地下铁道施工技术课件：盾构的分类与选型

地铁盾构法施工

地铁盾构法施工地铁盾构法施工概述1盾构的基本构造及其分类2盾构选型3盾构施工技术4地铁盾构法施工引言中国盾构机制造企业地铁盾构法施工引言盾构法隧道的起源及发展史1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到启示，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国取得了专利。布鲁诺尔注册专利的盾构1.国外发展史地铁盾构法施工引言盾构法隧道的起源及发展史1828年1月12日泰晤土河水涌入盾构机M.I.Brunel螺旋盾构，1818地铁盾构法施工引言盾构法隧道的起源及发展史1917年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以外第一个引进盾构法的国家。1963年，土压平衡盾构首先由日本SatoKogyo公司开发出来。

1963年SatoKogyo公司土压平衡盾构地铁盾构法施工引言盾构法隧道的起源及发展史1989年，日本最引人注目的泥水盾构隧道工程开工。日本东京湾海底隧道盾构机示意图地铁盾构法施工引言盾构法隧道的起源及发展史1989年，日本最引人注目的泥水盾构隧道工程开工。日本东京湾海底隧道泥水式盾构机地铁盾构法施工引言盾构法隧道的起源及发展史1987年，上海市隧道工程公司承建市南站过江电缆隧道工程，成功设计了我国第一台直径4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机。直径4.35m土压盾构研制2.国内发展史地铁盾构法施工引言盾构法隧道的起源及发展史1990年12月，上海市隧道工程公司承建的上海合流污水治理工程6.1标过江隧道推进施工。采用自己设计制造直径5.17m加泥式土压平衡盾构。直径5.17m加泥式土压平衡盾构2.国内发展史第八章：地铁盾构法施工引言盾构法隧道的起源及发展史1995年，我国开始研究矩形盾构隧道掘进技术，1996年上海隧道工程股份有限公司研制了一台2.5m×2.5m可变网格矩形隧道掘进机，顶进矩形隧道60m。2.5m×2.5m可变网格矩形隧道掘进机2.国内发展史地铁盾构法施工引言盾构法隧道的起源及发展史2003年9月，上海隧道工程股份有限公司建设的中国首条双圆隧道在轨道交通8号线应用。双圆隧道2.国内发展史地铁盾构法施工引言中国盾构机施工企业地铁盾构法施工地铁盾构法施工引言2011-2050中国轨道交通增长预测德国RMB5000万元日本RMB3000万元国产RMB2500-5000万盾构机价格地铁盾构法施工引言盾构的发展前景按照一台盾构机使用寿命为掘进10~15km，我国盾构市场每年的需求量增加100台左右。2010年我国盾构机保有量300台2015年，600台盾构法应用地铁隧道通讯、电力线缆隧洞市政、水工涵洞石油、天然气管道

6.1盾构的分类与选型What?什么是盾构法？特点？——在地表以下的土层或松软岩层中在盾壳保护下进行全断面隧道开挖和衬砌的一种施工方法。

优点安全性好。在盾构设备的掩护下，可安全进行土层开挖与支护工作暗挖方式施工时与地面及交通互不影响，尤其在城市建筑物密集和交通繁忙地段振动和噪音下，可控制地表沉降，对施工区域环境影响较少缺点一次性投入大，施工设备费用较高覆土较浅时，地表沉降较难控制用于施作小曲率半径（R＜20D）隧道时掘进较困难

6.1盾构的分类与选型

6.1盾构的分类与选型全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态的盾构机。根据开挖方式的不同，又分为手掘式、半机械化式及机械式三种。适用范围：适用于开挖面自稳性好的围岩。(1)手掘式盾构机适应的土质是自稳性强的洪积层压实的砂、砂砾，固结粉砂和粘土。

1.全开敞式盾构分类1

6.1盾构的分类与选型(2)半机械式盾构机半机械式盾构机进行开挖及装运石碴都采用专用机械，配备液压铲土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带运输机等出碴机械，或配备具有开挖与出碴双重功能的机械，以图省力。盾构分类1

6.1盾构的分类与选型(3)机械式盾构机机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘，增大了盾构机的挖掘能力，开挖的土砂通过旋转铲斗和排土可以连续进行，缩短了工期，减少了作业人员。盾构分类12.半开敞式这种盾构适用于软弱粘土层，在推进过程中要引起较大的地面隆起。

6.1盾构的分类与选型盾构分类13.密封式是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙，进入刀盘与隔墙土仓的土体，由泥水压力或土压提供足以使开挖面保持稳定的压力。密封式盾构机又分成局部气压式、泥水平衡式和土压平衡式几种。

6.1盾构的分类与选型盾构分类13.密封式(1)局部气压式盾构在机械式盾构支承环的前边装上隔板，使切口环成为一个密封舱，其中充满压缩空气，达到疏干和稳定开挖面土体的作用。盾构分类1

