大型施工机械盾构机的分类及选型

第十四讲《大型施工机械》——盾构机部分盾构机的分类及选型主讲：xx教授11/20/2022主要内容1盾构机分类2盾构机选型3盾构机选型举例11/20/20221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TBM11/20/2022软土盾构复合盾构11/20/2022(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11/20/202211/20/2022(3)按盾构机横截面的形状分类超小型盾构φ<1m小型盾构3.5m≥φ≥1m中型盾构6m≥φ≥3.5m大型盾构14m≥φ≥6m超大型盾构18m≥φ≥14m特大型盾构φ>18m11/20/2022(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

11/20/2022(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

11/20/2022(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11/20/2022(7)按刀盘盘运动动形式式分类类11/15/2022(8)按盾构构机特特殊构构造分分类中折盾盾构球体盾盾构异径母母子盾盾构重心靠靠前盾盾构特殊构构造的的盾构构现场换换刀盾盾构可直接接掘削削前障障碍物物盾构构机体可可分可可合盾盾构固体回回收盾盾构倾斜中中空轴轴全断断面机机内注注浆盾盾构倾斜中中空轴轴全断断面机机内注注浆+活动前前檐盾盾构11/15/2022(9)按盾构机的的功能、用用途分类11/15/2022(10)按盾构隧道道衬砌施工工方法分类类11/15/2022(11)综合分类11/15/20222盾构机选型型盾构掘进机机选型依据据(1)土质条件、、岩性（抗抗压、抗拉拉、粒径、、成分等个个参数）(2)开挖面稳定定（自立性性能）(3)隧道埋深、、地下水位位(4)设计隧道的的断面(5)环境条件、、沿线场地地（附近管管线和建筑筑物及其结结构特性））(6)衬砌类型(7)工期(8)造价(9)宜用的辅助助工法(10)设计路线、、线形、坡坡度（11）电气等其其他设备条条件11/15/2022盾构掘进机机选型的一一般程序11/15/2022不同地质条条件下全断断面掘进机机选型SlurryEPB粒径分布曲线400,006颗粒直径

d单位mm筛分通过率<d%00,0011030200,0020,020,060,2泥土粒径7060508090100600,62,06,060,020,010090807050403020100筛分粒径砂粉质土粘土细中粗砾石粗细中粗粗细中粗粗Foam11/15/2022不同地质条条件下全断断面掘进机机选型泡沫EPB盾构泥水盾构弃土容重粘土粉土粘稠度系数IC柔软软硬0,25坚硬0,501,000,75EPB模式

EPB敞开模式添加剂防止堵塞添加剂增加塑性高渗透性砂砾石渗透系数k[m/s]很高渗透性一般渗透性10-210-310-410-5复合式盾构EPB+添加剂高浓度膨润土工作舱内土体容重[t/m³]1,401,051,502,002,2011/15/2022盾构掘进进机选型型的其他他条件（1）工期条条件的制制约（2）造价因因素的制制约（3）环境因因素的制制约（4）基地条条件的制制约（5）设计路路线、平平面竖向向曲线形形状的制制约11/15/2022二号线穿穿越汉口口和武昌昌，隧道道穿越地地质种类类比较全全面：粘土、粉粉质粘土土、淤淤泥质粉粉质粘土土、粉细砂、、中粗砂砂、砂砂岩岩、、粉砂岩岩、石英砂岩岩、炭质质灰岩、、

钙质质泥岩、、强风化化泥岩、、

强风风化含碳碳硅质页页岩等。3.１武汉地铁铁的路线线与地质质3盾构机选选型举例例11/15/2022偏软地层层导致的的地表沉沉降由于硬质质附着性性粘土导导致的刀刀盘与土土仓的堵堵塞丰富的地地下水与与水压的的问题软质风化化岩\砂岩\泥岩\半固结粘粘土\淤泥的掘掘进膨胀性陈陈旧粘土土导致的的盾构机机推力增增加附着性粘粘土与基基岩的掘掘进掘进途中中的刀具具更换3.2本工程重重点/难点11/15/20223.3隧道管片参数数项目参数备注管片类型普通预制增强水泥管片安装衬砌，包括纵向封顶块分块形式5+1个封顶块外径(O.D.)6.00m内径(I.D.)5.40m厚度300mm管片宽度1.5m单片管片最大重量约4t

