盾构选型分析
盾构机选型分析
Equpme M a f crn c n l g i nt nu a ti g Te h o o y No. 201 Fra Baidu bibliotek, 2
的刀盘旋转 , 可以使切削下来的土体具有一定塑性 , 值 , 符合工程建设要求 。 以便 于利用螺旋输送机 向外输送 ;泥水平衡盾构机 海瑞 克公 司在设 计 人 闸 时 ,为 人 闸预 留 了与 潜
2 选 型 要 求
平衡式盾构机刀盘驱动功率小 , 成本稍高 , 符合本项 目建设的需要 , 因此选择泥水平衡式盾构机。
结合项 目的具体情况,在本工程选用的盾构机
应满足以下要求 : () 1 能保 持开 挖 面地 层 的稳 定 , 格 控制 地表 沉 严
4 刀盘型式的确定
盾构机 的刀盘 ,是用来切削隧道掌子面的土体
的刀盘 , 可以使土体和膨润土进行充分混合搅拌 , 改 水换刀用 的运输舱连接 的接 口,可满足高压换刀工 善泥浆的均匀性。因此刀盘 的选择 , 也是盾构机选型 作 的要求 , 与三菱重工相 比较 , 更为适合本项 目的需
中非常重要的一步 。
选 用 何 种 刀盘 ,主要 取 决 于地 层组 成 。对 于砂
的, 同时还可 以稳定掌子面 ; 另外 , 刀盘还具有搅拌 降, 满足富含水地层的掘进要求。 将切削下来 的土体进行搅拌。土压平衡盾构机 () 2 在历史最高水位压力下 , 具有 良好的防水密 功能 ,
盾构的种类及选型
第四章盾构的种类及选型
4.1 盾构机的种类
盾构的分类方法较多,可按盾构切削断面的形状;盾构自身构造的特征、尺寸的大小、功能;挖掘土体的方式;掘削面的挡土形式;稳定掘削面的加压方式;施工方法;适用土质的状况等多种方式分类。见表4.1。
1. 按挖掘土体的方式分类
按挖掘土体的方式,盾构可分手掘式盾构、半机械式盾构及机械式盾构三种。
①手掘式盾构:即掘削和出土均靠人工操作进行的方式。
②半机械盾构:即大部分掘削和出土作业由机械装置完成,但另一部分仍靠人工完成。
③机械式盾构:即掘削和出土等作业均由机械装备完成。
2. 按掘削面的挡土形式分类
按掘削面的挡土形式,盾构可分为开放式、部分开放式、封闭式三种。
①开放式:即掘削面敞开,并可直接看到掘削面的掘削方式。
②部分开放式:即掘削面不完全敞开,而是部分敞开的掘削方式。
③封闭式:即掘削面封闭不能直接看到掘削面,而是靠各种装置间接地掌握掘削面的方式。
3. 按加压稳定掘削面的形式分类
按加压稳定掘削面的形式,盾构可分为压气式、泥水加压式,削土加压式,加水式,加泥式,泥浆式六种。
①压气式:即向掘削面施加压缩空气,用该气压稳定掘削面。
②泥水加压式:即用外加泥水向掘削面加压稳定掘削面。
③削土加压式(也称土压平衡式):即用掘削下来的土体的土压稳定掘削面。
④加水式:即向掘削面注入高压水,通过该水压稳定掘削面。
⑤泥浆式:即向掘削面注入高浓度泥浆( =1.4g/cm3)靠泥浆压力稳定掘削面。
⑥加泥式:即向掘削面注入润滑性泥土,使之与掘削下来的砂卵混合,由该混合泥土对掘削面加压稳定掘削面。
盾构机选型
一、工程概况
宁和城际轨道交通NH-TA06标包含一站一区间,分别为华新路站、春江新城站~华新路站区间。隧道长度:春江新城站~华新路站区间左右线总长度为3262.842m(左线长1635.5m,右线长1627.342m);左右线间距: 13m~14.6m;隧道覆土厚度最小约11.1m,最大约49.61m;平面最小曲线半径为450m,区间最大坡度为22‰。
两区间隧道内净空:φ5.5m,管片外径φ6.2m.管片采用强度等级C50,抗渗等级P12。宽度1.2m,厚度为350mm。错缝连接,28个M30螺栓,强度等级为
5.8级,螺母强度等级8.0级。
二、本段工程施工的难点
1、本标段区间隧道主要穿越强风化凝灰岩、中风化凝灰岩、中风化安山岩。
2、盾构机在上软下硬地段掘进,由于下断面岩石强度大、上端面土层强度低,易发生开挖面失稳、隧道抬头、超挖量过大引起地层沉降等现象;
