TBM与盾构施工问题.ppt

1、中铁隧道集团有限公司,演讲者： 高级工程师 董天鸿,TBM结构和工作原理,中铁隧道集团有限公司 2008年11月19日,第一部分 掘进机的发展概况 第二部分 TBM分类 第三部分 TBM的结构和原理 第四部分 施工录像资料,目 录,第一部分,掘进机的发展概况,掘进机的发展概况1,隧道掘进技术是由早期的盾构（适用于软土层掘进的又称盾构）技术发展而来，是地下暗挖隧道的一种工程建设技术，是随着现代交通运输、地下工程、矿山开采、水利工程、市政建设以及电气通讯设施的发展而发展起来的。 全断面隧道掘进机问世已有180年的历史。1818年，英国布鲁诺（M.I.Brunel）在蛀虫钻孔的启示下，最早提出了用于

2、施工地下隧道的掘进机的雏形及施工方法。1825年，他第一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高6.8m，宽11.4m的矩形盾构修建了一条隧道。由于初始未能掌握抵制泥水涌入隧道的方法，隧道施工两次被淹，后来在东伦敦地下铁道公司的合作下，经过对盾构施工的改进，用气压辅助施工，于1843年完成了全长458m的第一条盾构法隧道。 早期的盾构，主要是利用盾构机械所特有的盾壳作为支护，防止地层的坍塌，以保证在其内部安全地进行开挖和衬砌等各种作业，开挖基本上是采用人工开挖方式。随着隧道工程的不断增多，为适应不同条件下的施工要求和提高施工效率，隧道掘进机器人得以应用并不断地发展，除不断完善软土隧道掘进机（即盾构）及应

3、用技术，又开发出能够适应岩石地层施工的岩石隧道掘进机及应用技术。到目前为止，隧道掘进机已经发展到比较高的水平。全世界共生产各种类型的隧道掘进机约8000余台，并且在工程应用中获得了满意效果。 随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于软土层的地铁、隧道、市政管道等工程领域。为适应不同工程的需要，盾构机的形式也越来越多，目前，已生产了断面为圆形、矩形、双圆、三圆、球型盾构、子母盾构等，尺寸也从直径200mm到18 m。盾构机的类型较多，但其工作原理基本相同，主要由切削刀盘、动力机构、液压主轴顶进机构、液压纠偏机构、液压中继顶进机构、液压主推进机构、衬砌及岩土排运机构以及检测导向机构等几个部分。,

4、掘进机的发展概况2,随着高新技术的发展，盾构机的控制技术科技含量越来越高，遥控控制技术、激光制导技术以及陀螺仪定位系统已普遍应用于盾构机中，使得盾构机的操作、地表沉降的控制更趋简易，隧道的施工质量也越来越好。 为适应工程建设发展的需要，盾构机的断面尺寸具有向超大、微小两个方向发展的趋势。直径18 m的盾构机已在研制，小到直径200 mm的微型盾构已在工程中得到应用。盾构技术的应用越来越广，如水工隧道、地铁隧道、市政管道、共同沟等。 近几年来，我国隧道及地下工程的建设发展很快，目前我国铁路隧道总数达5300余座，总长度达到2500km；公路隧道达到450多座，总长度达到120km；水电站地下工程

5、和水工隧洞达到100km；已建和正在建设的地铁长度达到170km。在这些工程中，其中有不少是采用盾构技术进行施工。在2000年2009年的十年中，新建铁路隧道的长度将达到300400km；地铁建设长度将达到700km；城市市政隧道工程将达100km；水电隧道将达400km。由此可见隧道掘进技术在我国将有广阔的应用前景。 我国在盾构施工技术方面已有多年经验，在北京、上海、广州等地下铁道、排水隧道工程中应用了盾构施工并取得成功。九十年代以来，我们已成功地研制了3.8m6.34m的土压平衡隧道掘进机10余台，技术水平已接近国际先进，用于地铁隧道、引排水隧道、电缆隧道工程；在导向技术、监控技术方面的研

