土压平衡盾构标准
土压平衡盾构机标准◇前言
◇ 1. 范围
◇ 2. 规范性引用文件
◇ 3. 术语和定义
◇ 4. 符号
◇ 5. 总则
◇ 6. 盾构主机
◇7. 液压系统
◇8. 附属系统
◇9. 盾构电气系统
◇10. 技术要求
◇11. 试验方法
◇12. 检验规则
◇13. 标志、标签、使用说明书
◇14. 包装运输贮存
◇附录A（资料性附录）刀盘扭矩计算法
◇附录B （资料性附录）盾构装备推力阻力计算法
◇附录C （资料性附录）液压元件的选择
我国从六十年代开始用盾构法开挖隧道，先后制造了各种类型的盾构，取得了用盾构法开挖隧道的经验，盾构的制造技术也不断提高，生产的盾构广泛用于地下工程，为我国的城市建设做出了重大贡献。然而到目前为止，我国还没有盾构的国家标准。为了促进技术进步、提高产品质量、扩大对外开放、加快与国际惯例接轨，根据多年来制造盾构的经验，特制定了本标准。
本标准由建设部标准定额研究所提出
本标准由建设部给水排水产品标准化技术委员会归口。
本标准主要起草单位：上海隧道工程股份有限公司
本标准规定了土压平衡盾构掘进机（以下简称盾构）设计应遵守的基本原则和计算方法，并规定了盾构制造和验收的技术要求、试验方法、检验规则及包装、标志、储运。
本标准适用于在软土、粘土、砂土中运用的5.5m～7.0m土压平衡盾构。
规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
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GB755—2000 旋转电机定额和性能
GB3098.1—2000 紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱
GB4028-1993 外壳防护等级（IP代码）
GB4205-2003 人机界面（MMI）—操作规则
GB7947-1997 导体的颜色或数字标识
GB14048.2-2001 低压开关设备和控制设备低压断路器
GB50017-2003 钢结构设计规范
GB50052－95 供配电系统设计规范
GB50054－95 低压配电设计规范
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GB50169-1992 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范
GB50170-1992 电气装置安装工程旋转电机施工及验收规范
GB50171-1992 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范
GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范
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GB/T987-1991 带式输送机基本参数与尺寸
GB/T1184—1996 形状和位置公差未注公差值
GB/T1231—1991 钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件
GB/T1801-1999 极限与配合公差带和配合的选择
GB/T2900.18-1992 电工术语低压电器
GB/T3633—1995 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件
GB/T3766—2001 液压系统通用技术条件
GB/T4942.2—1993 低压电器外壳防护等级
GB/T7935—1987 液压元件通用技术条件
GB/T10595-1989 带式输送机技术条件
GB/T13869—1992 用电安全导则
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传感器接口（AS-I）
GB/T18858.3-2002 低压开关设备和控制设备控制器—设备接口（CDI）第3部分：DeviceNet GBJ149-1990 电气装置安装工程母线装置施工及验收规范
JB4730-94 压力容器无损检测
JB/T5000.12-1998 涂装通用技术条件
JB/T5943-91 焊接件通用技术条件
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NAS1638 美国宇航标准
术语和定义
3.1土压平衡盾构Earth pressure balance shield machine 由刀盘旋转切削土体，切削后的泥土进入密封土舱，在密封土舱内泥土压力与开挖面泥土压力取得平衡的同时，由螺旋输送机进行连续出土的盾构。适合在粘土、砂土、砂砾等土层中进行掘进施工。
3.2刀盘Cutting wheel 在盾构前端装有刀具，能旋转切削土体的钢结构。
3.3刀盘驱动装置Main drive 驱动刀盘旋转的装置。该装置包括液压设备(或电动机、离合器)、减速器、大小齿轮、大轴承等。
3.4管片Segment 构筑隧道衬砌的拼装式预制弧型构件。有钢筋混凝土管片、复合管片和钢管片等。
3.5管片拼装机Erector 拼装管片的机械装置。能夹持管片，作圆弧运动、径向运动和纵向运动等。
3.6螺旋输送机Screw conveyor 输送土仓中土体的机械装置，包括螺旋机和驱动装置。
3.7盾构壳体Shield 保护掘进设备的钢结构外壳。包括切口环、支承环、盾尾环三部分。
3.8盾尾密封系统Tail skin seal system 为防止衬砌环与盾构之间施工空隙涌水、漏泥而设置，由密封刷和油脂加注装置等组成的系统。
3.9后方台车Gantry 在隧道内装载着掘进所需主要机、电、液装备并跟随在盾构后行走的台车。
3.10推进液压缸Thrust jack 用来推动盾构前进的液压缸，能克服盾构推进时所遭遇的阻力。
3.11铰接装置Articulation 为确保隧道曲线段施工而设置。主要由铰接液压缸、密封装置以及铰接止转装置等组成。
3.12盾构外径Outer diameter 盾构的外径即指盾壳的最大外径。
3.13盾构总长Total length of shield 盾构总长是指盾构最前点至后方台车最后点长度的最大值。
3.14盾构主机长度Length of shield including screw conveyor 盾构主机长度是指盾构的最前点到螺旋机最末点的长度。
3.15盾构总重Total weight of shield 盾构总重指盾构总长范围内所有设备及结构件的总重量。
3.16开口率Open ratio 刀盘开口率是面板开口部分的面积（刀头投影面积忽略不计）与刀盘面积的比值，即。
3.17盾构推进速度Advance speed 盾构推进速度是指盾构工作时的掘进速度。
3.18盾构装备推力Thrust force 盾构的装备推力盾构推进机构所能提供的最大推力。
3.19盾构灵敏度Sensitivity 盾构灵敏度即盾构壳体长度与盾构外径的比值。
3.20盾尾间隙Tail clearance 盾尾间隙是指衬砌环外径与盾构壳体内径之间的间隙。
4.1几何符号
A―面积；
D―直径；
L―长度；
t―厚度。
4.2计算系数
α―扭矩系数；
C―耗气系数；
K ―安全系数；
n―输送能力备用系数。
4.3其他常用符号
F―力；
T―扭矩；－速度；－功率；
Qa―耗气量；
QS―螺旋机输送量；－电流；－电压；－效率；－转速；
ω―角速度；
ω0―开口率。
5.1土压平衡盾构的应用范围
土压平衡盾构适合在粘土、砂土、砂砾等土层中进行隧道掘进施工。
5.2土压平衡盾构的系统构成
5.2.1系统的基本构成盾构主体盾尾密封系统刀盘和刀盘驱动系统推进系统管片拼装
机螺旋输送机液压系统后方台车管片吊装机构同步注浆系统润滑系统冷却系统供配电装置照明装置检测装置二次回路
5.2.2可选择的系统皮带输送机铰接装置气闸和压缩空气站加泥加水加泡沫装置数据
采集系统施工轴线连续测量装置
5.3载荷盾构上的载荷可分为运作载荷及外部载荷两种
5.3.1运作载荷运作载荷发生在盾构的垂直及水平方向。可以用载荷的最大组合来确定盾
