盾构机分类及选型ppt课件
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《盾构机分类及选型》课件
《盾构机分类及选型》PPT课 件
本课件将介绍盾构机的分类和选型，帮助您更好地了解和选择适合用于隧道掘进的特种土木工程机械设备。
作用： 盾构机通过推进的方式在地下隧道掘进过程中同时完成支撑和爆破土层的工 作。
结构和组成部件： 盾构机由主体结构、推进系统、导轨系统、排土系统、液压系统等部件组成。
优缺点： 矩形盾机具有适应性强、施工环境控制较好的优点，但刀盘转动较为复杂，构造复杂度较高。
开式盾构机
开式盾构机是一种常见的盾构机结构形式。
基本结构： 开式盾构机由盾体、刀盘、推进室等部分组成，前部没有闭合的壳体。
工作原理： 开式盾构机通过刀盘的旋转挖掘土层，同时进行支撑和排土工作。
适用工程特点和范围： 开式盾构机适用于软弱土层、沉积层等多种地质条件下的隧道掘进工程。
优缺点： 圆盾机具有掘进速度快、施工效率高的优点，但在硬岩地层中的适用性较差。
矩形盾机
矩形盾机是另一种常见的盾构机类型。
基本结构： 矩形盾机由盾体、刀盘、推进室等部分组成。
工作原理： 矩形盾机通过刀盘的旋转和前铰链的作用挖掘土层，同时推进室内进行支护，实现隧道的掘进。
适用工程特点和范围： 矩形盾机适用于较硬的地层，如岩石、玄武岩等，能够应对不同地质条件下的隧道工程。
盾构机的分类
盾构机可按照不同的方式进行分类。
按推进方式分类： 圆盾机和矩形盾机。
按盾构机构型分类： 开式盾构机和封闭式盾构机。
圆盾机
圆盾机是一种常见的盾构机类型。
基本结构： 圆盾机由盾体、刀盘、推进室等部分组成。
工作原理： 圆盾机通过刀盘的旋转挖掘土层，同时推进室内进行支护，实现隧道的掘进。
适用工程特点和范围： 圆盾机适用于软弱土层、淤泥层、砂质土层等多种地质条件下的隧道掘进工程。
本课件将介绍盾构机的分类和选型，帮助您更好地了解和选择适合用于隧道掘进的特种土木工程机械设备。
作用： 盾构机通过推进的方式在地下隧道掘进过程中同时完成支撑和爆破土层的工 作。
结构和组成部件： 盾构机由主体结构、推进系统、导轨系统、排土系统、液压系统等部件组成。
优缺点： 矩形盾机具有适应性强、施工环境控制较好的优点，但刀盘转动较为复杂，构造复杂度较高。
开式盾构机
开式盾构机是一种常见的盾构机结构形式。
基本结构： 开式盾构机由盾体、刀盘、推进室等部分组成，前部没有闭合的壳体。
工作原理： 开式盾构机通过刀盘的旋转挖掘土层，同时进行支撑和排土工作。
适用工程特点和范围： 开式盾构机适用于软弱土层、沉积层等多种地质条件下的隧道掘进工程。
优缺点： 圆盾机具有掘进速度快、施工效率高的优点，但在硬岩地层中的适用性较差。
矩形盾机
矩形盾机是另一种常见的盾构机类型。
基本结构： 矩形盾机由盾体、刀盘、推进室等部分组成。
工作原理： 矩形盾机通过刀盘的旋转和前铰链的作用挖掘土层，同时推进室内进行支护，实现隧道的掘进。
适用工程特点和范围： 矩形盾机适用于较硬的地层，如岩石、玄武岩等，能够应对不同地质条件下的隧道工程。
盾构机的分类
盾构机可按照不同的方式进行分类。
按推进方式分类： 圆盾机和矩形盾机。
按盾构机构型分类： 开式盾构机和封闭式盾构机。
圆盾机
圆盾机是一种常见的盾构机类型。
基本结构： 圆盾机由盾体、刀盘、推进室等部分组成。
工作原理： 圆盾机通过刀盘的旋转挖掘土层，同时推进室内进行支护，实现隧道的掘进。
适用工程特点和范围： 圆盾机适用于软弱土层、淤泥层、砂质土层等多种地质条件下的隧道掘进工程。
盾构机的分类及选型
2．盾构机选型的其它条件 除了地质条件以外的盾构机选型的制约条件还很多，如工期、造价、环境 因素、基地条件等。
工期制约条件
因为手掘式与半机械式盾构机使用人工较多，机械化程度低，所以施工进度慢。 其余各类型盾构机因为都是机械化掘进和运输，平均掘进速度比前者快。
造价制约因素
一般敞口式盾构机的造价比密闭式盾构机低，主要原因是敞口式盾构机个象密 闭式盾构机那样有复杂的后配套系统，在地质条件允许的情况下，从降低造 价考虑，宜优先选用敞口式盾构机。
盾构类型与水压的关系
