【2019年整理】广州地铁盾构机选型参考
复杂条件下盾构施工技术(1)-选型及砂卵石地层
盾构选型中的地质因素： 广州地铁沿线的工程地质、水文地质条件比较复杂,其中最重要的特点是工程范围内的岩土均一性差,物理力学特性差异大。地铁围岩既有十分松软富水的淤泥质土、中细沙层,又有较坚硬的砂砾岩、花岗片麻岩、混合岩,以及介于上述两类岩土之间具不同风化程度的软塑～ 硬塑状粘性土层。软硬相间的红色砂泥岩是地铁隧道施工的主要地层。因此选择用于广州地铁施工的盾构时,要求它必须有与上述地质条件相匹配的性能。
7
转速控制 （微调性）
好
差
好
A:由于变频，可控制转速和进行微调 B:由于采用离合器，不能实现无级调速 C:控制液压泵排量，可控制转速和进行微调
8
噪音
小
小
大
C:液压系统的噪音一般大于电动机系统
9
盾构内 温度
低
较低
较高
C:液压系统功耗大，故温度较高
10
维护保养
易
易
较困难
B:维护保养工作较少 C:液压系统的维护和保养一般较复杂，要求较高。
3．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。 环境因素的制约 敞口型的盾构机引起的地表沉降大于网格式盾构，更大于密闭式的掘进机。
盾构类型与颗粒级配的关系
一般来说，细颗粒含量多，碴土易形成不透水的塑流体，容易充满土仓，在土仓中可以建立压力，平衡开挖面的土体。粗颗粒含量高的碴土塑流性差，实现土压平衡困难。 盾构类型与颗粒级配的关系详见下图，图中蓝色区域为淤泥粘土区，为土压平衡盾构适应范围，绿色区域为粗砂、细砂区，即可使用泥水盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构，黄色区域为卵石砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗粒级配范围。
广州地铁隧道施工中的盾构选型及盾构改进应用
地质 条件 需选 用不 同 的盾构 型式 ，如在 砂性土 中一 般采 用泥 水平 衡盾 构 ，而在 粘性 土层 中一般采 用土 压 平衡盾 构 。 但大 多数 城市地 质 条件往 往 比较 复杂 ， 不 是单 一 的地层 ，既 有砂性 土 也有粘 性土 ，甚至有 强 度较 高 的风 化岩层 。对 于 复杂 的地质条 件 ，采 用 盾 构 施工 时必 须进 行充 分 的研 究 与分析 ，否则会 给 盾构 施 工带 来 极 为不 利 的影 响【 。本 文结合 广 州 ｌ ～Ｉ 地铁 二 号线某 区间隧道 的旌 工 ，分析 了盾构选 型需 考虑 的因素 ，提 出 了盾 构选 型 的流程 ，阐述 了刀盘
根据岩样测试 ，本区间内，处于隧道断面中的
作 者 丁志 诚 简介 ：男 ．５ 岁 ，高 级工程 师 ，现 工作 于上海 隧道 工程股 份有 限 公司 ．主要 从事 隧道 的施 工 、管理及 科 研工 作 ． ｌ
维普资讯
第２卷 ｌ
第 ｌ 期 ２
丁志诚等．广州地铁隧道施工 中的盾构选型及盾 构改进应用
泥质粉砂岩和粉质泥岩 的饱和抗压强度 均处于 ０￣１ ａ ＂ ５ＭＰ 。图 １为该 区 间隧道 地质剖 面及 隧道 轴
线分布图。
Ｉ 场 地 条 调 Ｉ 地 质件 查
围 的环境 影响 较小 而得 到 日益广泛 的应 用 。不 同的
隧道 工程 是广州 地铁二 号线 的重 要组 成部 分 。区 间 隧道包 括左线 和右线 各一 条 ，单线长 ８ ０ｍ，隧道 ４ 衬 砌外 径为 ６０ ．ｍ，内径 为 ５４ ．ｍ，隧道 坡度 最大 为 ２．７ ，竖 曲线 Ｒ＝３００ｍ，５００ｍ 不等 ，平 ６ ‰ ７ ０ ０ 面 曲线 Ｒ＝６０ｍ，２００ｍ，３００ｍ不 等 ，隧道覆 ０ ０ ０ 土在珠 江 中间最 浅处约 ５５ 在海 珠 广场 站 出洞 口 ．ｍ， 覆土约 ｌ．ｍ。隧道衬砌每环 宽 １ ８２ ．ｍ，厚 ３ ２ ０ｃ ｍ。 ２２ 工程 地质 条件 ．