构尺寸，这些载荷是结构设计和设备能力计算的主要依据。运作载荷是由于机器工艺及现场运作在盾构结构内部引起的全部载荷的总称。最主要的运作载荷来源于推进油缸、拼装管片、切削土体、注浆压力等。
5.3.2外部载荷外部载荷就是土压、水压、开挖面支撑压力、上覆荷载、变向荷载及其他
作为一个整体施加在盾构结构上的载荷的总称。外部载荷可分为盾构四周载荷、盾构正面载荷和盾构变向载荷三部分。
5.3.2.1盾构四周载荷由土压及水压引起的外部载荷垂直作用在盾构四周面上，即盾壳面
上的载荷。
5.3.2.2盾构正面载荷由作用于盾构正面开挖面的土压力和水压力，或泥土和泥水的灌注
压力造成的阻力载荷。
5.3.2.3变向载荷当盾构在曲线上推进或修正蛇行时，盾构承受与其偏心推力相平衡的地
层土抗力的作用荷载。
盾构主机
6.1 盾构主体
6.1.1 盾构外径
盾构外径必须根据衬砌环外径、衬砌环外径与盾构壳体内径之间间隙、盾构壳体钢板厚度确定。可按公式（１）计算。
（1）
式中：
—盾构外径，；
—衬砌环外径，；
—盾尾间隙，；
—盾尾壳板厚度，。
6.1.2 盾构长度（参见图1）
盾构长度
6.1.2.1 盾构壳体长度()
盾构壳体长度()是指壳板长度的最大值。根据地质条件、盾构的结构形式、转弯半径、衬砌环宽度、管片拼装施工形式等因素确定。可由公式（2）表达：
（2）
式中：
—切口环长度，；
—支承环长度，；
—盾尾长度，。
6.1.2.2 盾构机体长度()
指盾构的前端到盾尾的长度,可由公式(3)表达
（3）
式中：
—盾构机体长度，；
—盾壳长度，；
—刀盘长度，；
6.1.2.3 盾构主机长度(L)
盾构主机长度是指盾构的最前点到螺旋机最末点的长度，如图（1）所示的L。
6.1.2.4 确定盾构壳体长度时，必须考虑盾构灵敏度，即盾构壳体长度与盾构外径的比值，一般在０.75～1.5之间。
6.1.3 切口环
6.1.3.1 切口环是保持开挖面的稳定、将挖掘下来的土砂向后方移动的通道。
6.1.3.2 切口环的长度一般取0.8～1.2倍的管片宽度。
6.1.4 支承环
6.1.4.1 支承环是盾构承受土压力及主机设备载荷的受力构件。
6.1.4.2 支承环的长度应满足设备安装空间的需要，结构必须有足够的强度和刚度来支撑切口环和盾尾。
6.1.4.3 支承环的前部与后部均应设置环状的刚性结构件，一般采用纵筋板、横筋板对支承环进行加固。在设计纵筋板时,应确保其能支承由支承环传递来的载荷，也能支承管片拼装机、排土装置、后方作业平台等载荷。
6.1.4.4 有铰接系统的盾构其支承环必须注意分割部位周围的强度和刚度。
6.1.5 盾尾
6.1.5.1 盾尾的长度应根据衬砌环在盾构内的组装长度和盾尾密封的形状及其层数决定，同时考虑到隧道的曲线施工等因素，需要有一定的富裕量。
6.1.5.2 盾尾的长度一般可采用公式（４）计算（参见图２）：
（４）
式中：
—盾尾长度，；
—盾构推进油缸安装长度，；
—管片拼装富裕量，；(一般为左右,对于轴向插入型封顶块管片，须根据管片插入角度适当加长)；
—管片宽度,；
—其它富裕量（管片在盾尾内的部分长度余量）,；
—盾尾刷安装长度,。
6.1.5.3 盾尾的内径应是在衬砌环外径上再加上施工所需的盾尾间隙20～40mm的余量（半径方向）。
盾尾长度
6.1.5.4 盾尾壳板的厚度在不产生有害变形的范围内,应尽可能薄一些，可采用高强度钢板作盾尾的材料，但必须确保盾尾密封安装所需的厚度。
6.1.6 盾尾密封
6.1.6.1 盾尾密封的设计高度主要由衬砌环与盾尾之间产生的环状空隙确定，其密封工作范围在20mm~40mm之间。
6.1.6.2 盾尾密封的设计必须满足下列条件：必须能够承受由土压和水压产生的压力，以及泥浆压力。
6.1.6.3 为了提高止水性，需安装3段以上的盾尾密封。对于安装的段数，必须根据盾构的外径、地质条件、施工过程中是否须更换盾尾密封等条件决定。
6.1.6.4 盾尾密封的形式通常有钢丝刷、钢板束等。材料应具有弹性，在盾构推进油缸推力反复作用及管片变形条件下保持防水功能。
6.2 刀盘和刀盘驱动系统
6.2.1 刀盘形式
6.2.1.1 刀盘形式必须按能适合地质情况、切实发挥其功能的原则选定。
6.2.1.2 应充分考虑盾构形式、刀盘形式、刀盘支承方式、刀盘装备扭矩、刀盘开口率、刀具、装备推力以及它们的组合方式等因素。
6.2.1.3 刀盘结构形式分为：辐条形、面板形（见图３）。具体形式应根据施工条件、土质条件等决定。
a)面板式b）辐条式
6.2.2 刀盘的支承方式
6.2.2.1 刀盘的支承方式必须按适合盾构直径、土质条件等要求来选定，必须考虑与排土装置的组合方式等因素。
6.2.2.2刀盘的支承方式有中心轴方式、中间支承方式和周边支承方式（见图４）。
a）中心支承式b）中间支承方式c)周边支承方式
刀盘的支承方式
6.2.3 刀盘开口率
6.2.3.1 刀盘的开口必须根据地质条件、开挖面的稳定性和挖掘效率来决定其形状、尺寸、配置。
6.2.3.2开口率按公式（５）计算：
（５）
式中：
ω0-开口率
A S-面板开口部分的总面积（刀头的投影面积忽略不计），m2；
A r-刀盘面积,m2。
6.2.4 刀具
6.2.4.1 刀具必须按适合土质条件的原则决定其形状、材质和配置。
6.2.4.2 切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具，刀具的形状必须按适合土质的原则选择，必须注意前角和后角。一般来说，对于胶结性粘土，前角、后角要大；对于砾石层，角度要小。（参见图５）
切削刀的形状
6.2.4.3 刀具按其切削功能来分，除了主切削刀还有中心刀、周边刀、先行刀（包括壳形刀、撕裂刀）等。
6.2.4.4 刀具的高度需要根据土质条件、切削距离、掘进速度、切削转速和切入深度等因素决定。一般先行刀的高度高于切削刀。
6.2.4.5 材质：刀具的刃口材质常采用硬质合金。
6.2.4.6 刀具的配置：刀具的配置必须根据土质条件、盾构外径、切削速度、施工总长度等决定。
6.2.4.7 刀具的布置应充分满足刀盘正反转的切削性能，能做到全断面切削。
6.2.5 超挖装置
超挖装置是为了满足施工要求而装备的，必须适合土质条件和施工条件，必须能充分发挥超挖功能。
6.2.5.1 超挖刀
超挖刀头从刀盘内向盾构外侧突出，沿盾构全周方位以一定量进行超挖切削。刀头突出可以是通过油压调整的方式和刀盘最外侧设置固定刀盘的方式。
6.2.5.2 仿形刀
仿形刀是安装了仿形机构的超挖刀。仿形机构能根据需要，将切削刀头按仿形量伸出盾构外周进行切削。
6.2.6 刀盘驱动土砂密封
6.2.6.1 刀盘驱动土砂密封必须能保护驱动轴承，避免土砂、地下水、添加剂等侵入。
6.2.6.2 刀盘驱动土砂密封必须足以承受压力舱内的泥土压、地下水压、添加剂压力和气压。
6.2.6.3 刀盘驱动土砂密封应根据覆土深度、地下水位、添加剂注入压力、施工总长度等确定其安装位置、层数、滑动速度、润滑油脂量、加油脂压力等参数。
6.2.6.4 刀盘驱动土砂密封的安装位置根据刀盘支承方式决定（参见图６）。
刀盘驱动土砂密封的安装示意图
6.2.6.5 刀盘驱动土砂密封的材质：由于在承受水压和土压等恶劣环境中使用，刀盘驱动土砂密封必须具有耐压性、耐磨损性、耐油性、耐热性。
6.2.6.6 在长距离、高水压等恶劣环境施工中，为了确保刀盘驱动土砂密封的耐久性，需要进行良好的管理。包括润滑脂的注入压力、注入量管理、出渗物取样、温度传感器探测刀盘驱动土砂密封温度的管理。
6.2.7 刀盘装备扭矩
6.2.
7.1 刀盘装备扭矩必须根据地质条件、盾构形式、盾构结构决定。
6.2.
7.2.刀盘装备扭矩一般有两种计算法：设计扭矩计算法、经验计算法。
6.2.
7.3 设计扭矩计算法见公式（６）、公式（7）：
（6）
（7）
式中：
—由土体的抗剪力产生的扭矩，Ｎ ｍ；
—切削刀头在切削土体时产生的切削扭矩，Ｎ ｍ；
—刀盘驱动土砂密封的摩擦阻力产生的扭矩，Ｎ ｍ；
—轴向载荷的扭矩，Ｎ ｍ；
—径向载荷的扭矩，Ｎ ｍ；
—搅拌棒搅拌土舱的土体时产生的扭矩，Ｎ ｍ；
—刀盘所需扭矩，Ｎ ｍ；
—安全系数；
—刀盘装备扭矩。
具体计算参见附录A。
6.2.
