盾构机掘进示意图
盾构参数与掘进的关系
概述海瑞克泥水盾构机的参数有几十个，直接决定和影响盾构机的掘进工况和掘进状况，本文着重从盾构机的掘进、环流、刀盘、碎石机、铰接、注浆、盾尾密封、油箱温度等部分介绍盾构机的参数。
海瑞克泥水盾构部件繁多，相应的参数五花八门，为了条理地说明这些参数，所以本文选取了上述八个部分对海瑞克泥水盾构的参数进行分别说明。
但是，盾构机的各个部件并不是毫无关联的，相应的这些参数也不是独立存在的。
例如参数（3）掘进速度被归总在掘进部分，但是其调节却需要参考刀盘部分的参数（18）刀盘扭矩；而通过环流部分的参数（11）泥浆管流量而计算出的盾构机出渣量，又需要与参数（3）掘进速度相对应，诸如此类的例子屡见不鲜。
所以我们在分析盾构机参数时，要勤于思考、多联想、多总结，这样有助于我们深入全面地认识泥水盾构的掘进参数和施工工艺。
一、掘进盾构机的掘进部分主要包括以下八个参数：（1）推进油缸的工作压力：意义：推进油缸的压力是盾构机前进、转向的动力，分为四组进行进行显示与控制，单位[bar] 。
正常情况：压力使用范围一般建议在0~200 [bar]。
(可根据情况设定上限）极限情况：4标施工中最大曾设至330 [bar]。
（2）推进油缸的行程：意义：推进油缸的行程又叫伸长量，指油缸伸出的长度，和油缸压力一样分四组进行显示，单位[mm] 。
正常情况：正常掘进应用范围200~1800 [mm]，尽量不超过1900 [mm]。
极限情况：推进油缸的总伸长量为2000 [mm]。
（3）速度：意义：盾构机的掘进速度，单位 [mm/min] 。
正常情况：掘进速度由具体情况而定，以总推力和刀盘扭矩为重要参考量。
沙层35~45[mm/min]，粘土层比较不稳定，交底一般在25~35 [mm/min]，岩层、切桩5~20[mm/min]。
（此处数值属个人经验）极限情况：出洞时可达80 [mm/min]。
（4）总推力：意义：盾构机推进油缸的总推力，单位[kN] 。
盾构施工工序及要领介绍图文并茂
二、盾构施工工序
1 盾构始发
始发端头地层加固
加固范围：在具备条件下满足盾构刀盘在出加固区前，盾尾完全进入土体， 洞门橡胶密封与管片间形成密封环后进行注浆（砂浆、双液浆）填充，同时进 行密封与管片间缝隙的封堵。再次掘进土仓可建立平衡压力、洞门封堵完成。
如：盾构直径11.65m，主机长度11.7m。加固范围：纵向长15m（结构 0.8m+1m连续墙）、隧道外轮廓以外两侧各3m、加固深度隧道外轮廓底以下3m。
负环安装、配套设备安装、盾构机加压贯入 作业面和掘进等工作内容。
盾构机设备组装
垂直运输系统土建
盾构机连接调试
如：泥水盾构始发工作流程 垂直运输系统设备 安装调试
安装反力
搅拌站安装调试
负环管片拼装 盾构始发试掘进
盾尾通过密封后开始同步注浆 正常掘进
加固区预留
封堵注浆填充区
二、盾构施工工序
1 盾构始发
始发端头地层加固范围说明
庆春路过江隧道工程盾构始发段地质为粉砂土， 埋深约13m，端头始发加固范围设计为纵向长 12m，刀盘出加固区出现坍塌。
运河隧道工程盾构始发段地质为粉砂土，埋深 约6m，端头加固范围设计为纵向长13m、刀盘出 加固区，在安装管片过程中（2小时内）土体坍塌， 刀盘被困。
38m次加固区正好在西向东的主行车道下，埋深浅车流量大，动载荷严重破坏上部土 层自稳，易出现超挖和塌方。
