第十二章掘进机与盾构(改)

盾构和TBM的区别

1.

2. 隧道施工行业中我们把隧道掘进机统称为盾构或盾构机,而老外则称之为TBM,TBM是英语名称的缩写T—Tunnel；B—— Boring ；M——Machine;盾构或TBM是泛指,当然细分可分为土压平衡盾构、泥水平衡盾构和泥水气平衡盾构等等;

3. TBM按照英文翻译就是隧道掘进机, 一般而言,为了区分,将TBM特指硬岩掘进机； EPB土压平衡盾构机

4. TBMTunnel Boring Machine隧道掘进机,别名：全断面隧道掘进机;笼统的来说,盾构机与TBM都是一样的,都是隧道全断面掘进;但在造词之初,它们是不一样的,严格来说,它们之间存在以下不同点：

5. 1.适用的工程不一样,TBM适用于硬岩掘进的隧道掘进机,盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机;

6. 2.两者的掘进,平衡,支护系统都不一样;

7. 比盾构技术更先进,更复杂;

8. 4.工作的环境也不一样,TBM是硬岩掘进机,一般用在山岭隧道或大型引水工程,盾构是软土类掘进机,主要是城市地铁,及小型管道; 但是以上说法有些言不符实,因为现在随着技术的不断进步,许多硬岩TBM也采用盾构技术,而TBM本来就是隧道掘进机的意思;这就是学术的发展造成了现实中称法的混乱; 由此,学术界又提出了采用“硬岩TBM”和“软岩TBM”两种称呼来规范的办法;硬岩TBM适用于山岭隧道硬岩掘进,代替传统的钻爆法,在相同的条件下,其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍,最佳日进尺可达150m；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点;特别是高效快速可使工程提前完工,提前创造价值,对我国的现代化建设有很重要的意义;软岩TBM适用于软弱性围岩施工的隧道掘进机,是目前城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术;采用盾构机施工的区间隧道,可以做到对土体弱扰动,不影响地面建筑物和交通,减少地上、地下的大量拆迁; 这两种设备的技术开发与应用,在我国地下工程领域具有十分广阔的前景;

盾构、掘进机技术在建设体制和管理方面应走专业化的道路

第１０期　肖晓春：　意大利Ｓｐａｒｖｏ隧道超大断面盾构施工关键技术　８７３　

５　结论　作为意大利连接博洛尼亚与弗洛伦萨Ａｌ公路复　线工程的一部分，Ｓｐａｒｖｏ隧道采用了当时世界上最大断　面的土压平衡盾构施工，南北两线总掘进里程约５　ｋｍ。　根据北线隧道工程的掘进施工情况，将主要关键技术总　结如下。　１）盾构选型方面。在综合考虑隧道地质条件、工程　技术难度与挑战、工程经济等诸多因素的基础上选择土　压平衡盾构，并针对地层富含易燃易爆气体的特殊情况　采取了针对性设计，实践证明是行之有效的。　２）管片设计与生产方面。衬砌采用通用型管片，结　合工程具体情况设计专用生产流水线实行工程化生产，　确保了管片的生产进度与质量。针对初始推进阶段管　片裂缝的情况，基于足尺试验与模拟分析的结果对配筋　进行了相应调整，取得了良好的效果。　３）隧道施工方面。针对工程的复杂地层、黏性土易　结泥饼、地层中富含易燃易爆气体以及大体积大重度装　备的转向与调头等诸多技术难题，通过对施工技术不断　改进与优化，从盾构的适应性改造以及现场精心组织等　多方面着手，上述难题均得到了很好的解决，并逐步形　成稳定可靠的成熟技术。　

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）　

［１］　Ｒ　Ｈｕａｎｇ．Ｔｈｅ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｙａｎｇｔｚｅ　ｒｉｖｅｒ　ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅｏｒｙ，ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ　Ｇｒｏｕｐ，　２００８．　［２］　Ｍａｕｒｉｚｉｏ　Ｐｅｐｉｎｏ，Ｇｉａｎｌｕｃａ　Ｃｏｍｉｎ．Ｕｎｌｅａｓｈ　ｔｈｅ　ｂｅａｓｔ［Ｊ］．　Ｔｕｎｎｅｌｓ＆Ｔｕｎｎｄｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２０１２（９）：２０—２４．　【３］　Ｍａｕｒｉｚｉｏ　Ｐｅｐｉｏ，Ｇｉａｎｌｕｃａ　Ｃｏｍｉｎ，Ａｌｆｏｎｓｏ　Ｄｉ　Ｃａｒａ．Ｌａｒｇｅｓｔ　ｓｅｇｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｓ，２０１３（３）：３４—３９．　

