专家针对这些成果在盾构设备上的应用开展研究。围绕样机的研制设立科研课题进行攻关，并在样机上得到应用和验证；针对上述国内外盾构的7方面的差距，设立必要的基础研究课题作为进一步发展盾构的理论和技术上的储备。
4.8建立盾构研发的数据库
盾构研制和施工的信息化是盾构技术发展的必然趋势，完善的数据库是盾构研发信息化的基础。在盾构的研发过程中建立和完善设计、制造、安装、调试、维修、施工的数据库是高速发展我国盾构技术必要的基础工程。克服以往盾构研制中的无效的重复现象，使其在全国范围内在一个前后贯穿的研发与积累的路线上进步。目前，在许多城市，如北京、上海、广州等地铁隧道施工正在紧张进行中，其中也不乏利用目前国际先进的盾构设备进行施工的隧道，为盾构施工积累了许多宝贵的经验和数据，充分利用这些数据，整理建立相应的数据库为盾构的研发服务，可以在较低的成本下取得宝贵的第一手资料，有效促进我国盾构研发水平的提高。参考文献
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隧道盾构掘进机推进系统设计
隧道盾构掘进机推进系统设计 发表时间：2018-12-06T15:08:07.810Z 来源：《防护工程》2018年第25期作者：吴昊琳[导读] 信息等多种科学技术，在铁路、公路、市政、水电等隧道工程应用的较为广泛。盾构机的重要部分之一即为推进系统，在盾构机的掘进中它承担了定金工程。研究盾构机的推进系统，能够更为全面的掌握其特点和性能，并为我国企业在设计、建造和完善盾构机上提供基础支撑。 吴昊琳 中铁隧道股份有限公司河南郑州 450000摘要：盾构机属于一种大型的隧道掘进设备，包含机、液、控制、信息等多种科学技术，在铁路、公路、市政、水电等隧道工程应用的较为广泛。盾构机的重要部分之一即为推进系统，在盾构机的掘进中它承担了定金工程。研究盾构机的推进系统，能够更为全面的掌握其特点和性能，并为我国企业在设计、建造和完善盾构机上提供基础支撑。 关键词：隧道；盾构掘进机；推进系统 一、原理简介 因隧道土层地质非常庞杂，盾构机在隧道施工中会遇到不同的地质阻力、涂层反推理和水压力，从而导致掘进过程中会遇到各种各样的低层阻力。为了确保土压平衡，盾构机在推进系统设计上，要充分考虑到不同的土层压力，同时也要及时调整液压缸推进压力。盾构机在施工中，其推进系统应符合推进力要求以及推进速度控制。因此，在设计突进系统时，选择的是比例变量泵与比例减压阀来达到流量压力的控制，通过这一控制方法，能够单独过连续控制推进力和速度，减轻压力与能量的损失，从而完成节能的目标，并增强系统运作的效率。 二、推进系统分组联合控制理论 在施工过程中，盾构机通过推进系统来对液压缸推进力和速度进行控制，以此来调整盾构机的各种姿态，对其掘进时碰到的土层阻力进行控制，确保土压平衡，纠正前进路线。由于盾构机属于大型机械，多在极端情况下进行工作，需要极大的动力，其有很多推进液压缸，若是单独控制每一个液压缸，会导致变得较为繁琐，控制成本大大增加。所以，在控制诸多的液压缸时，通常选择发散分布，即分为顶、左、低、右等区。盾构机在俱进过程中经常受到不均匀、梯形分布的压力，上部承受的压力要小于下部。因此，分区控制液压缸时，上部的液压缸数量要少于下部。通过分组联合控制，可以确保系统的运行，在调整姿态和行进路线的同时，一方面大大降低了系统的复杂程度，另一方面也减少了控制成本。 三、控制技术 在掘进中为确保盾构机的土压平衡，通产会选择一下控制方式： 1）排土量控制：这一方式是按照不同土压，来控制排土量。通过幵挖面土层压力的监测，对螺旋输送机输出速度进行适当调整，以此来对开挖面土压平衡进行控制。 2）进土量控制：这一方式是按照土压变化对盾构机的推进进行控制，以此让土压实现平衡。 不管采取那种方式，都和系统推进压力和速度息息相关。在设计中，仅凭借普通压力阀与流量阀很难对压力和流量进行控制，并且也会对系统能力造成很大损失。在本设计中，选择了比例变量泵与比例减压阀来控制压力与流量。其能够和液压缸和内置位移的传感器构成闭环控制，以此来促进系统动态性能的增强。 四、推进系统的液压原理 由于盾构机在推进液压系统选择的是分区控制，并且其分区控制原理是一样的。 下面就详细介绍了推进液压系统中各模块液压原理图。 3.1动力单元 台泵构成了动力单元，其驱动方式为串联。主泵选择比例变量泵，主要是担任高压低流量液压油的推进任务，在推进下，操作手利用主控室电位计旋钮对变量泵斜盘摆角进行控制，进而控制其推进速度。副泵选择双联叶片泵，主要负责系统的补油。推进的模式共有推进模式与管片拼装模式。换向阀左位带电，系统片拼装模式的最大压力为溢流调节系统一级切断压力。换向阀右位带电，推进模式的最大压力为溢流调节系统二级调节压力。 3.2控制方式 推进液压系统的控制方式为二通插装阀，这一控制方式能够更好的控制高压、大流量液压、油液压系统，从而符合推进油杆的快速移动，增强工作效率。在推进过程中，换向阀右侧的电磁铁带电时，插装阀跟控制油、油箱相互连接，打开插装阀。系统的液压油液向无杆腔的进油需通过插装阀，有杆腔油经过插装阀回归油箱，在返回时，插装阀跟控制油、油箱相互连接，打开插装阀。系统的液压油液向无杆腔进油需要通过插装阀，有杆腔油经过插装阀回到油箱，迅速进行退回。 五、推进系统的计算选型 结合盾构机施工情况以及推进系统的实际：共有20个推进液压缸；推进液压虹行程为1500mm；推进速度为0-60mm/min范围内无级可调；14240kN为最大总推力；34MPa为最大工作压力。 5.1液压虹尺寸选择
矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势
1.1国内外概况和发展趋势 目前世界上绝大多数盾构断面均为标准的圆形,因此我们将非圆形断面盾构称“异形断面盾构”。从历史上看,异形断面盾构的断面形式包括矩形（圆角矩形）、多圆相交的并列圆形、多段弧线相切围合形(日本称复合圆形)。本课题总体设计所选择的就是4段圆弧相切围合的形状，如图3所示。其外观接近椭圆，但数学方程式并非椭圆，我们将其命名为“类矩形”。 图3：类矩形盾构衬砌结构 1.１.１异形断面盾构的重生
图4 历史上第一台盾构机 由法国人Marc Isａmbａｒｄ Bｒuｎelｌ(１８2５年)建造的人类历史上第一台盾构机就是矩形断面的,如图４所示。因为对于使用功能而言,矩形的断面使用效率是最高的,而且从当时掌子面人工开挖的方式看来说,矩形断面最有利于挖掘工人的布置（由于当时施工能力的限制。1843年,采用这台11 m宽、6 m 高的矩形盾构机完成了３9６m长的泰晤士河隧道，开创了盾构法隧道的新天地。由于当时结构设计和施工技术的局限，该隧道的衬砌为砖砌双联拱结构，与
盾构外形并不匹配。 随着技术的发展,自纽约Pneuma ｔic Tr ａnsit 隧道(A ｌfred El ｙ Beach,1870）起,圆形衬砌结构由于受力合理迅速取代了矩形断面,见图5(ａ）；1８90年，连通美国与加拿大边境的S ｔ． Cla ｉr 铁路隧道盾构首次采用液压拼装机面,见图5（b ）;１９26年伦敦地铁首次采用了电驱动大刀盘切削正面土体，实现了全断面机械化开挖,见图5(c)。从此，圆形盾构由于衬砌结构经济性好,便于实现机械化开挖和衬砌拼装，迅速成为主流,矩形盾构在大约１00年的时间里成为被遗忘的技术。 (ａ) (b) (c ） 20世纪90年代以后，随着日本城市逐步由功能优先的现代化建设转向人居为本的后现代化建设，需要在本已拥挤的地下空间中建设地铁，地下化铁路，共同沟,地下道路等，由于《日本民法典》规定50米深度以内地下空间属于地面物业业主所有（２０01年修正案),往往面临狭小的道路无法布置双线隧道的问题，即使开发出40cm 极小间距施工的盾构技术也无济于事,唯一的办法是将两根隧道合为一体。90年代，此类隧道多采用双圆/多圆断面，但这种形式一般需设中柱或采用繁琐的结构托换／置换工艺，空间仍有浪费。因此,9０年代中期以后 , 图5：早期盾构技术沿革
《全断面隧道掘进机再制造 刀盘》标准全文及编制说明
ICS号 中国标准文献分类号 团体标准 T/DGGC008—2018 全断面隧道掘进机再制造 刀盘 Cutter head of full-face tunnel boring machine remanufacturing—Technical specification （征求意见稿） （本稿完成日期：2019-08） XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施 北京盾构工程协会
目录 前 言 ............................................................................... II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语与定义 (1) 4 一般要求 (3) 5 清理 (3) 6 检测与评估 (4) 7 再制造设计 (4) 8 再制造 (4) 9 验收 (4) 10 包装、贮存 (5) 11 随行文件 (5)
前 言 本标准依据GB/T1.1-2009给出的规则起草。 本标准由北京盾构工程协会提出。 本标准由全国绿色制造技术标准化技术委员会再制造分技术委员会和北京盾构工程协会归口。 本标准起草单位：中铁工程装备集团盾构再制造有限公司、装备再制造技术国防科技重点实验室、中建交通建设集团有限公司、河北京津冀再制造产业技术研究有限公司、中铁十六局集团地铁工程有限公司、济南重工集团有限公司、中铁科工集团轨道交通装备有限公司、北京建工土木工程有限公司、北京建筑大学、北京盾构工程协会、北京睿曼科技有限公司、北京市市政四建设工程有限责任公司 本标准主要起草人：张世展、周新远、李小岗、常巍峰、何文超、张明翰、韩维畴、郭明华、张广鹏、卢庆亮、许京伟、张伟、刘洋、于珍珍、马云新、赵洪岩、刘军、阮霞、李恩重、于鹤龙、帅玉兵、吴煊鹏、郑仔弟、周政、刘宏伟、汪勇 本标准为首次发布。
地铁隧道盾构法施工
地铁隧道盾构法施工 导语：盾构法施工是一种机械化和自动化程度较高的隧道掘进施工方法，从20世纪60年代开始，西方发达国家大量将这种技术应用于城市地铁和大型城市排水隧道施工。我国近年来也开始在城市地铁隧道、越江越海隧道、取排水隧道施工中采用此项技术，以替代原来落后的开槽明挖或浅埋暗挖等劳动密集型施工方法。 关键词：地铁盾构施工盾构施工技术盾构施工测量点击进入VIP充值通道 地铁盾构机分类及组成 地铁盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同主要分为压缩空气式、泥浆式，土压平衡式等不同类型。盾构机主要由开挖系统、推进系统排土系统管片拼装系统、油压、电气、控制系统、资态控制装置、导向系统、壁后注浆装置、后方台车、集中润滑装置、超前钻机及预注浆、铰接装置、通风装置、土碴改良装置及其他一些重要装置如盾壳、稳定翼、人闸等组成。海瑞克公司在广州地铁使用的典型土压平衡式盾构机为主机结构（盾体及刀盘结构）断面形状：圆形、用钢板成型制成，材料为：S335J2G3。主要由已下部分构成：刀盘、主轴承、前体、中体、推进油缸、