处理措施：沿隧道掘进方向铺设40m钢板，断面直径方向为9m，隧道中心线每2m预留 观察孔，在刀盘正上方2m范围内采用锥形桶临时围护，24小时人员值班与主机室通讯畅 通。浆液粘度在22～24S左右，同步注浆量1.8～2倍（20～25m3），确保行车安全。
洞门破除加固效果图
盾构机结构简介 ppt课件
举例参数：形式：一端悬浮中 心轴式、外径：F900mm、导程： 600mm、驱动功率：315KW、最大 扭矩：215kN.m、转速：022.4r/min（无级调速）、最大出 土能力：300m3/h、最大通过块度： 300mm、闸门耐压：0.3MPa（液压 式）。
图2-19 螺旋输送机驱动
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缺点
① 盾构机械造价较高。 ② 在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。 ③ 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。 ④ 设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。
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为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同， 盾构机可分为三种类型、四种模式：
三种类型： ① 软土盾构机； ② 硬岩盾构机； ③ 混合型盾构机。 四种模式：图2-1 盾构机总图 ① 开胸式； ② 半开胸式（半闭胸式、欠土压 平衡式）； ③ 闭胸式（土压平衡式）； ④ 气压式。
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6280mm
开 挖 直 径
硬岩盘口部分 图2-3 刀盘
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（1）下面是海瑞克公司的刀盘结构和参数：结构形状：平面圆角 形刀盘。铸造和焊接混合型。 外形尺寸：F6280mm F6130mm（刀圈外经）Ｘ1410mm总厚（刀盘厚580mm） 刀盘质量：57000kg开口率：28% 超挖刀行程：50mm 刀盘转0-6.1r/min 最 大扭矩：I-4500KN.mm II-1970KN.mm 脱困扭：5300KN.mm 结构：刀盘前端面有8条辐板（开有8个对称的长条孔），其上配有滚刀 （齿刀）座、刮刀座和2根搅拌棒，刀盘与驱动装置是用法兰连接，法兰与刀 盘之间是靠四根粗大的辐条相连。为保证刀盘的抗扭强度和整体刚度，刀盘 中心部分、辐条和法兰是采用整体铸造，周边部分和中心部分采用先拴接后 焊结的方式连接。（以前该件需从国外进口，现在已国产化）。为保证刀盘 在硬岩掘进时的耐磨性，刀盘的周边焊有耐磨条，面板上焊有栅格状的 Hardox耐磨材料。刀盘上装有4路泡沫管并分8个出口，各口都装有单向阀。 装有塔形滚刀超挖刀一套，配油管2根,其行程为：50mm。刀盘上可装双刃滚 刀4把，单刃滚刀31把，正面齿刀64把。边缘齿刀16把。
TBM类型及工作原理介绍
TBM类型及工作原理介绍TBM是一种集掘进、出碴、导向、支护和通风防尘等多功能为一体的大型高效隧道施工机械。
TBM的分类网络图详见图1。
[T型支撑敞开式掘进机[掘进机主机根据岩性不同可选择配置临时支护设备如钢架安装器、锚杆钻机、钢筋网安装机、超前钻、管棚钻机、喷混凝土机及注浆机等。