• 当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构。 如采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形 成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸 门处易发生碴土喷涌现象，引起土仓中土 压力下降，导致开挖面坍塌。 • 当水压大于0.3MPa时，如因地质原因需采 用土压平衡盾构，则需增大螺旋输送机的 长度，或采用二级螺旋输送机。
１９９５年
盾构选型的基本原则
开挖面稳定 地层的适应性 地下水处理 沉降 施工适宜性 安全性 辅助工法 环境及公害
盾构类型与渗透性的关系
地层渗透系数
卵石层 粗砂砾层 中细砂砾层 粉细砾层 粗砂层 中砂层 细砂层 淤泥质粘土 淤泥
渗 透 系 数
–– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– ––
我国典型地区盾构选型
我国盾构应用较多或较早的地区是上海、 广州及北京地区，可以说这三个地区分别代 表了我国三大区域的土层特征，盾构特征。 上海是软土区域，广州是软弱不均区域，北 京是砂卵石地层为特点。
1. 根据地质条件选择盾构机类型
砂质土类自立性能较差的地层，应尽量使用密闭型的盾构施工。若 为地下水较丰富且透水性较好的砂质土，则应优先考虑使用泥水平衡 盾构；对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构。砂砾和软岩等强度较 高的地层自立性能较好，应考虑半机械式或敞口机械式盾构施工。因 在相同条件下，盾构复杂，操作困难，造价高，反之，盾构简单，制 造使用方便，造价低。 针对地下水条件，若其压力值较高（大于0.1MPa），就应优先考虑 使用密封型的盾构，以保证工程的安全，条件许可也可采用降水或气 压等辅助方法。 对于砾径较小的地层，可以考虑各种盾构的使用。若砾径较大，除自 立性能较好的地层可考虑采用手掘式或半机械式盾构外，－般应使用 土压平衡盾构，若需采用泥水平衡盾构的话，须增加一个鳄式碎石机， 在输出泥浆前，先将大石块粉碎。
最新盾构选型与施工PPT课件
泥水盾构 土压平衡盾构
黄色区域适合于泥水平衡盾构，蓝色区域适合土压平衡盾构机。由于泥水盾构 的场地要求较高，施工费用相对复杂，虽然其对地层适应性较广，但实际中能 使用土压平衡盾机的，很少选用泥水盾构。
问题二：采用面板式还是幅条式？
43
面板式与幅条式的特点比较： 面板式：优点是开口率较小，软土口开口率一般在45%左右，复合地层开口
主要参数
开挖直径 主机长度 开口率 综述 滚刀 中心刀 额定转矩 脱困扭矩 外径 螺旋 机 最大扭矩
川崎（土压平衡）
6140 mm 7.805 mm 15﹪ 5双刃（外圈） 圆盘凸起刮刀 389 tm 583 tm 650 mm 9.6 tm
住友（泥水盾构机）
6140 mm 8150 mm 15﹪ 9双刃（外圈） 圆盘凸起刮刀 239 tm 359 tm
重 盾壳厚度
刀盘形式
6340mm 59000m 250T
40mm 平面直角
6340mm 61380mm 330t（总重?）
40mm
刀 开口率 切盘削刀
重量
35% 主切削刀96把
40% 切刀78把 31t
螺 扭矩 旋 出机土能力
45knm 260m3/h
37.7knm 191m3/h
2)复合盾构机
初期盾构配置
选型时的几个困惑
问题一：选择土压平衡还是泥水平衡？
地层渗透性与盾构选型
卵石层 粗砂砾层 中细砂砾层 粉细砾层 粗砂 粉细砂 泥砂
粘土
(m/s)
数透 水 系
-10 -1 -10-1 -10-2 -10-3 -10-4 -10-5 -10-6 -10-7 -10-8 -10-9 -10-10 -10-11
第14讲盾构机分类及选型-
《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
机械工程学院
主讲：郭京波 教授
1
2020年7月20日12时0分
主要内容
1 盾构机分类 2 盾构机选型 3 盾构机选型举例
机械工程学院
2
2020年7月20日12时0分
1 盾构机分类
(1) 按掘削地层分类
硬岩盾构（TBM） 软岩盾构 软土盾构 硬岩软土盾构
机械工程学院
21
