不同地质条件下的盾构选型讲义-80页
盾构选型研究讲解
4.1盾构机的选型研究4.1.1 盾构机的选型原则盾构选型是盾构隧道能否优质、安全、快速建成的关键工作之一，选型时主要遵照以下原则：（1）选择的盾构机型和功能必须满足工期和安全要求，确保城市中各类密集建筑物的稳定、安全，使隧道建设与社会和谐共存。
（2）选用的盾构要求其性能与本标段内的工程地质、水文地质条件及防冻要求相适应。
（3）选用的盾构应具有良好的可靠性，并提供类似地质、施工条件下同类型盾构的施工实例及其适用效果。
（4）盾构制造商的知名度、业绩、信誉和技术服务。
（5）依据哈大客运专线长春隧道施工设计图及工期要求， 根据土压平衡盾构与泥水平衡盾构的适应性比较选定。
4.1.2盾构隧道线路条件（1）长春隧道由暗挖段、始发井、盾构法掘进隧道和到达吊出井组成，最大开挖直径14770mm ，总长4600m 的直线隧道。
（2）管片外径14.31m 、管片内径13.11m ，线路最大纵坡2%，见工程示意图4.1-1。
进口端里程 图4.1-1哈大客运专线长春隧道工程示意图（3）隧道围岩为Ⅴ～Ⅵ级，围岩较差，粉质黏土松软，泥岩成岩作用差，二者具弱膨胀性，遇水易崩解，围岩易塌落，对洞口暗挖施工影响大。
隧道通过细砂、粗砂含水层时（DIK690+850～DIK691+420），涌水量相对较大，洞身开挖有可能发生局部涌水、或流砂现象。
（4）主要工程问题及其盾构适应性设计。
1）有利切割加固地层、洞身底部风化岩和长距离掘进的刀盘、刀具耐磨设计；2）工作面泥浆压力的精确调节与控制是盾构功能设计重点；3）刀盘上设有多点刀具磨损检查工具；4）常压下换刀和气压下换刀的快速作业配置；5）有利于盾构大件运输、组装的的分块设计；6）大直径盾的始发和到达条件（始发托架、反力架及洞口密封装置等）设计。
（5）隧道采用标准环钢筋混凝土管片衬砌，左、右转弯环管片的楔形量为40mm。
管环外径14.31m，内径13.11m，管片宽度2m，由7+2+1块管片组成，错缝拼装。
盾构选型分析
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 freiEPB Methods土压平衡区间Slurry Methods泥水盾构区间60,020.06,02,00,60,20,060,020,0060,0020,0011009040302010080706050Sieve Size Fine Clay Silt Sand Gravel Medium Medium Coarse Fine Coarse Fine Medium CoarseGrain 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。
不同地质条件下盾构施工
微风化硬岩
▪ 对于岩石抗压强度在 80Mpa以上地层 ，由于排渣原因，盾构掘进效 率低下，应综合该地层隧道长度与总长度的关系，工期及成本 考虑 是否在该段地层采取盾构法施工通过
▪ 对于岩石抗压强度小于80Mpa的微风化地层，针对硬岩分布特点，盾 构机通过需要采取一定措施
RQD值小的岩石
▪ 具有盾构机掘进可能的微风化地层，节理 发育，刀具破岩容易
两类地层条件下的一些典型特征地层 的施工技术管理
▪ 自稳性地层
▪ 微/中风化岩层 ▪ 某些不含水的强风化层 ▪ 西北黄土层
▪ 非自稳性地层
▪ 淤泥层 ▪ 粘土层 ▪ 沙层 ▪ 砂卵石层 ▪ 含孤石地层 ▪ 上软下硬地层
自稳性地层
▪ 总的来说，自稳性地层施工中一般不用考虑地表隆降，不论长时间或 短时间具备自稳性的地层，通常的自稳性地层要面对掌子面的可开挖 特性，渣土的流动性，刀具的管理；但需要注意的是，对于自稳性地 层，因为不同的覆土状况，可能的失水问题（可能造成地表沉降）也 是必须关注的。
用 气压掘进 加强壁后二次注浆防水 注意泡沫的使用
强风化地层
▪ 深圳地铁二号线某工地：地层含水少，水渗透系数低，在无水渗透时， 强风化地层具有一定稳定性，可以进行短时的开仓检查刀盘状况；由 于很少全断面或即使全断面强风化但其上覆土多为全风化地层，一般 采用气压掘进，渣土控制正常；在某段由于采用长时间欠压掘进，地 表沉降严重。
不同地质条件下的
盾构施工
盾构施工的两个技术阶段
盾构施工的前期准备
一，盾构机选型 地层特点 岩土特性 粒径分布 水文特点 其他附加要求
二，地质详勘 及早规划详细有针对性地施工方案 提前预防 早期处理 管线河流状况
刀盘型式
盾构机类型和选用原则