图3敞开式掘进机图如遇有局部破碎带及松软夹层岩石，则掘进机可由所附带的超前钻及注浆设备，全断面岩石掘进机刀盘驱动和推进系统组成。
其主要结构见图2、3超前钻机I型滚刀设备桥主梁>||n)主机皮带机刀盘推进油缸变频电机后下支承」机头架z风动组件J苗杆钻机」I u uU图2敞开式掘进机结构图预先固结周边岩石，然后再开挖。
敞开式掘进机适合洞径在© 2〜9m之间，最优选择© 3〜8m(2)敞开式全面断面岩石掘进机工作原理1)盘形滚刀破岩机理在推力作用下，安装在刀盘上的盘形滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，盘形滚刀绕刀盘中心轴公转的同时绕自身轴线自转，在刀盘强大的推力、扭矩作用下，滚刀在掌子面固定的同心圆切缝上滚动，当推力超过岩石的抗压强度时，盘形滚刀下的岩石直接破碎，盘形滚刀贯入岩石，掌子面被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心圆沟槽，随着沟槽深度的增加，岩体表面裂纹加深扩大，当超过岩石的剪切和拉伸强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片剥落。
刀具破岩原理示意见图4。
3）掘进机工作循环支撑式掘进机的工作循环，如图6。
① 掘进行程图支撑板撑紧洞壁一前、后下支撑回缩一刀盘 旋转f 推进油缸推进刀盘。
② 换步行程前、后下支撑落地f 刀盘停止旋转f 支撑板 回缩一推进油缸拉回支撑及外机架。
③准备下一次掘进行程。
4^8图4 刀具破岩原理示意图2）掘进机工作原理掘进机工作原理见图5。
掘进机支撑板撑紧洞壁以承受刀盘掘进时传来的反 作用、反扭矩；刀盘旋转，推进液压缸推压刀盘，一组盘形滚刀切入岩石，在岩 面上作同心圆轨迹滚动破岩，岩碴靠自重掉入洞底，由铲斗铲起，岩碴靠岩碴自 重经溜槽落入皮带机出碴，这样连续掘进成洞1—盘形滚刀；2—刀盘；3—扩刀孔；4—出碴皮带机；5—超前钻机；6 —电动机；7—行星齿轮减速器；8 —末级传动；9 —推进液压缸；10 —后下支承；12 —操纵室；13—外机架；14—内机架；15 —锚杆钻机；16 —铲斗图5掘进机（Jarva27 ）结构示意图tu)(d)(■)(3)几种典型机型国外生产全断面岩石掘进机的公司主要有罗宾斯、佳伐、德马克、维尔特等。
盾构常规掘进
盾构常规掘进1.盾构掘进流程盾构机掘进的总体流程具体见下图：图8.13盾构机掘进总体流程图2.盾构掘进作业准则作业准则：采用10-10-4三班制，10-为掘进时间，4-为设备维修保养时间，一天平均掘进时间16小时。
图8.14每天掘进循环示意图3.运输及通风（1）水平及垂直运输①水平及垂直运输本工程采用双编组列车单线运输方式，洞口车站处设“Y”型道岔。
隧道内采用45t电瓶车为牵引动力的轨道运输系统，每台电瓶车牵引8节拖车，主要运输管片.注浆液.碴土及其它材料。
隧道碴土装入土斗后，由电瓶车拉至车站预留出碴口，再由地面45t龙门吊机提升至地面倒入碴土池内。
两台45t龙门吊主要用于碴土吊装，16t龙门吊主要用于管片及其它材料的吊装。
浆液由搅拌站拌制，浆液先由地面泵送到浆液运输车内，由运输车转至拖车上的储浆罐内使用。
②隧道内运输轨道系统布置洞内运输采用有轨运输。
铺设43kg/m单线轨道，钢轨中心距均为900mm。
轨枕采用自制弧形轨枕，轨枕间距为 1.0m，用压板螺栓固定钢轨，轨枕间用Φ10钢筋牵牢。