铰接油缸、盾尾、管片安装机。主机外形尺寸：7565mm（L）Ｘ6250（前体）Ｘ6240（中体）Ｘ6230（盾尾）。 ①压缩空气式盾构 1886 年Greatbhad 首次在盾构掘进隧道中引了这种工法,该工法利用压缩空气使整个盾构都防止地下水的侵入, 它可在游离水体下或地下水位下运作。其工作原理是利用用压缩空气来平衡水压和土压。传统的压缩空气式盾构要求在隧道工作面和止水隧道之间封闭一个相对较大的工作腔,大部分工人经常处于压缩空气下, 这会对掘进隧道和衬砌造成干扰,为了解决这些问题,又出现了用无压工作腔及全断面开挖的压缩空气式盾构和带有无压工作腔及部分断面开挖的压缩空气式盾构等。 ②土压平衡式盾构 20 世纪70 年代日本就开发土压平衡式盾构,不用辅助的支撑介质,切割轮开挖出的材料可作为支撑介质。该法用旋转的刀盘开挖地层,挖下的渣料通过切割轮的开口被压入开挖腔,然后在开挖腔内与塑性土浆混合。推力由压力舱壁传递到土浆上。当开挖腔内的土浆不再被当地的土和水压固化时就达到平衡。如果土浆的支撑压增大超过了平衡,开挖腔的土浆和在工作面的地层将进一步固化。与泥浆式盾构相比优点在于:无分离设备在淤泥或粘土地层中使用,覆盖层浅时无贯穿浆化的支撑泥浆泄露的危险。 ③泥浆式盾构 1912 年,Grauel 首次建造了泥浆式盾构。该法可以适用于各种松
国内外主要盾构机制造商一览
国内外主要盾构机制造商一览 2012年1月16日 12:31:33楼主股市直播室 操盘宝大赛盛装启航一码通24小时万三开户翻倍牛股涨停基因股本文属《建设机械技术与管理》独家向中国工程机械品牌网供稿，如需转载请注明来源和作者，违者必究！ 国内： 上海隧道工程股份有限公司 是由上海城建集团控股的专门从事软土隧道施工的企业。隧道股份(600820,股吧)自1958年开始研制生产隧道施工装备以来，具有40余年的地下施工装备制造和大型成套设备安装的辉煌业绩和经验。与国际几大著名隧道装备企业有着广泛的合作和相互技术支持。2004年隧道股份研制成功中国第一台具有自主知识产权和国际先进水平的土压平衡式盾构机，并与国外联合制造出刀盘直径达15.43米的超大直径盾 构机。迄今为止，该公司通过合作制造和自主研制已累计生产了170多台隧道掘进机，承建了盾构法隧道550公里以上。 中铁隧道装备制造有限公司 原属于从事工程施工的中铁隧道集团有限公司，在使用掘进机进行隧道施工中积累了丰富经验，后独立成专业的以掘进机生产为主的装备制造公司。2009年底，中国中铁(601390,股吧)股份公司对内部盾构加工制造资源进行整合重组，以中铁隧道集团有限公司为依托，在郑州国家级经济技术开发区注册成立 了由中国中铁控股，中铁隧道集团、中铁科工集团参股的中铁隧道装备制造有限公司，成为中国中铁旗下 集研发制造、组装调试、营销租赁、售后服务为一体的隧道装备专业化制造公司。以盾构产业化为主线， 产品涉及盾构机及硬岩掘进机隧道模具及后配套产品、长大隧道施工运输设备等一系列隧道施工专用设备。 中国铁建重工集团有限公司公司 前身是中铁轨道系统集团有限公司，是中国铁建(601186,股吧)股份公司于2007年在长沙组建的集铁路轨道系统、城市轨道交通系列产品和重型施工装备研发、制造、施工、检测为一体的大型企业集团，集团下属的隧道装备公司具有年产刀盘直径12m以下土压平衡盾构机，泥水平衡盾构及硬岩掘进机等全端 面隧道掘进装备。 北方重工集团有限公司 由沈阳重型机械集团有限责任公司和沈阳矿山机械（集团）有限责任公司合并重组基础上组建的国有独资公司，自2005年开始介入盾构机制造领域其下属的盾构机分公司综合了维尔特和NFM公司的掘进机技术特点，可制造泥水平衡盾构机、土压平衡盾构机、复合式盾构机、敞开式硬岩掘进机、护盾式硬岩 掘进机、顶管机等隧道工程装备。 北京华隧通掘进装备有限公司 由秦皇岛天业通联(002459,股吧)重工股份有限公司于2008年出资设立，与日本日立造船株式会社、北京交通大学隧道中心和石家庄铁道大学机械工程分院合作，以日立造船的掘进机制造技术为依托， 从事隧道掘进装备及相关配套的科研、设计、产销、服务于一体的专业公司。该公司制造的目前国内地铁 最大的直径10.22m土压平衡盾构机已交付使用，用于北京14号线地铁试验段隧道施工。 中交天和机械设备制造有限公司 由中国交通建设股份有限公司的下属公司中交天津航道局有限公司和中和物产株式会社合资成立，2010年4月2日注册，公司位于江苏省常熟经济开发区高新技术产业园。 该公司专业从事盾构机、全断面硬岩掘进机的设计与制造，以及相关产品的维修、租赁、咨询和技术服务，可制造直径达16米的盾构机。 成都南车隧道装备有限公司
国内外隧道盾构机技术发展趋势与应用
