盾构选型与地层特征
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。
盾构选型与要点
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。
挖砾石地层时,须按排土能力研究输送机类型和尺寸大小，尤其在 透水性好的地层条件下使用无轴螺旋输送机,需要认真研究止水性 等压力保持能力。 • 泥水盾构排渣应系统应具有足够的能力以满足开挖面的稳定控制和 渣土的流体输送,需考虑适合于盾构推进速度、地层条件等确定。
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
在盾构选型时，最为重要的是要以保持开挖面稳定为基本 原则。为了选择合适的盾构类型，除对地层条件、地下水 进行调查以外，还要对用地环境、竖井周围环境，特别是 城市中施工场地条件、安全性、经济性等作充分考虑。
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
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。
盾构施工不同地层难点分析及控制
盾构施工不同地层难点分析及控制发布时间：2022-05-18T08:20:02.112Z 来源：《建筑实践》2022年2月第3期作者：许良海[导读] 随着城市发展，地铁使人们在城市交通出行方面感受到生活质量的提高和便捷。
充分利许良海中铁二十五局深圳地铁16号线二期三工区项目部广东深圳 518100摘要：随着城市发展，地铁使人们在城市交通出行方面感受到生活质量的提高和便捷。
充分利用城市地下空间，缓解因时间集中、客流量较大的城市交通问题。
地铁的发展已经不在是一线城市的专属，目前很多二线城市都在建设地铁，而修建地铁隧道目前国内基本采用盾构法施工，盾构施工中由于地层及隧道上方周边环境的不同所带来的施工难点也各有不同。
本论文基于土压平衡盾构机在广州、佛山、深圳、杭州、宁波、南通、南京等地面对不同地层环境和建筑物时如何做出不同的风险点控制和制定不同施工方案做出详细的分析。
关键词：盾构施工；地铁；盾构机；参数控制1盾构施工地层、环境简介一般地铁建设盾构施工中所遇到的地层大致可分为回填土、黏土层、砂层、淤泥层、岩层五大类。
而隧道上方地面周边环境也各不相同，如隧道上方有房屋、管线、铁路、公路、桥梁、江河等。
不同的地层和地表环境对盾构施工带来的要求也各有不同，通常一条隧道会遇到很多种地层和建筑物，随着地层的变化和地表环境的变化需要做出不同的施工方案和风险点控制。
2盾构推进各地层难点及注意要点2.1回填土的难点及要点分析回填土地层难点一般是隧道埋深较浅，地层稳定性不强。
推进回填土地层时需要注意的是控制好盾构姿态不要栽头，改良好渣土使出土顺畅达到土压平衡的状态掘进[1]。
控制好土压，如果土压过高会导致地表隆起，长期高土压推进也会造成土仓内结泥饼、推进速度变慢、出土量增多等恶性循环。
若是土压过低则可能造成地面塌方等严重后果。
应当根据每天的测量数据来设定合适的土仓压力[2]。
调整泡沫的发泡率配合土仓加水的比例使渣土改良达到最佳效果，推进过程中时刻关注出土情况，通过数据反馈提前作出参数调整。
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
盾构机选型
盾构机机型选择正确与否是盾构隧道工程施工成败的关键。盾构工法 应用160多年来，因盾构选型欠妥或者不恰当，致使隧道施工过程出现事故 的情况很多。如：选型不恰当，掘削面喷水，掘进被迫停止；掘削面坍塌 致使周围建筑物基础受损；地层变形、地表沉降，致使地下管道设施受损， 引起管道破裂，造成喷水、喷气、通讯中断、停电等事故。严重时整条隧 道报废的事例也屡见不鲜。由此可见，盾构选型工作的重要性。
冲积粘土
冲积粘土一般强度非常低，若其自然含水率接近或超过液限，掘削 面则不能自稳，故一般应选择半密闭式盾构（挤压式）或密闭式盾构。 （1）当整个掘削断面和施工沿线均是N值为0～5的软弱粉砂及粘土地 层时，宜采用挤压式盾构施工法。 但是，该工法在施工过程中要挤压盾构周围的地层，并贯入推进， 其推挤压力可能扰乱地层，使地层先行隆起。从盾构机通过后直到被 扰乱地层获得稳定期间，不可避免地会引起一定程度的沉降，且沉降 量大。 （2）对于含砂量大、有硬软交错层、液限指数过大并含有砾石等冲积 粘土层，宜采用密闭式（泥水式或土压平衡式）盾构机。