7.4 经验计算法见公式（8）
（8）
式中：
—刀盘装备扭矩，Ｎ ｍ；
—盾构外径，ｍ；
—扭矩系数。
扭矩系数根据盾构直径、土质等不同而不同。土压盾构的一般为：1.4～2.3。
刀盘驱动扭矩的实际配置应≥刀盘装备扭矩
6.2.8 刀盘驱动方式
刀盘驱动应传动可靠，可以实现正反转。刀盘驱动形式主要有两种：液压驱动和电机驱动。
6.2.9 刀盘转速
刀盘转速应根据地质条件、施工要求确定，最高转速一般在0.5～1.5r/min。
6.2.10 搅拌装置
搅拌装置必须在刀盘的开挖部位、取土部位有效地使土砂进行相对运动，防止发生共转、附着、沉淀等现象。搅拌机构有以下几种，可单独使用，也可组合使用，如图(7)所示。
搅拌装置
6.2.10.1 刀盘上的刀具、轮辐、中间梁在开挖过程中也起到搅拌的作用。
6.2.10.2 刀盘背面的搅拌翼
6.2.10.3 设置在螺旋输送机芯轴上的搅拌翼
6.2.10.4 设置在密封舱壁上的固定翼
6.2.10.5 独立驱动搅拌翼
6.3 推进机构
6.3.1 推进机构的功能
推进机构主要靠推进油缸顶在已拼装好的隧道管片上向前推进或调整方向。推进油缸应有足够的力量克服盾构推进过程中所遇到的最大阻力，并留有一定富裕量。
6.3.2 推进油缸的选型和配置
推进油缸的选型和配置应根据盾构的操作性、管片组装施工方便性等确定。根据盾构各管片分布方位和受力点布置各油缸的最佳位置。推进油缸选型、配置时，必须注意下列事项：
a) 推进油缸应选用重量轻、耐久性好、结构紧凑的推进油缸，一般选用高压油缸。
b)推进系统不仅要考虑满足盾构设备在掘进中推力的需要，同时还要根据管片拼装的要
求进行布置。
c)推进油缸一般情况下等间距或不等间距配置在盾构壳板内侧附近，位置的确定要兼顾
管片的强度。
d)推进油缸配置时，应使推进油缸轴线平行于盾构轴线。为了防止盾构转动，有一部分
也会采用倾斜配置。
e)推进油缸的推力和数量应根据盾构外径、总推力、管片结构和隧道路线等因素确定。
6.3.3 顶块
6.3.3.1 在盾构推进油缸的活塞杆顶端，必须设置顶块。顶块的结构必须能保证推力通过球铰接头等均匀分布在管片的端面上。
6.3.3.2 为了尽量减小作用于管片的偏心力，可以让顶块中心偏离推进油缸中心线(参见图８)。
推进油缸顶块的偏心设置
6.3.4 推进油缸行程
推进油缸的行程必须根据管片宽度加上所需富裕量来决定。行程富裕量是在盾尾内组装管片时所必须的，并且对于盾构的曲线施工也必须有足够的富裕量长度。盾构推进油缸的行程为管片宽度加上100～150mm的富裕量。对于封顶块，需根据管片插入方法来决定推进油缸的行程。
6.3.5 推进油缸的工作速度
盾构推进油缸的工作速度必须根据推进速度和施工效率决定。当全部油缸在系统额定流量下工作，推进油缸的工作速度一般为30～l00mm／min左右。推进油缸回程速度，从提高施工效率来讲，应高于推进速度。
6.3.6 盾构的装备推力通常有两种计算法：阻力计算法和经验计算法，由两者综合考虑决定装备的总推力。
6.3.6.1 装备推力F阻力计算法见公式（9）：
（9）
式中：
—盾构装备推力, kN；
—盾壳和土体之间的摩擦阻力或粘附阻力, kN；
—盾构正面阻力, kN；
—管片和盾壳内层板之间的摩擦阻力，kN；
—盾构切口环刃口的切入阻力，kN；
—变向阻力(曲线施工、蛇行修正、变向用稳定翼、挡板阻力等)，kN；
—牵引后方台车的前进阻力，kN；
—由切削刀盘引起的轴向阻力，kN；
—安全系数，考虑装备余量一般=2。
具体计算参见附录B.
6.3.6.2 经验计算法装备推力见公式（10）
（10）
式中：
—盾构装备推力，kN；
—单位推力(开挖断面单位面积的推力)，kN／ｍ２，不小于1100 kN／ｍ２；
—开挖断面面积，ｍ２。
6.4 管片拼装机
管片拼装机是可以安全迅速地把管片组装成所定形式的机械。
6.4.1 管片拼装机的选择
拼装机必须根据盾构的形式和规模、管片的形式、渣土的处理方法、工作循环等因素选择，以保证管片组装工作的安全性及准确性。
6.4.2 管片拼装机种类
管片拼装机的形式有盘式和中心筒体式等多种形式（参见图９、图10）。盘式拼装机一般以挡轮、托轮定位；中心筒体式一般以大轴承来定位。
盘式拼装机
中心筒体式拼装机
6.4.3 管片拼装机的设计原则
拼装机必须运转平稳、动作准确、操作安全方便。目前一般都采用液压马达驱动，具有多种模块化设计的功能配件供选用，以解决平衡、运动缓冲、停车制动等功能，以保证回转运动及直线运动的可靠性。
6.4.4 管片拼装机的性能应满足：
ａ）提升力应是最大提升总重量的1.5～2倍；
ｂ）平移力应是克服平移阻力的2～5倍；
ｃ）回转速度有低速和高速两档。在0～1.5r／min之间可调整；
ｄ）平移距离应根据管片的宽度、封顶块插入的形式、纠偏等因素综合考虑；
ｅ）回转驱动装置应带有液压或其他形式的制动器。
6.4.5 管片夹持装置（拼装机夹具）
6.4.5.1 拼装机夹具有机械连接式、真空吸盘式等，一般常用机械连接式。
6.4.5.2 拼装机夹具的构造因管片构造的不同而异，此构造的好坏将影响管片组装作业及效率，设计时应使其具备以下机能：
a) 可安全、迅速地抓住管片；
b) 孔、槽重合容易，结构简单；
c) 能调整管片的姿态。
6.5 螺旋输送机
6.5.1 螺旋输送机的作用
螺旋输送机是土压平衡盾构的重要组成部分，是一种可以将开挖装置挖掘下来的土方排送至后方运输机械的装置。它由螺杆、筒体、驱动装置、排土闸门等部件组成。
6.5.2 螺旋输送机的功能
a）运送土舱中的土；
b）具有止水、止土功能；
c）具有通过调节转速，调整出土量，从而达到土压平衡的功能。
6.5.3 输送能力的确定
6.5.3.1 每小时刀盘切削量的确定：见公式（11）
（11）
式中：
—每小时刀盘切削量，m3/h ；
—刀盘直径，m；
—最大推进速度，m/min。
6.5.3.2 螺旋叶片外径的确定
根据每小时刀盘切削能力确定螺旋输送机螺旋直径，见公式（12）
（12）
式中：
—螺旋叶片的外径，m；
—物料综合系数，一般取0.08；
—每小时刀盘切削量，m3/h ；
—装置倾斜角校正系数。
根据公式12计算得出的螺旋叶片的外径应圆整为标准直径。
6.5.3.3 螺旋机输送机量的确定：
（13）
式中：
D—螺旋叶片的外径，m；
d—螺杆的外径，m；
t—螺旋螺距，m；
n—螺旋转速，r/min；
k—综合系数（一般取0.8）。
6.5.3.4 螺旋输送机驱动功率的确定
（14）
式中：
—螺旋机输送机量，m3/h；
—物料内部各类物料间的摩擦阻力修正系数，一般取1.1～1.2
—充填系数，一般取0.9～1
—物料被提升的高度，m；
—螺杆水平投影长度，m；
—土体对筒体的摩擦系数
—螺旋机构的效率，%。
6.5.4 螺旋输送机的型式
6.5.4.1 以螺旋叶片分，可分为有轴和带式两种（参见图１１）。在相同筒体直径时,带式螺旋输送机通过的颗粒粒径比有轴的大。
a）有轴b)无轴
有轴和无轴的螺旋输送机
6.5.4.2 以出土部位分，可分为轴向出土和径向出土（参见图1２）。
a)轴向b)径向
径向出土和轴向出土螺旋输送机
6.5.5 紧急关闸装置
为了防止在失电情况下泥水倒灌入盾构内，应设有紧急关闸装置，可用蓄能器作为紧急关闭闸门的动力源。
6.6 皮带输送机
6.6.1 皮带输送机的选择
应以既满足盾构最大推进速度（即盾构最大出土量），同时又适合输送渣土的特性为原则，选用标准的带式输送机，参照GB/T987-1991、GB/T10595-1989设计。
6.6.2 皮带机的输送量的计算见公式（15）
(15)
式中：
－皮带机的输送量,m3/h ；
－盾构每小时掘进出土方量, m3/h ；
n－输送能力备用系数。
6.7 铰接装置
6.7.1 铰接装置必须根据隧道轴线、地质条件、盾构形式等选型。一般在隧道曲率半径小于400m时采用
土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理 傅德明 上海市土木工程学会 1 土压平衡盾构的结构原理 土压平衡盾构的基本原理 土压平衡盾构属封闭式盾构。盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡(即稳定)。示意图如图所示。由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。由装在螺旋输送机排土口 处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。 1.1.1 稳定掘削面的机理及种类 土压盾构稳定掘削面的机理，因工程地质条件的不同而不同。通常可分为粘性土和砂质土两类，这里分别进行叙述。 1.1.1.1 粘性土层掘削面的稳定机理 因刀盘掘削下来的土体的粘结性受到破坏，故变得松散易于流动。即使粘聚力大的土层，碴土的塑流性也会增大，故可通过调节螺旋输送机转速和出土口处的滑动闸门对排土量进行控制。对塑流性大的松软土体也可采用专用土砂泵、管道排土。 地层含砂量超过一定限度时，土体流性明显变差，土舱内的土体发生堆积、压密、固结，致使碴土难于排送，盾构推进被迫停止。解决这个问题的措施是向土舱内注水、空气、膨润土或泥浆等注入材，并作连续搅拌，以便提高土体的塑流性，确保碴土的顺利排放。 1.1.1.2 砂质土层掘削面的稳定机理 就砂、砂砾的砂质土地层而言，因土颗粒间的摩擦角大故摩擦阻力大；渗透系数大。当地下水位较高、水压较大时，靠掘削土压和排土机构的调节作用很难平衡掘削面上的土压和水压。再加上掘削土体自身的流动性差，所以在无其它措施的情况下，掘削面稳定极其困难。为此人们开发了向掘削面压注水、空气、膨润土、粘土、泥水或泥浆等添加材，不断搅拌，改变掘削土的成分比例，以此确保掘削土的流动性、止水性，使掘削面稳定。 1.1.1.3 土压盾构的种类 按稳定掘削面机构划分的土压平衡盾构大致有如下几种，见表1。 表1 土压盾构的种类 图1 土压盾构基本形状