盾构掘进技术施工要点

一、土压平衡盾构掘进

（一）土压平衡式掘进特点

土压平衡盾构，是将开挖下来的土砂充满到开挖面和隔板之间泥土仓，根据需要在其中注入改良材料，用适当的土压力确保开挖面的稳定性。通过贯穿隔板设置的螺旋输送机，可在推进的同时进行排土。在施工时，必须在开挖两层隔板之间充满土砂，对其进行加压达到满足开挖面的稳定需要的状态。为了获得适合于盾构推进量的排土量，要对土压力和出土盘进行计量，对螺旋式排土器的转数和盾构的推进速度进行控制，达到平衡状态，同时，还要掌握刀盘扭矩和推力等，进行正确的控制管理以防止开挖面的松动和破坏。

（二）土仓压力管理

（1）在土压平衡盾构的施工中，为了确保开挖面的稳定，要适当地维持压力舱压力。一般，如果土仓压力不足，发生开挖面的涌水或坍塌风险就会增大。如果压力过大，又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度下降或地面隆起等问题。

（2）土仓压力管理的基本思路是：作为上限值，以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力；作为下限值，可以允许产生少量的地表沉降，但可确保开挖面的稳定为目的而使用主动土压力。

（3）掌握开挖面的稳定状态，一般是用设置在隔板上的土压计来确定土仓压力。

（4）推进过程中，土仓压力维持有如下的方法：

①用螺旋排土器的转数控制；

②用盾构千斤顶的推进速度控制；

③两者的组合控制等。通常盾构设备采用组合控制的方式。

（5）要根据各施工条件实施良好的管理。另外，需要确认伴随推进所产生的地基的变形、排土状态、刀盘扭矩以及其变化情况，及时在推进中修正土仓压力。

（三）排土量管理

（1）为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地进行推进，则需要适量地进行排土，以维持排土量和推进量相平衡。可是，由于围岩的重度在掘进中会有一定的波动，以及受添加剂的种类、添加量或排土方式等因素的影响，排出渣土的重度也会发生变化，所以要恰当地掌握排土量是比较困难的。另外，作为排土，其状态可在半固体状态到流体状态之间变化，其性状是各种各样的。因此，仅单独根据排土量的管理来控制开挖面坍塌或地基沉降是困难的，最好是根据压力舱的压力管理和开挖土量管理同时进行。

盾构掘进机设计论文

河北工程大学毕业设计

1 第 1 章绪论

1.1 引言

近年来,我国开展大规模的城市市政工程建设,尤其是几个重要城市都已开始了地下铁路的建设工程。在这些地下工程中,由于受到施工场地、道路交通等城市环境因素的限制,使得传统的施工方法难以普遍适用。在这种情况下,对城市正常机能影响很小的隧道施工方法--盾构施工法普遍得到了人们的关注,并且在一些地区已经有了较为广泛的使用。盾构法施工技术已被广泛应用于铁路隧道、过江隧道、公路隧道和城市地下工程。全断面隧道掘进机是集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型地下工程施工装备，是大规模开发利用地下空间的前提条件。

1.2 盾构机掘进机概况

盾构掘进机作为典型的复杂机电产品的代表，是机电液一体化高度集成的大型设备，也是多单元集成的大型水利、国防、地铁、交通等领域的基础关键设备。“十一五”期间，国家在先进制造领域重点扶持盾构掘进机系列化设计和制造关键技术的研究与开发，以制造样机和进行工程试用为目标，争取2015年实现系列化和产业化。近年来，由于我国基础设施建设的需要，盾构法施工技术的应用在国内得到快速发展。据不完全统计，国际建筑市场的全断面隧道掘进机年需求量上千台，年营业额超过 100 亿美元；到 2020 年我国对各类大型全断面隧道掘进机可以预见的需求将超过 1000 台。由于重大技术装备制造水平的发展跟不上我国经济快速发展的要求，一些大型重要工程为保证工期和质量，倾向依赖于进口装备，造成我国机械产品贸易逆差逐年加大，核心技术对外依赖性不断增强，蕴涵着较高的国际经济及政治风险。

与传统的隧道掘进技术相比，盾构掘进机施工隧道断面一次成型，支护和衬砌及时，具有安全可靠、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、地下水位高而埋深较大时，只能依赖全断面盾构掘进机。根据国外全断面掘进机的发展经验和趋势，结合我国国情，目前，国内盾构生产、施工过程中遇到的主要问题及难点主要集中在以下几个方面：

