EPB盾构
盾构机结构详解
盾构机技术讲座一.盾构机结构（EPB总体结构图）盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能，目前，盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用。
其优点如下:1. 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。
2. 能够经济合理地保证隧道安全施工。
3. 盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控制信息化。
4. 掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。
5. 地面环境不受盾构施工的干扰。
其缺点为：1. 盾构机械造价较高。
2. 在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。
3. 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。
4. 设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。
盾构作为一种保护人体和设备的护体，其外形（断面形状）随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。
（如：人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车）。
而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及成本相对低廉，绝大部分盾构还是采用传统的圆形。
为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同，盾构机可分为三种类型、四种模式：三种类型：（1）软土盾构机；（2）硬岩盾构机；（3）混合型盾构机。
四种模式：（4）开胸式；（5）半开胸式（半闭胸式、欠土压平衡式）；（6）闭胸式（土压平衡式）；（7）气压式。
软土盾构机适应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。
刀盘只安装刮刀，无需滚刀。
硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整，只安装滚刀，不需要刮刀。
混合盾构机适应于以上两种情况，适应更为复杂多变的复合地层。
可同时安装滚刀和刮刀。
气压盾构是在加气压状态下的施工模式，即可用于泥水加压式盾构机，也可用于土压平衡式盾构机。
以下以海瑞克公司在广州地铁使用的典型土压平衡式盾构机为例：盾构机总图总体外形尺寸：?6280X75000mm总质量：520t装机总功率：最大掘进速度：80mm/min第一节：主机结构（盾体及刀盘结构）断面形状：圆形、用钢板成型制成，材料为：S335J2G3。
一级建造师考试《市政工程》考点3：盾构机选型要点
一级建造师考试《市政工程》考点3：盾构机选型要点一、盾构类型与适用条件(一)盾构类型(1)按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式5种类型(见图1K413031-1)。
(2)按开挖面是否封闭划分，可分为密闭式和敞开式两类。
按平衡开挖面土压与水压的原理不同，密闭式盾构又可分为土压式(常用泥土压式)和泥水式两种。
敞开式盾构按开挖方式划分，可分为手掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种(3)按盾构的断面形状划分，有圆形和异型盾构两类，其中异型盾构主要有多圆形、马蹄形、类矩形和矩形，目前在国内轨道交通建设中，已有双圆马蹄形、矩形和类矩形盾构应用。
(二)盾构机的刀盘配置盾构的刀盘主要由刀盘体、刀具、磨损检测器、搅拌棒、泡沫及膨润土管路等零部件组成。
刀盘体由钢结构焊接而成，刀具可分为：滚刀、切刀、边缘刮刀、仿形刀、保径刀、先行刀、中心刀等。
刀盘是机械化盾构的掘削部件，刀盘结构应根据地质适应性的要求进行设计，以适合围岩条件，并保证开挖面稳定的前提下，提高掘进速度。
刀盘设计时，应充分考虑刀盘的结构形式、支承方式、开口率、开口大小和分布、刀具的布置等因素。
(三)各种盾构对地质条件的适用性当前，土压平衡盾构与泥水加压盾构已经成为盾构法隧道施工使用最多的盾构。
1.土压平衡盾构(1)土压平衡盾构(Earth Pressure Balance Shield)，简称EPB盾构。
土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠推进千斤顶的推力给土仓内的开挖土渣加压，使土压作用于开挖面以使其稳定。
土压平衡盾构的支护材料是土壤本身。
土压平衡盾构由盾壳、刀盘、刀盘驱动、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、人仓、液压系统等组成。