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于10％、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。
洪积粘土
洪积粘土一般N值大，含水率低、掘削面能够自立。此外，因抗剪力 大，变形小，故可无需挡土隔板。 （1）在掘削面可以长时间自立的情况下，宜采用敞开式盾构工法，包 括手式盾构、半机械式盾构、机械式盾构工法，同时辅以压气工法以 增加掘削面稳定性。 （2）一般全线掘削面都是洪积粘土的情况非常少，很多的情况是夹层 中夹有含水砂层，这时选用封闭式盾构机。 使用密闭式盾构机时，由于含水低的固结粘土吸水后粘附力增加， 所以对周边支承式或中间式刀盘来说，易产生刀盘、土舱四周粘附压 实固结粘土的现象。为此，多采用中心轴支承方式、轮辐刀盘掘削且 搅拌效果好的加泥盾构机或气泡盾构机。
盾构机选型标准
盾构机选型标准(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1、盾构机选型依据地铁区间，线路总长：隧道埋深9～13米。
隧道洞身大部分处于残积层中，局部地段穿越花岗岩、辉绿岩全、强风化带或断层破碎带，结构松散，易软化、变形，产生坍塌。
花岗岩层面起伏大，存在差异风化现象。
地下水按赋存条件分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，砂层中具承压性。
主要补给来源为大气降水。
地下水埋深～米。
盾构隧道内径：5400mm，管片厚度：300mm，隧道外径：6000mm。
标准管片宽度：1200mm，分块数：6块。
本盾构隧道区间采用两台盾构机。
盾构机由站西端下井始发，推进至站东站起吊出井。
隧道地质情况、工程要求、环境保护要求、经济比较、地面施工场地大小等因素是盾构选型的基本依据。
根据国内外盾构施工经验与实例，我们认为，盾构机的选型必须满足以下几个要求：必须确保开挖空间的安全和稳定支护；保证隧道土体开挖顺利；保证永久隧道衬砌的安装质量；保证隧道开挖碴土的清除；确保盾构机械的作业可靠性和作业效率；保证地面沉降量在要求范围内；满足施工场地及环保要求。
2、不同开挖模式的工作原理盾构机的型式与工作特点目前世界上流行的盾构机按开挖模式主要可以分为两大类：敞开式与密闭式。
敞开式指盾构机的开挖面与机内的工作室间无隔板或隔板的某处设置可调节开口面积的出土口。
开挖面基本依靠开挖土体的自立保持稳定。
敞开式适用于地层条件简单、自立性好且无地下水的地层。
密闭式盾构机是在盾构机的开挖面与机内的工作室间设置隔板，刀盘旋转将开挖下来的碴土送入开挖面和隔板间的刀盘腔内，由泥水压力或土压或气压提供足以使开挖面保持稳定的压力。
密闭式盾构机适用于地层变化复杂、自立条件较差、地下水较丰富的地层，因为采用密闭式掘进可以有效地保证开挖面的自立与稳定，保证施工安全。
密闭式盾构机主要分为泥水平衡式、土压平衡式两类，代表了不同的出土方式和不同工作面土体平衡方式的特点，但适用地质与范围有一定的区别。
(完整版)地铁盾构的选型和使用
地铁盾构的选型及现场管理和使用一、概述1、概念盾构是一种用于隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有主机和辅助设备，既能支承地层的压力，又能在地层中整体掘进，进行土体开挖，碴土排运和管片安装等作业，使隧道一次成形的机械。
盾构是相对复杂的集机、电、液、传感、信息技术于一体的隧道施工专用工程机械，主要用于地铁、铁路、公路、市政、水电等工程。
盾构的工作原理就是一个钢结构组件依靠外壳支承，沿隧道轴线一边对土壤进行切削一边向前推进，在盾壳的保护下完成掘进、排碴、衬砌工作，最终贯通隧道。
盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌和壁后注浆三大要素组成。
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”的一种非标设备。
盾构不同于常规设备，其核心技术不仅仅是设备本身的机电工业设计，还在于设备通过不同的设计如何满足工程地质施工的需求。
因此，盾构的选型正确与否决定着盾构施工的成败。
2、盾构的类型盾构的类型是指与特定的施工环境、基础地质、工程地质和水文地质特征相匹配的盾构种类。