盾构机类型和选用原则
盾构机是一种用于隧道挖掘的工程机械，根据不同的工程需求和地质条件，盾构机可以分为以下几种类型：
1. 泥水式盾构机：适用于软弱的土层或泥水地层，通过泥水压力平衡掌子面的水土压力。
2. 土压平衡式盾构机：适用于粘性土层或砂土质地层，通过土压力平衡掌子面的水土压力。
3. 硬岩盾构机：适用于坚硬的岩石地层，通过刀具切割岩石实现掘进。
4. 混合式盾构机：适用于地质条件复杂的地层，可以同时使用泥水式和土压平衡式两种方式进行掘进。
在选用盾构机时，需要考虑以下原则：
1. 地质条件：根据隧道穿越的地质条件，选择适合的盾构机类型。
2. 工程规模：根据隧道的长度、直径和曲率等工程规模，选择适当的盾构机尺寸和性能。
3. 施工环境：考虑施工现场的环境条件，如地下水位、周边建筑物等，选择适合的盾构机类型。
4. 工程进度：根据工程进度要求，选择能够满足施工进度的盾构机。
5. 经济效益：综合考虑盾构机的购置成本、运行成本和维护成本等因素，选择经济效益最佳的盾构机。
选用合适的盾构机对于隧道工程的顺利进行和施工质量至关重要，需要根据具体情况进行综合考虑和决策。
盾构法课件
管片结构设计
管片内径的确定 主要取决于地下结构的限界，同时还要考虑施工误差、测 量误差、线路拟合误差及不均匀沉降等其他因素。 国内地铁区间隧道的建筑限界一般为直径5200m的圆形。
隧道内经一般有两种方案5400mm和5500mm。 5400内径主要用于地基承载力较高的地区如北京、深圳。 5500mm主要用于地基承载力较小的地区，如南京、上海
水土分算法中，作用于衬砌结构上水压力有径向水压和均布水压两种 径向水压更接近真实情况。
地层抗力
隧道结构产生变形向土体挤压时产生的被动抗力根据Winkler假
定计算 K K：地层弹性抗力系数 ：相应点的位移
影响盾构隧道侧向抗力的最主要因素有： ①土层的软硬程度，含水量等和盾构隧道的埋置深度②土层的 先期固结状态，盾尾间隙填充物的填充质量③盾构推进时对地 层的剪切、挤压、纠偏等引起的土体的扰动④土体扰动以后， 土层的主固结和次固结⑤土体的流变效应
片环的整体的抗弯刚度，以处理接头处的情况。当采用错缝拼接
时出现弯矩传递现象混凝土管片产生附加弯矩（1+ ）M（M为计 算弯矩值）；接头设计的弯矩为（1- ）M以此来评价管片环的弯 矩设不计均的匀轴分力配值，仍通为常计算0轴.6力≤ 值≤；0.当8，采0用.3通≤ 缝 拼≤0接.5时， = 0。
盾构区间结构设计
一、盾构机类型与选型介绍及 优缺点
二、计算荷载
三、计算模型
四、管片结构设计
盾构机分类——主要3种分
类方法
一、按隧道掘进机形状分类 矩形盾构、双圆形盾构、三圆形盾构和圆形盾构
二、按地层类型分类
1.对于完整的岩石地层，不必对开挖面进行支护，隧 道掘进机可以是敞开的即敞开式盾构机；对于坚硬岩 层或裂隙岩层要采用护盾式隧道掘进机。 2.对于软粘土层通常采用土压平衡式盾构；对于砂性 土层通常采用泥水平衡式盾构。
不同地层条件下的盾构与TBM选型
03
盾构选型依据
盾构类型选择
根据地层条件选择盾构类型
对于软土地层，选择敞开式盾构或土压平衡盾构；对于硬岩地层，选择全断面硬岩掘进机 （TBM）。
考虑隧道断面形状和大小
根据隧道设计要求，选择适合断面形状和大小的盾构类型。
考虑工程地质和水文地质条件
根据地质勘察资料，分析地层分布、岩石强度、地下水位等因素，选择适合的盾构类型。
不同地层条件下的 盾构与TBM选型
目 录
• 引言 • 地层条件与盾构/TBM适应性分
析 • 盾构选型依据 • TBM选型依据 • 工程实例与经验分享 • 未来研究方向与展望
01
引言
盾构与TBM的定义与特点
盾构
盾构是一种隧道掘进机，具有圆 形护盾，在护盾的掩护下进行隧 道挖掘和衬砌作业。盾构适用于 软土地层和中等强度岩石地层。
考虑施工场地和运输限制，确保TBM能够顺利通过隧道入口 和运输至施工现场。
TBM刀盘、刀具及驱动方式选择
根据地层条件选择合适的刀盘结构和刀具类型，确保TBM能够适应地层的硬度、 抗压强度和磨蚀性。
根据隧道长度和掘进距离选择驱动方式，确保TBM具有足够的推进力和刀盘扭矩 ，以满足施工要求。
05
工程实例与经验分享
硬岩地层
总结词
TBM更适合
详细描述
硬岩地层具有较高的地层强度 和较低的压缩性，TBM的滚刀 破岩能力强，能够快速穿越硬 岩地层。
总结词
盾构不太适合
详细描述
盾构机在硬岩地层中推进困难 ，切削效率较低，且容易造成
刀具磨损和盾构机故障。