(2)土压平衡盾构的工作原理如下：刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的渣车上。
盾构机结构详解
盾构机技术讲座一.盾构机结构（EPB总体结构图）盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能，目前，盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用。
其优点如下:1. 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。
2. 能够经济合理地保证隧道安全施工。
3. 盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控制信息化。
4. 掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。
5. 地面环境不受盾构施工的干扰。
其缺点为：1. 盾构机械造价较高。
2. 在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。
3. 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。
4. 设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。
盾构作为一种保护人体和设备的护体，其外形（断面形状）随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。
（如：人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车）。
而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及成本相对低廉，绝大部分盾构还是采用传统的圆形。
为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同，盾构机可分为三种类型、四种模式：三种类型：（1）软土盾构机；（2）硬岩盾构机；（3）混合型盾构机。
四种模式：（4）开胸式；（5）半开胸式（半闭胸式、欠土压平衡式）；（6）闭胸式（土压平衡式）；（7）气压式。
软土盾构机适应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。
刀盘只安装刮刀，无需滚刀。
硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整，只安装滚刀，不需要刮刀。
混合盾构机适应于以上两种情况，适应更为复杂多变的复合地层。
可同时安装滚刀和刮刀。
气压盾构是在加气压状态下的施工模式，即可用于泥水加压式盾构机，也可用于土压平衡式盾构机。
以下以海瑞克公司在广州地铁使用的典型土压平衡式盾构机为例：盾构机总图总体外形尺寸：Φ6280X75000mm总质量：520t装机总功率：1744.6KW最大掘进速度：80mm/min第一节：主机结构（盾体及刀盘结构）断面形状：圆形、用钢板成型制成，材料为：S335J2G3。
TBMEPB双模式可转换盾构施工工法
TBM/EPB双模式可转换盾构施工工法中铁二局股份有限公司城通分公司1.前言随着盾构施工技术的不断发展，盾构机的种类也越来越丰富，盾构机上采用的新技术、新工艺越来越多，其所能适应的地质条件也越来越复杂。
但是在长距离高强度岩层兼上软、下硬复合地层中穿越重要建（构）筑物的施工环境下，若采用EPB&TBM双模式盾构掘进施工，即能满足在高强度硬岩中掘进效率，又能保证在上软、下硬复合地层中穿越建（构）筑物的安全。
中铁二局股份有限公司城通公司结合南京地铁机场线TA01-1标1#风井～禄口机场站区间盾构隧道施工实践，开发出了“EPB&TBM双模式可转换盾构施工工法”，实现了安全、经济地在复合地层中穿越建（构）筑物。
本工法采用全国首创的隧道施工EPB、TBM双模式可切换设计，兼具土压平衡盾构机和全断面硬岩掘进机的优点，以适应在软土层、软岩层和全断面岩石层复合区间的顺利掘进，可广泛应用于地铁隧道施工领域。
2.工法特点1.盾构机可以根据不同的掘进地段进行模式转换图2-1 EPB 模式盾构机结构剖面图 图2-2TBM 模式盾构机结构剖面图2.本工法盾构机为适应硬岩地段掘进，在机械性能配置较常规复合盾构机（参照盾构机为国内使用广泛的海瑞克）高。
主要在刀具配置、刀盘转速和扭矩、盾构机推力等方面进行加强配置。
以确保在高强度硬岩段的掘进效率。
下图为两种刀盘设计平面图对比及主要加强参数对比表图2-3常规复合盾构盾构机刀盘平面图 图2-4双模式盾构机刀盘平面图表2-1盾构机设备配置比较参数表3. 在富水、对地面沉降要求高的地层中掘进，不适应敞开式掘进的TBM模式，应换用封闭式掘进的EPB模式，本工法提供了掘进摸式转换的具体方法。