国内外隧道盾构机技术发展趋势与应用 盾构机是一种专业工程机械，它主要用于在地下施工中开挖隧道。随着盾构掘机的发展，它集成了信息、光、电、传感、液、机、技术于一体，涉及地质、测量、电气、液压、机械、等多门技术，具有土碴运输、土体切削、衬砌隧道等功能，而且对于不同的地质进行相应的方案设计，准确性很高。文章介绍了盾构机的历史及其在具体工程中的应用与发展方向。 标签：盾构机；发展；长沙地铁 盾构机主要由动力部分、顶进主轴、导向系统、刀盘系统、纠偏系统、中继顶进系统、排运岩土机构以及等几个部分组成。盾构掘进机的工作原理就是一个圆柱形的钢件沿隧洞轴线一边对土壤进行开挖，一边同时向前推进。这一钢件壳的作用是负责分担来自周围土层的压力，起到对正在施工作业隧洞的保护以及支撑作用，排土、挖掘、衬砌等作业都在该圆柱组件的支撑下进行。由于工作原理的不同，盾构机主要有混合型、泥水加压式、土压平衡盾构等多种。考虑到盾构机给实际工程带来了极大的便利，因此已经应用于许多地铁、市政、水电、等许多地下工程。 1 盾构机发展溯源 盾构机从发明那天起距今已经有180多年的历史，第一台盾构机诞生在英国，后由日本、德国不断发展壮大。盾构机的发展主要有三个阶段，盾构机的发明，盾构机的发展普及，盾构机的发展完善，随着科技的发展，盾构技术不断完善进步，从而为世界的隧道建设做出了重要的贡献。 1.1 第一台盾构机的诞生 1818年，英国工程师布鲁诺尔在一次偶然的情况下通过船板上的蛀孔，发现这种虫子在前进的过程中利用自身的分泌物涂在孔的周围来支撑周围物质得到启示，后来他完善了构思，发明了一种圆形铁壳，同时利用千斤顶在土壤中推进，在铁壳里的工人一边挖掘，一边衬砌轨道。从此世界上第一台盾构机便问世了。 1.2 盾构机在世界各国进一步发展普及 19世纪末到20世纪初盾构技术相继传入德、日、美等国，并得到了很大的发展。1892年，美国率先发明了掘削工作面封闭不能直接观察到施工面作业的封闭式盾构，必须辅以多种监控装置来控制掘削面工作。1931年苏联利用盾构机建造了莫斯科地铁隧道，施工中首次使用了化学注浆和冻结工法。自此，这种施工方法得以传播，并在全球范围内广受欢迎。 1.3 现代盾构机的进步和完善
盾构机
盾构机 盾构机是盾构法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，它使用盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或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。其施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，将盾构机吊入安装，盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。 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。 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文撑的作用，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。 盾构机施工主要由稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌包括壁后灌浆三大要素组成。其中开挖面的稳定方法是其工作原理的主要方面，也是区别于硬岩掘进机或比硬岩掘进机复杂的主要方面。大多数硬岩岩体稳定性较好，不存在开挖面稳定问题。 盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同主要分为压缩空气式、泥水式，土压平衡式盾构机等不同类型。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。 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。国外主要生产厂家有日本三菱重工人川 崎重工、日立造船、德国海伦克内希特(Herrenknecht AG)公司等。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，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
国内盾构机情况调查报告
沈阳地铁一号线盾构机供应方案报告 一、编制目的 盾构法施工具有施工进度快、工程质量安全易于保证、施工技术 先进等优点，城市地铁施工中采用盾构法施工的比重越来越大，沈阳地 铁一号线一期工程中 12 个区间（约 11.953km）采用盾构法施工，其中 先开工段中的黄～洪区间采用盾构法施工。盾构机造价较高，有些施 工单位在国内其它城市地铁施工中已购置盾构机；同时沈阳重型厂已经 与德国盾构生产企业签订协议合作生产盾构，因此有必要从保证地铁工 程质量进度、合理利用现有盾构资源和拉动地方经济的角度出发，对地 铁一号线盾构机供应情况进行研究。 二、地铁一号线盾构机概况 根据地铁一号线总体设计工程筹划，沈阳地铁一号线采用8 台盾 构机施工，盾构机外径为 6.3m 左右，隧道外径 6.2m，内径 5.5m，管 片厚度350mm，与上海、南京、天津等城市相同。国内还有另外一 种外径尺寸，隧道外径 6m，内径 5.4m，管片厚度 300mm，北京、广州、深圳等城市采用这种形式。两种隧道结构形式的建筑限界都是 φ5200mm，均满足A/B型车辆的要求，考虑拼装及施工误差，断面裕 量值定为 150mm（或 100mm）；管片厚度与结构受力及防水要求有关 为 350mm（或 300mm）。两种形式管片的浇注混凝土量差 1.06m3/延米，造价差为 400 元，全线造价差约 880 万元。盾构机外径相差 20cm，造价可能存在一定差别，同时对管片制作生产也有影响。建议在初步