一般掘进机的类型分为软土盾构、硬岩掘进机（TBM）、复合盾构三种。
软土盾构的特点是仅安装切削软土用的切刀和括刀，无需开岩的滚刀。
TBM主要用于山岭隧道。
复合盾构是指既适用于软土，又适应于硬岩的一类盾构，主要用于复杂地层的施工。
地铁盾构就是一种复合盾构。
主要特点是刀盘既安装用于软土切削的切刀和括刀，又安装破碎岩石的滚刀，或安装破碎砂卵石和漂石的撕裂刀。
复合盾构分为土压平衡盾构和泥水加压平衡盾构。
3、盾构的组成地铁施工可供选择的复合盾构机机型只有两种，即土压平衡盾构机或泥水平衡盾构机。
一台盾构按外观结构形式分为刀盘部分、前盾、中盾、尾盾、后配套部分和辅助设备（管片和砂浆运输设备、泥水站等）。
土压平衡盾构由以下十一部分组成：⑴、刀盘（分为面板式、辐条式、复合式三种），⑵刀盘驱动（分为电机和液压两种），⑶刀盘支承（主轴承），⑷膨润土添加系统和泡沫系统，⑸螺旋输送机，⑹皮带输送机，⑺同步注浆系统，⑻盾尾密封系统，⑼管片安装机，⑽数据采集系统，⑾导向系统。
盾构的分类和适用范围
盾构的分类和适用范围
机械式盾构是目前应用最广泛的一种盾构，其主要特点是采用机械化设备完成开挖、支护和出土等工作，具有高效、安全、稳定等优点。
机械式盾构可以分为硬岩盾构和软土盾构两种，适用于不同的地质条件。
硬岩盾构主要用于岩石层、砂岩层等较硬的地层，采用切削头子进行开挖，支护方式多采用钢壳、压力注浆等方式。
软土盾构主要用于软土、淤泥等较软的地层，采用挤压式、平衡式等开挖方式，支护方式多采用预制管片、钢筋混凝土衬砌等方式。
2.土压平衡式盾构
土压平衡式盾构是一种适用于软土、淤泥等地层的机械式盾构，其主要特点是在开挖面前方设置压实板，通过调节前后、左右、上下三个方向的压力，使开挖面前方的土体形成一个平衡状态，从而达到减小地表沉降、减小地下水涌入、减小地下水位降低等效果。
该种盾构适用于软土、淤泥等地层，但对地层的稳定性要求较高，需要进行严格的地质勘察和设计。
3.泥水平衡式盾构
泥水平衡式盾构是一种适用于淤泥、软土、黏土等地层的机械式盾构，其主要特点是在开挖面前方设置泥浆注入系统，通过注入泥浆来平衡土体的水压，从而达到减小地表沉降、减小地下水涌入、减小地下水位降低等效果。
该种盾构适用于淤泥、软土、黏土等地层，但对地层的稳定性要求较高，需要进行严格的地质勘察和设计。
总之，不同类型的盾构适用于不同的地质条件和工程要求，选择合适的盾构类型对于保障工程质量和安全至关重要。
盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术
盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术随着城市化进程的加速和人们出行需求的增加，铁路运输在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
而在城市建设和改造过程中，隧道施工技术就显得尤为重要，尤其是在复杂地质条件下的盾构施工更是需要精密的技术和严谨的作业流程。
在盾构施工中，遇到上软下硬的泥岩地层时，施工难度更是加大。
如何有效应对盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路的施工技术，成为专业工程队伍所需要面对的重要问题。
一、地质特征分析1.上软下硬泥岩地层的特点上软下硬泥岩地层是指在地层深度较浅的表层为软岩，深层则为硬岩。
这种地质条件下，盾构施工所面临的挑战主要有两个方面：一是软岩层稳定性差，易发生塌陷和漏水等问题，对盾构机构成潜在威胁；二是硬岩层硬度大，抗力强，盾构机隧道掘进时会受到更大的阻力，增加了施工难度。
2.盾构施工中的挑战在上软下硬泥岩地层下穿运营铁路的盾构施工过程中，需要面对以下挑战：一是需要克服软岩层失稳引起的塌陷和漏水，保证盾构机的稳定性和施工安全；二是需要克服硬岩层的高抗阻力，确保盾构机的正常掘进，并有效管理掘进速度和控制土压力。
二、施工技术应对1.盾构机选型在面对上软下硬泥岩地层的施工条件下，盾构机的选型和性能显得尤为重要。
需要选用具有较大功率和扭矩的盾构机，并配备有合适的刀盘和刀具，以应对软硬岩层的不同状况。
盾构机的控制系统需要具备高智能化和精密化的功能，能够实时监测和调整施工参数，保证盾构机的稳定和安全。
2.巧妙的掘进策略在盾构复杂线型上软下硬泥岩地层施工中，制定合理的掘进策略显得尤为重要。