3、沿线下伏J3l层全~中风化凝灰岩、安山岩,均具有强度高、低压缩性的特性。天然状态下强度高,最高强度可达94MPa,对盾构刀具的磨损大,强度要求高,隧道穿越该岩层时应选择适宜强度的刀具,并及时检查、更换。
4、区间地层系上统龙王山组凝灰岩、安山岩,裂隙发育,局部岩体呈碎裂状,构造裂隙处有地下水分布,其透水性及赋水性受裂隙发育情况影响分布不均,局部水量较大。
三、对盾构机的设计要求
基本功能要求
⑴要求盾构具有开挖系统、开挖面稳定辅助支撑装置、出碴系统、碴土改良系统、人闸气压装置、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、自动测量导向系统、超前钻探和注浆(自动计量)等基本功能。
《盾构机分类及选型》课件
本课件将介绍盾构机的分类和选型,帮助您更好ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ了解和选择适合的盾构机。
盾构机的定义
盾构机是一种用于隧道掘进的特种土木工程机械设备。
作用: 盾构机通过推进的方式在地下隧道掘进过程中同时完成支撑和爆破土层的工 作。
结构和组成部件: 盾构机由主体结构、推进系统、导轨系统、排土系统、液压系统等部件组成。
优缺点: 开式盾构机施工过程中可以方便进行土层观察和沉降监测,但在水下环境和粉砂土层中的适用性较差。
封闭式盾构机
封闭式盾构机是另一种常见的盾构机结构形式。
基本结构: 封闭式盾构机由盾体、刀盘、推进室等部分组成,前部有闭合的壳体。
工作原理: 封闭式盾构机通过刀盘的旋转和前壳体的封闭作用挖掘土层,同时进行支撑和排土工作。
优缺点: 圆盾机具有掘进速度快、施工效率高的优点,但在硬岩地层中的适用性较差。
矩形盾机
矩形盾机是另一种常见的盾构机类型。
基本结构: 矩形盾机由盾体、刀盘、推进室等部分组成。
工作原理: 矩形盾机通过刀盘的旋转和前铰链的作用挖掘土层,同时推进室内进行支护,实现隧道的掘进。
适用工程特点和范围: 矩形盾机适用于较硬的地层,如岩石、玄武岩等,能够应对不同地质条件下的隧道工程。
工程投资和运行成本: 盾构机的成本对整个工程投资和长期运营具有重要影响。
盾构选型
三、盾构选型的主要步骤与方法
㈠盾构选型的主要步骤
①在对工程地质、水文地质、周围环境、工期要求、经济性 等充分研究的基础上选定盾构的类型;对敞开式、闭胸式 盾构进行比选。 ②在确定选用闭胸式盾构后,根据地层的渗透系数、颗粒级 配、地下水压、环保、辅助施工方法、施工环境、安全等 因素对土压平衡盾构和泥水盾构进行比选。 ③根据详细的地址勘探资料,对地质各主要功能部件进行选 择和设计(如刀盘驱动形式、刀盘结构形式、开口率等), 并根据地质条件等确定盾构的主要技术参数。盾构的主要 技术参数在选型时应进行详细计算,主要包括刀盘直径、 刀盘开口率、刀盘转速等。 ④根据地质条件选择与盾构掘进速度相匹配的盾构后配套设 备
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一、概述 二、盾构选型的原则与依据 三、盾构选型的主要步骤与方法 四、盾构形式的选择 五、刀盘结构形式和驱动方式的选择 六、主要技术参数的计算
• 盾构法是建造地下隧道最先进的施工方法之一,自从1825 年布鲁诺尔在英国泰晤士河下首次使用手掘敞开式矩形盾 构技术开挖出第一条隧道以来,经历了180多年的应用与 发展,目前,盾构法已能适用于任何水文地质条件下的施 工,包括松软、坚硬、有地下水和无地下水等地下暗挖隧 道工程。 • 盾构是根据工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地 下管线和构筑物等具体特征来“量身定做”的。不同于其 他设备,盾构的核心技术不仅是设备本身的机电工业设计, 还在于设备如何适用于各类工程地质。盾构施工的成功率, 主要取决于盾构的选型,决定于盾构是否适应现场的施工 环境,盾构的选型正确与否直接决定着盾构施工的成败。