二号线穿越汉口和武昌，隧 道穿越地质种类比较全面： 粘土、粉质粘土、 淤泥质粉质粘土、 粉细砂、中粗砂、 砂 岩、粉砂岩、 石英砂岩、炭质灰岩、 钙质泥岩、强风化泥岩、 强风化含碳硅质页岩等。
2020年7月20日12时0分
3.2 本工程重点/难点
偏软地层导致的地表沉降 由于硬质附着性粘土导致的刀盘与土仓的堵塞 丰富的地下水与水压的问题 软质风化岩\砂岩\泥岩\半固结粘土\淤泥的掘进 膨胀性陈旧粘土导致的盾构机推力增加 附着性粘土与基岩的掘进 掘进途中的刀具更换
机械工程学院
22
2020年7月20日12时0分
3.3 隧道管片参数
项目 管片类型
分块形式 外径(O.D.) 内径(I.D.) 厚度 管片宽度 单片管片最大重量
参
数
备注
普通预制增强水泥管片安装衬砌，包括纵向封顶块
19
2,00
2,20 工作舱内
土体容重
[t/m³]
2020年7月20日12时0分
盾构掘进机选型的其他条件
（1）工期条件的制约 （2）造价因素的制约 （3）环境因素的制约 （4）基地条件的制约 （5）设计路线、平面竖向曲线形状的制约
机械工程学院
20
第十四讲
盾构机的分类及选型
机械工程学院
主讲：郭京波 教授
1
2020年7月20日12时0分
主要内容
1 盾构机分类 2 盾构机选型 3 盾构机选型举例
机械工程学院
2
2020年7月20日12时0分
1 盾构机分类
(1) 按掘削地层分类
硬岩盾构（TBM） 软岩盾构 软土盾构 硬岩软土盾构
机械工程学院
21
二号线穿越汉口和武昌，隧 道穿越地质种类比较全面： 粘土、粉质粘土、 淤泥质粉质粘土、 粉细砂、中粗砂、 砂 岩、粉砂岩、 石英砂岩、炭质灰岩、 钙质泥岩、强风化泥岩、 强风化含碳硅质页岩等。
2020年7月20日12时0分
3.2 本工程重点/难点
偏软地层导致的地表沉降 由于硬质附着性粘土导致的刀盘与土仓的堵塞 丰富的地下水与水压的问题 软质风化岩\砂岩\泥岩\半固结粘土\淤泥的掘进 膨胀性陈旧粘土导致的盾构机推力增加 附着性粘土与基岩的掘进 掘进途中的刀具更换
机械工程学院
22
2020年7月20日12时0分
3.3 隧道管片参数
项目 管片类型
分块形式 外径(O.D.) 内径(I.D.) 厚度 管片宽度 单片管片最大重量
参
数
备注
普通预制增强水泥管片安装衬砌，包括纵向封顶块
19
2,00
2,20 工作舱内
土体容重
[t/m³]
2020年7月20日12时0分
盾构掘进机选型的其他条件
（1）工期条件的制约 （2）造价因素的制约 （3）环境因素的制约 （4）基地条件的制约 （5）设计路线、平面竖向曲线形状的制约
机械工程学院
20
《盾构掘进机概述》PPT课件
a
8
内容提纲
一、隧道盾构工法的发展概述 二、盾构机的种类
三、盾构机的主要组成
a
9
盾构机的种类
现有的盾构类型：
网格半挤压式盾构掘进机 网格式水力出土盾构掘进机 多刀盘泥水平衡盾构掘进机 全断面硬岩隧道掘进机 复合式盾构掘进机 泥水加压平衡式盾构掘进机 土压平衡式盾构掘进机 土压平衡式双圆盾构掘进机
（1）从巴基斯坦水利工程中引进了美国罗宾斯公司的盘 形滚刀技术，清华大学、铁道西南研究所、上海煤机研究所等 单位开始对盘形滚刀的破岩机理、结构、材料等进行系统研究；
a
5
一、隧道盾构工法的发展概述
（2）岩石全断面隧道联合掘进机组研制热潮遍及：铁路、煤 矿、有色金属矿、水电站、国防、城市交通； （3）较为成功的研制企业有杭州水工机械厂、上海水工机械 厂以及广州市革委会691办公室，其中： 上海水工机械厂研制的直径5.5m、6.8m岩石全断面隧道联 合掘进机组分别在云南下关西洱河水电站、贵州猫跳河水电站 成功掘进了输水隧道； 广州市革委会691办公室研制的直径4m、2.5m岩石全断面 隧道联合掘进机组分别在国防工程、三线铁路隧道隧道导洞中 应用。
以上。
1.5衬砌管片由铸铁材料发展到采用钢筋混凝土（钢纤维混
凝土）材料。
a
4
一、隧道盾构工法的发展概述
2 国内隧道盾构工法的发展
2.1 上世纪50年代，北京、上海已开始研究盾构工法，1953 年采用人工掘进式盾构修建了直径2.6m的疏水巷道。 2.2 上世纪60年代，北京地铁动工建设，研制了试验性盾构。 2.3 上世纪60年代末，我国出现了岩石全断面隧道联合掘进 机研制热潮：
a
6
一、隧道盾构工法的发展概述