复合地层
总结词
根据具体情况选择
总结词
综合考虑推进距离、地质条件、施工条件等因素
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
盾构机工作原理
盾构机在工作时，首先通过刀盘旋转将地层切削下来，然后 由运输设备将切削下来的土渣运出隧道，接着由拼装机将预 制的混凝土管片拼装成隧道衬砌，最后通过注浆系统将隧道 固定。
盾构机在工作时需要配合使用多种辅助技术，如地层加固、 泥水加压、气压保护等，以保证施工安全和隧道质量。
盾构机发展历程
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。
果和经济效益。
专家评估
邀请盾构机专家或顾问 对不同型号的盾构机进 行评估，提供专业意见
和建议。
04
盾构机应用实例
开敞式盾构机应用实例
开敞式盾构机主要用于挖掘隧道和地下通道，其工作原理 是通过旋转刀盘切割土体，同时将切削下来的土体排出， 形成隧道。这种盾构机适用于地层较为单一、岩石较少的 地区，如河床、平原等。
工期要求
根据施工计划和工期要求，选 择能够满足工期要求的盾构机 型号。
不同地质下盾构机选型
4 盾构选型的依据
• 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，对 盾构的选型工作应非常慎重。
• 盾构选型主要依据工程招标文件、工程勘察 报告、隧道设计、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。
• 面板式刀盘在中途换刀时安全可靠， 但开挖土体进入土仓时易粘结易堵 塞，在刀盘上易形成泥饼。 • 辐条式刀盘仅有几根辐条，辐条后 设有搅拌叶片，土砂流动顺畅，不 易堵塞。但不能安装滚刀，且中途 换刀安全性差，需加固土体，费用 高。 • 辐条式刀盘对砂、土等单一软土地 层的适应性比面板式刀盘较强；但 由于不能安装滚刀，在风化岩及软 硬不均地层或硬岩地层，宜采用面 板式刀盘。
2 盾构的“机型”
• 盾构的“机型”是指在根据工程地质和水文地质条件，盾构 所采用的最有效的开挖面支护形式。 • 盾构按支护地层的形式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、 土压平衡支护式五种机型。 • 目前应用最广的是土压平衡盾构(土压平衡支护式)和泥水盾 构(泥浆支护式)两种机型。
辐条式刀盘
刀盘驱动的三种形式
变频电机驱动 定速电机驱动 液压驱动
驱动部外形尺寸
后续设备 效率 起动力矩 起动冲击 转速微调控制 噪声 盾构温度 维护保养
中
少 0.95 大 小 好 小 低 易
大
少 0.9 较小 大 不能无级调速 小 较低 易
小
较多 0.65 较大 较小 好 大 较高 较复杂
刀盘支承
皮带输送机
不同地质条件下的盾构选型
不同地质条件下的盾构选型(2007-11-15 16:54:24)标签：知识/探索一剑倚天外盾构选型分类：技术论坛1 盾构的“类型”盾构的“类型”是指与特定的盾构施工环境，特别是与特定的基础地质、工程地质和水文地质特征相匹配的盾构的种类。
根据施工环境，隧道掘进机的“类型”分为软土盾构、硬岩掘进机(TBM)、复合盾构三类。
因此，盾构的“类型”分为软土盾构和复合盾构两类。
软土盾构是指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的一类盾构。
软土盾构的主要特点是刀盘仅安装切刀和刮刀，无需滚刀。
复合盾构是指既适用于软土、又适用于硬岩的一类盾构，主要用于既有软土又有硬岩的复杂地层施工。
复合盾构的主要特点是刀盘既安装有切刀和刮刀，又安装有滚刀。
2 盾构的“机型”" 盾构的“机型”是指在根据工程地质和水文地质条件，盾构所采用的最有效的开挖面支护形式。
" 盾构按支护地层的形式主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥水支护式、土压平衡支护式五种机型。
" 目前应用最广的是土压平衡盾构(土压平衡支护式)和泥水盾构(泥水支护式)两种机型。
3 盾构的“模式”" 盾构的“模式”是指在一定“型”的基础上，根据特定的盾构施工环境，盾构所采用的最有效的“出碴进料”方式。
" “模式”是盾构的一种操作方式。
" 土压平衡盾构的“模式”可分为敞开式、半敞开式、闭胸式三种。
" 泥水盾构的“模式”可分为泥水平衡模式(也称直接控制模式)和气压复合模式(也称间接控制模式或D模式)两种。
