盾构机的种类构造选型及管片拼装技术[详细]
隧道与洞室工程盾构的基本构造
• 通过刀盘支撑，可以得到一些挡土效果。
• 适用各类土层，尤其适用于极易坍塌的砂性土层中的长隧道，可连续掘进挖土。 • 由刀盘切削产生的土经过刀盘上的预留槽口进入土舱，提升和流入漏斗后，再
通过传送带运入出土车。 • 作业环境好、省力、省时、省工、效率高
二、封闭式盾构的基本构造
盾构种类繁多，从盾构在施工中的功能而言，其基本构造主要分为盾构壳体、 推进系统、拼装系统三大部分。
盾构的主要构成部分，即盾构机体本身也就是盾构壳体，主要包括外壳、尾封 和中折装置三部分组成。
刀盘
前盾
——盾构组成
盾体
中盾
尾盾
后配套设备
配套台车、管片运输设备、出土 设备、注浆系统、监控系统等。
• 该盾构通过给泥浆一定的压力以保 持开挖面的稳定性，
• 并通过循环泥浆将盾构推进时切削 下来的土砂等土体送入泥水室，以 流体方式输送运出。
• 由搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用流体输送系统送出地面 • 把送出的浓泥水进行水土分离 • 然后把分离后的泥水再送入泥水室,不断循环使用
• 其全部工程均由中央控制台综合管理，可实现施工自动化。
• 沿纵向可分为前、中、后三段，分别称为切口(切口环) 、支承(支撑环)和盾 尾三部分构成，借以外壳钢板联成整体。外壳采用钢板焊接成，并用环形梁 加固支承。
• 一般把圆形断面盾构的外壳板的厚度定在50~100mm。
按开挖方式分类 按挡土形式分类 按工作面加压方式分类
1. 手掘式盾构 2. 半机械式盾构 1. 开放式
2. 密闭式 3. 机械式盾构
1. 气压式 2. 泥水加压式 3. 削土加压式 4. 加水式 5. 加泥式 6. 高浓度泥水加压式
盾构通用环管片选型技术
一、引言
目前国内地铁盾构隧道衬砌管片形式主要有普通环形式和通用环形式。 普通环形式包括标准环和左右转弯环，在直线段使用标准环，曲线段采 用左右转弯环，竖曲线则使用不同厚度的橡胶垫块拟合，需要设计和加 工直线、左转、右转以及特殊形式的圆环，由于转弯环的拼装点位是较 为固定的，从而不利于在隧道施工中对隧道轴线的精确控制。目前北京、 上海、广州、南京、杭州、天津、西安、哈尔滨等城市地铁采用普通环 管片型式。
mm×K21=1 52.80 m-1m7.（2 ≈24.8×172.=2 49.6 mm7.）1
-7.1
K12
-18.6
18.6
0
0
K13
-17.2
17.2
-7.1
7.1
K14
-13.2
13.2
-13.2
13.2
K15
-7.1
7.1
-17.2
17.2
三、通用环管片选型影响因素
如何在盾构掘进完成一环时通过盾构掘进施工参数进行通 用环管片选型？ 错缝拼装 盾尾间隙 推进千斤顶油缸行程差 管片姿态
7.1
-7.1
-17.2
17.2
K2
13.2
-13.2
-13.2
13.2
即沿半K径3 R=3001m7.2的曲线每-1前7.进2 1.2 m-，7.需1 要 24.87.m1 m 的楔形
量以抵K消4 因曲线所18产.6生的内外-1弧8.6长差。 0
0
本工K5程管片环在17平.2 面上的楔-1形7.2量有 37.27.1mm、 34-.73.61 mm、
管片成型轴线与设计轴线的夹角等于盾构轴线与设计轴线夹角加上管 片轴线与盾构轴线夹角。
第14讲盾构机分类及选型-
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
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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
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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。
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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
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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]
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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
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盾构机的分类及选型
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盾构机的分类及选型
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，
• 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。
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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
4．盾构工法的选定程序流程图
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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。
的是泥水盾构和土压平衡盾构。
新干线TUNNEL
◆手掘式盾构 ◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
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盾构机的分类及选型 闭胸式 SHIELD
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盾构机的构造
盾构机的构造
盾构机的构造
一、盾构的外形和材料
1.盾构的外形
盾构的外形就是指盾构的断面形状，有圆形、双圆、三圆、矩形、马蹄形、半圆形或与隧道断面相似的特殊形状等。
2.制造盾构的材料
盾构主要用钢板（单层厚板或多层薄板）制成，钢板一般用A3钢。
钢板间连接可采用焊接和铆接两种方法，大型盾构考虑到水平运输和垂直吊装的困难，可制成分体式，到现场进行就位拼装，部件的连接一般采用定位销定位，高强度螺栓联接，最后焊接成型。