土压平衡盾构施工工艺作业指导书
土压平衡盾构施工工艺 作业指导书 3.6.1 工艺概述土压平衡盾构施工中,由刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先 设定值时，土 仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。 3.6.2 作业内容一、启动皮带机、刀盘、螺旋输送机等机电设备，根据测量系统面板上显示的盾 构目前滚动 状态选择盾构旋向按钮，一般选择能够纠正盾构滚动的方向；开启螺旋输送机的出渣口仓门并开 始推进。二、根据测量系统屏幕上指示的盾构姿态，调整各组推进油缸的压力至适当的值，并逐渐增 大推进系统的整体推进速度。三、在盾构的掘进过程中，值班工程师及设备主管人员随时注意巡检盾构的各种设备状态， 如泵站噪声情况，油脂及泡沫系统原料是否充足，轨道是否畅通，注浆是否正常等。操作室内主司机应时刻监视螺旋输送机出口的出渣情况，根据测量系统屏幕上显示的值调整盾构的姿态。发现问题立即采取相应的措施。 四、掘进完成后停止掘进按以下顺序停止掘进：停止推进系统、逐步降低螺旋输送机的转速至零、停止螺旋输送机、关闭螺旋输送机出渣口仓门、停止皮带机、停止刀盘转动。 3.6.3 质量标准及验收方 法 1、盾构本体滚动角不大于3度。 2、盾构轴线偏离隧道轴线不大于50mm。 3、盾构推进过程中壁后注浆不小于设计方量，设计方量根据地质情况、地表监测情况调整。 4、根据横向偏差和转动偏差，应采取措施调整盾构姿态，防止过量纠偏。 5、盾构停止掘进时应采取适当措施稳定开挖面，防止坍塌。 6、必须对盾构姿态和管片姿态进行人工复合测量。 3.6.4 工艺流程图以两趟列车完成一个 掘进循环为例。 - 221 -
土压平衡盾构施工技术难点及处理措施
土压平衡盾构施工技术难点及处理措施 【摘要】土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中，虽然技术成熟，但施工中一些常见的问题，施工方依然应当采取预防及处理措施，从而确保地铁工程的施工质量。本文根据实际工作经验，对施工中几个常见的难题探讨了其预防及处理措施。 【关键词】土压平衡盾构；盾构法隧道；事故预防；处理 一、盾构刀盘结泥饼问题 盾构机穿越粘土地层时，如掘进参数不当，则刀盘和土仓会产生很高的温度，这样粘土在高温、高压作用下易压实固结成泥饼，特别是刀盘的中心部位。当泥饼产生，最终会导致盾构无法掘进。 施工中采取的主要技术措施为：1）施工前分析隧道范围内的地层情况，在到达此地层前把刀盘上的部分滚刀换成齿刀，增大刀盘的开口率。3）合理增加刀盘前方泡沫的注入量，增大碴土的流动性，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。5）必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加渣土的流动性，利于渣土的排出。6）如果刀盘产生泥饼，可空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落，施工过程中确保开挖面稳定。7）如上述方法均未能奏效，则可采用人工进仓处理的方式清除泥饼，人工进仓处理前如掌子面地层软弱，则需进行预加固。 二、桩基侵入盾构隧道 城市地铁线路规划设计应避开重要建（构）筑物、避开建筑物的桩基，但城市中心区内房屋建筑较为密集，要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的，因此难免会有一些建筑物桩基侵入隧道，由于许多桩基为钢筋混凝土结构，盾构机无法通过，需要对桩基进行拆除。针对侵入盾构隧道的桩基，采取的措施为：1）具有承载力的桩基，采取桩基托换方法。2）大竖井暗挖拆除桩基方法。3）小竖井开挖分区拆除桩基方法。4）人工挖孔+暗挖横通道拆除桩基方法。 深圳市地铁龙岗线西延段3153标盾构区间下穿燕南人行天桥，开工前该桥地表以上部分已经拆除，但桩基并没有拆除。调查资料显示共有8根直径为1.2m 的人工挖孔桩侵入右线隧道，盾构机无法安全、顺利通过。为了使侵入隧道的桩基不对盾构施工造成影响，采用比原桩基直径大的人工挖孔桩自地表而下来破除侵入隧道范围内的桩基。燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系如图所示。侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系如图1和图2所示。 图1 燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系图 图2 侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系图
土压平衡盾构施工工艺
16土压平衡盾构施工工艺 16.1总则 16.1.1适用范围 本标准适用于采用土压平衡式盾构机修建隧道结构的施工。 16.1.2编制参考标准及规范 16.1.2.1地下铁道工程施工及验收规范(GB 50299-1999)。 16.1.2.2地下铁道设计规范（GB 50157-2013）。 16.1.2.3铁路隧道设计规范（TB10003-2016）。 16.1.2.4盾构掘进隧道工程施工验收规范。 16.1.2.5公路隧道施工技术规范(JTJ042－94)。 16.1.2.6公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)。 16.2术语 16.2.1土压平衡式盾构 土压平衡盾构也称泥土加压式盾构，它的基本构成见图16.2.1。在盾构切削刀盘和支承环之间有一密封舱，称为“土压平衡舱”，在平衡舱后隔板的中间装有一台长筒形螺旋输送器，进土口设在密封舱内的中心或下部。用刀盘切削下来的土充填整个
16.2.2 端头加固 为确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，防止端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质、地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析，确定对洞门端头地层加固形式。 16.2.3 盾构后座 盾构刚开始掘进时，其推力要靠工作井井壁来承担。因此，在盾构与井壁之间需要设传力设施，此设施称为后座。 16.2.4 添加材 采用土压平衡盾构掘进时，为改善土体的流动性防止其粘附在盾构机上而注入的一些外加剂。添加材的功能是：辅助掘削面的稳定（提高泥土的塑流性和止水性）；减少掘削刀具的磨耗；防止土仓内的泥土压密粘附；减少输送机的扭矩和泵的负荷。 16.3 施工准备 16.3.1 技术准备 16.3.1.1 根据隧道外径、埋深、地质、地下管线、构筑物、地面环境、开挖面稳定及地表隆陷值等的控制要求，经过经济、技术比较后选用盾构设备。盾构选型流程如图16.3.1.1所示。 16.3.1.2 认真熟悉工程设计文件、图纸，对工程地质、水文地质、地下管线、暗
海瑞克土压平衡式盾构机分析
海瑞克土压平衡式盾构机分析 盾构机的工作原理 1．盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 2．掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 3.管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的最大直径为6.28m，总长65m，其中盾体长8.5m，后配套设备长56.5m，总重量约406t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN?m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 1.盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。 前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。 前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后