盾构机选型
一、工程概况宁和城际轨道交通NH-TA06标包含一站一区间，分别为华新路站、春江新城站～华新路站区间。
隧道长度：春江新城站～华新路站区间左右线总长度为3262.842m（左线长1635.5m，右线长1627.342m）；左右线间距: 13m～14.6m；隧道覆土厚度最小约11.1m，最大约49.61m；平面最小曲线半径为450m,区间最大坡度为22‰。
两区间隧道内净空：φ5.5m，管片外径φ6.2m.管片采用强度等级C50，抗渗等级P12。
宽度1.2m，厚度为350mm。
错缝连接，28个M30螺栓，强度等级为5.8级，螺母强度等级8.0级。
二、本段工程施工的难点1、本标段区间隧道主要穿越强风化凝灰岩、中风化凝灰岩、中风化安山岩。
2、盾构机在上软下硬地段掘进，由于下断面岩石强度大、上端面土层强度低，易发生开挖面失稳、隧道抬头、超挖量过大引起地层沉降等现象；3、沿线下伏J3l层全~中风化凝灰岩、安山岩，均具有强度高、低压缩性的特性。
天然状态下强度高，最高强度可达94MPa，对盾构刀具的磨损大，强度要求高，隧道穿越该岩层时应选择适宜强度的刀具，并及时检查、更换。
4、区间地层系上统龙王山组凝灰岩、安山岩，裂隙发育，局部岩体呈碎裂状，构造裂隙处有地下水分布，其透水性及赋水性受裂隙发育情况影响分布不均，局部水量较大。
三、对盾构机的设计要求基本功能要求⑴要求盾构具有开挖系统、开挖面稳定辅助支撑装置、出碴系统、碴土改良系统、人闸气压装置、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、自动测量导向系统、超前钻探和注浆（自动计量）等基本功能。
⑵对地层的适应性及开挖能力的要求区间隧道主要穿越强风化凝灰岩、中风化凝灰岩、中风化安山岩。
盾构设计时应重点考虑以下问题：①具有土压平衡和气压平衡掘进功能；②具有足够的破岩能力；③足够的刀盘驱动扭矩和推力；④合理的刀盘及刀具设计，恰当的刀盘开口率和合理的开口位置；⑤具有高水压状态下的防水密封能力；⑥能够对较大的岩土进行破碎，有效防止堵管；⑦刀盘、刀具、盾壳、等具有足够的耐磨性；⑧具有盾体防扭转能力；⑨足够能力的同步注浆系统；⑩碴土改良系统；⑪盾构的防喷涌功能；⑫防止刀盘中心结泥饼；⑬合理的人舱设计；⑭超前钻探和注浆。
盾构管片选型技术
不同的隧道工程所使用的管片的超前量是不 同的，超前量的大小在隧道管片设计上是最 重要的设计内容。一般超前量的大小起码要 能够适应隧道最小转弯半径的要求。但如果 超前量设计的过大，施工中很容易造成管片 错台和管片失圆，不但给管片拼装带来很大 困难，更影响隧道的防水和美观。
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盾构机管片选型技术
目录
一、盾构机管片选型原则 二、盾构机管片选型依据 三、盾构机电脑管片选型
一、盾构机管片选型原则
管片拼装时，通过转弯环与标准环的组合来 适应不同的曲线要求。管片拼装时按照以下 以下两个原则： 第一，要适合隧道设计线路； 第二，要适应盾构机的姿态。 这两者相辅相成，通过正确的管片选型和选 择正确的拼装点位，将隧道的实际线路调整 在设计线路的允许公差±50mm内。
管片对圆曲线段隧道的拟合计算步骤如下：
θ=2γ=2arctgδ/D 式中： θ---转弯环的偏转角 δ---转弯环的最大楔形量的一半 D----管片直径 将数据带入得出θ=0.3629 根据圆心角公式： α=180L/πR 式中：L---一段线路中心线的长度 R----曲线半径，取400m θ=α，将之代入，取得L=2.282
根据盾尾间隙进行管片选型