盾构技术简介

一：概述：

盾构是在软岩和土体中进行隧道施工的专门机具，使用盾构机开挖隧道的方法就是盾构法。

用盾构修建地下隧道至今已有160多年的历史，最早是法国的工艺师Mare

Isambrard Brunel发明的。1834年建成第一条盾构法隧道。我国在五十年代就开始采用盾构法施工。至今也有四十多年的历史。上海是在1963年施工了第一条盾构法隧道。

盾构法施工建设对地面干扰小、施工速度快、安全、机械化和自动化程度高，越江、湖、海，全方位作业。对城市建筑密集、地下管线密集的地方应先选用盾构法（对环境影响小）。但是盾构掘进机回引起土体的变形走动、孔隙水压力波动、过大的地面沉降和隆起，盾构在地下前进，方向控制不准，纠偏困难，超大直径、超小直径、矩行、球行等盾构少见，无法适应各类交通、上下水、热力等市政工程的隧道建设需要，盾构法隧道衬砌和接缝渗漏水，隧道后期沉降过大。

二：盾构机组成

盾构掘进机一般由盾构壳、推进千斤顶、正面支撑机构、挖土及运输组、衬砌拼装机构、液压系统、注浆系统和盾尾装置组成。

盾构机的盾壳是钢板焊接成壳体，在盾壳掩护下，进行土体开挖、衬砌拼装等隧道施工的工序。盾壳可分为切口环、支承环和盾尾三部分。

a. 切口部分。它位于盾构的最前端，施工时切入地层，掩护开挖作业。切口环前端设有刃口，以减少切入土时对地层的扰动。切口环的长度主要取决于支撑、开挖方法的挖土机具和操作人员回旋余地的大小。

b. 支承环部分。支承环紧接于切口环后，位于盾构的中部，是一个刚性较好的圆形结构。地层土压力、所有千斤顶的顶力以及切口、盾尾、衬砌拼装时传来的施工荷载均由支承环承担。支承环的外沿布置盾构推进千斤顶。拼装机用于拼装管片衬砌，主要设备有举重臂、真圆保护器等。

c. 盾尾部分。盾尾一般由盾构的外壳钢板延长构成，主要用于掩护隧道衬砌安装工作。盾尾后端设有密封装置，以防止水、土及注浆材料从盾尾与衬砌之间进入盾构內。

盾构施工控制措施

1、盾构机建压措施

土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。

（1）土压平衡模式下土仓压力的控制方法

土仓压力控制采取以下两种操作模式：

①通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构的推进速度人工事先给定。

②通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时螺旋输送机的转速人工事先给定。

掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。

（2）掘进中排土量的控制

排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。

理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和土仓压力值P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N：

QS根据碴土车的体积刻度来确定。

QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即:

Q0=AVn0

A-切削断面面积

n0-松散系数

V-推进速度

通常理论排土率用K =QS/Q0表示。

理论上K值应取1或接近1，这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩擦力大，碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量，以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。当碴土的流动性非常好时，由于螺旋输送机对碴土的摩阻力减少，有时会产生碴土喷涌现象，这时转速很小就能满足出土要求。

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。

隧道掘进机TBM和盾构机管理制度

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第一章总则

第一条为管好用好公司隧道掘进机（以下简称TBM）和盾构机（以下简称盾构）等成套设备，确保技术状况良好，延长使用寿命，提升公司在该领域的实力，更好地服务于施工生产，根据国家《全民所有制工业交通企业设备管理条例》和《中铁十八局集团有限公司机械动力设备管理规定》、《工程项目设备管理实施细则》，结合TBM（盾构）的特点，制定本办法。

第二条 TBM（盾构）管理，按照国家、中国铁建股份公司、公司的规定，贯彻执行“依靠技术进步，促进生产发展和预防为主”的方针，坚持设计、制造与使用相结合，维护与计划检修相结合，修理改造与更新相结合，专业管理与群众管理相结合，技术管理与经济管理相结合的原则。

第三条 TBM（盾构）管理的任务是：贯彻执行国家、中国铁建股份公司有关方针、政策、法令、法规，通过技术、经济、组织措施对其进行综合管理。变静态管理为动态管理，做到全面规划、合理配置、择优选购、正确使用、精心养护、安全运行、科学检修、适时改造更新，保持设备完好。不断改善和提高技术装备素质，充分发挥设备效能，取得良好的投资效益。