实例：广州地铁复合式土压平衡盾构" 广州地铁复合式土压平衡盾构具有三种模式，即:敞开式、半敞开式（加气模式）、闭胸式(土压平衡模式) 。
广州地铁复合式土压盾构的敞开模式" 在掌子面足够稳定并且涌水能够被控制时，采用“敞开模式作业。
" 在敞开模式下，刀具切削开挖面土体，切削土进入土仓，通过位于土仓底部的螺旋输送机将碴土排出。
盾构管片选型分解课件
04 盾构管片安装工艺
管片拼装工艺流程
准备工作
检查管片质量、清理拼 装场地、准备拼装工具
等。
拼装管片
按照设计要求，将管片 逐块拼装成环，确保管 片之间的连接牢固、密
封性好。
注浆填充
在管片拼装完成后，对 管片之间的空隙进行注 浆填充，以确保隧道结
构的稳定性。
质量检测
对拼装完成的管片进行 质量检测，包括管片连 接、密封性、平整度等
定期检查与维修
定期对管片进行检查，发现潜在问题及时进行处理和维修。
06 盾构管片选型案例分析
案例一：某地铁盾构隧道管片选型
总结词
考虑因素全面、注重实际需求
详细描述
在某地铁盾构隧道项目中，管片选型需综合考虑地质条件、 隧道设计、施工环境及后期运营维护等因素。根据实际需求 ，选择合适的外径、厚度、混凝土强度等参数，确保隧道结 构安全、施工顺利进行。
案例二：某污水处理厂管片选型
总结词
注重耐久性、环保要求
详细描述
在某污水处理厂项目中，管片选型需充分考虑耐久性及环保要求。选择高强度、耐腐蚀 的材料，合理设计管片结构，提高整体稳定性。同时，注重管片接缝的密封性能，防止
污水渗漏，确保厂区及周边环境的安全。
案例三：某大型水利工程管片选型
总结词
注重稳定性、抗水压能力
管片养护与脱模
管片养护方式
根据气候条件和混凝土性能，选择适当的养护方式，如自然养护 、蒸汽养护等，确保管片的强度和耐久性。
管片脱模时间
根据混凝土的初凝时间和管片的形状尺寸，确定合适的脱模时间， 确保管片在脱模过程中不发生损坏。
管片养护与脱模注意事项
在养护和脱模过程中，应注意防止管片开裂、变形等问题，采取相 应的防护措施。
盾构选型研究概要
4.1盾构机的选型研究4.1.1 盾构机的选型原则盾构选型是盾构隧道能否优质、安全、快速建成的关键工作之一，选型时主要遵照以下原则：（1）选择的盾构机型和功能必须满足工期和安全要求，确保城市中各类密集建筑物的稳定、安全，使隧道建设与社会和谐共存。
（2）选用的盾构要求其性能与本标段内的工程地质、水文地质条件及防冻要求相适应。
（3）选用的盾构应具有良好的可靠性，并提供类似地质、施工条件下同类型盾构的施工实例及其适用效果。
（4）盾构制造商的知名度、业绩、信誉和技术服务。
（5）依据哈大客运专线长春隧道施工设计图及工期要求， 根据土压平衡盾构与泥水平衡盾构的适应性比较选定。
4.1.2盾构隧道线路条件（1）长春隧道由暗挖段、始发井、盾构法掘进隧道和到达吊出井组成，最大开挖直径14770mm ，总长4600m 的直线隧道。
（2）管片外径14.31m 、管片内径13.11m ，线路最大纵坡2%，见工程示意图4.1-1。
进口端里程 图4.1-1哈大客运专线长春隧道工程示意图（3）隧道围岩为Ⅴ～Ⅵ级，围岩较差，粉质黏土松软，泥岩成岩作用差，二者具弱膨胀性，遇水易崩解，围岩易塌落，对洞口暗挖施工影响大。
隧道通过细砂、粗砂含水层时（DIK690+850～DIK691+420），涌水量相对较大，洞身开挖有可能发生局部涌水、或流砂现象。
（4）主要工程问题及其盾构适应性设计。
1）有利切割加固地层、洞身底部风化岩和长距离掘进的刀盘、刀具耐磨设计；2）工作面泥浆压力的精确调节与控制是盾构功能设计重点；3）刀盘上设有多点刀具磨损检查工具；4）常压下换刀和气压下换刀的快速作业配置；5）有利于盾构大件运输、组装的的分块设计；6）大直径盾的始发和到达条件（始发托架、反力架及洞口密封装置等）设计。
（5）隧道采用标准环钢筋混凝土管片衬砌，左、右转弯环管片的楔形量为40mm。
管环外径14.31m，内径13.11m，管片宽度2m，由7+2+1块管片组成，错缝拼装。
不同地质条件下的盾构选型ppt课件
（1）渗透系数是土渗透性强弱的定量指标，定义为单位水力梯度下的单位 流量，表示水通过土体空隙的难易程度，量纲为距离/时间，常用m/s，即 水每秒钟透过土体空隙的距离。 （2）渗透系数越大，土体透水性越强，即土中空隙越大，土体越松散；反 之则土体越密实。通常，渗透系数越大，地层含水量亦越大，即为富水地 层。
ppt课件.