4．盾构机在中盾设有四个脚撑，在换刀过程中，可利用脚撑向外伸出撑住岩壁，利用铰接将前盾及刀盘回拉一定距离，可大幅度降低换刀工作强度、时间、风险。
3.适用范围1.在盾构掘进区间，若硬岩强度在30MPA～140MPA的地层中段长有120m以上适用TBM模式掘进。
盾构机的分类 -回复
盾构机的分类-回复盾构机是一种用于地下工程中隧道开挖的专业设备。
根据不同的应用需求和工程要求，盾构机可以分为多个分类。
本文将一步一步回答关于盾构机分类的问题，以帮助读者更好地了解盾构机的应用领域和特点。
第一步：盾构机按照使用环境分类盾构机根据使用环境的不同，可以分为两类：土压平衡盾构机（Earth Pressure Balance Shield Machine，简称EPB盾构机）和水压平衡盾构机（Slurry Shield Machine）。
1. 土压平衡盾构机（EPB盾构机）：适用于软弱土壤、黏土和含水量较高的地层中的隧道开挖。
它利用盾构机内部的土压平衡系统，通过给予前方土体与盾构机内部土体较为相等的土压力来平衡地下水压力，以实现隧道的稳定开挖。
EPB盾构机广泛应用于城市地铁、水利工程、下水道建设等领域。
2. 水压平衡盾构机：适用于含有大量水分和较坚硬地层的隧道开挖。
它采用密闭的工作环境和水压平衡系统，能够在开挖过程中有效控制地下水位和地下水压力，保证隧道的安全稳定推进。
水压平衡盾构机通常用于河床、湖底隧道等水下工程。
第二步：盾构机按照施工方式分类盾构机也可以根据施工方式的不同进行分类，这将影响到盾构机的结构和工作原理。
1. 轮式盾构机：使用装有刀盘和轴承的切削头，通过切削地层并将地层推到井口，由提升机将土壤抛到地面上。
该类型盾构机适用于地层坚硬、粉状颗粒较少的隧道工程。
2. 双层或多层盾构机：具有更高的推力和更大的切削力，适用于较大断面的隧道工程，如大型地铁隧道、水利隧道等。
3. 泥水平衡盾构机：利用注入泥浆来平衡土压力，从而实现稳定的隧道开挖。
泥水平衡盾构机适用于含有较高水分和粉质黏土的地层。
4. 机械盾构机：采用机械切割头进行地层的开挖，并通过转运系统将土壤从切削头后方搬运到井口。
该类型盾构机适用于各种地质条件的隧道工程。
第三步：盾构机按照切削头类型分类盾构机还可以按照切削头的类型进行分类，不同类型的切削头适用于不同的地层和工程要求。
盾构机结构详解
盾构机技术讲座一.盾构机结构（EPB整体结构图）盾构是一个具有多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和了盾构施工进程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全数的功能，目前，盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被普遍利用。
其优势如下:1. 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的阻碍。
2. 能够经济合理地保证隧道平安施工。
3. 盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输操纵信息化。
4. 掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。
5. 地面环境不受盾构施工的干扰。
其缺点为：1. 盾构机械造价较高。
2. 在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。
3. 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。
4. 设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。
盾构作为一种爱惜人体和设备的护体，其外形（断面形状）随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。
（如：人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车）。
而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及本钱相对低廉，绝大部份盾构仍是采纳传统的圆形。
为适应各类不同类型土质及盾构机工作方式的不同，盾构机可分为三种类型、四种模式：三种类型：（1）软土盾构机；（2）硬岩盾构机；（3）混合型盾构机。
四种模式：（4）开胸式；（5）半开胸式（半闭胸式、欠土压平稳式）；（6）闭胸式（土压平稳式）；（7）气压式。
软土盾构机适应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。
刀盘只安装刮刀，无需滚刀。
硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整，只安装滚刀，不需要刮刀。
混合盾构机适应于以上两种情形，适应更为复杂多变的复合地层。
可同时安装滚刀和刮刀。