加泥式土压平衡盾构施工技术
加泥式土压平衡盾构施工技术 内容提要：本文详细介绍了土压平衡盾构机组成、工作原理，并结合深圳地铁盾构隧道的施工，重点对盾构隧道的主要施工过程和关键工艺技术进行总结和分析。 关键词：土压平衡盾构施工技术 一、盾构施工法概述及盾构机的选型 1．1盾构施工法概述 盾构施工法于19世纪初在英国开始使用，经过反复摸索，在近30～40年间取得了飞速发展，现在，该施工法已同矿山法一起成为城市隧道施工的两大主要施工方法。20世纪90年代该项技术被引进我国，主要集中应用盾构技术来进行上、下水道、电力通讯隧道、人防工事、地铁隧道等施工。目前在上海、广州、深圳、南京等城市已经开始采用盾构法来施工地铁隧道，盾构法在国内逐渐开始发展普及。 盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。其主要施工程序为： 1、建造盾构工作井 2、盾构机安装就位 3、出洞口土体加固处理 4、初推段盾构掘进施工 5、隧道正常连续掘进施工 6、盾构接收井洞口的土体加固处理 7、盾构进入接收井解体吊出 盾构施工与矿山法施工具有以下优点： 1、地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小； 2、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快； 3、因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证； 4、穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围可不受施工影响； 5、穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候影响； 6、对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全； 7、在费用和技术难度上不受覆土深度影响。 盾构法施工也存在一些缺点：
浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术
浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术 发表时间：2019-07-24T12:07:10.493Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：王铎 [导读] 摘要：土压平衡式盾构机的发展是在挤压式盾构机和泥水式盾构机的基础上发展起来的。佛山市铁路投资建设集团有限公司广东佛山 528000 摘要：土压平衡式盾构机的发展是在挤压式盾构机和泥水式盾构机的基础上发展起来的。它的原理是控制其排土量和开挖量均衡即可使开挖面的地层一直保持稳定。着重剖析土压平衡盾构穿越不良地质作业技术在作业中遇到的很多突出性问题，尤其是盾构隧道施工中遇到的问题，并且有针对性地对工程的难点提出了一些建设性的应对措施。 关键词：土压平衡盾构；施工技术；轨道交通 土压平衡盾构法作业在国际以及我国轨道交通盾构区间修建中得到了大量应用，盾构法施工在工序上相对简单明了，更容易实施，并且作业时间相对较短，作业人员的安全等更容易在控制范围之内。同时，盾构施工还具有以下方面的优点：地下作业、比较隐蔽，不会因为噪音和震动而影响环境；自动化程度颇高、低劳动强度等等。 虽然这种作业技术已经慢慢地变得成熟，但是仍然有诸多问题值得我们去探讨，去解决。 一、盾体机身出现滚动现象 盾构机身的滚动大多数是因为刀盘切削开挖面土体产生的扭矩比盾构机壳体与隧道洞壁之间的摩擦力矩大而形成的。在两个地层分界面开挖掘进时，由于岩性差别太大而且岩层稳定性较好，此时扭矩较大，而盾构机壳体与洞壁之间只有部分地方产生了摩擦力，当摩擦力矩与刀盘切削土体产生的扭矩不能互相平衡时将会引起机身的滚动，过大的滚动就会影响管片的拼装，也会引起隧道轴线的偏移。大多数情况下，当滚动偏差超过0.5时，我们就应该采用以下方法进行补救.。 （1）加入泡沫； （2）补充浆液，保证足够桨液量，活性浆液应用等等方法以加大盾构周边的摩擦力；（3）变化刀盘旋转的方向，把推进速度慢下来； 二、泥饼现象 盾构机穿越粘土层时，刀盘面需要始终保持较高的压力，温度一般会变得很高，尤其是粘性土在高温和高压作用下，易压实形成泥饼，特别是刀盘的中心部位。一旦产生泥饼，掘进的速度下降，刀盘扭矩升高，拉低作业效率，严重影响施工。所以建议采取以下举措应对： （1）在作业之前把刀盘上的部分滚刀换用刮刀，增加了刀盘的开口率； （2）加注泡沫，降低碴士的黏附性； （3）刀盘背面和土仓压力隔板上加置搅拌棒，提升强搅拌强度和增大范围，向土仓中加注泡沫，改善渣土和易性；（4）往螺旋输送机内注入泡沫，加大碴土的流动性； （5）在2/3仓土处增加气压； （6）一旦泥饼产生后，使刀盘空转，在离心力的作用下，泥饼自然就会脱落，在保证开挖面稳定的情况下，可进行人工人为的清除掉； 三、管片上浮现象 盾构机在作业的过程中，有一种情况较常见：隧道管片发生错位，大部分原因为上浮的管片，管片上浮又受工程地质、水文地质、衬背注浆质量、盾构机姿态控制等因素的影响。一旦管片脱出至盾尾后，由于盾构作业途中形成的蛇形运动、超挖以及理论间隙，管片与地层间就会形成-环形建筑空间，而空间大多采用衬背注浆工艺填充解决，注浆量不够或者是注浆压力不足，就会导致衬背浆液不密实，特别是隧道顶部，从而导致管片上浮。盾构机在含水地层作业时，盾构机作业形成的环形建筑空间充满水，隧道管片全被包围，在盾构作业时形成“圆形坑道”，当管片所受到的浮力比管片本身重时，管片本身就会上浮。建议按以下操作来解决如上问题。（1）选择充填性好的浆液比如注入双液浆，初凝时间与早期强度，限定范围防止流失；（2）浆液配比实行动态监管模式，地质情况，水文情况，隧道埋深情况等不同而相应地调整，从而防控地表的下沉和保证管片的稳定； 四、螺旋输送机喷涌现象 基岩裂隙水丰富时，隔水层厚度不一致日常缺失。这样的地层中，如果盾构机非连续作业或作业空档，以及同步注浆不密实所形成的流水通道，水压很大，土质欠优，进入土仓的渣土缺乏很好的塑性（这种粘土一般矿物质含量不多，密水性不好），从而承压水与没有塑性的渣土就容易形成螺旋输送器喷涌，建议以以下方法去解决。 （1）隧道开始下坡并已经到达硬岩富含水地层中时，这时可以砸断管片与围岩间隙汇集的地下水与开挖面的水力联系。管片处于硬岩含水层中长度越长，管片背后存储的水力和压力就会更大，这就需要同步注浆效果必须达到完全封闭衬翻空隙并阻水，避兔土仓与管片背后形成水力通道； （2）把进尺出土量控制下来，从而盾构机就能很好地通过； （3）盾构机没有作业时，土仓内压力与外界水土压力一致，继续保持压力平衡。在螺旋机第二次排土之前，应用刀盘把土仓内的水和土充分拌匀，使其具有良好的密水性，从而规避喷涌。 五、盾尾漏浆现象 造成盾尾漏浆主要有以下几个原因：一是因为盾尾刷作业磨损；二为盾尾与管片两者间隙不均匀；三是因为衬背注浆的压力很高.建议采取如下措施。 （1）作业前对盾尾密封系统进行一次全面检查与维护，更换掉已存在磨损的密封刷；（2）在管片拼装前清理干净盾壳内的杂物，防止对盾尾刷造成损坏；每30环全面检查1次盾尾密封腔油脂状况，严格控制盾尾油脂的压力； （3）经常检查盾尾周边与管片的间隙，控制盾构机的姿态和管片姿态，保持间隙均匀；
简析土压平衡盾构掘进施工工艺