36
六 盾构选型的主要方法
水压＞0.3Mpa——泥水式 或增大螺旋输送机长度或采用二级螺旋输送机
水压＜0.3Mpa—土压式
ppt课件.
37
六 盾构选型的主要方法 盾构选型依据-地质、水文
渗透系数
渗透系数 渗透系数
k＜10-7m/s ——土压式 10-7m/s＜k＜10-4m/s ——土压、 泥水式 k＞10-4m/s ——泥水式
一 引言
广州地铁一号线 经过风化岩石地层，由于盾构机械 的不适应性，在此地层段掘进速度 低、刀具磨耗严重、地表沉降大、 出现泥饼现象等等，甚至还导致三 栋3～4层楼房坍塌。
ppt课件.
6
一 引言
广州地铁二号线 由于盾构刀具配置不合理，刀具凸 出刀盘面板层次不协调，装备扭矩 不足，导致刀盘经常形成泥饼，盾 构掘进速度缓慢。
ppt课件.
27
五 盾构选型的主要步骤
2、盾构选型主要步骤
（1）在对工程地质、水文地质条件、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）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）根据详细的地质勘探资料，对盾构各主要功能部件进行选择和设计： 如刀盘驱动型式，刀盘结构型式、开口率，刀具种类与配置，螺旋输送机的 形式与尺寸等；
不同地质条件下的盾构TBM选型
11
3 盾构选型的依据
• 盾构选型时，参考国内外已有盾构工程实 例及相关的盾构技术规范，按照可靠性安 全性适用性第一，技术先进性第二，经济 性第三的原则进行，保证盾构施工的安全、 可靠，选择最佳的盾构施工方法和选择最 适宜的盾构。
不同地质条件下的盾构TBM选型 选型 不同地质条件下的盾构
12
4 掘进机选型的一般规定
• （１）隧道施工前，应对掘进机进行选型，做到配套合理， 隧道施工前，应对掘进机进行选型，做到配套合理， 充分发挥施工机械综合效率，提高机械化施工水平。 充分发挥施工机械综合效率，提高机械化施工水平。 • （２）掘进机设备选型应遵循下列原则： 掘进机设备选型应遵循下列原则： • 安全性、可靠性、先进性、经济性相统一； • 满足隧道外径、长度、埋深和地质条件、沿线地形以及洞 口条件等环境条件； • 满足安全、质量、工期、造价及环保要求； • 后配套设备与主机配套，满足生产能力与主机掘进速度相 后配套设备与主机配套， 与主机掘进速度相 匹配， 匹配，工作状态相适应，且能耗小、效率高的原则，同时 应具有施工安全、结构简单、布置合理和易于维护保养的 特点。进入隧道的机械，其动力宜优先选择电力机械。 • （３）掘进机设备的选型应按下列步骤进行： 掘进机设备的选型应按下列步骤进行： • 根据地质条件确定掘进机的类型； • 根据隧道设计参数及地质条件确定主机的主要技术参数； • 根据生产能力与主机掘进速度相匹配的原则，确定后配套 与主机掘进速度相匹配的原则， 与主机掘进速度相匹配的原则 设备的技术参数与功能配置。
不同地质条件下的盾构TBM选型 选型 不同地质条件下的盾构
4
2 影响掘进机选型的地质因素
• （1） 岩石的坚硬程度 单轴抗压强度 ） 单轴抗压强度Rc） ） 岩石的坚硬程度(单轴抗压强度
不同地质条件下的盾构选型
3
1
盾构选型的依据
• 盾构选型时，参考国内外已有盾构工程实 例及相关的盾构技术规范，按照可靠性安 全性适用性第一，技术先进性第二，经济 性第三的原则进行，保证盾构施工的安全、 可靠，选择最佳的盾构施工方法和选择最 适宜的盾构。
不同地质条件下的盾构TBM选型
4
2
泥水盾构开挖面平衡机理
不同地质条件下的盾构TBM选型
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5
盾构选型时必须考虑的特殊因素
• 盾构选型时，在实际实施时，还需解决理 论的合理性与实际的可能性之间的矛盾。 必须考虑环保、地质和安全因素。
不同地质条件下的盾构TBM选型
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5 盾构选型时必须考虑的特殊因素
• (1)环保因素 • 对泥水盾构而言，虽然经过过筛、旋流、 沉淀等程序，可以将弃土浆液中的一些粗 颗粒分离出来，并通过汽车、船等工具运 输弃碴，但泥浆中的悬浮或半悬浮状态的 细土颗粒仍不能完全分离出来，而这些物 质又不能随意处理，就形成了使用泥水盾 构的一大困难。降低污染保护环境是选择 泥水盾构面临的十分重要的课题，需要解 决的是如何防止将这些泥浆弃臵江河湖海 等水体中造成范围更大、更严重的污染。