盾构机选型方案
2.1.7.2.6盾构选型研究
(1)选型原则及依据
盾构选型时主要遵循下列原则:
1)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。
2)安全适应性、技术先进性、经济性相统一,在安全可靠的情况下,考虑技术先进性和经济合理性。
3)满足隧道外径、长度、埋深、施工场地、周围环境等条件。
4)满足安全、质量、工期、造价及环保要求。
5)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,同时具有施工安全、结构简单、布置合理和易于维护保养的特点。
6)盾构制造商的知名度、业绩和技术服务。
根据以上原则,对盾构的形式及主要技术参数进行研究分析,以确保盾构法施工的安全、可靠,选择最佳的盾构施工方法和选择最适宜的盾构类型。盾构选型是盾构法施工的关键环节,直接影响盾构隧道的施工安全、施工质量、施工工艺及施工成本,为保证工程的顺利完成,盾构的选型工作应非常慎重。
盾构选型应以工程地质、水文地质为主要依据,综合考虑周围环境条件、隧道断面尺寸、施工长度、埋深、线路的曲率半径、沿线地形、地面及地下构筑物等环境条件,以及周围环境对地面变形的控制要求的工期、环保等因素,同时,参考国内外已有盾构工程实例及相关的盾构技术规范、施工规范及相关标准,对盾构类型、驱动方式、功能要求、主要技术参数,辅助设备的配置等进行研究。
选型时的主要依据如下:
1)工程地质、水文地质条件:颗粒分析及粒度分布,单轴抗压强度,含水率,砾石直径,液限及塑限,黏聚力、内摩擦角,土粒子相对密度,孔隙率及孔隙比,地层反力系数,压密特性,弹性波速度,孔隙水压,渗透系数,地下水位(最高、最低、平均),地下水的流速、流向情况等。
盾构选型与要点
1.影响盾构选型的主要地质因素
根据德国海瑞克的经验,常用的土压与泥水盾构选择应考虑的地 层条件及颗粒尺寸因素如图所示
3. 盾构设计的要点
➢ 4.盾尾与盾尾密封 盾尾长度根据隧道覆土厚度、管片宽度、管片拼装方式和形状、盾尾 密封的形状及其层数决定,有时需要考虑施工过程更换盾尾密封等,另 外,考虑到隧道的曲线施工等因索,要有一定的盾尾间隙。对于 长距 离、高水压等条件,应慎重考虑盾尾密封层数与密封刷的可更换性。 ➢ 5.排渣系统 盾构排渣设备应具备适合围岩条件,具有将渣土顺利排出的能力。 • 螺旋输送机的形式大致分为有轴螺旋输送机和无轴镙旋输送机。开
1.影响盾构选型的主要地质因素
施工距离长时,应对盾构及各部位耐磨损和耐久性认真研 究,考虑加油、更换等维护措施;隧道线形如果是曲线半 径小急转弯,要论证能确保线形的施工方法,做到尽可能 采用少量超挖而能保证隧道线形的施工方法;隧道埋深大 时,必然是髙水压下施工,应认真考虑各部位的强度与各系 统的密封性能。
3. 盾构设计的要点
➢ 1.刀盘设计 盾构对地层的适应性,基本取决于刀盘设计是否合理。如何选择安全 、经济的刀盘是摆在设计人员面前的重要课题。 ➢ 2.刀具选择与布置 刀具形式按适合地层条件的原则选择,刀具的高度需要根据地层条件 和旋转距离推算出来的磨损量、掘进速度和切削速度、刀具布置位置 求出的切入深度等决定。 ➢ 3.推进系统与刀盘驱动系统设计优化 盾构总推力根据各种推进阻力的总和及其所需要的富余量决定。充分 了解不同盾构类型阻力组成及计算方法,同时根据实际经验分析。盾 构千斤顶的选型和配置应根据盾构的操作性、管片组装施工的方便性 等确定。
盾构选型
盾构选型
盾构选型包括盾构机选型与衬砌选型两个方面。
1.盾构的种类与选型
盾构机是一种用钢板作成圆筒形结构的活动支撑,是通过软弱、含水地层,特别在海底、河底、城市内修建隧道的一种施工机械。在盾构的支护下,可安全地进行掘进和衬砌。盾构施工法是使用盾构机在地下掘进,边防止开挖面土砂崩塌边在机内安全地进行开挖作业和衬砌作业从而构筑成隧道的施工方法。因此,盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。一般地,按开挖面与作业室之间隔墙构造可分为敞式、半开敞式及密封式三种。密封式又可分为泥水加压式盾构和土压平衡式盾构。