应根据实地勘察数据和地质条件，选择合适的盾构机掘进方案，包括掘进速度、土压力管理、刀具更换等。
对软硬岩层应有不同的掘进参数和技术手段，根据实际情况进行巧妙的掘进策略调整，确保掘进的顺利进行。
3.土压平衡控制在盾构施工中，土压平衡是一个至关重要的因素。
在面对上软下硬泥岩地层的情况下，需要严格控制土压力，防止因土压过大而导致的盾构机失稳或者地面沉降。
盾构机选型要点及盾构施工条件与现场布置
【考点】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（见图1K413031-2）。
（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。
刀盘具有三大功能:（1）开挖功能。
刀盘旋转时，刀具切削隧道开挖面的土体，对开挖面的岩土层进行开挖，开挖后的渣土通过刀盘的开口进入土仓。
（2）稳定功能。
支撑开挖面，具有稳定开挖面的功能。
（3）搅拌功能。
对于土压平衡盾构，刀盘对土仓内的渣土进行搅拌，使渣土具有一定的塑性、流动性并在一定程度上避免形成“泥饼”的作用。
盾构的刀盘结构形式与工程地质情况有着密切的关系，不同的地层应采用不同的刀盘结构形式：土压平衡盾构的刀盘有两种形式——面板式和辐条式。
（1）面板式刀盘开口率相对较小，面板直接支撑面，有挡土功能，有利于切削面稳定，但在开挖黏土层时，易发生黏土粘附面板表面影响开挖效率的情况，防止措施是注入改良材料等。
（2）辐条式刀盘开口率大，土砂流动顺畅，不易堵塞，土仓压力能有效作用于开挖面，但一般不能安装滚刀，且中途换刀安全性较差。
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。
盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术
盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术一、地质条件分析在进行铁路盾构施工前，首先要对地质条件进行详细分析，了解地层的情况，确定盾构施工的难点和重点。
对于上软下硬泥岩地层，主要特点是地质层位较为复杂，上部为软土或者松软岩层，下部为硬质泥岩地层。
这种地层的特点是上部土层厚度较大，地下水位高，地质构造复杂，岩土层的抗压抗剪强度较高，岩石风化程度较低，具有较强的坚硬性。
对于这种地质条件，盾构施工面临的主要困难是顺利突破上部软土层，以及对下部硬岩层的钻进和开挖。
二、盾构掘进工艺在面对上软下硬泥岩地层时，盾构掘进工艺需要根据地质条件进行合理选择。
需要选择合适的盾构机型，对于上软下硬地层，通常需要选择具有较强推进力和较大扭矩的盾构机型，以确保对下部硬岩地层的顺利突破和开挖。
盾构机的液压系统和控制系统也需要具备较强的稳定性和灵活性，以适应复杂地质条件的工作环境。
在盾构掘进工艺中，需要根据实际地质条件合理选择掘进参数，如推进速度、刀盘转速、推进力等，以确保盾构的安全、高效推进。
对于上软下硬地层，可以采用分段开挖的方式，先对软土层进行掘进破碎，再对硬岩层展开掘进，以降低掘进难度，提高掘进效率。
三、支护和土压平衡掘进对于上软下硬地层，支护和土压平衡掘进是盾构施工的重点环节。
在盾构掘进过程中，需要根据实际地质条件对支护方式进行合理选择，常用的支护方式有注浆灌浆、钢筋混凝土衬砌、预应力锚索支护等。
在上软地层掘进时，可采用土压平衡掘进方式，通过在盾构机前部设置土压平衡系统，对土壤进行平衡控制，避免地表沉陷和地下水渗漏，保证施工安全和环境稳定。
在进入下硬岩地层时，需要根据硬岩的地质特点和抗压抗剪强度进行合理支护，通常采用预应力锚索支护和液压灌浆加固等方式，以提高岩层的稳定性和承载能力。
四、灌浆与土体处理在盾构施工过程中，地下水的渗漏和土体的稳定性是需要重点关注的问题。
对于上软下硬地层，需加强对灌浆与土体处理的工艺控制，确保施工质量和安全。
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
22
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
23
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。
25
5
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
26