盾构法课件
管片结构设计
管片内径的确定 主要取决于地下结构的限界，同时还要考虑施工误差、测 量误差、线路拟合误差及不均匀沉降等其他因素。 国内地铁区间隧道的建筑限界一般为直径5200m的圆形。
隧道内经一般有两种方案5400mm和5500mm。 5400内径主要用于地基承载力较高的地区如北京、深圳。 5500mm主要用于地基承载力较小的地区，如南京、上海
水土分算法中，作用于衬砌结构上水压力有径向水压和均布水压两种 径向水压更接近真实情况。
地层抗力
隧道结构产生变形向土体挤压时产生的被动抗力根据Winkler假
定计算 K K：地层弹性抗力系数 ：相应点的位移
影响盾构隧道侧向抗力的最主要因素有： ①土层的软硬程度，含水量等和盾构隧道的埋置深度②土层的 先期固结状态，盾尾间隙填充物的填充质量③盾构推进时对地 层的剪切、挤压、纠偏等引起的土体的扰动④土体扰动以后， 土层的主固结和次固结⑤土体的流变效应
片环的整体的抗弯刚度，以处理接头处的情况。当采用错缝拼接
时出现弯矩传递现象混凝土管片产生附加弯矩（1+ ）M（M为计 算弯矩值）；接头设计的弯矩为（1- ）M以此来评价管片环的弯 矩设不计均的匀轴分力配值，仍通为常计算0轴.6力≤ 值≤；0.当8，采0用.3通≤ 缝 拼≤0接.5时， = 0。
盾构区间结构设计
一、盾构机类型与选型介绍及 优缺点
二、计算荷载
三、计算模型
四、管片结构设计
盾构机分类——主要3种分
类方法
一、按隧道掘进机形状分类 矩形盾构、双圆形盾构、三圆形盾构和圆形盾构
二、按地层类型分类
1.对于完整的岩石地层，不必对开挖面进行支护，隧 道掘进机可以是敞开的即敞开式盾构机；对于坚硬岩 层或裂隙岩层要采用护盾式隧道掘进机。 2.对于软粘土层通常采用土压平衡式盾构；对于砂性 土层通常采用泥水平衡式盾构。
盾构机的分类及选型
-
盾构机的分类及选型
3．辅助工法的使用
掘进机施工隧道的辅助工法一般有：压气法、降水法、 冻结法、注浆法等。前三种属于物理方法，注浆法属于化 学方法。这些方法也主要是用于保证隧道开挖而的稳定， 注浆法还能减少盾构机开挖过程中引起的地表沉降。一般 密闭式掘进机使用最多的是注浆法。盾尾注浆用以填补建 筑间隙，以减少地面沉降。在地层自立性能差的情况下， 若采用手掘进、半机械式或网格式掘进机施工，就需采用 压气法辅助施工，以高气压保证开挖面的稳定，在这一辅 助工法下，施工人员易患气压职业病。当盾构机在砂质土 或砂砾层中施工时，可考虑使用降水的方法改变地层的物 理力学指标，增加其自立性能，确保开挖面的稳定。冻结 法的施工成本较高，一般情况下不采用，但在长隧道的盾 构对接中使用。
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盾构机的分类及选型
我国典型地区盾构选型
我国盾构应用较多或较早的地区是上海、 广州及北京地区，可以说这三个地区分别代 表了我国三大区域的土层特征，盾构特征。 上海是软土区域，广州是软弱不均区域，北 京是砂卵石地层为特点。
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盾构机的分类及选型
1. 根据地质条件选择盾构机类型
砂质土类自立性能较差的地层，应尽量使用密闭型的盾构施工。若 为地下水较丰富且透水性较好的砂质土，则应优先考虑使用泥水平衡 盾构；对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构。砂砾和软岩等强度较 高的地层自立性能较好，应考虑半机械式或敞口机械式盾构施工。因 在相同条件下，盾构复杂，操作困难，造价高，反之，盾构简单，制 造使用方便，造价低。
土压盾构
–– 10- 11
–– 10- 12
盾构机的分类及选型 盾构类型与渗透性的关系
地层渗透系数对于盾构的选型是一个 很重要的影响因素。根据欧美和日本的施 工经验，当地层的透水系数小于10-7m/s时， 可以选用土压平衡盾构；当地层的渗水系 数在10-7m/s和10-4m/s之间时，既可以选用 土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当 地层的透水系数大于10-4m/s时，宜选用泥 水盾构 。
盾构机的分类及选型
3．辅助工法的使用