6、究也达到了国际先进。最近，上海已研制了国内第一台3.8m3.8m组合刀盘土压平衡矩形盾构，完成2条62m长的地下人行通道，使我国在异形隧道的开发研究方面进入世界行列。 北京首台加泥式土压平衡盾构机“京盾一号”也在最近研制并试运转成功，该机是专门针对北京地区含水砂卵石地层面研制的盾构机，直径3.63米，日掘进速度10米，是传统开槽施工的10倍。 为什么把盾构机与机器人相提并论呢？第一，盾构机采用了类似机器人的技术，如控制、遥控、传感器、导向、测量、探测、通讯技术等，这些也是广义的自动化技术。第二，信息时代既展现了多学科的相通又体现了多技术的集成，信息一词本身的内涵就有了巨大的变化，机器人也同样在

7、传统的概念上及应用领域方面不断创新。,第二部分,TBM分类,TBM分类1,1从适应掘进的地层分类： 1）硬岩掘进机（hard-rock tunnel boring machine）或敞开式掘进机（Open tunnel boring machines）： （1）撑靴式掘进机Gripper TBM：水平支撑和X型支撑 （2）斜井掘进机（Inclined TBM） （3）扩挖掘进机（TBE -Tunnel reaming machines） （4）护盾掘进机（Shielded tunnel boring machines）： 单、双护盾(Single and telescopic shield m

8、achine) 2）混和岩石掘进机（TBM for mixed rock）： （1）在同一台掘进机上采用两种处理技术联合的TBM （2）类似护盾掘进机、使用新设计 （3）应用在稳定和不稳定地层的断面。,TBM分类2,3）软岩掘进机：（soft-rock TBM） （1）敞开式Open-face TBM or open mode：使用在稳定而且少水的地层。 （2）封闭（压力平衡）式（Closed-face TBM or in closed mode）： a. 土压平衡式（Earth Pressure Balance TBMs）简称EPB b. 泥水平衡式（Slurry Shield TBM）,T

9、BM分类3,2. 从开挖不同形状的隧道分类： 1）单圆掘进机 2）多圆掘进机 3）异型（特殊形状）掘进机 4）微型掘进机（minimum）,撑靴式掘进机Gripper TBM,CHINA REAILWAY TUNNEL GROUP CO,. LTD. 中铁隧道集团有限公司 CHINA REAILWAY TUNNEL GROUP CO,. LTD.,撑靴式掘进机Gripper TBM,斜井掘进机（Inclined TBM）,扩挖掘进机（TBE -Tunnel reaming machines）,护盾掘进机（Shielded tunnel boring machines）,护盾掘进机（Shield

10、ed tunnel boring machines）,混和岩石掘进机（TBM for mixed rock）,土压平衡式（Earth Pressure Balance TBMs）简称EPB,泥水平衡式（Slurry Shield TBM）,多圆掘进机,微型掘进机（minimum）,三、TBM结构和工作原理,1硬岩撑靴式掘进机结构及工作原理 2护盾掘进机结构及工作原理 3软岩掘进机结构及工作原理,硬岩撑靴式掘进机结构及工作原理,护盾掘进机结构及工作原理,土压平衡盾构机的结构与工作原理,刀盘 土仓 螺旋输送机 土仓隔板 推进油缸 衬砌管片 盾尾密封刷,工作原理： 由刀盘切削土层，切削后的泥土进入土

11、仓（工作室），土仓内的泥土与开挖面压力取得平衡的同时由土腔内的螺旋输送机出土，装于排土口的排土装置在出土量与推进量取得平衡的状态下，进行连续出土。,泥水平衡盾构机的机构与工作原理,刀盘 泥浆 压缩空气 推进油缸 衬砌管片 盾尾密封刷 进浆管 排浆管 管片背后注浆,工作原理： 在机械式盾构大刀盘的后方设置一道隔板，隔板与大刀盘之间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用和压力保持机构，保证开挖面土体的稳定。,土压平衡盾构机的结构与工作原理,刀盘 土仓 螺旋输送机 土仓隔板 推进油缸 衬砌管片 盾尾密封刷,工作原理： 由刀盘切削土层，切削后的泥土进入土仓（工作室），土仓内的泥土与开挖面压力取得平衡的同时由土腔内的螺旋输送机出土，装于排土口的排土装置在出土量与推进量取得平衡的状态下，进行连续出土。,泥水平衡盾构机（城陵矶长江隧道，前湾过海隧道）,泥水平衡盾构机的机构与工作原理,刀盘 泥浆 压缩空气