第四条加强TBM（盾构）管理和维修技术的科学研究，积极采用先进的管理方法和维修技术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法，不断提高TBM（盾构）管理和维修技术现代化水平。

第五条按照“统一领导，分级管理”原则，TBM（盾构）实行公司、子分公司两级管理。

第六条 TBM（盾构）管理是企业管理的重要组成部分，做好TBM（盾构）管理工作是各级领导的重要职责，其主要经济技术指标纳入单位领导责任目标，并定期考核。

第七条各级设备部门（或TBM技术部）要对TBM（盾构）的规划、选型、购置、安装、调试、验收、使用、保养、检修、改造、更新直至报废的全过程，实行综合管理。

全断面隧道掘进机盾构机安全要求

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全断面隧道掘进机（盾构机）安全要求

复合地层隧道盾构掘进机的改造

工艺与设备　广东建材２００６年第３期　复合地层隧道盾构掘进机的改造　江招胜黄威然　（广州地铁设计院　５１００１０）　竺维彬　（广州地铁建设总部５１０３８５）　摘　要：盾构机在二次使用前必须进行合理的检修和改造，本文以广州地铁两台三菱土压盾构隧　道掘进机改造为例，研究了复合地层中盾构检修和改造技术，重点说明刀盘结构、泡沫系统的改造。　关键词：隧道；复合地层；盾构；技术改造　盾构机造价昂贵，寿命往往超过一个隧道合同标的　掘进需要，可反复投入不同工点进行隧道掘进。例如　１９９０年上海地铁一号线使用的多台法国盾构，截至　２００５年仍然在上海地铁的不同合同标段掘进。广州地　铁同样面临着盾构的二次使用问题，与上海迥然有别的　是，广州的地质复杂，各种软硬不均的地层犬牙交错，盾　构机在施工中不仅磨损严重，而且在不同合同标中必须　根据地质变化进行较大的技术改造。本文根据广州地铁　工程实例，展开复合地层盾构二次使用的检查和改造技　术研究。　１盾构情况概述　广州地铁四号线万～仑区间，基岩为白垩系　统西　壕段（Ｋ２ｓｚｈ）的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，夹含砾　粗砂岩。岩性变化大，软硬差别较大。本隧道主要在（７）　层强风化带、（８）层的中等风化岩、（９）层的微风化岩　中通过，局部在（２一１）及（２—２）层的淤泥层。所用的两　台盾构机，于２００５年４月７日和４月２６日先后完成双　线累计３８３０．６２５延米掘进任务，计划经过维护改造后　继续投入地铁五号线车～三盾构区间使用。　车～三区间单线全长２４８０ｍ，主要穿越泥岩和泥沙　岩地层，岩石强度不高，一般在２０ＭＰａ左右，与万仑区间　地质状况基本一致。　盾构机在万～仑区间使用时没有发生较大的机械　故障，工程结束后对盾构机以下部位进行了检查：①刀　盘及其驱动机构：②液压系统；③高压供电系统；④盾尾　密封；⑤注浆系统；⑥泡沫注入系统；⑦加泥系统；⑧水　冷却系统；⑨管片吊运系统；⑩皮带输送机；（　测量导向　系统。　综合盾构机在万～仑区间施工中的表现，认为盾构　机主要存在如下问题：　（１）刀盘：①盘耐磨层有较严重磨损，部分耐磨片脱　一１３８一　落；②刀盘中部辐条变形，　中央回转轴与刀盘连接目　前靠焊接，可靠性较差，也　增加更换中心滚刀的难度。　（２）注浆系统：①Ａ液罐　搅拌轴端漏浆严重；②注浆　泵活塞密封组件和缸筒内　壁磨损较为严重，影响泵送　效率；⑧注浆千斤顶机构损　坏，注入孔需要彻底清理。　图１刀盘中部结泥饼　（３）管片吊运系统工作不稳定，　主要是双轨梁电动　葫芦及其行走机构存在问题。２号机问题较突出。　２盾构机的改造　２．１刀盘重新设计制造　要求增加刀盘的强度、刚度和耐磨性，提高抵抗变　形能力；增加泡沫注入孔数量，增设注水口，以改善渣土　的流动性。　改造项目：刀盘采用１６Ｍｎ钢制造，加厚辐条，总重　增加约６吨；泡沫注入孔数量由原来３个增加到５个，　增设两个注水口。取消仿行刀。相应的中心回转接头也　重新设计制造，使之与新刀盘匹配。　