气压盾构是在加气压状态下的施工模式，即可用于泥水加压式盾构机，也可用于土压平稳式盾构机。
模式型软土盾构机硬岩盾构机混合盾构机土压平衡泥水加压开胸式★★★半开胸式★★★闭胸式★★★★以下以海瑞克公司在广州地铁利用的典型土压平稳式盾构机为例：盾构机总图整体外形尺寸：Φ6280X75000mm总质量：520t装机总功率：最大掘进速度：80mm/min第一节：主机结构（盾体及刀盘结构）断面形状：圆形、用钢板成型制成，材料为：S335J2G3。
TBMEPB双模式可转换盾构施工工法
TBM/EPB双模式可转换盾构施工工法中铁二局股份有限公司城通分公司1.前言随着盾构施工技术的不断发展，盾构机的种类也越来越丰富，盾构机上采用的新技术、新工艺越来越多，其所能适应的地质条件也越来越复杂。
但是在长距离高强度岩层兼上软、下硬复合地层中穿越重要建（构）筑物的施工环境下，若采用EPB&TBM双模式盾构掘进施工，即能满足在高强度硬岩中掘进效率，又能保证在上软、下硬复合地层中穿越建（构）筑物的安全。
中铁二局股份有限公司城通公司结合南京地铁机场线TA01-1标1#风井～禄口机场站区间盾构隧道施工实践，开发出了“EPB&TBM双模式可转换盾构施工工法”，实现了安全、经济地在复合地层中穿越建（构）筑物。
本工法采用全国首创的隧道施工EPB、TBM双模式可切换设计，兼具土压平衡盾构机和全断面硬岩掘进机的优点，以适应在软土层、软岩层和全断面岩石层复合区间的顺利掘进，可广泛应用于地铁隧道施工领域。
2.工法特点1.盾构机可以根据不同的掘进地段进行模式转换图2-1 EPB模式盾构机结构剖面图图2-2TBM模式盾构机结构剖面图2.本工法盾构机为适应硬岩地段掘进，在机械性能配置较常规复合盾构机（参照盾构机为国内使用广泛的海瑞克）高。
主要在刀具配置、刀盘转速和扭矩、盾构机推力等方面进行加强配置。
以确保在高强度硬岩段的掘进效率。
下图为两种刀盘设计平面图对比及主要加强参数对比表图2-3常规复合盾构盾构机刀盘平面图图2-4双模式盾构机刀盘平面图盾构机类别双模盾构常规盾构刀具配置总滚刀数（把）41 36 周边滚刀数（把）13 7 面板滚刀数（把）28 29 总刮刀数（把）44 44 周边刮刀（把）28 36 面板刮刀（把）16 81 13.5 2.5表2-1盾构机设备配置比较参数表3. 在富水、对地面沉降要求高的地层中掘进，不适应敞开式掘进的TBM模式，应换用封闭式掘进的EPB模式，本工法提供了掘进摸式转换的具体方法。
土压平衡盾构机主要技术参数的选择
土压平衡盾构机主要技术参数的选择盾构法施工将掘进设备通过竖井送到地下一定深度后可做长距离水平掘进，具有机械化施工、隧道形状准确、质量高、衬砌经济、对地面建筑物影响可能最小、对环境无不良影响、保持水位、噪声小，对工作人员较安全等特点，近lO余年在国内城市的地下铁路建设中广泛采用，它的优点得到了广泛的认可。
土压平衡(EPB)盾构机具有封闭的土仓，其基本工作过程是通过旋转的刀盘切削前方的土体，油缸推进刀盘实现掘进，同时使土体从刀盘开口处进入并充满土仓，在油缸的推力下仓内土体保持一定的压力用来平衡前方的土压力和水压力通过添加外加剂并搅拌土体使其具有适宜的流动性和不透水性，然后在基本保持土压平衡的条件下从螺旋输送机排出土体。
成洞后由盾构壳体支撑围岩，在盾构的尾部进行结构衬砌组装施工，同时对结构与围岩问的缝隙注浆填充，最后实现设计的线路及其结构尺寸要求。
土压平衡盾构适合的岩土条件在粘土到砂、中砾石的范围之间，当压力最大为2bar时，水渗透系数不应超过10-5m ／s[3]。
水渗透系数过太时加处理剂会在工作面前面流掉，故不可能建立起支撑土压。
大的卵石会卡住螺旋输送机，地层条件变化时施工风险大，所以EPB盾构设备一般需要根据施工区段的地质情况及施工组织进行专项设计制作。
根据北京地区的地质特点及地铁穿越的地层主要为粘土、砂、砾石等现状，我们确定选用土压平衡式盾构，以下就盾构设备选购涉及到的主要技术参数的确定谈几点体会。
1 EPB盾构基本构成EPB盾构机由主体和后配套系统组成盾构机的主体结构由切削刀盘、切口环和支撑环(前体和中体)、盾尾构成，切削刀盘与切口环之间的空间为土仓。
后配套系统包括测量、同步注浆、泡沫泥浆注入、液压、盾构机控制系统以及压缩空气、强弱电控制输配、洞内通风等系统。
表1列举了在选购EPB盾构设备时需考虑的各系统主要技术参数。
2 切削刀盘2.1 刀盘基本类型的选择土压平衡式盾构采用的刀盘形式主要有胸板式和辐条式两种。
土压盾构机
皮带长度45m
电机功率30kW
输送速度2.5m/s
输送能力300m3/h
14、后配套辅助设备
冷却系统（包括泵/油冷却器/阀）1套
同步注浆系统KSP－12型，2台，2×12 m3/h
泡沫注入系统5～300 L/h，1套
膨润土注入系统30m3/h，1套
空压机2台，2×10 m3/min
门架4重量20000 kg
16、电力系统
初级电压10kV（+10至–15%）
次级电压400V
变压器1600 kVA
控制电压24V/230V
照明电压230V
电磁阀控制电压24V
频率50Hz
电机防护系统IP55