如果盾尾间隙过小，盾壳上的力直接作用在管 片上，则盾构机在掘进过程中盾尾将会与管片 发生摩擦、碰撞。轻则增加盾构机向前掘进的 阻力，降低掘进速度，重则造成管片错台（通 过调整盾构间隙，可以大大减少管片错台量）， 盾构一边间隙过小，另一边相应变大，这时盾 尾尾刷密封效果降低，在注浆压力作用下，水 泥浆很容易渗漏出来，破环盾尾的密封效果。
同时也可以看出如果继续拼装标准环的话， 下部的盾尾间隙将会进一步减小。通常我们 以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应 该拼装转弯环，在两个相反的方向上的行程 差值超过40mm时，就应该拼装转弯环进行 纠偏。
(完整版)盾构机选型计算书
设计依据：1.《广州市轨道交通五号线工程区庄至动物园南门区间详细勘察阶段岩土勘察报告》2.《广州市轨道交通五号线工程动物园南门至杨箕区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告》3.《广州市轨道交通五号线首期工程（滘口至文冲段）设计技术要求》4.广州市轨道交通五号线首期工程（滘口至文冲段）区庄站至动物园站区间招标设计及投标设计文件5. 广州市轨道交通五号线首期工程（滘口至文冲段）动物园站到杨箕站区间招标设计及投标设计文件6.《广州市轨道交通五号线首期工程（滘口至文冲段）施工图设计结构防水工程技术要求》7．《广州市轨道交通五号线[区庄站～动物园站～杨箕站区间]盾构工程设计合同》8.广州市地铁五号线总包总体部下发的工作联系单9.采用规范：1）《人民防空工程设计规范》（GB50225-1995）2）《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）3）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）4）《地铁设计规范》（GB50157-2003）5）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）6）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）7）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）8）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）9）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50007-2002）10）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）11）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1—2005）12）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299—1999）2003年版13）其他相关规范、规程工程概况本工程含区庄站～动物园站及动物园站到杨箕站两个盾构区间，盾构始发井设于杨箕站，盾构机于动物园站过站，盾构吊出井设于区庄站东侧。
两区间均属珠江三角洲平原，沿线路面交通繁忙，为密集的建筑物、高架桥桩基区，地下管线密布。
动物园站～杨箕站区间隧道下穿内环放射线黄埔大道A2标以及内环—梅东—中山—立交桩基，同时距东风广场会所及环风变电桩基较近。
盾构机附属配套设备选型方案(搅拌站)
砂浆设备的选型【工程概述】 广州市轨道交通三号线北延段土建11标〖矮岗～新机场南盾构区间〗，土建工程从矮岗站始发井始发，最后到达机场南盾构吊出井，工程总长3536.735m 。