为方便钢轨从作业井吊入和驳接，单根钢轨长 6.25m。
轨枕和钢轨的连接扣件采用螺栓扣板扣件。
③运输设备的配置A.列车编组隧道每环掘进的土石方量按46m3计，碴土松散系数1.5，每环同步注浆量：6m3计。
列车编组原则：每编组5个碴土车，1个浆液车，2个管片车。
根据施工经验和工序循环时间，此编组能满足运输能力的要求。
如下图所示：图8.15电瓶车编组示意图B.垂直运输设备配置垂直运输系统主要考虑管片.碴土.轨枕.轨道等材料的吊下及吊出。
在盾构始发井内，沿隧道左右线各预留一个管片吊装井，在出土口位置平行隧道掘进方向布置2台45t的龙门吊，主要用于碴土.管片及其他材料的吊装作业。
在盾构井端头位置安装一台16t的龙门吊，专门用于管片和小材料的吊装以及到场管片的卸车作业。
每次吊重比较：一箱碴土为8t+32t=41t，小于40t，经验算选用45t龙门吊足以保障区间施工吊装需要。
盾构施工技术(工法介绍)ppt
◢井下安装盾构（始发井）
盾构推进进洞（接收井）◣
(2)同步注浆和壁后注浆设备
盾尾建筑空隙 = 盾构外径 - 隧道外径 充填盾尾空隙的方法:
1) 同步注浆:在盾构尾部外壳上设2~6根同步
注浆管, 在盾构推进的同时进行注浆充 填空隙 2) 壁后注浆:在管片上留有注浆孔,随时可进 行壁后注浆
盾尾同步注浆管和壁后注浆孔示意图
3)洞门密封及止水装置的安装 洞口密封采用右图所示的折叶 式密封压板。其施工分两步进 行施工，第一步在始发端墙施 工过程中，做好始发洞门预埋 件的埋设工作。在埋设过程中 预埋件与端墙结构钢筋连接在 一起。第二步在盾构正式始发 之前，清理完洞口的碴土后及 时安装洞口密封压板及橡胶帘 布板。
(4)负环管片安装
保证施工安全的技术指标。
土仓压力：是土压平衡或泥水平衡掘进中最能体
现掌子面稳定状况的一项操作指标，是利用刀盘的
一系列操作（推力、转速及贯入度等）与螺旋输送
机的转速合理匹配来完成的一种动态的平衡。其数
据是通过土仓壁上的土压传感器采集反馈的。一般 以最上方的传感器数据作为控制指标，在实际土压 平衡模式操作过程中，土仓压力设置宜略高于掌子 面的水土压力（理论计算值）。
4、盾构法施工的适用范围
适用于各类软土地层和软岩、硬岩地层的隧道 掘进，尤其适用于城市地下隧道工程。 水底公路隧道；
地铁区间隧道；
排水污水隧道； 引水隧道； 公用管线隧道。
5、盾构隧道断面形状
盾构隧道的断面形状一般为 圆形，也可采用矩形、马蹄形、 椭圆形、双圆形、多圆形等。 圆形隧道最大直径已达14.14m。
盾构后车架上的注浆设备
(3) 隧道衬砌
1)衬砌构造(圆形隧道管片拼装图)
盾构机技术参数
TB 880E隧道掘进机一、概述TB 880E型隧道掘进机由德国维尔特（Wirth）公司制造。
TBM 880E型隧道掘进机为开敞式硬岩掘进机，适用于硬岩的一次成型开挖。
隧道掘进机的英文为“Tunnel Boring Machine”，所以隧道掘进机又简称为“TBM”。
TBM集机、电、液、气、仪于一体，采用微电脑全程监控操作。
采用TBM施工，无论是在隧道的一次成型、施工进度、施工安全、施工环境、工程质量等方面，还是在人力资源的配置方面都比传统的施工工法有了质的飞跃，实现了隧道施工工厂化作业。
该机曾用于18.46km的西康铁路秦岭隧道施工，最高月进度达528.1m。
在6113m长的西安南京铁路磨沟岭隧道的施工中，创造最高日掘进达41.3m，最高月掘进达573.9m的国内新记录。