设计前，由总工办组织总体设计单位、初步设计单位、盾构供应商、 施工商等单位进行研究，拿出决定性意见，以便进行盾构资源的摸底 及生产准备工作。 三、盾构机供应方式 国内盾构法施工盾构机供应有两种方式：一种是建设单位提供盾 构机，施工单位租赁设备（上海地铁）；另一种是施工方自带盾构（其 它城市）。 1、建设单位提供盾构机租赁 建设单位与盾构制造商签订购买合同，负责盾构的选型、订货、 运输及维修保养。上海地铁 1 号线最早采用该种方式，主要原因是盾 构机作为地铁 1 号线外方融资采购的设备提供给建设单位。采用该种 方式，建设单位需要设置专门的管理机构，配备专业的技术人员和管 理人员。采用该种方式的优点之一是甲方采购盾构，对盾构机供应厂 商有选择权和控制权，有利于地方企业生产的盾构进入沈阳地铁；同时可以获得一定的经济效益。缺点是：盾构机管理、协调维修工作繁 杂，施工过程中盾构机出现问题时施工方与供应方可能相互推诿，甲方有一定的责任和风险；建设单位必须通过公开招标采购盾构，确保 地方企业盾构机中标在操作上有一定的风险和难度。除上海地铁外， 其它城市均未采取该种方式。因此，不建议采用该种方式。 盾构机的价格约为 450 万美元（德国），盾构租赁费用约 1 万元/m，维修费用约占设备总费用的 10％左右，现在尚未进行具体的承 包核算。
盾构隧道掘进机
盾构隧道掘进机 1 基本简介盾构隧道掘进机，简称盾构机。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 发展历程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。盾构隧道掘进机据不完全统计，目前国外盾构机的主要制造厂有18家，集中在日本和欧美，如日本的三菱重工、川崎重工、小松制作所、日立造船、石川岛播磨重工，德国的海瑞克公司、维尔特公司，美国的罗宾斯公司，加拿大的罗法特公司等。各个厂家可以根据不同的地质条件和不同的工程对象，以及使用单位
的不同要求，设计、生产出不同直径、不同类型、以及有特殊要求的盾构机，以满足用户的需要，其工艺和设备先进。（一）日本三菱重工（MitsubishiHeavyIndustries,Ltd.） 日本三菱是一家具有100多年历史的企业集团，目前的经营范围除保持传统的造船业、汽车制造业和化工业外，还涉及金融领域，近些年来并涉足核能源、宇宙航天、生态环境和深海开发等尖端技术领域；其属下的直系企业有29家，三菱重工是其中的一家，为世界各地提供软、硬土盾构掘进设备的建设机械部是三菱重工旗下神户造船所的一个分支。 从1939年制造日本第一台手掘盾构机起，至2003年神户造船所就一共制造了1608台盾构机，其中包括土压平衡、泥水平衡、双圆、三圆、MMST等各种类型，数量和种类可谓世界第一，技术居国际之首。如开挖英法海峡交通隧道用的盾构机，其中就有两台是该公司制造的。曾向法国里昂地区提供直径为11m的土压平衡式盾构机，为上海延安东路第二条过江隧道工程生产泥水加压式盾构机，为东京湾海底隧道生产了直径14.14m的泥水加压式盾构机等。在这1608台盾构中，日本三菱创造了多个第一。除第一台日本手掘盾构外，1970年三菱制造了日本最早的泥水盾构，直径 7290mm；1986年制造了马蹄形机械挖掘盾构；1989年为英法海峡隧道提供了2台土压盾构；1991年制造了马蹄形的ECL盾构；1992年为法国里昂高速公路制造了直径为
盾构机国内生产厂商介绍
盾构机国内生产厂商介绍 上海隧道工程股份有限公司机械厂 中国广州广重企业集团 首钢集团重型机械有限公司 武重集团公司 上海隧道设备有限公司 大连重工 上海振华港机集团 上海沪东造船厂 中国沈阳重型机械集团有限责任公司 秦皇岛华隧通 https://www.360docs.net/doc/4e6575028.html, 盾构机国外生产厂商介绍： 德国海瑞克公司 美国罗宾斯公司 法国迈通公司 日本三菱重工 川崎重工 日立公司 据不完全统计，目前国外盾构机的主要制造厂有18家，集中在日本和欧美，如日本的三菱重工、川崎重工、小松制作所、日立造船、石川岛播磨重工，德国的海瑞克公司、维尔特公司，美国的罗宾斯公司，加拿大的罗法特公司等。各个厂家可以根据不同的地质条件和不同的工程对象，以及使用单位的不同要求，设计、生产出不同直径、不同类型、以及有特殊要求的盾构机，以满足用户的需要，其工艺和设备先进。 (一).日本三菱重工（MitsubishiHeavyIndustries,Ltd.） 日本三菱是一家具有100多年历史的企业集团，目前的经营范围除保持传统的造船业、汽车制造业和化工业外，还涉及金融领域，近些年来并涉足核能源、宇宙航天、生态环境和深海开发等尖端技术领域；其属下的直系企业有29家，三菱重工是其中的一家，为世界各地提供软、硬土盾构掘进设备的建设机械部是三菱重工旗下神户造船所的一个分支。 从1939年制造日本第一台手掘盾构机起，至2003年神户造船所就一共制造了1608台盾构机，其中包括土压平衡、泥水平衡、双圆、三圆、MMST等各种类型，数量和种类可谓世界第一，技术居国际之首。