泥水加压式盾构,是在切削刀盘后方设隔墙将盾构封闭起来,压力泥水送入此隔墙与掌子面之间的所谓泥水室,用泥水压力形成承压面,以抵抗地层水压,防止开挖面的塌方。用切削刀盘进行开挖,切削下来的砂土经搅拌机搅拌成泥浆,由泥浆泵经排泥管道抽出,输送到地面泥水处理场。一面切削,一面用千斤顶向前推进盾体,至一个衬砌管片宽度时,用盾尾拼装机进行管片安装。泥水加压盾构有盾尾的漏水以及难以确认开挖面状态及刀具磨耗等确点,还需要较大的泥水处理场地。泥水加压盾构对于不稳定的软弱地层或地下水位高,含水砂层,粘土以及冲积层以及洪积层等流动性高的土质,使用效果较好。泥水加压平衡盾构具有土层适应性强、对周围土体影响小、施工机械化程度高等优点。根据日本的实践,在砂层中进行大断面、长距离推进
的盾构机,大多采用泥水加压式盾构机。实践证明,掘进断面越大,用泥水加压式盾构机的效果越好。泥水加压式盾构机除在控制开挖面稳定以减少地面沉降方面较为有利外,还在减少刀头磨损、适应长距离推进方面显示出优越性。
盾构机分类及选型课件
压缩空气辅助盾构机
适用于含水地层掘进,通过压缩空气在切削刀盘前方形成一道气幕,防止泥水 进入切削仓。同时,压缩空气还能起到排土和平衡压力的作用。
按排渣方式分
机械排渣盾构机
盾构机分类及选 型课件
目录
• 盾构机简介 • 盾构机分类 • 盾构机选型 • 盾构机应用实例
01
盾构机简介
盾构机定义
盾构机是一种隧道挖掘专用设备,通过在地层中推进刀盘进行挖掘,同时安装预 制混凝土管片形成隧道。
盾构机由主机、后配套设备和辅助设备组成,主机包括刀盘、盾体、拼装机等, 后配套设备包括管片运输、注浆、排土等系统,辅助设备包括电气控制系统、液 压系统等。
适用于中小型隧道掘进,通过螺旋输 送机将切削下来的土体排出。机械排 渣盾构机结构简单、维护方便,但排 渣能力有限。
泥水加压盾构机
适用于大断面隧道掘进,通过泥水加 压将切削下来的土体通过泥浆管路输 送到地面处理。泥水加压盾构机排渣 能力强,适用于大断面、长距离掘进 。
按适用地层分
硬岩盾构机
适用于岩石地层掘进,通过硬岩 刀具切削岩体。硬岩盾构机切削 效率高,但刀具磨损较大,需要 定期更换。
盾构机最早出现于19世纪中叶的欧洲,当时主要用于排水管道施工。
盾构机选型
2.盾构选型的基本原则
(1)选用与工程地质匹配的盾构机型,确保施工绝对安全。 (2)可以辅以合理的辅助工法。 (3)盾构的性能应能满足工程推进的施工长度和线形的要 求。 (4)选定的盾构机的掘进能力可与后续设备、始发基地等 施工设备匹配。 (5)选择对周围环境影响小的机型。 以上原则中以能绝对保证掘削面稳定、确保施工安全 的机型为最重要。
砂砾及巨砾层
因这种地层的渗水系数大,故必须选择封闭式盾构。掘削这种地层 与前面介绍过的几种地层不同,因其砾石粒径大,若不预先采取粉碎措 施直接通过排土(或排泥)设备排出,易发生排土系统堵塞和磨耗过大的 两个新问题。
(1)稳定掘削面措施
泥水盾构:注入普通泥水的盾构工法对砾石层是失效的。这种情况 下,必须改用PAA泥水(普通泥水+增粘剂+聚丙烯酰胺)才能彻底防 止逸泥和喷水,才能确保掘削面稳定,使盾构顺利掘进。 泥土盾构:加泥材中应添加砂粒成分,注入泥浆相对密度应提高到 1.5左右。若地层中粒径大于2mm的砾石含有率大于70%时此时可采 用树脂盾构、注浆栓盾构、硅溶胶盾构等工法。
砂质土
洪就砂质土而言,一般情况下泥水盾构和土压盾构均可选用。 (1)泥水盾构:若含水砂地层具备以下条件:渗水系数K≥10-2 cm/ s、74μ m以下的微细颗粒含量低பைடு நூலகம்10%、匀粒系数Uc<10,采用泥水盾 构时,掘削面易坍塌,很难确保掘削面稳定。这种情况下不宜再选泥 水盾构。覆盖土薄且渗水系数大的砂层掘削中,易出现地表逸泥,也 应注意。 (2)泥土盾构:可以调节添加材的浓度和数量来适应砂土和粘土交错 层掘削的土质变化,所以泥土盾构机是最适用的。但泥土充填是否密实、 均匀及对掘削面土压的正确检测都非常重要,同时必须充分注意切削刀 形状、搅拌机械等机械的选择。