11/15/20223.４盾构机总体体参数（方案）盾构机总体体设计范围围及主要尺尺寸开挖直径：6280mm前护盾直径径：6250mm主机长度：：约9.0m（含刀盘））总长度包括括后配套：：约82m总重量包括括后配套：：420t最小曲线半半径：250m盾构机总体体设计范围围最大掘进速速率8cm/min平均掘进速速率3.5cm/min管片平均安安装时间30min/环管片宽度1500mm根据上述计计算每班次次掘进速率率6环/8hours每日双班工工作时掘进进速率12环/16hours11/15/20223.５主要机械性性能（方案案）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盾构机千斤斤顶总推力38,500kN单位面积推推力：1,255kN/㎡数量1,750kN×22根最大伸长速速度8.0cm/min铰接装置总推力24,000kN数量2,000kN×12根铰接操作全方向（上下、左右右、倾斜方方向）11/15/20223.６主要机械性性能（方案案）螺旋出渣机机驱动驱动形式液压压驱驱动动方方式式（装备备动动力力：110kw）排土土量量280m3/h（最大大排排出出粒粒径径：φ250mm××500mmL）直径径700mm（带轴轴式式螺螺旋旋机机）转速速1.0～24rpm驱动动扭扭矩矩常用用最最大大：55.7kN-m脱困困时时最最大大：65,0kN-m管片片拼拼装装装装置置形式式Ｌ型方方式式（管片片拼拼装装作作业业空空间间大大）操作作方方式式无线线遥遥控控操操作作转动动速速度度高速速：1.5rpm低速速：0.3rpm两级级调调速速（高速速・低速速无线线遥遥控控切切换换）调节节可实实现现微微调调、、微微动动操操作作11/15/2022防止止粘粘土土附附着着对对策策（１１））在刀刀盘盘进进土土口口位位置置装装备备高高压压水水喷喷射射管管11/15/2022防止止粘粘土土附附着着对对策策（２２））扩大大刀刀盘盘中中央央部部分分的的开开口口，，重重视视泥泥土土从从刀刀盘盘中中心心部部进进入入土土仓仓11/15/2022防止粘土土附着对对策（３）在土仓内内隔壁上上装备前前后滑动动式固定定搅拌翼翼，并可可从其前前端添加加泥浆11/15/2022防止粘土土附着对对策（４）装备在刀刀盘内侧侧可以覆覆盖整个个区域的的搅拌翼翼11/15/2022防止粘土土附着对对策（５）固定土仓仓隔壁中中心部分分，防止止转动脚脚中心部部分泥土土堵塞11/15/2022泥浆注入入口的配配置・刀盘面板板前面：3处・固定隔板板一侧：4处・固定搅拌拌翼前端端：1处・螺旋出渣渣机：3处可选择泥泥浆、泡泡沫和聚聚合物3种类型喷出口阀阀门构造造照片11/15/2022对应复复合地地层的的刀具具配置置11/15/2022复合地地层的的刀具具装备备与对对策・可更换换滚刀刀与强强化先先行刮刮刀・如岩石石强度度在30Mpa以下可可使用用强化化先行行刮刀刀进行行掘进进・如岩石石强度度为30～250Mpa则应适适用滚滚刀进进行掘掘进11/15/2022滚刀的的形状状与特特点尺寸：17英寸允许磨磨损量量：20mm允许负负荷：250kN允许线线速度度：150m/min材质：特殊工工具钢钢转动力力：70Nーm11/15/2022刀盘耐耐磨损损对策策刀盘外外周堆堆焊钉钉状耐耐磨物物外周进进行硬硬化耐耐磨层层堆焊焊耐磨ＩＮＧＧ板11/15/2022刀盘驱动部部土砂密封封特点土砂密封：3条唇形密封封1段V型密封：3段迷路密封：拉比利斯（（迷宫）式式检测：温度检测传传感器供油脂：自动供脂其他：密封接触面面采用硬质质材料11/15/2022铰接构造铰接装置总推力24,000kN数量2,000kN×12根铰接方向全方向（上下、左右、倾斜方向）11/15/2022铰接密封形式：Ｖ型密封2段、灰尘密封1段耐压：1.0Mpa润滑：自动供脂11/15/2022盾尾密封形式：3段金属刷浆液逆流：注浆液逆流流防止板润滑滑：盾尾油脂自动动注入供脂位置：每列6处（共计12处）耐水压：0.4Mpa11/15/2022螺旋出渣机的的特点驱动方式液压驱动方式式（装备动力：110kw）出土量280m3/h（最大排出粒径径：φ250mm×500mmL）直径700mm（带轴式出渣机机）转