软起动＞18kW的电机采用软起动
17、配备功率Βιβλιοθήκη 刀盘驱动630kW液压推进55 kW
管片安装机45 kW
推进油缸回缩速度1400 mm/min
6、盾尾
盾尾型式铰接式
前后铰接角3°
盾尾长度3240mm
盾尾密封三排钢丝刷
盾尾重量约26500 kg
盾尾直径6370mm
7、铰接油缸
铰接油缸数量14个
铰接油缸直径Φ180/80mm
铰接油缸收缩力7340kN
铰接油缸行程150mm
8、刀盘
刀盘型式切割圆盘
刀盘直径6400 mm
二、技术参数
1、适用工程条件
最小水平曲率半径400m
最小垂直曲率半径3000m
最大坡度35‰
埋深9～25m
地下水位－1.0m
地面载荷20 kPa
地质条件含水的粉砂、粉土、粉质粘土、
淤泥质粉质粘土
2、尺寸与重量
盾构机总长约60m
EPB盾构
1.3.2中盾支撑 主要起支撑盾壳的作用，为安装拼装机 提供付着体，螺旋机吊耳也固定连接在上 面。 1.3.3推进油缸 推进油缸分布在中提圆周上，安装在推 进油缸座上面。推进油缸可以分为单缸等 间隔布置，双缸等间隔布置和单双缸等间 隔布置。海瑞克盾构采用后者，这种方式 更有利于管片的安装。 1.3.4铰接油缸
1.2.8旋转接头 刀盘密封油脂、泡沫剂、主轴承润滑油脂等物质从后 配套系统压出后，通过旋转接头将他们输送到相应的地方。 所以选转接头上面具有密封油脂管，泡沫剂管和润滑油脂 管的接头。 1.2.9水管和呼吸气管接口。 土压仓壁内侧上具有水管和气管接头。水管分为冷却 水管和土仓用水管。作用约。
1.3中盾
一般情况，开口率η取20%~30%，但是刀盘的开口率 究竟应该取多少，则依据所涉及的地质条件（如土质的软 硬和砾石粒径等）、盾构推进额定速度、螺旋机输送能力、 刀盘的掘削能力等一系列因素来决定。如广州地层土质较 软，一般无大块岩砾石，故其开口率可适当取小些。德国 海瑞克公司盾构刀盘开口率取η为26%就可以满足；如成 都地层主要是鹅卵石夹沙，具有较大的砾石粒径，因此有 的盾构的刀盘开口率高达33%。 • 1.1.5刀盘的支承方式 支承方式有中心支承方式、中间支承方式和周边支承 方式。一般EPB采用中心支撑方式，此种方式螺旋输送机 安装在土舱下部，叶轮小转矩小，使用的螺旋输送机直径 也比较小，对机械转矩损耗也不大，螺旋输送机的的搅拌 叶片也被置于刀盘内侧，刀盘切削下来的土壤粘附状况小， 便与出土。盾构机采用中心支承方式，制作难度大大降低， 土砂密封效果好，密封材长度短，耐久性很好，所以适用 于长距离掘进的能力很强。中心支撑如下图:
管片的拼装与选型
• 1.管片的选型 • 2.管片的拼装
1.5管片拼装机 1.5.1 管片拼装机的驱动方式也是采用液压驱动，管片拼装 机由拼装机大梁、支撑架、旋转架和拼装头组成。 拼装 机大梁用法兰连接在中盾的后支撑架上，拼装机的支撑架 通过左右各两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中，一 个体内圈为齿圈形式的滚珠轴承外圈通过法兰与拼装机支 撑架相连，内圈通过法兰与旋转架相连，拼装头与旋转支 架之间用两个伸缩油缸和一个横粱相连接。
盾构机简介
盾构机简介盾构，是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成型的机械。
盾构主要分为敞开式盾构、压缩空气盾构、泥水盾构、土压平衡盾构、复合盾构和复合式土压平衡盾构等几种类型。
成都地铁采用的是土压平衡盾构，土压平衡盾构，简称EPB盾构。
土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠推进油缸的推力给土仓内的开挖土渣加压，使土仓作用于开挖面以使其稳定。
土压平衡盾构的支护材料是土壤本身。
土压平衡盾构由盾壳、刀盘、刀盘驱动、螺旋输送机、管片安装机、人仓、液压系统等组成。
土压平衡盾构的工作原理为：刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的渣车上。
盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。
盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时的支护作用，承受周围涂层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。
掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。
一、盾构机结构盾构机的主机结构主要有以下部分构成：刀盘、主轴承、前体、中体、推进油缸、铰接油缸、盾尾、管片安装机。
主机外形尺寸：740mmＸΦ6280（刀盘）、4280mmＸΦ6250（盾体）、3300mm ＸΦ6230（盾尾）。
总质量约：320吨。
（含后配套约500吨）功能：实现对岩土的开挖、推进、一级出渣、管片安装。
盾构机主机结构图（一）刀盘刀盘结构图刀盘是盾构机的核心部件，其结构形式、强度和整体刚度都直接影响到施工掘进的速度和成本，并且出了故障维修处理困难。