盾构选型的原则
盾构选型的原则
盾构选型的原则主要包括以下几点:
1. 管道要求:根据盾构隧道的设计要求和工程环境的条件,选择合适的盾构机型。包括盾构机的直径范围和适应的地质环境,如软土、硬岩、岩溶地带等。
2. 地质条件:根据隧道地质条件的复杂性和预测精度,选择适应的盾构机型。较复杂和不可预知的地质条件一般需要选择具有灵活性的盾构机型,能够根据地质环境的变化进行调整。
3. 施工效率:根据工程进度和施工期限,选择具有高效率和高生产率的盾构机型。例如,对于大型隧道工程和紧迫的工期要求,可以选择大口径、大推力和高性能的盾构机。
4. 经济性:盾构机的选型应考虑施工成本和机械投资之间的平衡。应选择具有较低工程成本和维护成本的盾构机,同时能够满足工程质量和效益要求。
5. 技术可行性:在选择盾构机型时需要考虑施工技术的成熟度和可靠性。应选择经过验证并在类似工程中取得成功的盾构机型,以降低施工风险。
6. 环境保护:在盾构选型中需要考虑对环境的影响,选择符合环保要求和节能减排的盾构机,降低施工对周围环境的影响。
总的原则是根据具体项目要求,综合考虑工程地质、施工进度、经济性和环保要求等因素,选择最适合的盾构机型进行施工。
盾构类型及选型
盾构类型
盾构的选型
5.机械式盾构 (1)泥水加压盾构 ◆1970年代初,英国开发了一种新颖的盾构掘进机,它带有切削刀 盘和密闭舱,可平衡开挖面水土压力,这就是泥水加压盾构,全称为泥 水加压平衡盾构,也称泥浆盾构,它的出现使盾构掘进技术发生了一次 重要的飞跃。 ◆这是在局部气压盾构的基础上发展而成的一种盾构。其基本思路 是:以加压泥水来取代压缩空气。利用泥水的压力来稳定开挖面土体, 而不再需要高压气体。即在局部气压盾构的密封舱内注入泥水,利用泥 水的压力来稳定开挖面土体,从而不再需要压缩空气,这就从根本上解 决了漏气问题。
盾构类型
5.机械式盾构 (2)土压平衡式盾构
盾构的选型
土压平衡盾构示意图
盾构类型
盾构的选型
5.机械式盾构 (2)土压平衡式盾构 ◆平衡舱内的土压主要是由螺旋输送器的出土量来控制的,出土量多则平 衡土压下降,反之则上升,同时还要密切配合刀盘的切削速度和千斤顶的顶进 速度,使平衡舱内始终充满泥土而不致挤得过密或过松,这样就可以达到稳定 开挖面的效果。 ◆土压平衡式盾构既避免了局部气压盾构漏气的缺点,又省去了泥水盾构 的泥水输送和地面处理设备,造价低于泥水加压盾构,已广泛应用于地铁的施 工中。 ◆但由于全断面切削刀盘的存在,在遇到较大直径的砾石时,处理有困难。
盾构类型 (2)土压平衡式盾构
盾构的选型
盾构类型
盾构的选型
盾构机选型的方法和步骤
盾构机选型的方法和步骤
盾构机是隧道施工中的重要设备,正确的选型对于工程的顺利实施至关重要。以下为盾构机选型的方法和步骤:
1.确定隧道类型
首先需要确定隧道工程的类型。根据隧道的设计要求,可以分为交通隧道、水利隧道、市政隧道等。不同类型的隧道对盾构机的需求和性能要求不同。
2.确定隧道尺寸
根据隧道的设计要求,需要确定隧道的尺寸。这包括隧道的直径、长度以及曲率半径等。盾构机的尺寸必须与隧道尺寸相匹配,以满足施工要求。
3.确定地质条件
地质条件是选择盾构机的重要因素之一。需要对工程场地的地质条件进行详细勘察和分析,包括土质类型、地下水位、岩石强度等。根据地质条件,选择适合的盾构机和刀具。
4.确定推进速度
推进速度是盾构机的重要参数之一。需要根据隧道施工的要求和盾构机的性能,确定合适的推进速度。推进速度过快可能导致盾构机控制难度增加,过慢则可能影响施工效率。
5.确定出土方式
盾构机在挖掘过程中需要将土石运出隧道。根据工程需要和场地条件,可以选择不同的出土方式,如机械出土、水力出土等。选择合适的出土方式有助于提高施工效率和质量。
6.确定控制系统