6.1盾构的分类与选型(2)泥水加压式盾构工作原理：在盾构密封隔舱内注入泥水，由泥水压力抵抗正面土压力，用全断面机械化切削及管道输送泥水出土方式，完成盾构并开挖掘进的全过程。在泥水加压式盾构的密封舱内充满特殊配制的压力泥浆，刀盘(花板型)浸没在泥浆中工作。

6.1盾构的分类与选型3.密封式盾构分类1(2)泥水加压式盾构对开挖面支护，通常是由泥浆压力和刀盘面板共同承担，前者主要是在掘进中起支护作用，后者主要是在停止掘进时起支护作用。而刀盘切削下的碴土在密封舱内与泥浆混合后，用排泥泵及管道输送至地面处理，处理后的泥浆再由供泥泵和管道送回盾构重复使用，所以，在采用泥水加压式盾构时，还需配备一套泥浆处理系统。

6.1盾构的分类与选型盾构分类1泥水室大刀盘清水槽泥浆调整槽密度计流量计供浆管排浆管伸缩管VP2P3P4P1(2)泥水加压式盾构

6.1盾构的分类与选型盾构分类1

6.1盾构的分类与选型泥水式盾构机盾构分类13.密封式(3)土压平衡式盾构

又称削土密封式或泥土加压式盾构。是在局部气压盾构及泥水加压盾构基础上发展起来的一种适用于含水饱和软弱地层中施工的新型盾构。

6.1盾构的分类与选型它的前端有一个全断面切削刀盘，在它后面有一个贮留切削土体的密封舱，在其中心处或下方装有长筒形的螺旋输送机；在密封舱和螺旋输送机，以及在盾壳四周装设的土压传感装置，根据需要还可装设改善切削土体流动性的塑流化材料的注入设备。盾构分类1土压平衡示意图

6.1盾构的分类与选型静止土压水压泥土压3.密封式(3)土压平衡式盾构用流动性和不透水性的“作浆材料”压注于切削下的土中使之成为可流动又不透水的浆化泥土，使其充满开挖面密封舱及其相连的长筒型螺旋输送机。

6.1盾构的分类与选型盾构切削速度控制螺旋输送机的转速，保证密封舱内始终充满泥土，而又不过于饱满。其避免了局部气压盾构的主要缺点，又省略了泥水加压盾构中的泥水处理设备，是正在发展的最有前途的地下工程设备之一。盾构分类1泡沫注入试验

6.1盾构的分类与选型加注泡沫

6.1盾构的分类与选型土压平衡式盾构机盾构分类1

6.1盾构的分类与选型盾构分类1

6.1盾构的分类与选型盾构分类14.多圆式盾构机5.矩形盾构机全断面掘进机在掘进工况时，必须具有掘进、出碴、导向、支护四个基本功能，并配置完成这些功能的机构。6.硬岩掘进机——TBM

6.1盾构的分类与选型

6.1盾构的分类与选型1.盾构的类型适用于：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。主要特点：刀盘仅安装切削软土用的切刀和刮刀，无需滚刀。盾构选型2（1）软土盾构正齿刀切刀边刮刀钢刀圈盘形正滚刀球齿刀圈盘形滚刀盘形球齿滚刀

6.1盾构的分类与选型刮刀示意图滚刀示意图

6.1盾构的分类与选型适用于：软土、硬岩。主要特点：刀盘即安装切削软土用的切刀和刮刀，又安装破碎硬岩的滚刀或安装有破碎砂卵石和漂石的撕裂刀。（2）复合盾构1.盾构的类型盾构选型2

8.3盾构选型的根据应对工程地质、水文地质有较强的适应性，首先要满足施工安全的要求。一安全适应性、技术先进性、经济性相统一。二满足隧道外径、长度、埋深、施工场地、周围环境等条件。三满足安全、质量、工期、造价的环保要求。四后配套设备的能力与主机配套，满足生产能力与主机掘进速度相匹配。五经验等。六2.盾构选型的原则盾构选型2

6.1盾构的分类与选型工程地质、水文地质条件地层的参数隧道长度、隧道平纵面及横断面形状和尺寸等设计参数周围环境条件隧道施工工程筹划及节点工期要求宜用的辅助工法技术经济比较经验盾构选型23.盾构选型的依据

6.1盾构的分类与选型[调查项目]4.盾构选型的流程

6.1盾构的分类与选型[论证项目]4.盾构选型的流程

6.1盾构的分类与选型5.盾构选型的主要方法土压平衡盾构渗透系数小于10-7m/s时土压平衡盾构或泥水盾构渗透系数大于10-7m/s，小于10-4m/s时泥水盾构渗透