盾构机分类及选型

,第十四讲,大型施工机械盾构机部分,盾构机的分类及选型,2020年5月1日6时47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,2020年5月1日6时47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,双护盾,TBM,2020年5月1日6时47分,软土盾构,复合盾构,2020年5月1日6时47分,(2)按盾构机横截面形状分类半圆形圆形椭圆形马蹄形双圆搭接形三圆搭接形矩形,2020年5月1日6时47分,2020年5月1日6时47分,(3)按盾构机横截面的形状分类超小型盾构18m,2020年5月1日6时47分,(4)按掘削面的敞开程度分类全部敞开式：无盖敞开式、有盖敞开式部分敞开式：网格式封闭式：中心支承式、中间支承式、周边支承式,2020年5月1日6时47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,手掘式盾构半机械式盾构网格式盾构,2020年5月1日6时47分,(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5月1日6时47分,(7)按刀盘运动形式分类,2020年5月1日6时47分,(8)按盾构机特殊构造分类中折盾构球体盾构异径母子盾构重心靠前盾构特殊构造的盾构现场换刀盾构可直接掘削前障碍物盾构机体可分可合盾构固体回收盾构倾斜中空轴全断面机内注浆盾构倾斜中空轴全断面机内注浆+活动前檐盾构,2020年5月1日6时47分,(9)按盾构机的功能、用途分类,2020年5月1日6时47分,(10)按盾构隧道衬砌施工方法分类,2020年5月1日6时47分,(11)综合分类,2020年5月1日6时47分,2盾构机选型,盾构掘进机选型依据(1)土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成分等个参数）(2)开挖面稳定（自立性能）(3)隧道埋深、地下水位(4)设计隧道的断面(5)环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性）(6)衬砌类型(7)工期(8)造价(9)宜用的辅助工法(10)设计路线、线形、坡度（11）电气等其他设备条件,2020年5月1日6时47分,盾构掘进机选型的一般程序,2020年5月1日6时47分,不同地质条件下全断面掘进机选型,2020年5月1日6时47分,不同地质条件下全断面掘进机选型,2020年5月1日6时47分,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,2020年5月1日6时47分,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。,3.武汉地铁的路线与地质,3盾构机选型举例,2020年5月1日6时47分,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,3.2本工程重点/难点,2020年5月1日6时47分,3.3隧道管片参数,2020年5月1日6时47分,3.盾构机总体参数（方案）,盾构机总体设计范围及主要尺寸开挖直径：6280mm前护盾直径：6250mm主机长度：约9.0m（含刀盘）总长度包括后配套：约82m总重量包括后配套：420t最小曲线半径：250m,盾构机总体设计范围最大掘进速率8cm/min平均掘进速率3.5cm/min管片平均安装时间30min/环管片宽度1500mm根据上述计算每班次掘进速率6环/8hours每日双班工作时掘进速率12环/16hours,2020年5月1日6时47分,3.主要机械性能（方案）,刀盘驱动驱动形式电驱动2级调速式（装备动力：600kw）刀盘转速高速转动：2.0rpm低速转动：1.0rpm刀盘扭矩常用最大：5,844kN-m高速转动：2,922kN-m脱困扭矩7,000kN-m盾构机千斤顶总推力38,500kN单位面积推力：1,255kN/数量1,750kN22根最大伸长速度8.0cm/min铰接装置总推力24,000kN数量2,000kN12根铰接操作全方向（上下、左右、倾斜方向）,2020年5月1日6时47分,3.主要机械性能（方案）,螺旋出渣机驱动驱动形式液压驱动方式（装备动力：110kw）排土量280m3/h（最大排出粒径：250mm500mmL）直径700mm（带轴式螺旋机）转速1.024rpm驱动扭矩常用最大：55.7kN-m脱困时最大：65,0kN-m管片拼装装置形式型方式（管片拼装作业空间大）操作方式无线遥控操作转动速度高速：1.5rpm低速：0.3rpm两级调速（高速低速无线遥控切换）调节可实现微调、微动操作,2020年5月1日6时47分,防止粘土附着对策（）,在刀盘进土口位置装备高压水喷射管,2020年5月1日6时47分,防止粘土附着对策（）,扩大刀盘中央部分的开口，重视泥土从刀盘中心部进入土仓,2020年5月1日6时47分,防止粘土附着对策（）,在土仓内隔壁上装备前后滑动式固定搅拌翼，并可从其前端添加泥浆,2020年5月1日6时47分,防止粘土附着对策（）,装备在刀盘内侧可以覆盖整个区域的搅拌翼,2020年5月1日6时47分,防止粘土附着对策（）,固定土仓隔壁中心部分，防止转动脚中心部分泥土堵塞,2020年5月1日6时47分,泥浆注入口的配置,刀盘面板前面：3处固定隔板一侧：4处固定搅拌翼前端：1处螺旋出渣机：3处可选择泥浆、泡沫和聚合物3种类型,喷出口阀门构造照片,2020年5月1日6时47分,对应复合地层的刀具配置,2020年5月1日6时47分,复合地层的刀具装备与对策,可更换滚刀与强化先行刮刀如岩石强度在30Mpa以下可使用强化先行刮刀进行掘进如岩石强度为30250Mpa则应适用滚刀进行掘进,2020年5月1日6时47分,滚刀的形状与特点,尺寸：17英寸允许磨损量：20mm允许负荷：250kN允许线速度：150m/min材质：特殊工具钢转动力：70Nm,2020年5月1日6时47分,刀盘耐磨损对策,刀盘外周堆焊钉状耐磨物,外周进行硬化耐磨层堆焊,耐磨板,2020年5月1日6时47分,刀盘驱动部土砂密封,特点土砂密封：3条唇形密封1段V型密封：3段迷路密封：拉比利斯（迷宫）式检测：温度检测传感器供油脂：自动供脂其他：密封接触面采用硬质材料,2020年5月1日6时47分,铰接构造,铰接装置总推力24,000kN数量2,000kN12根铰接方向全方向（上下、左右、倾斜方向）,2020年5月1日6时47分,铰接密封,形式：型密封2段、灰尘密封1段耐压：1.0Mpa润滑：自动供脂,2020年5月1日6时47分,盾尾密封,形式：3段金属刷浆液逆流：注浆液逆流防止板润滑：盾尾油脂自动注入供脂位置：每列6处（共计12处）耐水压：0.4Mpa,2020年5月1日6时47分,螺旋出渣机的特点,驱动方式液压驱动方式（装备动力：110kw）出土量280m3/h（最大排出粒径：250mm500mmL）直径700mm（带轴式出渣机）转速1.024rpm驱动扭矩常用最大：55.7kN-m脱困时最大：65,0kN-m前端部耐磨对策（套筒与螺旋桨硬化堆焊）,2020年5月1日6时47分,螺旋机防止水喷涌对策（旋转