盾构机分类及选型ppt课件
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《盾构机分类及选型》课件
《盾构机分类及选型》PPT课 件
本课件将介绍盾构机的分类和选型，帮助您更好地了解和选择适合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： 矩形盾机具有适应性强、施工环境控制较好的优点，但刀盘转动较为复杂，构造复杂度较高。
开式盾构机
开式盾构机是一种常见的盾构机结构形式。
基本结构： 开式盾构机由盾体、刀盘、推进室等部分组成，前部没有闭合的壳体。
工作原理： 开式盾构机通过刀盘的旋转挖掘土层，同时进行支撑和排土工作。
适用工程特点和范围： 开式盾构机适用于软弱土层、沉积层等多种地质条件下的隧道掘进工程。
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。
盾构机的分类
盾构机可按照不同的方式进行分类。
按推进方式分类： 圆盾机和矩形盾机。
按盾构机构型分类： 开式盾构机和封闭式盾构机。
圆盾机
圆盾机是一种常见的盾构机类型。
基本结构： 圆盾机由盾体、刀盘、推进室等部分组成。
工作原理： 圆盾机通过刀盘的旋转挖掘土层，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： 圆盾机适用于软弱土层、淤泥层、砂质土层等多种地质条件下的隧道掘进工程。
本课件将介绍盾构机的分类和选型，帮助您更好地了解和选择适合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： 矩形盾机具有适应性强、施工环境控制较好的优点，但刀盘转动较为复杂，构造复杂度较高。
开式盾构机
开式盾构机是一种常见的盾构机结构形式。
基本结构： 开式盾构机由盾体、刀盘、推进室等部分组成，前部没有闭合的壳体。
工作原理： 开式盾构机通过刀盘的旋转挖掘土层，同时进行支撑和排土工作。
适用工程特点和范围： 开式盾构机适用于软弱土层、沉积层等多种地质条件下的隧道掘进工程。
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。
盾构机的分类
盾构机可按照不同的方式进行分类。
按推进方式分类： 圆盾机和矩形盾机。
按盾构机构型分类： 开式盾构机和封闭式盾构机。
圆盾机
圆盾机是一种常见的盾构机类型。
基本结构： 圆盾机由盾体、刀盘、推进室等部分组成。
工作原理： 圆盾机通过刀盘的旋转挖掘土层，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： 圆盾机适用于软弱土层、淤泥层、砂质土层等多种地质条件下的隧道掘进工程。
盾构机的分类及选型
2．盾构机选型的其它条件 除了地质条件以外的盾构机选型的制约条件还很多，如工期、造价、环境 因素、基地条件等。
工期制约条件
因为手掘式与半机械式盾构机使用人工较多，机械化程度低，所以施工进度慢。 其余各类型盾构机因为都是机械化掘进和运输，平均掘进速度比前者快。
造价制约因素
一般敞口式盾构机的造价比密闭式盾构机低，主要原因是敞口式盾构机个象密 闭式盾构机那样有复杂的后配套系统，在地质条件允许的情况下，从降低造 价考虑，宜优先选用敞口式盾构机。
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。
１９９５年
盾构选型的基本原则
开挖面稳定 地层的适应性 地下水处理 沉降 施工适宜性 安全性 辅助工法 环境及公害
盾构类型与渗透性的关系
地层渗透系数
卵石层 粗砂砾层 中细砂砾层 粉细砾层 粗砂层 中砂层 细砂层 淤泥质粘土 淤泥
渗 透 系 数
–– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– ––
我国典型地区盾构选型
我国盾构应用较多或较早的地区是上海、 广州及北京地区，可以说这三个地区分别代 表了我国三大区域的土层特征，盾构特征。 上海是软土区域，广州是软弱不均区域，北 京是砂卵石地层为特点。
1. 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。 针对地下水条件，若其压力值较高（大于0.1MPa），就应优先考虑 使用密封型的盾构，以保证工程的安全，条件许可也可采用降水或气 压等辅助方法。 对于砾径较小的地层，可以考虑各种盾构的使用。若砾径较大，除自 立性能较好的地层可考虑采用手掘式或半机械式盾构外，－般应使用 土压平衡盾构，若需采用泥水平衡盾构的话，须增加一个鳄式碎石机， 在输出泥浆前，先将大石块粉碎。
最新盾构选型与施工PPT课件
