第14讲盾构机分类及选型-

对应复合地层的刀具配置
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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
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滚刀的形状与特点
尺寸 ： 17 英寸 允许负荷： 250 kN 材质 ： 特殊工具钢
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3.2 本工程重点/难点
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
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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
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(9)按盾构机的功能、用途分类
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
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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
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防止粘土附着对策（２）
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
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铰接构造
铰接装置
总推力 数量 铰接方向
24,000 kN 2,000kN×12根 全方向 （上下、左右、倾斜方向）
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铰接密封
形式 ： Ｖ型密封 2 段、 灰尘密封 1 段 耐压 ： 1.0 Mpa 润滑 ： 自动供脂
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3.６主要机械性能（方案）
螺旋出渣机驱动
驱动形式 排土量
φ250mm×500mmL） 直径 转速 驱动扭矩
管片拼装装置
形式
液压驱动方式 280 m3 / h
（装备动力：110 kw） （最大排出粒径：
700mm
（带轴式螺旋机）
1.0～ 24 rpm
常用最大： 55.7 kN-m 脱困时最大：65,0 kN-m
添加剂增加塑性
很高渗透 性 10-2
高渗透性10-3
10-4
一般渗透性
10-5
砂
砾石
高浓度膨润土 复合式盾构
EPB + 添加剂
粘稠度系数 IC
渗透系数 k [m/s]
弃土容重
泡沫
EPB盾构 泥水盾构
1,05
1,40 1,50
19
2,00
2,20
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工作舱内 土体容重
[t/m³]
盾构掘进机选型的其他条件
(11)综合分类
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2 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
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(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
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◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
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(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
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《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
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主讲：郭京波 教授
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主要内容
1 盾构机分类 2 盾构机选型 3 盾构机选型举例
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1 盾构机分类
(ຫໍສະໝຸດ Baidu) 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
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盾构机总体设计范围及主要尺寸
开挖直径： 前护盾直径： 主机长度： 总长度包括后配套： 总重量包括后配套： 最小曲线半径：
盾构机总体设计范围
最大掘进速率 平均掘进速率 管片平均安装时间 管片宽度
根据上述计算每班次掘进速率 每日双班工作时掘进速率
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6280 mm 6250 mm 约 9.0m（含刀盘） 约 82 m 420 t 250m
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盾构掘进机选型的一般程序
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不同地质条件下全断面掘进机选型
筛分通过率 <d %
粒径分布曲线
泥土粒径
筛分粒径
粉质土
粘土 细 100
中粗 粗
90
砂
细
中粗 粗
砾石
细
中粗 粗
80
70 60
EPB
50
40
Foam
30
20
10 0 0,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2
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3.3 隧道管片参数
项目 管片类型 分块形式 外径(O.D.) 内径(I.D.) 厚度 管片宽度 单片管片最大重量
参
数
备注
普通预制增强水泥管片安装衬砌，包括纵向封顶块
5 +1个封顶块
6.00 m
5.40 m
300mm
1.5m
约4t
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3.４ 盾构机总体参数（方案）
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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>18m
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(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
280 m3 / h （最大排出粒径：φ250mm×500mmL）
700mm
（带轴式出渣机）
1.0～ 24 rpm
常用最大 ： 55.7 kN-m 脱困时最大：65,0 kN-m
耐磨对策（套筒与螺旋桨硬化堆焊）
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螺旋机防止水喷涌对策（旋转出渣机）
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螺旋机更换零件及特点
更换零件
螺旋机前部套筒 ： 2层套筒（更换修补） 前部螺旋机 ： 可分割结构
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填补空洞用注入管配置
注入配管
前 方 ： 4处 前体外周 ： 4处 后体外周 ： 4处
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THE END THANK YOU !
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TBM
双护盾
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软土盾构
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复合盾构
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(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
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(3) 按盾构机横截面的形状分类
不同用途的盾构
直角弯隧道盾构
偏心急弯曲线盾构
大坡度盾构
地中对接盾构
CID 工法 MSD 工法
侧接盾构
站盾构分岔盾构
路线可变扭曲盾构
竖向掘削盾构
扩掘盾构 变径盾构 大深度盾构 长距离盾构 高速掘进盾构
上掘盾构 下掘盾构
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(10)按盾构隧道衬砌施工方法分类
衬砌施工方法不 二次衬砌法（管片为一次衬砌，另行浇注二次衬砌）
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
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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
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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
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同的盾构方法
一次衬砌法（仅保留管片一次衬砌，略去二次衬砌）
包缠保护膜盾构工法（为提高隧道衬砌的止水性和耐久性，在盾构机内对管片外
盾构
侧进行包缠保护膜施工）
现场浇注混凝土
盾尾内空架设钢筋浇注混凝土做衬法(照片6.1.12)
衬砌法(ECL工法) PC-ECL工法
边掘进边组装管片盾构工法
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允许磨损量 ： 20 mm
允许线速度 ： 150 m / min
转动力
： 70 Nーm
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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
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耐磨ＩＮＧ板
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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
7,000 kN-m
（装备动力：600kw） 低速转动 ： 1.0 rpm 高速转动：2,922 kN-m
38,500 kN 单位面积推力：1,255 kN / ㎡ 1,750kN×22根 8.0 cm/min
24,000 kN 2,000kN×12根 全方向（上下、左右、倾斜方向）
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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 供脂位置 ： 每列6处 （共计12处） 耐水压 ： 0.4 Mpa
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螺旋出渣机的特点
驱动方式 出土量 直径 转速 驱动扭矩
前端部
液压驱动方式 （装备动力：110 kw）
颗粒直径 d单位mm
Slurry
0,6 2,0
6,0
20,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 60,0
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不同地质条件下全断面掘进机选型
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0,25
柔软
0,50
软
0,75
硬
1,00
坚硬
粘土
粉土
EPB模式
添加剂
防止堵塞
EPB
敞开模式
（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
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3 盾构机选型举例
3.１武汉地铁的路线与地质
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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。
8 cm/min 3.5 cm/min 30 min/环 1500 mm
6环 / 8 hours 12环 / 16 hours
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3.５主要机械性能（方案）
刀盘驱动
驱动形式 刀盘转速 刀盘扭矩 脱困扭矩
盾构机千斤顶
总推力 数量 最大伸长速度
铰接装置
总推力 数量 铰接操作
电驱动 2级调速式 高速转动 ： 2.0 rpm 常用最大 ： 5,844 kN-m
(7)按刀盘运动形式分类
方式的盾构
圆形转动掘削式 转动掘削式 行星游动掘削式
中心支承式 中间支承式 周边支承式
扇形转动掘削式 矩形多轴摇动掘削式
多轴摇动掘削式 圆形多轴摇动掘削式 其它断面形状多轴摇动掘削式
摆动掘削式
横向摆动掘削式(矩形) 纵向摆动掘削式(矩形)
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(8)按盾构机特殊构造分类
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
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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
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