不同的地质情况和不同的制造厂家，刀盘的结构也不相同。
土压平衡盾构的刀盘有两种形式：面板式和辐条式。
本台盾构机采用的是面板式。
1、盾构机刀盘应满足以下要求：（1）刀盘应有足够的强度和刚度。
（2）刀盘应有较大的开口率。
土压平衡盾构施工土仓压力研究
土压平衡盾构施工土仓压力研究[摘要]济南地铁四号线八一立交桥至泉城公园站区间隧道施工，采用土压平衡盾构机施工工艺。
因其位于济南市中区繁华地段，且水文地质情况复杂，地下水位较高及涉及保泉问题，盾构施工推进过程中，合理控制盾构机土仓压力就显得尤为重要，若土仓压力过高会导致地下水位抬升，甚至造成地表隆起；若土仓压力过低则会导致地表塌陷。
本文以朗肯土压力理论及太沙基松弛土压力理论和我国《铁路隧道设计规范》TB10003-2016提供的经验公式，结合地层实际情况，充分考虑土体稳定性、粘聚力、渗透性、内摩擦角等土仓压力影响因素，界定土仓压力的安全上限及下限，为实际盾构施工土仓压力的选取提供参考。
[关键词]盾构施工；土仓压力；粘聚力；摩擦系数[中图分类号] [文献标识码][文章编号]0引言1本文主要针对土压平衡盾构施工土仓压力的选择，结合现有的理论及经验方法，重点研究理论公式中各参数的意义及由来，辅助盾构技术人员掌握开挖地层土压力情况。
1.土仓土压力及其设定方法1.1土压平衡盾构推进原理土压平衡盾构，简称EPB盾构，前部设置隔板，并由刀盘、切口环、隔板和螺旋输送机隔离出土仓结构等组成。
其工作原理为：刀盘旋转切削开挖面，破碎的泥土纷纷通过刀盘开口进入土仓，待泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的渣车上；由于土仓和螺旋输送机内充满了切削下来的泥土，并依靠推进液压缸的推力给土仓内的开挖土渣加压，使土压作用于开挖面以使其稳定；此外，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压及地下水的水压，并将地下水挡在其外[2]。
土压平衡盾构通过密闭土仓内切削土体的压力与开挖面水土压力的平衡来减小土体的扰动。
合理的设置土仓土压力对于地表沉降的控制具有重要意义。
1.2土仓土压力设定方法盾构施工开挖面需考虑的土压力主要有朗肯主动土压力、朗肯被动土压力、朗肯静止土压力及太沙基松弛土压力等，需视开挖环境的要求不同而严格设置。
盾构知识简介
刀盘的结构形式：
➢盾构的刀盘结构形式与工程地质情况有着密切的联系， 不同的地层采用不同的刀盘结构形式。土压平衡盾构的刀 盘有两种模式： 面板式和辐条式
21
辐条式
刀盘由辐条及辐条上的刀具构成， 特点为：开口率大，辐条后没有搅拌叶 片，土砂流动顺畅，刀盘扭矩小，排土 容易，土仓压力可有效地作用在掘削面 上，多用于砂、土等单一地层，中途换 刀安全性差，需加固土体。
5
别在阜新、北京进行小口径盾构 工法的尝试 ➢1963年在上海进行网格式挤压盾构法的试验 ➢1988年延安东路过江隧道建成（网格式盾构） ➢1994年延安东路过江隧道复线建成（泥水平衡盾构） ➢上世纪九十年代开始盾构工法在地铁施工领域中得到 广泛的应用
1
盾构起源
1、发展历史
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。 1823年至1843年第一条盾构隧道泰晤士河隧道修建成功
2
布鲁诺尔注册专利的盾构
3
4
盾构发展历史及现状
2、中国盾构
（1）泥土、土压盾构技术的普及及推广，技术细节的完善、 改进及提高。 （2）特种盾构工法的相继问世。 （3）大口径、大深度、长距离、高速施工、高地下水压等各 种施工措施方法的成功应用。
（3）能够控制盾构的姿
态，实现盾构的纠偏及转
向要求
29
盾构千斤顶被 分为若干个扇区，每 个扇区由一个电磁比 例减压阀控制，以调 节扇区千斤顶的工作 压力，从而达到纠正 或控制盾构推进的方 向。
26
土压平衡式盾构机各部分的功能描述
3、刀盘驱动系统
27
28
土压平衡式盾构机各部分的功能描述
TBM和EPB双模式盾构穿越海底断层破碎带综合控制技术
当前全国各个城市地铁发展迅速，地铁施工面临的地质和环境风险愈加丰富，与此同时隧道施工技术也在不断发展。但TBM和EPB单护盾双模式岩石掘进机在海底隧道中应用较少，本文结合某地铁海底隧道为例，研究TBM和EPB单护盾双模式掘进机在断层破碎带施工中各项控制措施，为后续类似隧道工程提供借鉴和参考。
2、工程概况
某地铁区间过海隧道采用中铁装备150#单护盾双模式（TBM&EPB）岩石掘进机进行隧道施工，隧道全长2110m，由陆域段60m和海域段2050m组成，其中TBM空推100m，在TBM模式下掘进1379m，在F5断层位置进行模式转换，将敞开模式转换为土压平衡模式，采用EPB模式掘进剩余的631m。
3、施工风险
F5b与F5a地段由于岩层破碎，节理发育，局部海底无隔水层，水压高达0.4MPa，存在较大涌水风险。
（2）TBM穿越F5断层约490m，上盘和下盘破碎，节理发育，TBM模式下土仓内无压力，存在冒顶卡机等风险。