二、盾构的基本构造
（一）盾壳
盾构的壳体由切口环、支撑环和盾尾三部分构成，外壳采用钢板焊接成整体，如图所示。
1.切口环部分
它位于盾构的最前端，用于开挖和挡土，施工时切入地层并掩护开挖作业。
切口环前端设有刃口，以减少切土时对地层的扰动。
切口环的长度主要取决于支撑、。
盾构机的构造及工作原理 [兼容模式]
![盾构机的构造及工作原理 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/1215bc3e10661ed9ad51f341.png)
软土盾构
Ø软土盾构是指适用于未固结成岩的软土、某些半固结成 岩及全风化和强风化围岩条件下的一类盾构。 Ø软土盾构的主要特点是刀盘仅安装切刀和刮刀，无需滚 刀。
复合盾构
Ø复合盾构是指既适用于软土、又适用于硬岩的一类盾构 ，主要用于既有软土又有硬岩的复杂地层施工。 Ø复合盾构的主要特点是刀盘既安装有切刀和刮刀，又安 装有滚刀。
刀盘支撑
刀盘支承方式有3种： Ø 中心支承式（适用于中小型直径盾构） Ø 中间支承式（适用于中大型直径盾构） Ø 周边支承式（适用于小型直径盾构）
①中心支承方式
②中间支承方式
③周边支承方式
中体
中体又叫支承环是盾构的主体结构，承受作用于盾构上的全部 载荷。是一个强度和刚性都很好的圆形结构，地层力、所有千斤 顶的反作用力、刀盘正面阻力、盾尾铰接拉力及管片拼装时的施 工载荷均由中体来承受。中体内圈周边布置有盾构千斤顶和铰接 油缸，中间有管片拼装机和部分液压设备、动力设备、螺旋输送 机支承及操作控制台。有的还有行人加、减压舱。中体盾壳上焊 有带球阀的超前钻预留孔，也可用于注膨润土等材料。
螺旋输送机
皮带输送机
皮带机用于将螺旋输送机输出的碴土传送到盾构后配套的碴车 里。皮带输送机的驱动方式采用电动驱动或液压驱动，皮带机由皮 带机支架、前随动轮、后主动轮、上下托轮、皮带、皮带张紧装置、 皮带刮泥装置、和带减速器的驱动电机等组成。安装布置在后配套 连接桥和拖车的上面。为安全起见，其上设有3处急停开关。
维修工人
刀盘应满足以下要求
l刀盘应有足够的强度和刚度。 l刀盘应有较大的开口率。 l针对地层的变化，能够方便地更换硬岩滚刀和软岩齿刀。 l刀盘结构应有足够的耐磨强度。 l刀盘上应配置足够的渣土搅拌装置。 l刀盘上应配置足够的注入口，各口并装有单向阀。以满 足刀具的冷却、润滑和渣土改良。
盾构机分类及选型 概要
2020年2月29日12时59 分
? (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
◆手掘式盾构
2020年2月29日12时59 分
◆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年2月29日12时59 分
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年2月29日12时59 分
不同地质条件下全断面掘进机选型
0,25
柔软
0,50
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
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?盾构掘进机选型的一般程序
2020年2月29日12时59 分
不同地质条件下全断面掘进机选型
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 % 50 <d 40
EPB
Foam
率 30
过 通
20
分 10
筛0
0,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2
《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年2月29日12时59 分
盾构机结构详解
盾构机技术讲座一.盾构机结构（EPB整体结构图）盾构是一个具有多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和了盾构施工进程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全数的功能，目前，盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被普遍利用。
其优势如下:1. 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的阻碍。
2. 能够经济合理地保证隧道平安施工。
3. 盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输操纵信息化。
4. 掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。
5. 地面环境不受盾构施工的干扰。
其缺点为：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。
盾构作为一种爱惜人体和设备的护体，其外形（断面形状）随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。
（如：人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车）。
而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及本钱相对低廉，绝大部份盾构仍是采纳传统的圆形。
为适应各类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：（4）开胸式；（5）半开胸式（半闭胸式、欠土压平稳式）；（6）闭胸式（土压平稳式）；（7）气压式。
软土盾构机适应于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩。
刀盘只安装刮刀，无需滚刀。
硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整，只安装滚刀，不需要刮刀。
混合盾构机适应于以上两种情形，适应更为复杂多变的复合地层。
可同时安装滚刀和刮刀。
气压盾构是在加气压状态下的施工模式，即可用于泥水加压式盾构机，也可用于土压平稳式盾构机。
模式型软土盾构机硬岩盾构机混合盾构机土压平衡泥水加压开胸式★★★半开胸式★★★闭胸式★★★★以下以海瑞克公司在广州地铁利用的典型土压平稳式盾构机为例：盾构机总图整体外形尺寸：Φ6280X75000mm总质量：520t装机总功率：最大掘进速度：80mm/min第一节：主机结构（盾体及刀盘结构）断面形状：圆形、用钢板成型制成，材料为：S335J2G3。