5
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。
天津地铁盾构隧道施工地层及结构变形特性分析 (2)
天津地铁盾构隧道施工地层及结构变形特性分析天津市区地层富水软弱，地铁隧道普遍采用土压平衡盾构法施工，施工过程中，开挖面支护作用、盾壳—土体摩擦作用以及同步注浆作用对地层变形有重要影响。
邱龑通过分析深圳某地铁盾构隧道工程的现场监测数据，发现土仓压力与开挖面前方地层的变形和稳定性密切相关。
Lee[2]等通过分析上海某地铁盾构隧道施工的现场监测数据，发现盾壳—土体摩擦力和同步注浆充填率是影响地表沉降的关键因素。
因此，研究开挖面支护作用、盾壳—土体摩擦作用以及同步注浆作用对地层变形的影响规律，对地铁盾构隧道安全施工具有重要意义。
另一方面，盾构隧道衬砌椭圆化变形通常伴随着接缝张开[3]，若接缝变形超过容许值，则隧道防水难以满足要求。
郑刚[4]分析了某地铁区间在盾构施工过程中因管片环变形引发的管片接缝涌水、涌砂事故，致使区间右线隧道被淹，管片破损，地表大面积沉降。
因此，研究盾构施工参数对管片环椭圆化变形的影响规律，也对地铁盾构隧道安全施工具有重要意义。
数值模拟方法是研究隧道施工引起的地层及结构变形规律的重要手段。
目前，盾构法隧道施工精细化模拟方面的研究[5-9]基本涵盖了影响地层和管片环变形的主要施工要素，但是，已有的三维数值模拟方法大都做了较多简化。
本文在前人研究成果的基础上，提出一种盾构法隧道施工精细化模拟方法。
依据渗流—应力耦合原理，通过向等代层单元施加单元流量边界(流入)，模拟同步注浆过程；通过在盾壳单元上施加沿掘进方向的恒定节点速度，调动界面剪切耦合弹簧发挥作用，模拟盾壳—土体摩擦作用。
依托天津地铁6号线天托站—一中心医院站区间盾构隧道工程，模拟不同支护压力比、不同盾壳—土体摩擦系数、不同同步注浆率条件下的施工过程，研究关键施工参数对地层及结构变形的影响规律。
采用现场实测数据验证模拟结果的合理性。
1 工程概况天津市区地貌特征以冲积平原为主，第四系沉积层深厚，且具有明显的沉积韵律。
地层土性以粉质黏土、粉土和粉砂为主，局部地区分布有淤泥质软土。
盾构法施工的特点及盾构机选型
盾构法隧道首创者布鲁诺尔（M.I.Brunel）
盾构及掘进技术国家重点实验室
4
1825年，马克•布鲁诺尔第一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高6.8m， 宽11.4m的矩形盾构修建第一条盾构法隧道。 矩形盾构由多个邻接的框架组成，每一个框架分成若干个工作舱，每 个舱可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。
盾构法施工的特点及盾构机选型
盾构及掘进技术国家重点实验室 2017年3月
盾构及掘进技术国家重点实验室
汇报提纲
一 盾构的起源及发展概述 二 盾构法施工的特点 三 盾构法施工工艺流程
四 盾构机工作原理简介
五 盾构机选型
2
盾构及掘进技术国家重点实验室
一 盾构的起源及发展概述
3
盾构及掘进技术国家重点实验室
中铁隧道集团研制的上海地铁2号线刀盘
先行号土压盾构
22
盾构及掘进技术国家重点实验室
2005年12月，中铁的土压平衡盾构刀盘，并成功应用于北京地铁4号线19标颐和园～圆明 园区间。
北京地铁刀盘
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盾构及掘进技术国家重点实验室
中铁隧道集团有限公司承担了国家863课题“大直径泥水盾构消化吸收
13
盾构及掘进技术国家重点实验室
三、闭胸式盾构
主要以泥水式、土压式盾构为代 表的第三代盾构
14
盾构及掘进技术国家重点实验室
四、大直径、大推力、大扭矩、高智能化、多样化为特色的第四代盾构
φ17.52 m土压盾构
美国西雅图正在修建一条长2.8 Km的超大直径地下道路隧道，把原 高架道路改为地下道路，为上下双层二来二去四车道隧道。盾构隧道直 径为φ16.5 m，采用了日本日立造船公司制造的φ17.52 m土压盾构掘 进施工，该盾构是世界最大土压平衡盾构。
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精品课件