如开挖英法海峡交通隧道用的盾构机，其中就有两台是该公司制造的。曾向法国里昂地区提供直径为11m的土压平衡式盾构机，为上海延安东路第二条过江隧道工程生产泥水加压式盾构机，为东京湾海底隧道生产了直径14.14m的泥水加压式盾构机等。 在这1608台盾构中，日本三菱创造了多个第一。除第一台日本手掘盾构外，1970年三菱制造了日本最早的泥水盾构，直径7290mm；1986年制造了马蹄形机械挖掘盾构；1989年为英法海峡隧道提供了2台土压盾构；1991年制造了马蹄形的ECL盾构；1992年为法国里昂高速公路制造了直径为10.96m的土压盾构；1993年制造了迄今最大的双圆盾构；1994年为日本东京湾隧道制造了3台当时最大的泥水盾构；1995年制造了三圆盾构；1996年，为满足共同沟施工需要，制造了
盾构隧道掘进机的发展史
盾构隧道掘进机的发展史 1818年,英国工程师布伦诺尔设计出一种挖掘机，在泰晤士河底下挖掘隧道。他观察过一种名叫凿船虫的蛀木软体动物，发现这种虫子利用圆管形硬壳支撑孔洞四周的特朵铖，继续向前钻进。于是受到启发，制造了一个箱形铁壳(称为盾构)，利用千斤顶在松软的土壤中向前推进。挖掘工人则在铁壳内一面挖掘，一面在隧道内壁衬砖。这便是人类的第一台盾构机。1825年至1841年间，利用布仑诺尔设计的盾构凿通韦平到罗瑟海斯的世界第一条水下隧道，长约1100米。 1865年，英国桥梁工程师巴洛发明一种盾构，并注册了专利，这种盾构是圆筒形，直径较布仑诺尔设计的为小，不用砖铺砌隧道内壁，而用铁块砌块。巴洛和工程师格雷特黑德利用这种盾构在一年之内凿通泰晤士河床下的第二条隧道。格雷特黑德还改进了挖隧道技术，以压缩空气抵消外面的水压。1890年，伦敦用这种技术建成了世界上第一条地下铁道。 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。 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。 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文撑的作用，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。 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）。
盾构机的研究现状及发展前景
盾构机的研究现状及发展前景 摘要：这就主要介绍国内外盾构机的发展过程、现状以及前景，并就取得的一 些成果做探究。同时就我国盾构机发展面临的挑战分析，提出相应的意见。 关键词：盾构机 ; 土压平衡轻量化;煤矿 引言:盾构机是隧道施工中的关键设备，盾构工法由英国人Brune于1810年 发明最先有提出，其后发展到欧洲各国，如英国、德国以及引入日本。它的应用 范围广泛，是现代工程建设中非常重要的工程机械。主要用于铁路、公路、地铁、城市管廊、煤矿巷道、引水工程、矿山开采等隧道施工。可以说盾构机的出现有 效的推动了国民经济的发展与建设，已经成为工程建设中不可缺少的重要机械装备，因此盾构机也成为各国探索发展的重要机械，成为衡量一个国家工程领域发 展的重要标志。 1 关于我国盾构机现状研究 经过多年的发展，我国已经具备相对完善的盾构机设计、研发、生产的配套 产业链，并具备自主知识产权。这里经过我对盾构机文献的各方查阅发现，盾构 机的研发与设计主要集中在两个大的难点方面，分别盾构机刀盘以及拼装技术上 的研究。这主要的原因在于在盾构机实际工作中，掘进和管片拼装是盾构机最基 础性的工作要求。除了这些以外，盾构机的各项组成也极其复杂，其中就涉及机、电、液、导向、计算机技术等学科的综合性大型机械装备。所以不难看出，研究 盾构机需要涉及很多门学科，主要包括传统的机械、电子、地质、土木、材料等 综合性技术。 2 盾构机发展与展望 盾构机已经成为交通、矿山、水利等工程方面关键的技术装备，已经在众多 领域有着广泛的应用。随着当下信息、自动控制技术以及微电子遥感技术的不断 发展，对于盾构机的多功能化越来越强烈，因此未来这些技术已经密集性应用于 盾构机的设计与研发，使得盾构机能满足复杂的地质工况，同时也让盾构机更加 智能，下面就具体就盾构机的发展做几点研究。 2.1 机型多样化发展 未来的盾构机将不在运用于单一的工况，而是随着盾构机的不断改进与优化，盾构机的使用也将发生巨大变化，未来盾构机不管是形状还是大小都将发生改变。同时随着断面尺寸、大小、形状需求的改变，盾构机也将朝着多样化发展。同时 盾构机不再是整体结构, 逐步被可拆卸模块化结构所取代，使得盾构机的使用领 域更加广泛 2.2更加自动化、智能化的操作 现代的盾构机已经不单单只实现人工形式的盾构作业，通过不断改进创新设计，现代盾构机已经逐步实现了自动、智能化作业与生产。如在当今的盾构机中，就有着大量的先进技术，主要包括刀盘驱动装置、自动控制、遥感技术、探测技术、通信技术等，这使得盾构机更加趋于智能化发展。同时随着盾构小机型化的 发展，盾构机的应用领域也在不断增多，能够适应各种复杂的环境与气候，成为 更加智能、灵活的工程作业机械。传统盾构机不管是在操作还是在装配时都比较 危险，将盾构机可靠性、安全性提高，使得盾构机被更多人所接纳，运用范围也 将变得更加广阔。 2.3整机集成化、模块化发展