隧道为双线，其中明挖为296.246m ，盾构区间为3240.489m 。
单线盾构区间长度1620.350m 。
线路水平最小曲线半径为1000m ，隧道埋深4～13m ，最大纵坡为25‰。
隧道主要在〈3-1〉、〈3-2〉、〈3-1〉、〈4-1〉、〈7〉、〈8C-2〉层中穿过。
盾构区间施工，采用德国海瑞克公司EPB-Sheild φ6250mm 土压平衡盾构机进行盾构施工。
一、砂浆设备的选型：A 、盾构机同步注浆需用量的确定盾构机开挖面直径为：φ盾构机外经＝6280mm ，φ管片外经＝6000mm ，每环管片宽B =1.5m ，注浆扩散系数K 取1.5。
则Q 同步注浆＝K L Q Q ⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-422管片外经盾构机外π =6.07（m 3）考虑部分消耗，所以取每环的Q同步注浆＝6.5m 3。
B 、搅拌机按施工能力选型双线掘进，每小时按两环考虑，则需砂浆搅拌能力为2×6.5=13m3/h。
保险系数取2（理论与实际操作相差较大），则需搅拌站能力为13×2=24 m3/h；可按30 m3/h考虑设计能力。
初步选用HZS35搅拌站，其中搅拌机为JS750强制性搅拌机，配料斗为HPJ1200A（砂石称最大称量值2000kg、配料精度±2%；粉料称最大称量值360kg、配料精度±1%；水称最大称量值300kg、配料精度±1%）。
C、水泥罐的选型良好地质，双线可掘进30环，则需要砂浆量为30×6.5＝195m3。
而每m3中约含水泥300kg，则每天需要水泥量为58.5T。
需用80-100T水泥罐。
80T，直径为2.8m。
即100T水泥罐，可持续隧道掘进51.3环同步注浆用量。
盾构机管片选型和安装
盾构管片选型和安装林建平在盾构法施工中，管片的选型和安装好坏直接影响着隧道的质量和使用寿命。
本文根据广州地铁三号线客～大区间的实际施工情况，就盾构管片选型和安装技术做总结分析。
一、工程概况客～大盾构区间分为两条平行的分离式单线圆形盾构隧道，总长度为3016.933米，管片生产与安装2011环。
管片外径6000mm，内径5400mm，宽度1500mm，防渗等级S10，砼C50。
依据配筋将管片分为A、B、C三类，C类配筋最高、B类配筋最低；管片的楔形量38mm，分左转、右转、标准三类。
二、管片的特征1、管片的拼装点位本区间的管片拼装分10个点位，和钟表的点位相近，分别是1、2、3、4、5、7、8、9、10、11。
管片划分点位的依据有两个：管片的分块形式和螺栓孔的布置。
拼环时点位尽量要求ABA（1点、11点）形式。
在广州盾构隧道管片要求错缝拼装，相邻两环管片不能通缝。
管片拼装点位有很强的规律，管片的点位可划分为两类，一类为1点、3点、5点、8点、10点；二类为11点、2点、4点、7点、9点。
同一类管片不能相连，例如1点后不能跟3、5、8、10这四个点位，只能跟11、2、4、7、9五个点位。
在成型隧道里两联络通道之间的奇数管片是同一类，偶数管片是同一类。
（竖列表示拼装好的管片，横向：√-表示可选后续的管片；×-表示不可选后续的管片）2、隧道管片排序鉴于管片拼装的规律性，所以盾构施工前必须对隧道管片做好排序，并根据设计，模拟出联络通道和泵房位置，管片拼到联络通道处时，点位要正好和设计点位符合，否则联络通道位置会被改变。
在本工程中，是从左线始发，第325、326环处是联络通道，此处拼装点位是11点，将标准块A3块拼到洞门位置。
盾构始发时的负环是6环，1环零环。
从负环到325环共332环，第325环是11点，相当于第332环是11点，那么负环第一环点位应该是1点，或3点、5点、8点、10点。