简析土压平衡盾构掘进施工工艺 发表时间：2017-12-30T16:11:46.590Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第21期作者：谢妃三 [导读] 本文主要对土压平衡盾构的掘进施工的工作原理、特点及具体的施工工艺进行了具体分析。 广州市盾建地下工程有限公司 510000 摘要：土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中。土压平衡盾构机的施工过程是一个各系统组合、运行与协调的过程，按照各施工过程的顺序和特点，可将其分解为掘进系统、衬砌系统、衬砌背后注浆系统、维修系统、动力系统等，本文主要对土压平衡盾构的掘进施工的工作原理、特点及具体的施工工艺进行了具体分析。 关键词：土压平衡；盾构；掘进；施工工艺 1.土压平衡盾构掘进施工原理 盾构在粉质粘土、粉质砂土和砂质粉土等粘性土层中掘进施工时，由刀盘旋转切削下来的土体进入密封土仓后，可对开挖面地层形成被动土压力，与开挖面上的主动土压力相抗衡。使开挖面的土层处于稳定状态。当盾构推进时，启动螺旋输送器排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面地层始终处于稳定。排土量一般通过调节螺旋输送器转速和出土口装置予以控制。当地层含砂量超过某一限度时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，泥土塑流性将明显变差，密封仓内的土体可因固结作用而被压密，导致渣土难于排出，甚至形成泥饼而无法推进，而且单靠切削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水土压力。出现这种状况时，可向密封仓内注入水、泡沫、膨润土等，同时进行搅拌，以期适当改善仓内土体的塑流性，顺利排土。 2.土压平衡盾构掘进施工特点 2.1初始掘进技术特点 2.1.1一般后续设备临时设置于地面。在地铁工程中，多利用车站作为始发工作井，后续设备可在车站内设置。 2.1.2大部分来自后续设备的油管、电缆、配管等，随着盾构掘进延伸，部分管线必须接长。 2.1.3由于通常在始发工作井内拼装临时管片，故向隧道内运送施工材料的通道狭窄。 2.1.4由于初始掘进处于试掘进状态，且施工运输组织与正常掘进不同，因此施工速度受到制约。 2.2正常掘进技术特点 2.2.1后续设备设置在隧道内，仅部分管路和电缆需要延长，作业效率高。 2.2.2始发井内的临时管片、临时支撑、后背支撑等被拆除，始发井下空间变得宽阔，施工材料与弃土运输容易。 2.3到达掘进技术特点 2.3.1盾构停止掘进后，准确测量盾构机坐标位置与姿态，确认与隧道设计中心线的偏差值。 2.3.2根据测量结果制订到达掘进方案。 2.3.3继续掘进时，及时测量盾构机坐标位置与姿态，并依据到达掘进方案进行及时进行方向修正。 2.3.4掘进至到达洞口加固段时，确认洞口土体加固效果，必要时进行注浆加固。 2.3.5进入到达洞口加固段后，逐渐降低土压（泥水压）设定值至0MPa，降低掘进速度，适时停止加泥、加泡沫（土压式盾构）、停止送泥与排泥（泥水式盾构）、停止注浆，并加强工作井周围地层变形观测，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。 3.实例探析某地铁隧道中的土压平衡盾构掘进施工工艺 3.1工程概况 某城市地铁线路区间长度1189.413米，区间中部设一处联络通道。其中该区间工程在里程K41+613.000处下穿城市的站前北街公路桥，桥基位于区间隧道右线北侧仅1.55m，距离较近。此公路桥主要通行机动车辆，车流量主要集中在正常上下班时间。 盾构穿越站前北街公路桥段地层自地面往下依次为杂填土层、粉质填土层、粉土层、粉质粘土层、细中砂层、粉质粘土层，本盾构区间线路主要穿越粉质粘土层和细中砂。 3.2总体施工思路 3.2.1穿桥前对盾构机及配套设备进行检修，保证盾构机在下穿公路桥时所有设备运行正常。 3.2.2对所有施工人员进行专项技术交底，由专人对整个掘进过程进行24小时严密监控，发现异常立即汇报，确保盾构安全、顺利通过。 3.2.3穿桥之前对隧道轴线进行复测，确保盾构沿着设计轴线推进。调整盾构姿态至最佳，避免盾构穿桥时频繁纠偏。 3.2.4盾构掘进时严格控制推力、掘进速度、注浆量及出碴量，根据地面监测情况及时合理调整掘进参数，减小土体变形对桥梁基础桩的影响。 3.3盾构掘进 3.3.1掘进参数设置 ①合理设置土压力值 盾构推进时，控制螺旋输送机出土量与掘进速度的关系，根据盾构上方的覆土厚度及地面沉降监测信息的反馈，及时调整土压，科学合理地设置土压力值及相宜的推进参数，以减少对土体的扰动。 ②刀盘转速设定 降低刀盘转速，刀盘转速设定在0.9～1.2r/min，减少刀盘对土体的扰动，防止地表沉降。 ③掘进速度设定 穿越隧道时掘进速度控制在20～30mm/min，防止掘进速度快引起的刀盘扭矩增大。 3.3.2掘进过程中姿态的控制 盾构机在掘进过程中运动轨迹为蛇行运动，该轨迹应始终围绕着隧道轴线波动，在实际控制时，可根据显示屏上自动测量系统测得值
土压平衡盾构机工作原理
土压平衡盾构机流体输送控制系统工作原理 何於琏 (中铁隧道股份公司 河南新乡 453000) 摘 要 流体输送系统用于盾构机的润滑、密封、填充以及碴土改良,是盾构机中的重要系统。本文介绍了流体输送系统的组成, 并简明叙述了衬砌背后注浆控制系统、碴土改良控制系统、主轴承油脂密封润滑控制系统、盾尾密封油脂注入控制系统的工作原理。关键词 流体输送 非传动 介质 控制 系统 原理 W orki n g Pri n c i ple of Control Syste m of Flui d Conveyi n g Syste m s of EPB Shi eld Machi n es HE Yu 2lian (China R ail w ay Tunnel S tock Co .,L td .,X ingxiang 453000,Henan,China ) Abstract:Fluid conveying syste m,which is app lied in the lubricati on,sealing,backfilling and gr ound conditi oning of EP B shield machines,is one of the i m portant syste m s of EP B shield machines .This article intr oduces the compositi on of the fluid conveying syste m and the working p rinci p les of contr ol syste m s of backfilling gr outing behind seg ment lining,gr ound conditi oning syste m,main bearing grease sealing and lubricati on syste m and tail skin sealing grease injecti on syste m.Key words:fluid conveying;non 2transit;medium;contr ol;syste m;p rinci p le 1 流体输送系统的组成 在土压平衡盾构机中,除以液压油为介质进行传 动的流体传动系统外,还存在一个庞大的流体非传动系统,它们的工作介质是油脂、油液、水泥砂浆、泡沫剂、泥浆等,工作目标是实现盾构机某些部位的润滑、密封、填充以及碴土物理性能的改良。该系统我们称之为流体输送系统,在保证盾构机的正常工作中起着重要的作用。 流体输送系统由衬砌背后注浆系统、碴土改良系统、主轴承密封润滑系统、盾尾密封系统等组成,如图1所示 。 图1 流体输送系统的组成 Fig .1 Compositi on of fluid conveying syste m 2 衬砌背后注浆控制系统 由于刀盘的开挖直径大于管片衬砌的直径,当盾 尾随盾构机前进而抽脱后,在管片的外壁与隧洞的内壁之间就会形成空隙。这一空隙如不及时填充,可能引起围岩的松动,导致地表沉降,危及地表建筑物的安 全。同时还不利于管片的固定,当盾构机推进的反力作用在管片上时,容易造成管片的偏斜,影响盾构机掘进的姿态。为此,在管片衬砌完成后,应及时向其背后的空隙进行填充注浆。 背衬注浆有及时注浆与同步注浆两种形式,由于同步注浆与盾构的推进同步进行,防止地表沉降的效果好,所以本文只讨论同步注浆系统。 在控制面板上设有显示盾构机工作状态的指示灯,当处于掘进状态时,指示灯亮,提示可进行同步注浆。 注浆速度是注浆系统需要控制的一个重要参数,它必须与盾构机的掘进速度相适应,过快可能会导致堵管,过慢则容易引起地层塌陷或使管片受力不均,控制方法就是通过电磁比例阀调节注浆泵的流量。 注浆泵流量的调节有手动控制与自动控制两种方式,两种方式的选择,可通过控制面板上的旋钮来切换。 当选择手动控制模式时,通过人工调节电位器旋钮,可改变电磁比例流量阀的开度。当选择自动控制模式时,可通过注浆压力的大小对注浆流量进行负反馈调节。注浆的起始压力和停止压力通过上位机设定,其数值应根据工程实际综合地质、注浆量等情况考虑。压力参数设定后,当注浆压力达到最大设定压力时,注浆泵将自动停止。随着盾构机的继续掘进,压力 第25卷 第6期2005年12月 隧道建设Tunnel Constructi on 25(6):57～59,66 Dec .2005
土压平衡盾构始发工艺流程
土压平衡盾构始发工艺流程 3.4.1工艺概述盾构始发是隧道盾构法施工的一大关键环节，也是盾构法施工隧道的难点之一， 始发的成败 将对隧道施工质量、进度、安全、工期及经济效益产生决定性的影响。 3.4.2作业内容主要作业内容：包括始发端头地层加固、始发台定位安装、盾构机下井组装并调 试、反力架 定位安装、洞门围护桩破除、洞门导轨安装、洞门密封装置安装、负环管片安装等。 3.4.3质量标准及验收方法 一、附属设施 1．始发基座主要作用是用于稳妥、准确地放置盾构，并在基座上进行盾构安装与试掘进，所以基座必须有足够的强度、刚度和安装精度，并且考虑盾构安装调试作业方便。 -209-