控制系统是盾构机的核心部分之一。需要根据盾构机的性能和施工要求,选择合适的控制系统。控制系统应具有稳定性、可靠性和灵活性等特点,能够实现对盾构机的精确控制。
7.确定辅助系统
辅助系统是盾构机的重要组成部分,包括注浆系统、通风系统、照明系统等。需要根据隧道施工的要求和场地条件,选择合适的辅助系统,以提高施工效率和质量。
8.确定刀具和盾构材料
最后需要确定盾构机的刀具和材料。刀具的类型和数量应根据地质条件和隧道尺寸来确定。同时,盾构机的材料也应根据工程需要和场地条件进行选择,如钢铁、合金等。
盾构机选型与适应性评估方案
盾构机选型与适应性评估方案
盾构机是一种用于地下隧道施工的专用设备,选择合适的盾构机对于
工程的顺利进行至关重要。为了正确选择盾构机,需要进行选型和适应性
评估。以下是一套完整的盾构机选型与适应性评估方案。
1.项目需求分析:首先要对项目需求进行详细分析,包括隧道的长度、直径、地质条件、地下水情况等。根据不同的需求,可以确定需要的盾构
机的类型,例如单壁盾构机、双壁盾构机、混合土盾构机等。
2.盾构机的技术指标评估:根据项目需求,以及对于盾构机性能的要求,对盾构机的技术指标进行评估。这些指标包括盾构机的推力、刀盘直径、刀盘转速、刀具类型等。通过评估这些指标,可以找到符合项目需求
的盾构机类型。
3.制造商的信誉评估:选择一个有良好信誉的盾构机制造商非常重要。可以通过查看制造商的资质证书、参观厂房、考察制造商的技术实力等方
式进行评估。选择一个信誉好的制造商可以确保盾构机的质量和性能。
4.盾构机的经济性评估:除了技术指标外,还需要进行盾构机的经济
性评估。这包括盾构机的价格、运维成本、周期等。需要考虑盾构机在长
期使用中的经济性,并与其他盾构机进行比较。
5.盾构机的适应性评估:盾构机在实际施工中需要适应不同的地质条
件和施工要求。因此,需要对盾构机的适应性进行评估。这可以通过查阅
盾构机的施工案例、进行模拟测试等方式来评估。
6.售后服务评估:盾构机的售后服务非常重要,因为在使用过程中可
能会遇到各种问题。需要对供应商的售后服务进行评估,了解其售后服务
网络的完善程度以及服务响应速度。
7.采购决策:在完成以上的评估后,可以对不同的盾构机进行综合评估,确定最合适的盾构机型号。考虑到项目的需求、技术指标、制造商信誉、经济性、适应性以及售后服务等因素,做出最终的盾构机采购决策。
盾构机的分类及选型
敞口型的盾构机引起的地表沉降大于网格式盾构,更大于密闭式的掘进机。
基地条件的制约
泥水平衡式的掘进机必须配套大型的泥浆处理 和循环系统,若需使用泥水平衡盾构开挖隧道, 就必须具备较大的地面空间。
设计线路、平面竖向曲线形状的制约
若隧道转弯曲率半径太小,就需考虑使用中间 铰接的盾构。将其分为前后铰接的两段,显然增 加了施上中转弯的灵活性。
4.盾构工法的选定程序流程图
盾构按开挖面与作业室之间隔板构造可分为全敞 开式、半敞开式及闭胸式三种。
手掘式 全敞开式 半机械式 机械式 盾构 半敞开式
挤压式
泥水式
闭胸式 土压式
土压平衡式 加泥式土压平衡式
国内外根据各种使用条件的不同,使用的盾构也不同, 开敞式 特别是面板及刀具的形式多种多样。目前,应用最广 的是泥水盾构和土压平衡盾构。 新干线TUNNEL
◆手掘式盾构
◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
闭胸式 SHIELD
闭胸式 SHIELD
東京湾横断道路 TUNNEL
闭胸式 SHIELD SHIELD O.D. : φ14140mm
闭胸式 SHIELD
地下鉄车站部・区间 同時施工
3圆泥水式盾构(3MF) SHIELD O.D. :8846×17440mm
盾构类型与水压的关系
• 当水压大于0.3MPa时,适宜采用泥水盾构。 如采用土压平衡盾构,螺旋输送机难以形 成有效的土塞效应,在螺旋输送机排土闸 门处易发生碴土喷涌现象,引起土仓中土 压力下降,导致开挖面坍塌。 • 当水压大于0.3MPa时,如因地质原因需采 用土压平衡盾构,则需增大螺旋输送机的 长度,或采用二级螺旋输送机。