掘进机施工隧道的辅助工法一般有：压气法、降水法、 冻结法、注浆法等。前三种属于物理方法，注浆法属于化 学方法。这些方法也主要是用于保证隧道开挖而的稳定， 注浆法还能减少盾构机开挖过程中引起的地表沉降。一般 密闭式掘进机使用最多的是注浆法。盾尾注浆用以填补建 筑间隙，以减少地面沉降。在地层自立性能差的情况下， 若采用手掘进、半机械式或网格式掘进机施工，就需采用 压气法辅助施工，以高气压保证开挖面的稳定，在这一辅 助工法下，施工人员易患气压职业病。当盾构机在砂质土 或砂砾层中施工时，可考虑使用降水的方法改变地层的物 理力学指标，增加其自立性能，确保开挖面的稳定。冻结 法的施工成本较高，一般情况下不采用，但在长隧道的盾 构对接中使用。
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盾构机的分类及选型
我国典型地区盾构选型
我国盾构应用较多或较早的地区是上海、 广州及北京地区，可以说这三个地区分别代 表了我国三大区域的土层特征，盾构特征。 上海是软土区域，广州是软弱不均区域，北 京是砂卵石地层为特点。
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盾构机的分类及选型
1. 根据地质条件选择盾构机类型
砂质土类自立性能较差的地层，应尽量使用密闭型的盾构施工。若 为地下水较丰富且透水性较好的砂质土，则应优先考虑使用泥水平衡 盾构；对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构。砂砾和软岩等强度较 高的地层自立性能较好，应考虑半机械式或敞口机械式盾构施工。因 在相同条件下，盾构复杂，操作困难，造价高，反之，盾构简单，制 造使用方便，造价低。
土压盾构
–– 10- 11
–– 10- 12
盾构机的分类及选型 盾构类型与渗透性的关系
地层渗透系数对于盾构的选型是一个 很重要的影响因素。根据欧美和日本的施 工经验，当地层的透水系数小于10-7m/s时， 可以选用土压平衡盾构；当地层的渗水系 数在10-7m/s和10-4m/s之间时，既可以选用 土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当 地层的透水系数大于10-4m/s时，宜选用泥 水盾构 。
盾构选型(海瑞克)ppt课件
2013年12月31日
3
左线到达、解体、吊出
2014年8月6日
汇~灵盾 4 构区间
5
6
7
右线始发
2014年1月30日
盾构机到达、解体、吊出
2014年9月5日
隧道堵漏、手孔封堵、嵌缝、洞门 2014年11月4日
及联络通道施工
完成包含材料、设备、人员退场的
2014年11月5日
全部合同工作
9
第一章 4 汇-灵区间施工筹划
排土闸门的液压系统中设有蓄能应急装置，在突然断电，液压泵停止工作 的情况下，可以启动蓄能装置，关闭排土闸门。
螺旋轴采用驱动端固定，另一端浮动的支撑形式，取土端的外壳焊接有耐 磨合金条，螺旋叶片边缘焊有硬质合金块，叶片受碴土摩擦的一面堆焊有硬质 合金条纹，这些设计使得螺旋机具有较好的耐磨性能。
螺旋机示意图
滚刀
18
第二章 3 盾构性能描述
2）齿刀 齿刀适合用在软至中硬岩土地质状况中。 它是一种高度耐用的刀具，可以破碎 围岩，方便出渣。
齿刀
19
第二章 3 盾构性能描述
3）刮刀 ①可以从刀盘后面更换刀具；②高质量的碳质刀刃。
刮 刀
20
第二章 3 盾构性能描述
4）周边刮刀 独创的刀盘设计包括安装在刀盘幅臂外缘的周边刮刀。它们可以双向进行开挖。 周边刮刀的设计保证了快速、清洁的开挖；同时保证了开挖直径的稳定不变。
部队营房 右线埋深15.50~19.07m 左线埋深16.69~20.19m
灵山站
右线全长876.240m CK33+352.900~CK34+229.140
汇通路站~灵山站区间隧道工程外径6200mm，内径5500mm，
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颗粒直径 d单位mm
Slurry
0,6 2,0
6,0
20,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 60,0