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海瑞克公司 HERRENKNECHT 土压平衡盾构机? 6,250mm Building the future together 中国盾构网：ｗｗｗ．ｚｇｄｕｎｇｏｕ．ｃｏｍ 中国盾构网：ｗｗｗ．ｚｇｄｕｎｇｏｕ．ｃｏｍ中国盾构网：ｗｗｗ．ｚｇｄｕｎｇｏｕ．ｃｏｍ
目录 目录 (1) 1工程概述 (4) 1.1隧道数据 (4) 1.2地下水 (4) 1.3混凝土管片的设计 (4) 1.4轨道延伸 (4) 1.5辅助设备 (4) 1.5.1管片运输 (4) 1.5.2注浆 (4) 1.5.3渣车 (5) 1.6基本设计 (5) 1.6.1个别部件的主要特征及作用 (5) 1.6.2人员安全 (6) 1.6.3隧道安全 (6) 2功能（EPB盾构机） (7) 2.1概况 (7) 2.2开挖 (7) 2.3复合模式 (8) 2.3.1土压平衡模式 (8) 2.3.2开放模式 (8) 2.4控制 (8) 2.5管片拼装循环 (8) 3技术参数 (9) 4供货范围 (13) 5盾体 (16) 5.1概述 (16) 5.2前体和中体 (16) 5.3盾尾 (16) 5.4土压传感器 (17) 5.5排水 (17) 5.5.1概述 (17) 5.5.2技术数据 (17) 6刀盘 (17) 6.1概述 (17) 6.2结构 (17) 6.3钢结构 (18) 6.4切削刀具 (18) 6.5耐磨保护 (18) 6.6刀具更换 (18) 7刀盘驱动 (19) 7.1概述 (19) 7.2齿轮箱，驱动齿轮 (19) 7.3主轴承 (19) 7.4密封系统 (19) 7.5主驱动输出 (20) 8管片安装器 (20) 8.1概述 (20)
盾构发展史.doc
第一章盾构技术进展概况 1.1 引言 盾构实际上是盾构机的简称。它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机具，自身设有保护外壳的暗挖隧道的机械。以盾构为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构工法，概况如图1.1所示。盾构工法的设想19世纪初产生于英国，至今已有200年的历史。盾构工法问世以前隧道施工主要靠开挖法。但就城市隧道施工而言，开挖法存在受地形、地貌、环境条件的限制；开挖法给城市交通带来极大不便；开挖产生的地层沉降较大；施工机械的噪声和振动；施工对环境构成的污染等诸多不利因素。相对而言，盾构工法不存在这些缺陷，故受到人们的极大重视，并得以迅速发展。人们不仅开发了软土盾构工法，而且还开发了适于卵石地层等多种其它地层的盾构工法。此外，还在提高安全性、提高工程质量、缩短工期及降低成本等方面作了精心的研究和开发，并取得了较大的成功。目前盾构工法在城市隧道施工技术中已确立了稳固的统治地位，且已成为一种必不可少的通用隧道施工技术。 目前隧道科技工作者正在致力于更先进的全机械化的计算机控制的智能化的盾构工法，适于地下大深度的盾构工法及特殊断面、特殊功能的盾构工法的研究和开发。 1.2 盾构法隧道的发展历史和现状 18世纪未英国人提出在伦敦地下修建横贯泰晤士河隧道的构想，并对具体的掘削工法和使用机械等问题做了讨论。到1798年开始着手希望实现这个构思，但由于竖井挖不到预定的深度，故计划受挫。但横贯泰晤士河隧道的设想与日俱增，4年后Torevix决定由另一地点建造连结两岸的隧道，随后工程再次开工。施工中克服了种种困难，当掘进到最后30m 时，开挖面急剧浸水隧道被水淹没，横贯泰晤士河的设想再次破灭，工程从开工到被迫终止用了5年时间。横贯泰晤士河的计划在以后10年中未见显著进展。 1818年Brunel观察了小虫腐蚀木船底板成洞的经过，从而得到启示，在此基础上提出了盾构工法，并取得了专利。这就是所谓的开放型手掘盾构的原型。Brunel对自己的新工法非常自信，并于1823年拟定了伦敦泰晤士河两岸的另一条道路隧道的计划。随后，这个计划由当时的国会确认，工程于1825年动工。隧道长458m，隧道断面为11.4m×6.8m。工程进展顺利，但因地层下沉，致使工程被迫中止。但Brunel并没有因此而灰心失望，他总结了失败的教训，对盾构做了7年的改进，后于1834年工程再次开工，又经过7年的精心施工，终于在1841年贯通隧道。Brunel在该隧道中采用的是方形铸铁框盾构。自Brunel向泰晤士河隧道挑战到隧道峻工前后经历了20个春秋，Brunel经过不懈的努力，克服了种种困难，终于最后取得了胜利。此时，他已是72岁的老人。Brunel对盾构工法的贡献极为卓著，这是后人的一致公论。 自Brunel的方形盾构以后，盾构技术又经过了23年的改进，到1869年建造横贯泰晤士河上的第二条隧道，首次采用圆形断面，外径2.18m,长402m，这项工程由Burlow和Great 两人负责。Great采用了新开发的圆形盾构，使用铸铁扇形管片直到隧道掘削结束未出任何事故。随后Great在1887年南伦敦铁道隧道施工中使用了盾构和气压组合工法获得成功，这为现在的盾构工法奠定了基础。从起初Torevix反复失败和受挫折，到引出Brunel的盾构工法，及进而改进成为Great的盾构工法前后经过80年的漫长岁月。 19世纪末到20世纪中叶盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本、苏联等国，并得以不同程度的发展。美国于1892年最先开发了封闭式盾构；同年法国巴黎使用混凝土管片建造了下水道隧道；1896年~1899年德国使用钢管片建造了柏林隧道；1913年德国建造了断面为马蹄形的易北河隧道；1917年日本采用盾构工法建造国铁羽越线，后因地质条件差而停止使用；1931年苏联用英制盾构建造了莫斯科地铁隧道，施工中使用了化学注浆和冻