TBM具有优良操作性能，其主要特点是使用可靠性的内外凯（Kelly）机架。
TBM主机主要由刀盘、刀盘护盾、主轴承与刀盘驱动器、辅助液压驱动、主轴承密封与润滑、内部凯式、外部凯式与支撑靴、推进油缸、后支撑、液压系统、电气系统、操作台、变压器、行走装置等组成。
外凯机架上装有X型支撑靴；内凯机架的前面安装主轴承与刀盘驱动，后面安装后支撑。
刀盘与刀盘驱动由可浮动的仰拱护盾、可伸缩的顶部护盾、两侧的防尘护盾所包围并支承着。
刀盘驱动安装于前后支撑靴之间，以便在刀盘护盾的后面提供尽量大的空间来安装锚杆钻机和钢拱架安装器。
刀盘是中空的，其上安装许多刮板和铲斗，将石碴送到置于内凯机架中的输送机上。
后配套系统为双线轨道及加利福尼亚道岔系统，装有主机的供给设备与装运系统，石碴的运输通过矿车运出。
后配套系统由若干个平台拖车和一个皮带桥组成，皮带桥用来联接平台拖车与主机，平台拖车摆放在仰拱上的轨道上。
前进时皮带桥被TBM后端拉着，在掘进过程中后配套平台拖车是固定的，在掘进结束时被两个液压油缸牵引。
在后配套系统上，装有TBM液压动力系统、配电盘、变压器、总断电开关、电缆卷筒、除尘器、通风系统、操纵台、皮带输送系统、混凝土喷射系统、注浆系统、供水系统等。
《隧道工程》精品课件第七章 掘进机与盾构
隧道工程 刀具在完整岩石中破岩过程如下图
(1)在完整、密实、均一的岩石中，刀具的刀刃在巨大推力作用下切入岩体，形成割痕。刀刃顶部的 岩石在巨大压力下急剧压缩，随着刀盘的回转，滚刀滚动，这部分岩石首先破碎成粉状，积聚在刀刃 顶部范围内形成粉核区。 (2)刀刃侵入岩石和刀刃的两侧劈入岩体，在岩石结合力最薄弱处产生多处微裂纹。 (3)随着滚刀切入岩石深度的加大，岩粉不断充入微裂纹；再由于微裂纹端部容易应力集中，微裂纹 逐渐扩展成显裂纹。 (4)当显裂纹与相邻刀具作用产生的显裂纹交汇，或显裂纹发展到岩石表面时，就形成了岩石断裂体。 (5)在产生断裂体的同时，各断裂体相互之间会形成一些粒度较小的碎裂体。在断裂体从掌子面落入 洞底进入铲斗时，由于断裂体与刀盘相互间的碰撞作用，又会产生新的碎裂体和岩粉。
1)掘进作业：回转刀盘——伸出辅助推进缸，撑在管片上掘进，将整个掘 进机向前推进一个行程。
2)换步作业：刀盘停止回转——收缩辅助推进缸——安装混凝土管片。 重复上述动作实现掘进。此时管片安装与掘进不能同时进行，成洞速度减 半。
2．开敞式掘进机的掘进循环步骤
开敞式掘进机使用在洞壁岩石能自稳并能经受水平(或X形)支撑的巨大支 撑力的条件下，其作业循环如图所示。
由公式(7-1)可知，在机长L、转弯半径R一定时，可以缩短掘进行程S 来减少水平位移量△。即在转弯时采取短行程多循环的方式来避免由于过大
(1)掘进循环开始时，水平支撑已移动到主机架的前端，将撑靴撑紧在洞壁 上。仰拱刮板与仰拱处的岩面轻微接触，收回后下支撑，此时大刀盘可以 转动，推进千斤顶将转动的大刀盘向前推进一个行程，此即是掘进状态。 (2)在向前推进到达推进千斤顶行程终点处，结束开挖，大刀盘停止转动， 放下后下支撑，同时仰拱刮板支撑大刀盘，此时整个机器的重量全部由前、 后支撑支承。 (3)收回两对水平支撑靴，移动水平支撑到主机架的前端。掘进机掘进方向 的调整可以通过后下支撑进行水平、垂直的调整，达到调整目标。 (4)当水平支撑移到前端限位后，又重新撑紧在洞壁上。此时收回后下支撑， 仰拱刮板与仰拱又转换成浮动接触状态。此时掘进机即处于准备进行下一 个掘进循环。