4、TBM和EPB双模式盾构穿越海底断层破碎带控制技术
4.1、超前地质预报
（1）HSP超前地质预报
4.2、超前地质加固
通过HSP地质预报和超前物探相互印证，判断出F5a和F5b断层破碎带的Ⅴ级围岩范围及位置，对掌子面前方地质条件较差、地下水丰富、洞内渗水夹泥砂，无法正常掘进等地质段进行超前注浆加固。利用超前地质钻孔实施超前注浆，固结破碎围岩达到止水效果。
超前注浆设备采用ZJS-7液压式矿用注浆机，超前注浆单次循环不小于30m，掘进20m，搭接10m，注浆范围为隧道开挖线以外3m。注浆材料以普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥为主。普通水泥浆水灰比1.4~1.2，硫铝酸盐水泥单液注浆水灰比为0.6～1.2，为使水泥浆充分扩散，保证注浆质量，注浆连续压力宜控制1.5～4.0MPa，注浆速率5～110L/min，单孔扩散半径不小于2m。
EPB盾构机盾尾刷优化设计及防水措施
EPB盾构机盾尾刷优化设计及防水措施摘要：盾构法施工是城市地铁隧道主要的施工方法，如果在盾构掘进过程中发生盾尾漏水等工程风险，必然会对盾构隧道的人身安全、施工质量和进度产生一定的威胁。
本文通过对盾尾刷漏水工程风险进行研究，盾尾密封装置盾尾刷进行工作原理介绍及结构加强设计，就土压平衡盾构机盾尾漏水原因进行分析，然后根据施工经验和技术标准找到针对性的应对措施。
提出的应对措施将对盾尾密封刷漏水问题提供一定的理论指导和参考意见。
盾构机—也称为隧道掘进机，配有各种不同的挖掘、顶进、转向、支护、排渣、衬砌、运输机械等，其和自身配备的传感、测量和控制装置一起形成一个完整的施工机械系统[1]。
盾构机具有适于大埋深、高水压施工条件、掘进速度快，机械化、自动化程度高和投入人员少等优点得到广泛应用[2]。
由于盾构机的盾尾内径大于管片的外径，所以两者之间存在一定的空隙，称为盾尾间隙。
所以盾构机在掘进阶段，经常在盾构机盾尾刷部位出现漏水等工程风险，其将威胁到施工人员的人身安全、影响盾构隧道的施工质量、行人安全、行车安全以及隧道的后期使用情况[3]。
为了防止盾尾间隙发生漏水工程风险，需要在盾尾间隙中安装密封装置，现在普遍使用的密封装置是盾尾刷，所以盾尾刷在防止盾尾漏水中发挥着至关重要的作用。
因此，在面对漏水工程风险时，盾构机盾尾密封装置漏水的应对措施是亟待解决的问题。
目前，国内学者对盾构机盾尾刷的研究较多。
钟波等[4]采用ABAQUS分析软件对盾尾刷进行有限元分析，得到盾尾刷的变形规律以及在不同压力下的位移量。
董亚岭等[5]通过对盾尾刷进行优化设计，得到盾尾刷合理的密封方法。
朱祖熹等[6]通过分析盾构施工中盾尾密封，并结合实际施工经验推断出盾构机推进每环盾尾油脂大约的使用量。
杨兴昆等[7]通过对土压平衡盾构机的介绍，对盾尾渗漏问题进行原因分析，并提出相应的预防措施。
从目前的研究成果来看，还鲜有对盾尾刷漏水原因及应对方案的研究。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.2.8旋转接头 刀盘密封油脂、泡沫剂、主轴承润滑油脂等物质从后 配套系统压出后，通过旋转接头将他们输送到相应的地方。 所以选转接头上面具有密封油脂管，泡沫剂管和润滑油脂 管的接头。 1.2.9水管和呼吸气管接口。 土压仓壁内侧上具有水管和气管接头。水管分为冷却 水管和土仓用水管。作用约。
1.3中盾
1.1.2、刀盘的掘削方式 刀盘的掘削方式可以分为旋转掘削式、摇动掘削式、游星
掘削式，一般土压平衡盾构采用旋转掘削方式，如下图：
1.1.2刀盘的纵断面 可以分为垂直平面形、突芯形、穹顶形、倾斜形和收缩 形，EPB多数采用垂直平面形，如下图：
1.1.3刀盘的正面形状 刀盘的正面形状有轮辐式、面板式两种。多数EPB采用面 板式。面板形刀盘由辐条、刀具、槽口以及面板组成，属 于封闭式盾构，面板式如下图所示：
土压传感器安装在土压仓壁上，一共六个，从上至下分布在舱壁 圆周上，其作用是实时反映仓内土压的变化，并将信息反馈回主控操 作室，操作手可以通过压力的变化来调整操作，如推力，推进速度， 出土速度，泡沫流量，添加材添加量等。 1.2.4主轴承 主轴承通过与多个马达减速器相啮合，从而将动力传给刀盘。其 作用在这里不加详细说明。 1.2.5齿轮箱（减速器） 减速增扭，采用三级行星式减速。 1.2.6液压驱动马达 广州地层一般采用8个驱动马达，成都地层多数采用9个马达，以 提高驱动力和驱动的安全系数。 1.2.7螺旋接口 螺旋接口位于仓壁底部，其作用是安装螺旋机。在土压仓壁上，还安装 了紧急封闭闸门，当遇到危险情况时，可以关闭闸门，从而与外界隔 绝，防止外界压力从螺旋机涌入盾构内。
铰接油缸将中盾和尾盾相连接，一来可以拖动尾盾， 二来使盾构转向的灵敏度大为提高。
1.4尾盾
尾盾主要具有注浆管和注浆通道、盾尾油 脂注入通道、盾尾刷等。以海瑞克盾构为 例，盾尾注浆通道一共4条，盾尾油脂通道 一共12条，盾尾刷为三层密封式。
盾构上的五个密封
• • • • • 1.刀盘密封 2.螺旋机密封 3.前盾与中盾之间的密封 4.中盾与尾盾之工现场组装