盾构选型及参数计算方法
盾构选型及参数计算⽅法
盾构选型及参数计算⽅法
1.1、序⾔
盾构是⼀种专门⽤于隧道⼯程的⼤型⾼科技综合施⼯设备,它具有⼀个可以移动的钢结构外壳(盾壳),盾构内装有开挖、排⼟、拼装和推进等机械装置,进⾏⼟层开挖、碴⼟排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作,使隧道结构施⼯⼀次完成。它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点,从松散软⼟、淤泥到硬岩都可应⽤,在相同条件下,其掘进速度为常规钻爆法的4~10倍。较长地下⼯程的⼯期对经济效益和⽣态环境等⽅⾯有着重⼤影响,⽽且隧道⼯程掘进⼯作⾯⼜常常受到很多限制,⾯对进度、安全、环保、效益等这些问题,使⽤盾构机⽆疑是最好的选择。些外,对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道,采⽤盾构法施⼯,也具有⼗分明显的技术和经济优势。
采⽤盾构法施⼯,盾构的选型及配置是隧道施⼯中关键环节之⼀,盾构选型应根据⼯程地质⽔⽂情况、⼯期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。盾构的选型及配置是⼀种综合性技术,涉及地质、⼯程、机械、电⽓及控制等⽅⾯。
1.2盾构机选型主要原则
1.2.1盾构的选型依据
盾构选型主要应考虑以下⼏个因素:
1)⼯程地质、⽔⽂条件及施⼯场地⼤⼩。
2)业主招标⽂件中的要求。
3)管⽚设计尺⼨与分块⾓度。
4)盾构的先进性、适应性与经济性。
5)盾构机⼚家的信誉与业绩。
6)盾构机能否按期到达现场。
1.2.2 盾构的型式
1)敞开式型盾构
敞开式型盾构是指盾构内施⼯⼈员可以直接和开挖⾯⼟层接触,对开挖⾯⼯况进⾏观察,直接排除开挖⾯发⽣的故障。这种盾构适⽤于能⾃⽴和较稳定的⼟层施⼯,对不稳定的⼟层⼀般要辅以⽓压或降⽔,使⼟层保持稳定,以防⽌开挖⾯坍塌。有⼈⼯开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。
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盾构选型分析
1.地质因素
1.1工程地质盾构选型分析
对于细颗粒含量多的地层,切削下来的渣土能形成不透水的塑流体,容易实现土压平衡,并且渣土输送简单,多选用土压平衡盾构,如果选用泥水平衡盾构则渣土分离困难。粗颗粒含量高的地层,切削下来的碴土为流体状,仅依靠大颗粒充满土仓来形成机械力支撑土体时,即使土仓充满也建立不了压力,因而不易实现土压平衡,同时螺旋机不能形成土塞,渣土输送困难,如果采用土压平衡盾构需要通过添加膨润土等添加剂对渣土进行改良,而采用泥水平衡盾构时渣土输送和分离相对简单,因此这种地层多采用泥水平衡盾构。一般来说当地层中的黏粒和粉粒总量达到40%以上时适宜选用土压盾构,反之则选用泥水盾构。地层 1. Zeile bleibt immer frei
EPB Methods
土压平衡区间Slurry Methods
泥水盾构区间60,0
20.06,02,00,60,20,060,020,0060,0020,001100
90
40
30
20
10
080
70
60
50
Sieve Size Fine Clay Silt Sand Gravel Medium Medium Coarse Fine Coarse Fine Medium Coarse
Grain diameter d (mm)
粒径直径MM EPB / Slurry Range.粒径分布与盾构选型图
土和砂质粘土夹层。
从地层看,基本属于泥水盾构适用范围,根据在以往的施工经验,也可以采用土压盾构。
1.2水文地质盾构选型分析
