第14讲盾构机分类及选型课件

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：郭京波教授8/8/2023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主要内容1盾构机分类2盾构机选型3盾构机选型举例8/8/2023主要内容7/31/20231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TBM8/8/20231盾构机分类(1)按掘削地层分类双护盾TBM7/31软土盾构复合盾构8/8/2023软土盾构复合盾构7/31/2023(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8/8/2023(2)按盾构机横截面形状分类7/31/20238/8/20237/31/2023(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>18m8/8/2023(3)按盾构机横截面的形状分类7/31/2023(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

8/8/2023(4)按掘削面的敞开程度分类7/31/2023(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

8/8/2023(5)按掘土出土器械的机械化程度程度分类◆手掘式盾构(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8/8/2023(6)按掘削面的加压平衡方式分类7/31/2023(7)按刀盘运动形式分类

8/8/2023(7)按刀盘运动形式分类7/31/2023(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8/8/2023(8)按盾构机特殊构造分类7/31/2023(9)按盾构机的功能、用途分类

8/8/2023(9)按盾构机的功能、用途分类7/31/2023(10)按盾构隧道衬砌施工方法分类8/8/2023(10)按盾构隧道衬砌施工方法分类7/31/2023(11)综合分类8/8/2023(11)综合分类7/31/20232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8/8/20232盾构机选型盾构掘进机选型依据7/31/2023盾构掘进机选型的一般程序

8/8/2023盾构掘进机选型的一般程序7/31/2023不同地质条件下全断面掘进机选型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Foam8/8/2023不同地质条件下全断面掘进机选型SlurryEPB粒径分布曲线不同地质条件下全断面掘进机选型

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]1,401,051,502,002,208/8/2023不同地质条件下全断面掘进机选型泡沫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

8/8/2023盾构掘进机选型的其他条件7/31/2023二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。3.１武汉地铁的路线与地质3盾构机选型举例8/8/2023二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8/8/2023偏软地层导致的地表沉降3.2本工程重点/难点7/31/3.3隧道管片参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

8/8/20233.3隧道管片参数项目参数备注管片类型普通3.４

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/16hours8/8/20233.４盾构机总体参数（方案）盾构机总体设计范围及主要尺寸盾3.５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

1,750kN×22根最大伸长速度

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、倾斜方向）8/8/20233.５主要机械性能（方案）刀盘驱动7/31/20233.６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：φ250mm×500mmL）直径

700mm（带轴式螺旋机）转速

1.0～24rpm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

Ｌ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8/8/20233.６主要机械性能（方案）螺旋出渣机驱动7/31/2023防止粘土附着对策（１）在刀盘进土口位置装备高压水喷射管8/8/2023防止粘土附着对策（１）在刀盘进土口位置装备高压水喷防止粘土附着对策（２）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8/8/2023防止粘土附着对策（２）扩大刀盘中央部分的开口，重视防止粘土附着对策（３）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8/8/2023防止粘土附着对策（３）在土仓内隔壁上装备前后滑动式固定搅拌翼防止粘土附着对策（４）装备在刀盘内侧可以覆盖整个区域的搅拌翼8/8/2023防止粘土附着对策（４）装备在刀盘内侧可以覆盖整个区域的搅拌翼防止粘土附着对策（５）固定土仓隔壁中心部分，防止转动脚中心部分泥土堵塞8/8/2023防止粘土附着对策（５）固定土仓隔壁中心部分，防止转动脚中心部泥浆注入口的配置・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8/8/2023泥浆注入口的配置・刀盘面板前面对应复合地层的刀具配置8/8/2023对应复合地层的刀具配置7/31/2023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30～250Mpa则应适用滚刀进行掘进8/8/2023复合地层的刀具装备与对策・可更换滚刀与强化先行刮刀7/31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：70Nーm8/8/2023滚刀的形状与特点尺寸：17英寸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ＩＮＧ板8/8/2023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8/8/2023刀盘驱动部土砂密封特点7/31/2023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）8/8/2023铰接构造铰接装置7/31/2023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8/8/2023铰接密封形式：Ｖ型密封2段、灰尘密封1段7/3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