2．对始发台、反力架进行全面的检查与修理，反力架受力要检算，安装固定必须在定位完成后进行，反力架支柱底部必须以钢板垫实，始发台必须通过加固挡块固定于地面上，近洞门端须支撑于车站二衬墙上； 3．洞门防水装置安装时必须将连接螺栓栓接牢固，根据实际情况合理对扇形压板的位置进行调整，防止帘布橡胶板外翻影响防水效果；在进行洞门凿除、始发台加固等施工操作时，注意对帘布橡胶板的保护；确保将洞门圈周边的钢筋及混凝土清除干净，避免对盾构掘进造成影响； 二、始发掘进 1．洞口拆除后必须尽快将盾构向前推进，使盾构刀盘切入土层，尽量缩短正面土体的暴露时间，在拆除封门的同时，作好盾构掘进和管片拼装的准备工作。 2．洞门凿除前，应对洞门经改良后的土体进行质量检查，合格后方可进行洞门凿除；应制定洞门围护结构破除方案，采取适当的密封措施，保证始发安全。 3．第一环负环管片定位时，应先保证管片横断面应与路线中线垂直，待管片完成定位后，将管片与反力架之间的空隙填充密实。 4．盾构空载调试运转正常后开始盾构始发施工，在开始进行负环管片后移时，应通过控制推进油缸行程的方法控制负环管片后移，所有推进油缸行程应尽量保持一致。 5．盾构在始发基座上向前推进时，应注意对反力架的保护，根据反力架的强度制定推力限制，并尽量做到不调向，油缸均匀施加推力。 6．始发掘进过程中应严格控制盾构的姿态和推力，并加强监测，根据检测结果调整掘进参数。 7．为防止管片发生旋转，始发阶段应注意扭矩控制，一般情况下，始发阶段的盾构扭矩值不得大于正常掘进的70%，并可在盾壳与始发台接触部位焊接“防扭挡块”，在推进过程中注意及时割除。 8．在盾构始发阶段，应注意各部位油脂的使用和消耗情况。 3.4.4工艺流程图 图3.4.4-1 土压平衡盾构始发流程框图 -210-
试谈土压平衡盾构机的工作原理
土压平衡盾构机的工作原理 一、盾构机的工作原理： 1、盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同时启动盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过盾构井口垂直运至地面。 2、掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 3、管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，通过管片拼装机通缝或错缝拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。
二、盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的刀盘直径为6.28m，总长80余m，其中盾体长8.5m，后配套设备长72m，总重量约480t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩 5300kN?m，最大推进力为36400kN，最快掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是刀盘、盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 1.盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体，其外径是分别为6250mm、6240mm和6230mm。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土仓压力值。前盾的后部是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接。中盾内侧的周边位置装有推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后部已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力。推进油缸按照安装布置被分成A、B、C、D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。中盾的后部是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接方式使盾构机易于转向。
土压平衡盾构施工技术
土压平衡盾构施工技术 一、盾构施工法概述 1.盾构施工程序。盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地 层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。其主要施工程序为：建造盾构工作井；盾构机安装就位；出洞口土体加固处理；初推段盾构掘进施工；隧道正常连续掘进施工；盾构接收井洞口的土体加固处理；盾构进入接收井解体吊出。 2.盾构施工优点。盾构施工与矿山法施工具有以下优点：地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证；穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围可不受施工影响；穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候影响；对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全；在费用和技术难度上不受覆土深度影响。 二、盾构推进隧道施工 1. 掘进原理。盾构在粉质粘土、粉质砂土和砂质粉土等粘性土层中掘进施工时，由刀盘旋转切削下来的土体进入密封土仓后，可对开挖面地层形成被动土压力，与开挖面上的主动土压力相抗衡。使开挖面的土层处于稳定状态。当盾构推进时，启动螺旋输送器排
土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面地层始终处于稳定。排土量一般通过调节螺旋输送器转速和出土口装置予以控制。当地层含砂量超过某一限度时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，泥土塑流性将明显变差，密封仓内的土体可因固结作用而被压密，导致渣土难于排出，甚至形成泥饼而无法推进，而且单靠切削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水土压力。出现这种状况时，可向密封仓内注入水、泡沫、膨润土等，同时进行搅拌，以期适当改善仓内土体的塑流性，顺利排土。 2.轴线控制。盾构轴线的控制是盾构推进施工的一项关键技 术，怎样控制盾构能在已定空间轴线的允许偏差范围内是必须掌握的技术，在实际施工中盾构推进轴线控制不可能是理想的状况，轴线控制不佳状况除地质不均匀引起的正面阻力不均匀及隧道的平面和竖曲线要求外，往往是产生于人为因素，这是指施工不精心及对轴线控制操作技术水平不够两个原因，而后者占多数。 三、影响盾构轴线控制的原因 1. 地层土体对盾构产生的偏向。盾构在向前推进过程中将受 到盾构切口贯入土层的阻力、盾构正面阻力、盾构四周土体与盾构壳体间的摩阻力，盾构自重与下卧土层的摩阻力等组成。由于受到地层土质变化、隧道埋深变化、地面建筑物等因素，造成各种阻力不均匀的作用于盾构，从而导致盾构推进时偏向。 2. 盾构制作误差造成盾构推进轴线的偏向。圆形断面盾构是 中心对称的结构，这是对轴线控制极为有利的形式，但由于加工误
2.土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理 上海市土木工程学会 1土压平衡盾构的结构原理 1.1土压平衡盾构的基本原理 图1土压盾构基本形状 土压平衡盾构属封闭式盾构。盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡(即稳定)。示意图如图6.1所示。由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。 1.1.1稳定掘削面的机理及种类 土压盾构稳定掘削面的机理，因工程地质条件的不同而不同。通常可分为粘性土和砂质土两类，这里分别进行叙述。 1.1.1.1粘性土层掘削面的稳定机理 因刀盘掘削下来的土体的粘结性受到破坏，故变得松散易于流动。即使粘聚力大的土层，碴土的塑流性也会增大，故可通过调节螺旋输送机转速和出土口处的滑动闸门对排土量进行控制。对塑流性大的松软土体也可采用专用土砂泵、管道排土。 地层含砂量超过一定限度时，土体流性明显变差，土舱内的土体发生堆积、压密、固结，致使碴土难于排送，盾构推进被迫停止。解决这个问题的措施是向土舱内注水、空气、膨润土或泥浆等注入材，并作连续搅拌，以便提高土体的塑流性，确保碴土的顺利排放。 1.1.1.2砂质土层掘削面的稳定机理