全断面硬岩掘进机(TBM)
全断面硬岩掘进机（TBM） 全断面硬岩掘进机主要用于在围岩稳定性良好、中—厚埋深、中—高强度的岩层中开挖长大隧道。 TBM的破岩原理为:主机前部是装有若干滚刀的刀盘,由刀盘驱动系统驱动刀盘旋转,并由推进系统给刀盘提供推进力,在推进力的作用下滚刀切入岩石掌子面。不同部位的滚刀在掌子面上留下不同半径的同心圆切槽轨迹，在滚刀的挤压下，相邻切槽的岩石在剪切力作用下从岩体上剥落下来形成石渣，石渣则随着刀盘的旋转由刀盘上的铲渣斗自动拾起，经刀盘内的溜渣槽输送到装在主机上的胶带机上，再运到后配套系统处经隧道出渣运输系统运出洞外。 一、掘进机施工的关键技术 1、选型 掘进机结构庞大复杂，是各种高技术系统的集成，又是价值亿元以上的大型成套工厂化作业系统，属于典型的非标定制产品，其机型、系统设备配置和主要技术参数均需承包商与制造商根据具体的工程设计、地质条件和施工工艺共同研究确定，后配套系统的选型及集成是否合理，是工程能否顺利完成的关键。 2、施工的组织管理 掘进机在施工时，掘进、出渣、支护、进料运输等工序为并行、连续作业，系统性强，要求各环节紧密配合，以掘进作业为中心，其他配套设施要尽可能地满足掘进的需要，与钻爆法施工在组织管理上具有完全不同的技术特点，这就给掘进施工组织管理技术提出了挑
战。掘进机的平均机时利用率是衡量掘进施工组织管理技术水平的主要指标，目前国际水平在40%左右。 3、掘进参数的匹配 在掘进施工中，隧道的地质条件不断变化，而不同岩石条件下选取的掘进参数对施工的安全、掘进速度、掘进效益影响很大，只有根据不同的围岩条件对主要参数如刀盘的转速、推力和扭矩、推进速度、撑靴压力、推进行程等合理匹配，才能够安全%快速和高效地掘进。 4、软弱围岩和不良地质地段的施工 在软弱围岩条件下容易出现掌子面不稳定、围岩坍塌、刀盘被卡、支撑系统撑不住、刀盘下沉、掘进方向难以控制等技术问题。另外，断层、涌水、岩洞等不良地质地段也对施工带来很多的技术难题。因此，软弱围岩的掘进技术和不良地质地段的施工技术是工程安全贯通的关键。 5、状态监测%故障诊断和维护 掘进机是机、电、液、光一体化的大型隧道施工作业系统，其作业环境恶劣，空间狭窄。由于后配套系统庞大、复杂以及实际地质条件的复杂性，施工中发生重大事故的情况也有报道，造成了巨大的经济损失和社会影响。如何建立先进可靠的监测诊断和维护技术，保证掘进机处于安全完好的掘进状态和提高机时利用率，都是需要解决的关键技术问题。 6、刀具 刀具是其破岩的关键零部件!而且硬岩掘进机施工中刀具的检
全断面隧道掘进机 TBM 的选型设计与应用
全断面隧道掘进机 TBM 的选型设计与应用 隧道网 https://www.360docs.net/doc/4e6575028.html,(2010-10-17 19:47:47) 来源：隧道 网 全断面隧道掘进机（ Full-face Tunnel Boring Machine ）简称 TBM ，自 20 世纪 50 年代以来就已经在施工行业大量使用，如今已是在国内外普遍采用的一种具有高科技水平的隧洞施工机械。当隧洞长度过长时，用常规钻爆法进行施工需要相当长的工期， TBM 法则适合长隧洞施工的需要。国外实践证明：当隧洞长度与直径之比大于 600 时，采用 TBM 进行对隧洞施工是经济的。 TBM 广泛采用了监测、遥控、电子信息技术等对施工过程进行全面监控，使掘进全过程始终处于最佳状态，与常规钻爆法相比，其优越性主要体现在如下几个方面：（1）掘进速度快； （2 ）工作效率高，实现了 TBM 开挖、出碴、衬砌、回填、灌浆等工序的循环作业； （3 ）施工安全， TBM 施工作业始终在护盾的保护下有效地进行； （4 ）施工环境好，含尘空气由净化器除尘，无爆破烟
尘； （5 ）成洞条件好，开挖面光滑平整，无超挖，对围岩基本无扰动。但是如果选型、设计不当，则会影响 TBM 掘进机开挖隧洞的优越性，严重的甚至会影响到工程施工工期。因此，选用合适的 TBM 掘进机对隧洞的施工有着极其重要的意义。 1 TBM 的类型与特点 1.1 按围岩地质条件分 （1 ）在岩层中开挖隧洞的 TBM 。通常用这类 TBM 在稳定性良好、中 ~ 厚埋深、中 ~ 高强度的岩层中掘进长大隧洞，这类掘进机所面临的基本问题是如何破岩。 （2 ）在松软地层中掘进隧洞 TBM 。通常用这类 TBM 在具有有限压力的地下水位以下的基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧洞。这类掘进机所面临的基本问题是空洞和开挖掌子面的稳定，当隧洞施工的主要目的是控制市区环境的地表沉降时，这一问题尤为突出。 1.2 按开挖直径分 （1）微型 TBM ，直径在 25~ 300cm ，其直径较小，工作空间狭小。 （2）中型 TBM ，直径在 300~ 800cm ，在我国引大入秦工程就是利用此类的 TBM 。 （3）巨型 TBM ，直径均大于 800cm ，设备比较笨重，