2020/1/23
不同地质条件下全断面掘进机选型
2020/1/23
0,25
柔软
0Hale Waihona Puke 50软0,75硬
1,00
坚硬
粘土
粉土
EPB模式
添加剂
防止堵塞
EPB
敞开模式
添加剂增加塑性
软土盾构
2020/1/23
复合盾构
• (2) 按盾构机横截面形状分类
半圆形 圆形 椭圆形 马蹄形 双圆搭接形 三圆搭接形 矩形
2020/1/23
2020/1/23
• (3) 按盾构机横截面的形状分类
• 超小型盾构
φ<1m
• 小型盾构
3.5m≥φ≥1m
• 中型盾构
6m≥φ≥3.5m
很高渗透 性 10-2
高渗透性10-3
10-4
一般渗透性
10-5
砂
砾石
高浓度膨润土 复合式盾构
EPB + 添加剂
粘稠度系数 IC
渗透系数 k [m/s]
弃土容重
泡沫
EPB盾构 泥水盾构
1,05
1,40 1,50
2,00
2,20 工作舱内
土体容重
[t/m³]
• 盾构掘进机选型的其他条件
• （1）工期条件的制约 • （2）造价因素的制约 • （3）环境因素的制约 • （4）基地条件的制约 • （5）设计路线、平面竖向曲线形状的制约
• 大型盾构
14m≥φ≥6m
• 超大型盾构
18m≥φ≥14m
• 特大型盾构
φ>18m
2020/1/23
• (4) 按掘削面的敞开程度分类
全部敞开式：无盖敞开式、有盖敞开式 部分敞开式：网格式 封闭式：中心支承式、中间支承式、周边支承 式
•
2020/1/23
• (5)按掘土出土器械的机械化程度程度分类 人工挖掘式 、半机械掘削式、机械掘削式
多轴摇动掘削式 圆形多轴摇动掘削式 其它断面形状多轴摇动掘削式
摆动掘削式
横向摆动掘削式(矩形) 纵向摆动掘削式(矩形)
2020/1/23
• (8)按盾构机特殊构造分类
中折盾构 球体盾构 异径母子盾构 重心靠前盾构 特殊构造的盾构 现场换刀盾构 可直接掘削前障碍物盾构 机体可分可合盾构 固体回收盾构 倾斜中空轴全断面机内注浆盾构 2倾02斜0/1/中23 空轴全断面机内注浆+活动前檐盾构
边掘进边组装管片盾构工法
2020/1/23
• (11)综合分类
2020/1/23
2 盾构机选型
• 盾构掘进机选型依据 (1) 土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成分等个参数） (2) 开挖面稳定（自立性能） (3) 隧道埋深、地下水位 (4) 设计隧道的断面 (5) 环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性） (6) 衬砌类型 (7) 工期 (8) 造价 (9) 宜用的辅助工法 (10) 设计路线、线形、坡度 （11）电气等其他设备条件
2020/1/23
3 盾构机选型举例
3.１武汉地铁的路线与地质
2020/1/23
二号线穿越汉口和武昌，隧 道穿越地质种类比较全面： 粘土、粉质粘土、 淤泥质粉质粘土、 粉细砂、中粗砂、 砂 岩、粉砂岩、 石英砂岩、炭质灰岩、 钙质泥岩、强风化泥岩、 强风化含碳硅质页岩等。
3.2 本工程重点/难点
8 cm/min 3.5 cm/min 30 min/环 1500 mm
6环 / 8 hours 12环 / 16 hours
3.５主要机械性能（方案）
《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
2020/1/23
• 主要内容
• 1 盾构机分类 • 2 盾构机选型 • 3 盾构机选型举例
2020/1/23
1 盾构机分类
• (1) 按掘削地层分类
硬岩盾构（TBM） 软岩盾构 软土盾构 硬岩软土盾构
2020/1/23
TBM 双护盾
衬砌施工方法不 二次衬砌法（管片为一次衬砌，另行浇注二次衬砌）
同的盾构方法
一次衬砌法（仅保留管片一次衬砌，略去二次衬砌）
包缠保护膜盾构工法（为提高隧道衬砌的止水性和耐久性，在盾构机内对管片外
盾构
侧进行包缠保护膜施工）
现场浇注混凝土
盾尾内空架设钢筋浇注混凝土做衬法(照片6.1.12)
衬砌法(ECL工法) PC-ECL工法
◆手掘式盾构
2020/1/23
◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