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盾构选型时必须考虑的特殊因素
• (2)工程地质因素 • 盾构施工段工程地质的复杂性主要反映在 基础地质(主要是围岩岩性)和工程地质特 性的多变方面。在一个盾构施工段或一个 盾构合同标段中，某些部分的施工环境适 合选用土压平衡盾构，但某些部分又很适 合选用泥水盾构。盾构选型时应综合考虑 并对不同选择进行风险分析后择其优者。
不同地质条件下的盾构TBM选型
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盾构选型时必须考虑的特殊因素
• (3)安全因素 • 从保持工作面的稳定、控制地面沉降的角 度来看，使用泥水盾构要比使用土压平衡 盾构的效果好一些，特别是在河湖等水体 下、在密集的建筑物或构筑物下及上软下 硬的地层中施工时。在这些特殊的施工环 境中，施工过程的安全性将是盾构选型时 的一项极其重要的选择，如北京铁路地下 直径线最终选择了泥水盾构。
不同地质条件下的盾构TBM选型
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土压平衡盾构结构原理
• 土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾 壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装 机、推进油缸、同步注浆系统等组成。
不同地质条件下的盾构TBM选型
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• 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 碴车上。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支护作用， 承受周围土层的土压、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。
不同地质条件下的盾构TBM选型
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土压平衡盾构的概念
土压平衡盾构是在机械式 盾构的前部设臵隔板，在 刀盘的旋转作用下，刀具 切削开挖面的泥土，破碎 的泥土通过刀盘开口进入 土仓，使土仓和排土用的 螺旋输送机内充满切削下 来的泥土，依靠盾构千斤 顶的推力通过隔板给土仓 内的土碴加压，使土压作 用于开挖面以平衡开挖面 的水土压力。
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不同地质条件下的盾构TBM选型
刀盘支承
• 刀盘支承方式有3种： 1）中心支承式（适用于中小型直径盾构） 2）中间支承式（适用于中大型直径盾构） 3）周边支承式（适用于小型直径盾构）
①中心支承方式
②中间支承方式
③周边支承方式
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不同地质条件下的盾构TBM选型
膨润土添加系统及泡沫系统
膨润土添加系统和泡沫系统是盾构掘进的
不同地质条件下的盾构TBM选型
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软土盾构
• 软土盾构是指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 件下的一类盾构。 • 软土盾构的主要特点是刀盘仅安装切刀和 刮刀，无需滚刀。
盾构技术PPT
2 主要结构
土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输 送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注浆系 统等组成。见下图。
3 土压平衡盾构的基本配置 3.1 刀盘 土压平衡盾构的刀盘有两种形式： 1）面板式（见下图） 2）辐条式
面板式刀盘在中途换刀时安全 可靠，但刀挖土体进入土仓时易粘 结易堵塞，在刀盘易形成泥饼。
三、土压平衡盾构机施工技术
盾构机组装及调试流程
设置盾构承台 人员、吊装设备、机具准备
前盾整体下井 中盾下井与前盾连接
