第1讲盾构机与其应用

展阶段：一是以Brunel盾构为代表的手掘式盾构；二是以 机械式、气压式、网格式盾构为代表的第二代盾构；三是 以闭胸式盾构为代表（泥水式、土压式）的第三代盾构； 四是以大直径、大推力、大扭矩、高智能化、多样化为特 色的第四代盾构。
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❖ 目前，应用最广的是泥水盾构和土压平衡盾 构。
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➢ 盾构，用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳 内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、 土碴排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道 一次成形的机械。
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二、 盾构机发展
1 世界盾构机的发展
二、 盾构机发展
❖ 20 世纪初，盾构施工法在英、美、德、俄、法、日等国推广。 ❖ 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
◆手掘式盾构
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◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
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三、泥水平衡盾构
❖ 泥水加压平衡盾构（slurry pressure balance shield），简 称SPB盾构。是在机械式盾构的前部设置隔板，与刀盘之间形 成泥水仓,开挖面的稳定是将泥浆送入泥水仓内，在开挖面上 用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以 平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式 输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行 质量调整，再输送到开挖面。
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 Wayss &
Freytag 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。
❖ 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。
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二、 盾构机发展
小结 ❖ 盾构作为一种安全、快速的隧道掘进机械，经历了四个发
❖ 1818 年Marc Isambard Brunel 获得隧道盾构法施工的专利， ❖ 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（Lord Cochrance）发明了施加压缩空气防止涌
水的“气压法”。 ❖ 1874 年格雷蒙特（James Henry Greathead）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。
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双
护
盾
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2 盾构与TBM的区别
❖ TBM是“Tunnel Boring Machine”的英文缩写，一般指全断面硬 岩隧道掘进机，通常定义中的TBM是以岩石地层为掘进对象，不 具备泥水压、土压等维护掌子面稳定的功能。
❖ 盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注 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，也是盾构区别于TBM及比TBM复杂的主要方面。
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分离站 调浆池
送泥泵
排泥泵
中继泵
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1 结构原理
◆泥水盾构有两种体系。 泥水盾构根据泥水仓构造形式和对泥浆压力的控制方式 的不同，泥水盾构分为:
❖ 直接控制型 ❖ 间接控制型
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直接控制型泥水盾构
❖ 日本一般采用直接控制型泥水盾构 ●直接控制型泥水系统流程如下：送泥泵从地面泥浆池将新鲜泥浆输
入盾构泥水仓，与开挖泥土进行混合，形成稠泥浆，然后由排泥泵 输送到地面泥水分离处理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向调 浆池，再对泥浆密度和浓度进行调整后，重新输入盾构循环使用。 ●泥水仓中的泥浆压力，可通过调节送泥泵转速或调节控制阀的开度 来进行。由于送泥泵安在地面，控制距离长而产生延迟效应，不便 于控制泥浆压力，因此常用调节控制阀的开度来进行泥浆压力调节。
❖ 隧道掘进机的地质针对性非常强， 一般来说，用于岩石地层的隧道掘 进机称为TBM，用于软土地层的隧 道掘进机称为盾构。机Fra bibliotek工程学院3
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TBM硬岩掘进机：
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二、 盾构机发展
2我国盾构机的发展
❖ 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，我国开始现代盾构技术开发和应用。
《大型施工机械》——盾构机部分
第一讲
盾构机的发展及应用
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目录
一、全断面隧道掘进机 二、盾构机的发展 三、泥水加压平衡盾构及应用 四、土压平衡盾构及应用
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一、全断面隧道掘进机
1 掘进机分类
❖ 全断面隧道掘进机采用了类似机器 人的技术，是集机、电、液、光、 气、水、信息于一体的隧道施工成 套专用设备。具有自动化程度高、 对交通和周围地层影响小、有利于 环境保护的优点。