管片排序时，要优化洞门的长度，在广州洞门长度要求在400mm以上，一环管片的长度是1500mm，在条件允许的条件下，通过调整始发负环的位置，把每节隧道两端的洞门长度之和控制在1500mm以内，当隧道长度除以管片长度的余数大于两倍最小洞门宽度800mm（各地洞门的最小宽度要求不同）时，就取余数的一半为洞门长度。
广州地铁修建中的盾构选型_白中仁
无完全成功经验
软硬混合地层
碴土 改良 系统 、可 靠 的铰 接系 统 、人仓 加 压系统 、超前钻孔
掘进 困 难 , 需 要 带 压 进 仓换刀 或加 固地 层后 维 护刀盘
无完全成功经验
势 。 其中取得的经验教训为以后盾构在广州地铁中 的推广应用积累了经验 。
(2)二号线越秀 ～ 三元里区间 该区间主要为白垩系红砂岩地层 , 其间穿越走马 岗断裂 。区间隧道施工采用两台土压平衡式盾构 。盾 构设计总推力 33 000 kN , 盾构刀盘部分重 55 t , 几乎 是一号线盾构刀盘重量的两 倍 , 刀盘开口率 28 %; 配备可更换齿刀的双刃滚刀 13 把 , 仿形刀 1 把 , 小 齿刀 64 把 , 刮刀 8 把 , 中心刀 6 把 ;刀盘驱动采用全 液压设 计 , 额定 扭 矩 4 500 kNm , 最大 扭 矩 5 300 kNm , 大大超过了一号线盾构的水平 。 该盾构的其他先进之处还有 :大直径(D900)的 螺旋输送机 ;全液压驱动的高速管片安装机 , 6 个自
成功范例 二 号线 越 -三 区 间 , 江 -鹭区间 二 号线 越 -三 区 间 , 江 -鹭区间 二 号线 越 -三 区 间 , 江 -鹭区间
三号线大 -汉区间
花岗岩 、 混合岩
微风化岩层 混合地层
硬岩 上软下硬岩层
坚固 的刀 盘 Байду номын сангаас重型 滚 掘进困难 , 刀具磨损大 刀
无完 全 成 功 范 例 , 经 济 范围内 盾构只 能短 距离 掘进
第 2
04D01O4卷I 年:1第02.11月38期 07/ j .c nki .m tt . 200 4. 01. 003 M
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现代隧道技术 T unnelling Technolog
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广州地区地铁隧道施工用盾构机选型
1.1选型依据
本标段的盾构选型主要依据广州地铁三号线【AA站一BB站盾构区间】（以下简称【A— B】区间）盾构工程招标文件和岩土工程勘察报告，参考国内外已有盾构工程实例及相关的盾构技术规范，按照适用性、可靠性、先进性、经济性相统一的原则进行盾构机的选型。
1.1.1工程条件
AA站〜BB站区间隧道左右线总长6002.210m,其中盾构隧道左线长3000.010m,右线长3002.200m, 最小转弯半径800m最大坡度29.2%;隧道内径4 5400mm管片外径4 6000mm管片环宽1500mm本标段隧道采用两台盾构机施工，先后由AA站始发，向BB站掘进，施工隧道右、左线，掘进到达BB站后拆除。
右、左线隧道盾构始发时间相差一个月。
1.1.2地质概况
（1）岩性特点
根据岩土工程勘测报告，本区地层由第四系、白垩系下统组成，中间缺失第三系，第四系（ Q）厚8〜18米。
上部为第四系人工填土，厚0〜4米，全新统海陆交互相沉积的淤泥或淤泥质土、淤泥质砂，厚0〜7.9米；
下部为上更新统陆相冲洪积形成的砂土层，厚0〜8.2米；底部基岩残积形成的粘性土层，厚0〜17.3米。
白垩系下统白鹤洞组广岗段（K1b2）厚400〜450米，由紫红色钙质粉砂岩，泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹浅灰色泥灰岩、泥岩组成，微层理发育，含方解石，常见钙质斑块及少量斑点状石膏。