在地下水丰富的地层,泥水盾构依靠泥浆粘粒渗入开挖面形成泥膜隔离层,依靠泥浆与碴土混合液的压力,作用在泥膜上平衡开挖面压力,能够有效隔离地下水渗入土仓,使开挖面前方地层不因水位的下降而引起地表的前期沉降;土压盾构由于没有这种泥膜,对地下水的控制能力稍差一些,需要加入更多泡沫等添加剂对渣土进行改良,有时甚至需要昂贵的特种添加剂。
根据施工经验,当地层的渗透系数小于10-7m/s时,可选用土压平衡盾构;当渗透系数在10-7m/s到10-4m/s之间时,既可选用土压平衡盾构也可选用泥水盾构;当地层的渗透系数大于10-4m/s时,宜选用泥水盾构,如采用土压平衡盾构,开挖仓中添加剂将被稀释,水、砂、砂砾相互混合后,土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土,在螺旋机出碴门处易发生喷涌。
本区域是地中海岸含水区,地下水可能有海水补给。首先需要确定地层渗透系数,根据地层涌水量来确定盾构选择。涌水量大时适宜选用泥水盾构,如果选用土压盾构,将无法止水,造成掘进困难。
1.3 水土压力影响
当水土压大于3bar时适宜采用泥水盾构,如果采用土压平衡盾构,螺旋输送机土塞效应难以抵抗如此高的压力,在螺旋输送机闸门处易发生渣土喷涌现象,导致开挖面坍塌,而泥水盾构采用密闭的管道出渣,不怕喷涌,能较好的应对高压力。
同时当压力较高,且满仓掘进时土压盾构需要的搅拌扭矩较大,而泥水盾构泥水仓的混合液搅拌阻力很小,刀盘扭矩与泥水仓压力升高关系较小,不会因水土压力高而有较大的增加。对于管片外径17m的隧道,如果采用土压盾构,刀盘需要非常大的扭矩,同时对主轴承也有更高的要求,西雅图隧道就出现了主轴承损坏的事故。
另外泥浆传递压力速度快而且均匀,开挖面土压力的控制精度高,大直径盾构开挖面大,泥水盾构比土压盾构有较大的优势。
本项目隧道线路在地面以下50-60m,水位线下40-50m。全土压掘进时水土压力将超过4bar,如果区间遇到砂和砂岩组成的复合地层或其他不稳定地层,掘进时需要维持掌子面稳定,不宜欠压掘进,选用泥水盾构较好。
2. 隧道沿线建筑物情况
由于泥水盾构通过泥浆传递压力,同时通过其体保压系统辅助进行压力控制,精度较高,压力波动小,如果沿线建筑物较多宜采用泥水盾构。土压盾构需要做好渣土改良并控制好掘进参数,才能控制沉降以保护沿线建筑。
本项目隧道区间沿线建筑物较多,需要考虑多方面的因素进行选择。
3.施工场地条件情况
泥水盾构施工需要采用泥水分离站进行渣土分离和调制浆,同时还需要存放泥浆管,施工场地要求大,土压盾构采用皮带机出渣,渣土可以直接运输,只要一个渣土坑,占用场地较小,因此如果施工场地有限,要尽量采用土压盾构。
本项目车站位于人口稠密的区域,泥水分离厂布置受限于现在的道路,建筑和基础设施,从施工场地看选用土压盾构较好。但是如果能协调出来场地,可以采用泥水盾构。
4.经济性分析
4.1 盾构本身经济性
泥水盾构本身配置比土压盾构高,购买成本一般也要高出20%-50%,同时土压盾构构造简洁,便于操作和维护,技术人员学习熟悉快,泥水盾构相对复杂,不利于技术人员学习,操作与维护也不方便,提高了使用成本。
另外泥水盾构对于始发和到达洞门的密封和加固要求更高,对于本项目处在比较危险的砂层区域,采用泥水盾构风险更大,需要投入更多成本,单从始发和到达考虑适合采用土压盾构。
4.2 盾构本身外经济性
如果采用泥水盾构,盾构本身外的费用还有泥水分离及调制浆设备采购费、电费、人工费,制浆剂使用费,泥浆泵采购费及电费,泥浆管路费用,还可能需要废浆处理费用等等,成本较高。
如果采用土压盾构,则只需要配置连续皮带机,成本可大大降低,但是可能需要考虑渣土改良的费用。
5. 总结
综上所述,从地质适应性、隧道沿线建筑等方面综合考虑,本项目适合采用泥水盾构,但是前提条件是有足够的施工场地。
从经济性和施工场地条件考虑,适合选用土压盾构,前提条件是地层是稳定的,可以半仓欠压掘进,同时地层涌水不能太大,否则会造成螺机喷涌,地面沉降甚至坍塌,同时对超大直径盾构还有刀盘扭矩过大,主驱动失效风险大。