• (6)按掘削面的加压平衡方式分类 外加支承式 气压式 泥水式 土压式
2020/1/23
•(7)按刀盘运动形式分类
方式的盾构
圆形转动掘削式 转动掘削式 行星游动掘削式
中心支承式 中间支承式 周边支承式
扇形转动掘削式 矩形多轴摇动掘削式
偏软地层导致的地表沉降 由于硬质附着性粘土导致的刀盘与土仓的堵塞 丰富的地下水与水压的问题 软质风化岩\砂岩\泥岩\半固结粘土\淤泥的掘进 膨胀性陈旧粘土导致的盾构机推力增加 附着性粘土与基岩的掘进 掘进途中的刀具更换
2020/1/23
3.3 隧道管片参数
2020/1/23
3.４ 盾构机总体参数（方案）
盾构机总体设计范围及主要尺寸
开挖直径： 前护盾直径： 主机长度： 总长度包括后配套： 总重量包括后配套： 最小曲线半径：
盾构机总体设计范围
最大掘进速率 平均掘进速率 管片平均安装时间 管片宽度
根据上述计算每班次掘进速率 每日双班工作时掘进速率
2020/1/23
6280 mm 6250 mm 约 9.0m（含刀盘） 约 82 m 420 t 250m
2020/1/23
•盾构掘进机选型的一般程序
2020/1/23
不同地质条件下全断面掘进机选型
筛分通过率 <d %
粒径分布曲线
泥土粒径
筛分粒径
粉质土
粘土 细 100
中粗 粗
90
砂
细
中粗 粗
砾石
细
中粗 粗
80
70 60
EPB
50
40
Foam
30
20
10 0 0,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2
• (9)按盾构机的功能、用途分类
不同用途的盾构
2020/1/23
直角弯隧道盾构
偏心急弯曲线盾构
大坡度盾构
地中对接盾构
CID 工法 MSD 工法
侧接盾构
站盾构分岔盾构
路线可变扭曲盾构
竖向掘削盾构
扩掘盾构 变径盾构 大深度盾构 长距离盾构 高速掘进盾构
上掘盾构 下掘盾构
• (10)按盾构隧道衬砌施工方法分类
Slurry
0,6 2,0
6,0
20,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 60,0
2020/1/23
不同地质条件下全断面掘进机选型
2020/1/23
0,25
柔软
0Hale Waihona Puke 50软0,75硬
1,00
坚硬
粘土
粉土
EPB模式
添加剂
防止堵塞
EPB
敞开模式
添加剂增加塑性
软土盾构
2020/1/23
复合盾构
• (2) 按盾构机横截面形状分类
半圆形 圆形 椭圆形 马蹄形 双圆搭接形 三圆搭接形 矩形
2020/1/23
2020/1/23
• (3) 按盾构机横截面的形状分类
• 超小型盾构
φ<1m
• 小型盾构
3.5m≥φ≥1m
• 中型盾构
6m≥φ≥3.5m
很高渗透 性 10-2
高渗透性10-3
10-4
一般渗透性
10-5
砂
砾石
高浓度膨润土 复合式盾构
EPB + 添加剂
粘稠度系数 IC
渗透系数 k [m/s]
弃土容重
泡沫
EPB盾构 泥水盾构
1,05
1,40 1,50
2,00
2,20 工作舱内
土体容重
[t/m³]
• 盾构掘进机选型的其他条件
• （1）工期条件的制约 • （2）造价因素的制约 • （3）环境因素的制约 • （4）基地条件的制约 • （5）设计路线、平面竖向曲线形状的制约
• 大型盾构
14m≥φ≥6m
• 超大型盾构
18m≥φ≥14m
• 特大型盾构
φ>18m
2020/1/23
• (4) 按掘削面的敞开程度分类
全部敞开式：无盖敞开式、有盖敞开式 部分敞开式：网格式 封闭式：中心支承式、中间支承式、周边支承 式
•
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• (5)按掘土出土器械的机械化程度程度分类 人工挖掘式 、半机械掘削式、机械掘削式
多轴摇动掘削式 圆形多轴摇动掘削式 其它断面形状多轴摇动掘削式
摆动掘削式
横向摆动掘削式(矩形) 纵向摆动掘削式(矩形)
2020/1/23
• (8)按盾构机特殊构造分类
中折盾构 球体盾构 异径母子盾构 重心靠前盾构 特殊构造的盾构 现场换刀盾构 可直接掘削前障碍物盾构 机体可分可合盾构 固体回收盾构 倾斜中空轴全断面机内注浆盾构 2倾02斜0/1/中23 空轴全断面机内注浆+活动前檐盾构