中前盾整体后移 刀盘下井安装 主机前移至洞门附近 人员仓下井安装 管片拼装机下井安装 螺旋输送机下井存放 尾盾下井贯入保留与中盾距离
螺旋输送机安装 尾盾和铰接连接 盾尾刷焊接及油脂涂抹 后配套拖车机电液压依次连接
主轴承密封
主轴承密封功能是为了能阻止碴土、地下水、 添加剂等侵入主轴承，并能安全承受土仓内的泥土 压力、地下水压力、添加剂注入压力。对安装位置、 排数、滑动速度、润滑油量、加油压力等条件有较 高要求。
推进装置
盾构推进装置主要由液压千斤顶和系统液压阀 组、仪表等组成。根据盾构直径、液压油缸布置实 行分组控制(需要考虑管片的分块形式与撑靴匹配)， 一般分为4或5组(有固定分组和自由分组),推进压 大约在300~400bar之间。
4.2 滚刀 在硬岩中掘进时，采用滚刀进行破岩。
地层构成、地下水位（头）分布、是否存在缺氧 或有害气体；
3、隧道沿线地面周边环境条件
土地利用状况及将来计划、道路种类和交通状况、河川、湖 沼等的状况、地上建筑物及地下埋设物（旧建筑物、临时建 筑）、噪声、地下水利用、施工垃圾处理、水井、废井、文物 等；
4、盾构隧道衬砌类型
隧道管片的环宽、厚度、防水防腐要求、曲线设计 半径、坡度等；
不同地质条件下盾构施工
关于详勘
同上例，区间二地质勘测图纸不明确，没有针对性在关键地点补勘明确， 导致：1，不能计划性确定刀盘处理点；2，管线区域未考虑地层特点 提前支撑加固，造成该地段地段为刀盘处理提供方便，造成实际施工 中被动长时间停机
进出洞
掘进施工
非自稳性地层的进出洞
只要盾构机是在非自稳性地层中进出洞，
必须慎重考虑进出洞区域的地层加固： 注浆 冷冻 旋喷，搅拌桩等
非自稳性地层的掘进施工
对于非自稳性地层来说，不同的地层所需侧重考虑的问题不同的，但 最终落点都在沉降控制： 淤泥层一般具有良好的流塑性，渣土切削以及运输都不成问题，重点 是控制掌子面的土压，出土量控制保证地面沉降的，防止盾构机下沉 粘土层塑性良好，但粘性易于产生刀盘泥饼，注意渣土流动性改良并 控制土压及出土 沙层：对于中粗砂，粉细沙或含有粘土的沙层，控制其塑性是渣土量 控制的关键；富含水粉细沙/细沙层要高度重视；磨损考虑 砂卵石层 ：卵石夹砂，卵石夹泥，纯卵石，不同粒径有着完全不同 的掘进效果，重点考虑刀具选择及布设，同时需要对水以及土仓内渣 土流动进行控制；磨损考虑 含孤石地层：要小心花岗岩残积土内可能存在的孤石，重点是早处理 上软下硬地层：上软下硬地层的困难在于上软属于非自稳性地层因而 需要土压模式而下硬地层的最佳掘进模式是敞开模式，但考虑地面沉 降控制，必须采用土压模式，由此施工的关键是控制土压模式对下部 硬岩的掘进并保证上不出土正常 不论如何，以上任何地层都需保证足够及时的壁后注浆填充
注意推力扭矩变化，控制刀盘转速以及贯入度 加强渣土在掌子面及土仓流动性，尽量避免在刀盘与掌子面间积渣影 响掘进效率 采用全敞开或气压法掘进 防水措施，后部壁后二次注浆或防止前方失水
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盾构法创始人 法国工程师布鲁诺尔
一 引言
布鲁诺尔发明的世界上第一台盾构 仅掘进458m长的隧道就历时18年 (1825～1843)，施工中经历了5次 特大洪水，牺牲了6条生命。
一 引言
广州地铁二号线 由于盾构刀具配置不合理，刀具凸 出刀盘面板层次不协调，装备扭矩 不足，导致刀盘经常形成泥饼，盾 构掘进速度缓慢。
一 引言
广州地铁三号线 施工时,遇上软下硬地层，掘进异 常困难，导致地表房屋大量损坏， 最大开裂缝宽达12cm 。
房屋开裂
防洪堤坍塌
地表下沉
一 引言
广州地铁四号线 小新区间左线施工时，由于刀盘与地层适应性不好，盾构在江底施工时，刀 盘刀具磨损严重，最后不得已采用在右线相同位置开挖横通道，到左线刀盘 部位进行刀盘面板修复。500m的过江段施工，带压换刀12次，月均进度仅 72.3m。
刀盘特点：仅安装软土刀具(鱼尾刀、切刀、刮刀)，无需滚刀。
二 选型的主要内容
复合式土压平衡盾构机
适用地质条件：既适用于软土、又适用于软硬不均、全断面硬岩的复杂 地层。
刀盘特点：既安装有软土刀具，如切刀和刮刀，又可安装硬岩用滚刀， 且滚刀与切削刀可相互更换。
二 选型的主要内容 3、盾构机的掘进模式
开挖横通道
刀盘磨损严重
刀盘修复
一 引言
深圳铁一号线 施工中三次遇到地质突变，一次为上软下硬 地质，两次为孤石侵入隧道。导致刀盘面板 14处被磨穿；滚刀严重的弦磨和损坏；所有 切刀刮刀损坏。