就砂、砂砾的砂质土地层而言，因土颗粒间的摩擦角大故摩擦阻力大；渗透系数大。当地下水位较高、水压较大时，靠掘削土压和排土机构的调节作用很难平衡掘削面上的土压和水压。再加上掘削土体自身的流动性差，所以在无其它措施的情况下，掘削面稳定极其困难。为此人们开发了向掘削面压注水、空气、膨润土、粘土、泥水或泥浆等添加材，不断搅拌，改变掘削土的成分比例，以此确保掘削土的流动性、止水性，使掘削面稳定。 1.1.1.3土压盾构的种类 按稳定掘削面机构划分的土压平衡盾构大致有如下几种，见表1。 表1土压盾构的种类
土压平衡盾构机技术规格及要求
土压平衡盾构机技术规格及要求 1.土压平衡盾构机（以下简称盾构机）技术要求的说明 1.1盾构机技术要求以南昌轨道交通工程、周边环境及地质条件要求，兼顾满足南昌轨道交通其他线路区间、周边环境及地质条件要求及各项施工条件。 1.2本技术要求为南昌轨道交通3号线盾构区间掘进的盾构机最低技术规格和施工要求。 1.3本技术要求对盾构机部件结构不作具体的规定，但其必须满足本标准对盾构机所需的功能、性能、配置等要求。 1.4本技术要求仅限于主要部件、总成、系统的功能、性能、配置等，未描述部分应自动满足南昌轨道交通3号线工程、周边环境及地质条件。 2.新机技术规格要求 2.1整机 盾构机技术规格必须满足南昌轨道交通3号线工程、周边环境及地质条件要求，兼顾满足南昌轨道交通其他线路区间、周边环境及地质条件要求及各项施工条件。 盾构机的各项安全性能指标必须满足国家及南昌地区相关安全使用和施工规范要求。 盾构机应满足南昌地铁三号线管片规格：外径Φ6000mm，内径Φ5400mm，宽度1200/1500mm，纵向螺栓分度36°。 盾构机最大推进速度应≤80mm/min。 盾构机最小掘进转弯半径应≤250m；适用隧道纵向坡度应≥±45‰。 盾构机最大工作压力应≥0.5Mpa。 盾构机主要部件及总成使用寿命应≥10km或10000小时。 盾构机主要部件应采用世界知名厂商品牌及产品。 盾构机主要结构件材料应采用国内知名厂商品牌及产品。 2.2刀盘 2.2.1基本结构 刀盘支腿数量≥4个，≤6个。 宜采用复合式刀盘，刀盘开口率应≥30%。 复合式刀盘滚刀的安装刀座宜采用单楔块方式。软岩刀具的安装可采用螺栓紧固或销轴安装方式。
土压平衡式盾构机
土压平衡式盾构机 1发展概况和工作原理 土压平衡式盾构机（如图1所示）的开发始于70年代初。第一台土压平衡式盾构机外径为3.72m，由日本IHI设计制造，于1974年在东京投入使用。随后，其它一些厂家也开始生产土压平衡式盾构机，产品的名称不完全相同，但从原理上都可归纳为土压平衡系统（Earth-pressure balance system，即EPBS）。 1．切削刀盘2．开挖室3．承压隔板4．压缩空气闸室 5．推进千斤顶6．尾盾密封7．油箱8．带式输送机 9．管片拼装机10．刀盘驱动11．螺旋输送机 图1土压平衡式盾构机 土压平衡式盾构机的发展基于挤压式盾构机（闭胸）和泥水式盾构机。挤压式盾构机在其承压隔板上设有面积可调的排土口，开挖面的稳定靠调节孔口大小和排土阻力，使盾构千斤顶推力和开挖面土压达到平衡来实现。挤压式盾构机适用于具有良好塑性的粘土层，适用地质范围狭窄。泥水式盾构机在非粘土层中广泛应用，但随细颗粒土砂百分比的增加其分离越来越复杂，代价越来越高，悬浮液也需频繁更换，还存在环保问题。特别是在日本主要城市施工时，由于空间有限使得安装分离设备较为困难。这些都促进了土压平衡式盾构机的发展。与泥水式盾构机相比，土压平衡式盾构机没有分离装置，施工时的覆土层可以相对较浅。其适用地质范围比挤压式盾构机广，掘进性能也优于挤压式盾构机。 根据日本对不同盾构机型的统计资料，从1964年到1974年的10年间，与气压施工法同时使用的手掘式盾构机占总数的3/4，从1974年到1984年的10年间，这种盾构机型减少，泥水式和土压平衡式等机械挖掘式盾构机不断增加。日本隧道技术协会对世界盾构施工法现状开展通信调查的结果（其中96%是日本的工程），从1980年至1985年的6年间，密闭型盾构机从1980年占各种类型盾构机总数的60%急增至86%，特别是土压平衡式盾构机从19%增大到60%。 土压平衡式盾构机的刀盘切削面与后面的承压隔板所形成的空间为开挖室或泥土室。刀盘旋转切削下来的土壤通过刀盘上的开口进入泥土室，与泥土室内的可塑土浆混合或被搅拌混合，盾构千斤顶的推
一般土压平衡盾构机工作原理
一般土压平衡盾构机工作原理 ? 1.4 土压平衡盾构 ?土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开 挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。 ?土压平衡工作原理 ?刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底 部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的碴车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。 ? ?通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力，并使其与开挖面地层水、土 压力相平衡，同时直接地利用泥土舱的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。 ? ? 1.4.1 土压平衡盾构机组成 ?土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装
机、推进油缸、同步注浆系统和辅助装置等组成。 ?适用：软土、软岩（含水/不含水）地层的隧道开挖与衬砌 ?Φ4.33m加泥式土压平衡盾构 ? 1.4.2土压平衡盾构（EPB）工作原理 ?土压平衡盾构的工作原理 ?通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力，并使其与开挖面地层水、土 压力相平衡，同时直接地利用泥土舱的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。 ?EPB工作原理图 ?EPB ? 1.4.3 土压平衡盾构特点 ?土压平衡盾构的特点： ?主要通过控制盾构开挖速度和螺旋输送机转速，达到控制土压的目的 ?整体结构 ? 1.5 盾构机的构造 ?土压平衡盾构机构成： ? 1.盾壳、盾构推进千斤顶、盾尾密封、铰接装置、人员舱 ? 2.刀盘和刀盘驱动支承机构 ? 3.螺旋输送机 ? 4.管片拼装机 ? 5.后配套设备。 ? 盾壳是一个用厚钢板焊接而成的圆筒，是盾构受力支撑的主体结构。
浅谈土压平衡盾构几种不同的分体始发技术
浅谈土压平衡盾构几种不同的分体始发技术 范延晓 （中铁工程装备集团技术服务有限公司，河南，郑州） 摘要:从设备组织和生产工序组织方式对不同的分体始发方式进行归类分析，总结其特点，为类似盾构施工选择不同的始发技术提供借鉴。关键词:盾构;分体始发;生产工序 Introduction To Several Different EPB Separate Shield Launching Program FAN Yanxiao (China Railway Engineering Equipment Group Technology Service Co.Ltd,Zhengzhou 450000,Henan,China) Abstract: From equipment and production process tissue way to classify the different way of separate shield launching program, summarizes its characteristics, to choose different from similar shield launching program for reference. Key words: shield; separate shield launching program; production process 1、概述 地铁车站主要选择在城市的繁华街区或者交通枢纽地段，作业空间十分有限，而且由于工期安排等其它限制因素，从经济效益和设备安全等方面综合可虑，可选择分体始发方式在有限的空间内开展隧道掘进施工。本文主要从设备结构和生产工序安排两个方面介绍如何选择合适的分体始发方式。 2、限制始发方式的主要因素 盾构专用始发井或者始发车站的空间尺寸为选择盾构始发方式