边掘进边组装管片盾构工法
2020/1/23
• (11)综合分类
2020/1/23
2 盾构机选型
• 盾构掘进机选型依据 (1) 土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成分等个参数） (2) 开挖面稳定（自立性能） (3) 隧道埋深、地下水位 (4) 设计隧道的断面 (5) 环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性） (6) 衬砌类型 (7) 工期 (8) 造价 (9) 宜用的辅助工法 (10) 设计路线、线形、坡度 （11）电气等其他设备条件
2020/1/23
3 盾构机选型举例
3.１武汉地铁的路线与地质
2020/1/23
二号线穿越汉口和武昌，隧 道穿越地质种类比较全面： 粘土、粉质粘土、 淤泥质粉质粘土、 粉细砂、中粗砂、 砂 岩、粉砂岩、 石英砂岩、炭质灰岩、 钙质泥岩、强风化泥岩、 强风化含碳硅质页岩等。
3.2 本工程重点/难点
8 cm/min 3.5 cm/min 30 min/环 1500 mm
6环 / 8 hours 12环 / 16 hours
3.５主要机械性能（方案）
《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
2020/1/23
• 主要内容
• 1 盾构机分类 • 2 盾构机选型 • 3 盾构机选型举例
2020/1/23
1 盾构机分类
• (1) 按掘削地层分类
硬岩盾构（TBM） 软岩盾构 软土盾构 硬岩软土盾构
2020/1/23
TBM 双护盾
衬砌施工方法不 二次衬砌法（管片为一次衬砌，另行浇注二次衬砌）
同的盾构方法
一次衬砌法（仅保留管片一次衬砌，略去二次衬砌）
包缠保护膜盾构工法（为提高隧道衬砌的止水性和耐久性，在盾构机内对管片外
盾构
侧进行包缠保护膜施工）
现场浇注混凝土
盾尾内空架设钢筋浇注混凝土做衬法(照片6.1.12)
衬砌法(ECL工法) PC-ECL工法
◆手掘式盾构
2020/1/23
◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
• (6)按掘削面的加压平衡方式分类 外加支承式 气压式 泥水式 土压式
2020/1/23
•(7)按刀盘运动形式分类
方式的盾构
圆形转动掘削式 转动掘削式 行星游动掘削式
中心支承式 中间支承式 周边支承式
扇形转动掘削式 矩形多轴摇动掘削式
偏软地层导致的地表沉降 由于硬质附着性粘土导致的刀盘与土仓的堵塞 丰富的地下水与水压的问题 软质风化岩\砂岩\泥岩\半固结粘土\淤泥的掘进 膨胀性陈旧粘土导致的盾构机推力增加 附着性粘土与基岩的掘进 掘进途中的刀具更换
2020/1/23
3.3 隧道管片参数
2020/1/23
3.４ 盾构机总体参数（方案）
盾构机总体设计范围及主要尺寸
开挖直径： 前护盾直径： 主机长度： 总长度包括后配套： 总重量包括后配套： 最小曲线半径：
盾构机总体设计范围
最大掘进速率 平均掘进速率 管片平均安装时间 管片宽度
根据上述计算每班次掘进速率 每日双班工作时掘进速率
2020/1/23
6280 mm 6250 mm 约 9.0m（含刀盘） 约 82 m 420 t 250m
2020/1/23
•盾构掘进机选型的一般程序
2020/1/23
不同地质条件下全断面掘进机选型
筛分通过率 <d %
粒径分布曲线
泥土粒径
筛分粒径
粉质土
粘土 细 100
中粗 粗
90
砂
细
中粗 粗
砾石
细
中粗 粗
80
70 60
EPB
50
40
Foam
30
20
10 0 0,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2
• (9)按盾构机的功能、用途分类
不同用途的盾构
2020/1/23
直角弯隧道盾构
偏心急弯曲线盾构
大坡度盾构
地中对接盾构
CID 工法 MSD 工法
侧接盾构
站盾构分岔盾构
路线可变扭曲盾构
竖向掘削盾构
扩掘盾构 变径盾构 大深度盾构 长距离盾构 高速掘进盾构
上掘盾构 下掘盾构
• (10)按盾构隧道衬砌施工方法分类