• 1.6.1施工现场组装的顺序。 • 1.6.2始发时容易遇到的问题。
EPB
（以德国海瑞克φ6250EPB为例）
一、EPB的组成及工作原理
• 1.总述
EPB从前至后由刀盘（cutter head）、前盾（front shield）、中盾 (middle shield )、尾盾(tail skin)、螺旋输送机(screw conveyor)、管 片拼装机(segment erector)、管片喂料机(segment feeder)、连接桥 架（bradge frame）、Ⅰ～Ⅴ号台车组成。总质量约275盾，总长度 约70米。
中盾组成如下图：
中盾主要由中盾支撑、双室人闸、推进油缸、铰接油 缸、液压与气压阀组等组成。 1.3.1双室人闸 在进入泥土仓前，为了避免开挖面的坍塌，要在泥土 仓中建立并保持与该地层深度土压力和水压力相等的气压。 这样工作人员进出泥土仓时，就存在一个适应泥土仓中压 力的问题。现以工作人员从常压环境进入有压力的泥土仓 为例，来说明人闸的作用。甲先从前室进入主室，关闭前 室和主室之间的的隔离门，按照规定程序给主室加压，知 道主室的压力和泥土仓的压力相等后，打开主室和泥土仓 之间的闸阀，使两者之间的压力平衡，然后再打开主室和 泥土仓的隔离门，工作人员就可以进入泥土仓了。
1.2前盾 前盾的组成如图：
前盾主要由土压仓切口 、土压仓壁、搅拌桩、土压传 感器、主轴承、齿轮箱（减速器）、驱动液压马达、旋转 接头、人闸出口门、螺旋机接口和螺旋机封闭闸门等部分 组成。 1.2.1土压仓切口 和土压仓壁 地层切削面、土压仓切口、土压仓壁三者联合组成土压 仓。 1.2.2搅拌桩 土压仓壁的搅拌桩（4个）和刀盘内侧搅拌桩（4个） 相互作用，起到搅拌切削下来存积在土仓中的泥土的作用， 让他们充分与泡沫剂一起搅拌，增加土壤的发泡和改良效 果，使螺旋机出土变得更加容易。 分布在土压仓壁上面的四个搅拌桩，搅拌桩内层中空， 与膨润土罐相连接。 除了参与搅拌，还有一个很重要的 作用就是可以往土仓加水和加膨润土等添加材。 1.2.3土压传感器
1.1.5刀盘开口率η 土压平衡盾构施工情况下，腔室及螺旋输送机 内充满着开挖下来的泥土和泥土压力。盾构 以此来与掌子面的土压及水压平衡从而保持 掌子面的稳定。根据盾构掘进的速度及作业 地质情况来设计开口率的大小，如果开口率 过小，则掌子面受刀盘压力过大，致使地面 隆起；如果开口率过大，则易使进入土压仓 的土石量增大，掌子面压力降低，致使地面 塌陷。
1.1刀盘
1.1.1 刀盘位于盾构体的最前端，主要作用是切削土壤和岩石，是盾构 机上直径最大的部分。刀盘上安装的刀具，可以依据被切削的土壤和 岩石的软硬来选择。刀具一般分为滚刀、刮刀，刀盘的外侧还装有超 挖刀，盾构机在转向掘进时，可以操纵超挖刀油缸使其沿刀盘径向向 外伸出，从而扩大开挖直径，便于盾构机的转向。刀盘上安装的所有 类型的刀具，都是通过螺栓连接在刀盘上的，而且都可以从刀盘后面 的土压仓中进行更换。法兰板上安装有一个旋转接头，其作用是向刀 盘的板面上输入泡沫剂或者硼润土以及向超挖刀液压油缸输入液压油。
一般情况，开口率η取20%~30%，但是刀盘的开口率 究竟应该取多少，则依据所涉及的地质条件（如土质的软 硬和砾石粒径等）、盾构推进额定速度、螺旋机输送能力、 刀盘的掘削能力等一系列因素来决定。如广州地层土质较 软，一般无大块岩砾石，故其开口率可适当取小些。德国 海瑞克公司盾构刀盘开口率取η为26%就可以满足；如成 都地层主要是鹅卵石夹沙，具有较大的砾石粒径，因此有 的盾构的刀盘开口率高达33%。 • 1.1.5刀盘的支承方式 支承方式有中心支承方式、中间支承方式和周边支承 方式。一般EPB采用中心支撑方式，此种方式螺旋输送机 安装在土舱下部，叶轮小转矩小，使用的螺旋输送机直径 也比较小，对机械转矩损耗也不大，螺旋输送机的的搅拌 叶片也被置于刀盘内侧，刀盘切削下来的土壤粘附状况小， 便与出土。盾构机采用中心支承方式，制作难度大大降低， 土砂密封效果好，密封材长度短，耐久性很好，所以适用 于长距离掘进的能力很强。中心支撑如下图:
管片的拼装与选型
• 1.管片的选型 • 2.管片的拼装
1.5管片拼装机 1.5.1 管片拼装机的驱动方式也是采用液压驱动，管片拼装 机由拼装机大梁、支撑架、旋转架和拼装头组成。 拼装 机大梁用法兰连接在中盾的后支撑架上，拼装机的支撑架 通过左右各两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中，一 个体内圈为齿圈形式的滚珠轴承外圈通过法兰与拼装机支 撑架相连，内圈通过法兰与旋转架相连，拼装头与旋转支 架之间用两个伸缩油缸和一个横粱相连接。
1.3.2中盾支撑 主要起支撑盾壳的作用，为安装拼装机 提供付着体，螺旋机吊耳也固定连接在上 面。 1.3.3推进油缸 推进油缸分布在中提圆周上，安装在推 进油缸座上面。推进油缸可以分为单缸等 间隔布置，双缸等间隔布置和单双缸等间 隔布置。海瑞克盾构采用后者，这种方式 更有利于管片的安装。 1.3.4铰接油缸