➢ 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。例如直 径为6m的盾构，其长度也有何6～7m，如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。
>50 >50 >20
>50
<20
辅助工法
无有
种类
××
A
×△
A×△A来自△○○○△-×-
辅助工法
辅助工法
无 有 种类 无 有
种 类
×× A ×× A
××
××
××
××
×△
△○
辅助工法
无有
种 类
×△ A ○○△-
○○○-
○-
△○○-
○-
×× ×× ××
××
混杂淤泥粘土的 10～15
<20 △ ○
A
△ ○ A △ ○ A ××
精品课件
2. 根据地质条件选择盾构机类型
砂质土类自立性能较差的地层，应尽量使用密闭型的 盾构施工。若为地下水较丰富且透水性较好的砂质土，则应优先考虑 使用泥水平衡盾构；对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构。砂砾和 软岩等强度较高的地层自立性能较好，应考虑半机械式或敞口机械式 盾构施工。因在相同条件下，盾构复杂，操作困难，造价高，反之， 盾构简单，制造使用方便，造价低。
A:由于变频软起动，冲击小 B:离合器离合，冲击大 C:控制液压泵排气、可以低转速、缓慢起动，故冲击较
小
转速控制 （微调性）
好
A:由于变频，可控制转速和进行微调
差
好
B:由于采用离合器，不能实现无级调速
C:控制液压泵排量，可控制转速和进行微调
8
噪音
小
9
盾构内 温度
低
10
维护保养
易
小 较低
易
大 较高 较困难
土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成层等各参数） · 开挖面稳定（自立性能） · 隧道埋深、地下水位 · 设计隧道的断面 · 环境条件、沿线场地（附近管线和建构筑物及其结构特性） · 衬砌类型 · 工期 · 造价 · 宜用的辅助工法 · 设计路线、线形、坡度
· 电气等其它设备条件
精品课件
实际上，在选定盾构时，不仅要考虑到地质情况，还要考虑到盾构 的外径、隧道的长度、工程的施工程序、劳动力情况等，而且还要综 合研究工程施工环境、基地面积、施工引起对环境的影响程度等。选 择盾构的种类一般要求掌握不同盾构的特征。同时，还要逐个研究以 下几个项目： (1) 开挖面有无障碍物； (2) 气压施工时开挖面能否自立稳定； (3) 气压施工并用其它辅助施工法后开挖面能否稳定； (4) 挤压推进、切削土加压推进中，开挖面能否自立稳定； (5) 开挖面在加入水压、泥压、泥水压作用下，能否自立稳定； (6) 经济性。
盾构选型关键技术
工学博士 袁大军
北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心 北京
Beijing JiaoTong University Research Center of Tunneling and Underground Works，Beijing
2011年7月
精品课件
开敞式
新干线 TUNNEL
精品课件
精品课件
盾构选型中的地质因素：
广州地铁沿线的工程地质、水文地质条件比较复杂,其中最重要的特点是工 程范围内的岩土均一性差,物理力学特性差异大。地铁围岩既有十分松软富水的 淤泥质土、中细沙层,又有较坚硬的砂砾岩、花岗片麻岩、混合岩,以及介于上述 两类岩土之间具不同风化程度的软塑～ 硬塑状粘性土层。软硬相间的红色砂泥 岩是地铁隧道施工的主要地层。因此选择用于广州地铁施工的盾构时,要求它必 须有与上述地质条件相匹配的性能。
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。
全敞开式
盾构
半敞开式 闭胸式
手掘式 半机械式 机械式 挤压式 泥水式
土压式
土压平衡式 加泥式土压平衡式
精品课件
国内外根据各种使用条件的不同，使用的盾构也不同， 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。
（2）○主要表示希望选定的工法，但是也包括部分土质不适合的不得不精采用品的课情件形。
泥水式盾构
土压式盾构
土压盾构
泥土盾构
辅助工法
辅助工法
辅助工法
无
有
种 类
无
有
种 类
无
有
种 类
× △ A ×△ A × △A
○
-
○-
○-
○
-
○-
○-
△
-
○-
○-
○
-
○
-
○
-
-
-
△△△-
--
○○○-
--