一 引言
盾构施工与工程地质、水文地质、地形地貌、地面建筑、地下管线与 构筑物、隧道结构、线路线型等因素息息相关，盾构机应该依据这些 具体条件来“量身定做”。
b、具有一定自稳能力和地下水的压力不太高（小于1.5bar）的地层，其
防止地下水渗入的效果取决于压缩空气的压力。
（2）半敞开式模式的实现
a、稳定正面的部分压力由压缩空气来实现，气压控制标准值为静水压力
值与松散土柱压力值之和；
b、利用气压和泥阻止涌水和坍塌。
二 选型的主要内容 敞开模式
（1）适应的工况 a、能够自稳、地下水少的地层。 （2）敞开式模式的实现 a、盾构机切削下来的碴土进入土仓内，即刻被螺旋输送机排出。 b、土仓内仅有极少量碴土，基本处于清空状态，掘进中刀盘和螺旋输送 机扭矩较小。； b、停机时人员可以随时进入土仓。
盾构机的“模式”是指掘进操作方式。 土压平衡盾构的 “模式”可分为土压平衡模式、半敞开式、敞开式
三种。 泥水盾构的“模式”可分为泥水平衡模式(也称直接控制模式)和气垫
模式(也称气泡舱模式)两种。
二 选型的主要内容
土压平衡模式
敞开式模式 半敞开式-加气辅助模式
二 选型的主要内容
（1）适应的工况
土压平衡模式
a、洞身处于自稳定性差的地层；
b、当地层可能有较大涌水时；
C、断裂、构造破碎带、断层及溶洞等不良地质地段；
d、过重要建筑物。
（2）土仓压力的控制方法
a、通过螺旋输送机来控制排土量的模式；
b、通过推进速度来控制进土量的适应的工况
半敞开模式
a、当洞身处于软硬不均地段。
1828年1月12日泰晤士河 底隧道施工时发生涌水
一 引言
目前，盾构法隧道施工技术在世界许多国家不断得到发展，但在推广 与应用上也出现了一些施工事故。
据统计，80%以上事故是因盾构的选型失误所引起，不仅影响了整个 工程的工期，还造成了极大的经济损失和不必要的人员伤亡。
一 引言
广州地铁一号线 经过风化岩石地层，由于盾构机械 的不适应性，在此地层段掘进速度 低、刀具磨耗严重、地表沉降大、 出现泥饼现象等等，甚至还导致三 栋3～4层楼房坍塌。
盾构机设备选型
目录
目录
一．引言 二．选型的主要内容 三．选型的基本原则 四．选型的依据 五．选型的步骤 六．选型的主要方法 七．刀盘结构型式选择 八．刀盘刀具选择 九．刀盘驱动部简单介绍
一 引言
自从1825年布鲁诺尔在英国泰晤士河 下首次使用盾构技术开挖隧道以来， 盾构技术经历了近200年发展历程。
盾构施工能否成功，关键取决于盾构的选型，取决于盾构能否适应现 场的施工环境。
二 选型的主要内容
1、选型需要解决的问题
盾构机选型必须解决以下三个技术问题： （1）支护：用什么支护形式来支护正面土体，确保在盾构机推进中， 保持开挖面的稳定。（稳得住） （2）开挖：用什么刀具开挖正面土体。（掘得进） （3）排土：开挖下来的土渣，用什么排土方式迅速排出，使土舱内渣 土排出速度与开挖速度相符。（排得出）
3、掘进机的相关分类
隧道掘进机的大类 – 软土隧道掘进机——盾构机 – 岩石隧道掘进机——TBM硬岩掘进机 盾构机的“类型”分为泥水盾构机和土压盾构机。
二 选型的主要内容
泥水盾构机
TBM
复合式盾构机
软土式盾构机
二 选型的主要内容
软土式土压平衡盾构机
适用地质条件：未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化 围岩地质。
二 选型的主要内容
2、选型的主要内容
（1）机型选择：软土式还是复合式、泥水式还是土压式、闭胸式还是 敞开式； （2）主要部件选择：刀盘、刀具、螺旋输送机等； （3）主要参数计算：刀盘直径、开口率、转速、扭矩、功率，推力， 掘进速度，铰接，螺旋输送机功率等； （4）后配套设备选择。
二 选型的主要内容
二 选型的主要内容 气垫平衡模式
气垫平衡模式机理：开挖仓内的泥水压力通过气压调节方式进行控制。
三 盾构选型的原则
1.安全适应性 2.技术先进性 3.经济合理性
四 盾构选型的依据 1、盾构盾构选型的依据：
二 选型的主要内容 泥水平衡模式盾构机
泥水盾构具有二种模式:即泥水平衡模式和气垫平衡模式。
二 选型的主要内容
泥水平衡模式
泥水平衡模式其原理是通过刀盘来 切削掌子面的围岩，位于地面的送 泥泵将浆液送入开挖仓，排泥泵将 刀盘切削下来并经搅拌的泥浆泵送 至地面的泥水处理系统进行分离， 通过控制送排泥量来使开挖仓维持 一定的压力，这个压力即可平衡掌 子面的水压和土压，保证掌子面的 稳定。