洞身穿过的围岩有＜3-2＞、＜4-1＞、＜4-2＞、＜5-1＞、＜5-2＞、＜6＞、＜7＞、＜8＞、＜9＞各岩土层，洞身范围内主要为＜7＞、＜8＞、＜9＞岩土层，稳定性较好。
在隧道靠车站两端的YK13+824.2〜YK15+95CM YK12+25S YK14+344.7段隧道直接穿越淤泥层和砂
层，隧道在该段埋深最浅（约为6.4m）,且YK13+87SYK13+95般地表有淋砂涌通过，隧道在该段埋深最浅，与涌河内地表水存在较强的水力联系，在掘进过程中极易坍塌，还可能发生喷砂、喷涌，是盾构机选型时考虑的重点。
隧道洞身范围围岩的天然最大抗压强度为58.7MP&按围岩类别划分，在本标段内，洞身范围内包含了I -IV 类围岩，按单线隧道长度统计计算，左线各类围岩长度比例为：隧底一皿类围岩长696米，占27.6%;用类围岩长175米，占6.9%; W类围岩长1650米，占65.5%;隧顶一I类围岩长696米，占27.6%;皿类围岩长175米，占6.9%;用类围岩长1210米，占48% W类围岩长440米，占17.5%。
右线各类围岩长度比例为：隧底一II类围岩长436米，占17.3%;用类围岩长540米，占21.4%; IV类围
岩长1545米，占61.3%;隧顶一I类围岩长705.5米，占28%皿类围岩长270米，占10.7%; m类围岩长1450米，占57.5%; W类围岩长95米，占3.8%（洞身穿过地段各类围岩长度及分布情况见表7-1、7-2、7-3、7-4）。
（2）水文地质
根据地层的富水程度及储水介质的不同，本区间（AA至BB区间）地下分第四系孔隙水及基岩裂隙水两种类型。
第四系孔隙水主要赋存于淤泥质砂及冲洪积砂层中，地下水埋深0〜3米，为饱水层，根据抽水试
验及渗透系数数值分析，水量丰富。
由大气降水及河、涌、珠江水补给。
基岩裂隙水主要赋存于基岩强风化、中等风化带的裂隙中，地下水埋深随基岩面的起伏而不同，一般为10〜20米，由于岩性及裂隙
发育程度的差异，其富水程度与渗透性也不尽相同。
根据地质剖面，＜4-1＞、＜4-2＞、＜5-1＞、＜5-2＞、＜6＞、＜9＞为不透水〜微透水层，岩体中基本无水，可视为隔水层，渗透系数K=4.6〜5.7m/d ; ＜3-2＞是冲、洪积形成的中、细砂层，为中等透水层，渗透系数K=4.6〜5.7m/d ; ＜7＞、＜8腮岩层强风化、中等风化带，岩性为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，为弱〜中等透水层，渗透系数K=0.75〜1.45m/d。
1.1.3线路的地面、周边环境
隧道覆土变化大，最大为29.4m,最小为6.6m左右。
该标段区间线路在接近后活涌以南从多栋建筑
物下穿过。
1.1.4地面沉降量控制及掘进方向控制误差
(1) 沉降量控制在+10〜-30mm范围内，能满足穿越密集建筑物地区的需求。
(2) 设有自动导向系统，具有足够的掘进方向控制能力及自动纠偏能力，掘进方向误差不超过土50mm
1.1.5盾构机寿命
主要部件寿命应大于9000m主轴承寿命10000h,主轴承密封寿命大于6000h。
1.1.6施工工期要求
本标段盾构区间的盾构机掘进施工工期安排如下：
2003.5.15第一台盾构机到达广州港
2003.6.15第二台盾构机到达广州港
2003.5.16〜2003.7.4第一台盾构机下井组装调试；
2003.7.5第一台盾构机从AA站右线始发；
2003.11.28〜2003.12.17盾构机过右线矿山法段，再次始发；
2004.6.15第一台盾构机到达右线掘进终点；
2003.6.16〜2003.8.4第二台盾构机下井组装调试；
2003.8.5第二台盾构机从AA站左线始发;。