○
- A○-
A ○-
精品课件
盾构类型与颗粒级配的关系图
粒 径 比 例
精品课件
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。
砂质 土
砂 松散砂 密实砂
10～30 >30
×△
A·B
× × A·B × △ A· × ×
△○
A·B
△○
△ ○ B ××
A·
B
砂砾 大卵 石
松散砂砾 固结砂 混有大卵石的砂
砾 大卵石层
10～40 >40
×△
A·B
× △ A·B × × A· × ×
△○
A·B
△ ○ A·B △ ○ B × ×
×△
A·B
起动冲击
中 少 0.95 小
大
小
大 少 0.9 小
较小
大
小 较多 0.65
小
大
中
一般情况下 A:B:C=(1.5～2):2.5:1.0
C需要液压泵、大油箱、冷却装置等，故后续设备较多
电机驱动效率 高于液压驱动
A:利用变频起动电流小 B:采用切断磁粉离合器起动，电流小 C:由于无负荷起动电流小
A:起动扭矩可达额定扭矩的120％ B:约小20％ C: 起动扭矩可达额定扭矩的120％
–– 10- 9 –– 10- 10
土压盾构
–– 10- 11
–– 10- 12
盾构类型与渗透性的关系
地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重 要的影响因素。根据欧美和日本的施工经 验，当地层的透水系数小于10-7m/s时，可 以选用土压平衡盾构；当地层的渗水系数 在10-7m/s和10-4m/s之间时，既可以选用土 压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当地 层的透水系数大于10-4m/s时，宜选用泥水 盾构 。
闭胸式 SHIELD
精品课件
闭胸式 SHIELD
精品课件
闭胸式 SHIELD
東京湾横断道路 TUNNEL
SHIELD O.D. ： φ１４１４ ０ｍｍ 精品课件
闭胸式 SHIELD
１９９５
年
地下鉄车站部・区间 同時施工
３圆泥水式盾构（３ＭＦ） SHIELD O.D. ：８８４６×１７４４
０ｍｍ 精品课件
精品课件
一般原则
地质条件
手掘式盾构
半机械掘 削式盾构
机械掘削盾构 网格式盾构
分类
冲积 性粘 土
洪积 性粘 土
软岩
土质
腐植土 淤泥、粘土 砂质淤泥粘土 砂质淤泥粘土
垆姆粘土 砂质垆姆粘土 砂质垆姆粘土 风化页岩、泥岩
N值
0 0～2 0～5 5～10
10～20 15～25
>20
含水 率 (%)
>300 100300 >80 >50
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4．辅助工法的使用
掘进机施工隧道的辅助工法一般有：压气法、降水法、冻结法、注 浆法等。前三种属于物理方法，注浆法属于化学方法。这些方法也主 要是用于保证隧道开挖而的稳定，注浆法还能减少盾构机开挖过程中 引起的地表沉降。一般密闭式掘进机使用最多的是注浆法。盾尾注浆 用以填补建筑间隙，以减少地面沉降。在地层自立性能差的情况下， 若采用手掘进、半机械式或网格式掘进机施工，就需采用压气法辅助 施工，以高气压保证开挖面的稳定，在这一辅助工法下，施工人员易 患气压职业病。当盾构机在砂质土或砂砾层中施工时，可考虑使用降 水的方法改变地层的物理力学指标，增加其自立性能，确保开挖面的 稳定。冻结法的施工成本较高，一般情况下不采用，但在长隧道的盾 构对接中使用。
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盾构类型与颗粒级配的关系
一般来说，细颗粒含量多，碴土易形成不透水 的塑流体，容易充满土仓，在土仓中可以建立压 力，平衡开挖面的土体。粗颗粒含量高的碴土塑 流性差，实现土压平衡困难。
盾构类型与颗粒级配的关系详见下图，图 中蓝色区域为淤泥粘土区，为土压平衡盾构适应 范围，绿色区域为粗砂、细砂区，即可使用泥水 盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构，黄 色区域为卵石砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗 粒级配范围。
C:液压系统的噪音一般大于电动机系统 C:液压系统功耗大，故温度较高
B:维护保养工作较少 C:液压系统的维护和保养一般较复杂，要求较高。