泥水盾构 土压平衡盾构
黄色区域适合于泥水平衡盾构，蓝色区域适合土压平衡盾构机。由于泥水盾构 的场地要求较高，施工费用相对复杂，虽然其对地层适应性较广，但实际中能 使用土压平衡盾机的，很少选用泥水盾构。
问题二：采用面板式还是幅条式？
43
面板式与幅条式的特点比较： 面板式：优点是开口率较小，软土口开口率一般在45%左右，复合地层开口
主要参数
开挖直径 主机长度 开口率 综述 滚刀 中心刀 额定转矩 脱困扭矩 外径 螺旋 机 最大扭矩
川崎（土压平衡）
6140 mm 7.805 mm 15﹪ 5双刃（外圈） 圆盘凸起刮刀 389 tm 583 tm 650 mm 9.6 tm
住友（泥水盾构机）
6140 mm 8150 mm 15﹪ 9双刃（外圈） 圆盘凸起刮刀 239 tm 359 tm
重 盾壳厚度
刀盘形式
6340mm 59000m 250T
40mm 平面直角
6340mm 61380mm 330t（总重?）
40mm
刀 开口率 切盘削刀
重量
35% 主切削刀96把
40% 切刀78把 31t
螺 扭矩 旋 出机土能力
45knm 260m3/h
37.7knm 191m3/h
2)复合盾构机
初期盾构配置
选型时的几个困惑
问题一：选择土压平衡还是泥水平衡？
地层渗透性与盾构选型
卵石层 粗砂砾层 中细砂砾层 粉细砾层 粗砂 粉细砂 泥砂
粘土
(m/s)
数透 水 系
-10 -1 -10-1 -10-2 -10-3 -10-4 -10-5 -10-6 -10-7 -10-8 -10-9 -10-10 -10-11
第14讲盾构机分类及选型-
《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
机械工程学院
主讲：郭京波 教授
1
2020年7月20日12时0分
主要内容
1 盾构机分类 2 盾构机选型 3 盾构机选型举例
机械工程学院
2
2020年7月20日12时0分
1 盾构机分类
(1) 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
机械工程学院
21
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。
2020年7月20日12时0分
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
机械工程学院
22
2020年7月20日12时0分
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
19
2,00
2,20 工作舱内
土体容重
[t/m³]
2020年7月20日12时0分
盾构掘进机选型的其他条件
（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
机械工程学院
20
第十四讲
盾构机的分类及选型
机械工程学院
主讲：郭京波 教授
1
2020年7月20日12时0分
主要内容
1 盾构机分类 2 盾构机选型 3 盾构机选型举例
机械工程学院
2
2020年7月20日12时0分
1 盾构机分类
(1) 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
机械工程学院
21
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。
2020年7月20日12时0分
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
机械工程学院
22
2020年7月20日12时0分
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
19
2,00
2,20 工作舱内
土体容重
[t/m³]
2020年7月20日12时0分
盾构掘进机选型的其他条件
（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
机械工程学院
20
《盾构掘进机概述》PPT课件
a
8
内容提纲
一、隧道盾构工法的发展概述 二、盾构机的种类
三、盾构机的主要组成
a
9
盾构机的种类
现有的盾构类型：
网格半挤压式盾构掘进机 网格式水力出土盾构掘进机 多刀盘泥水平衡盾构掘进机 全断面硬岩隧道掘进机 复合式盾构掘进机 泥水加压平衡式盾构掘进机 土压平衡式盾构掘进机 土压平衡式双圆盾构掘进机
（1）从巴基斯坦水利工程中引进了美国罗宾斯公司的盘 形滚刀技术，清华大学、铁道西南研究所、上海煤机研究所等 单位开始对盘形滚刀的破岩机理、结构、材料等进行系统研究；
a
5
一、隧道盾构工法的发展概述
（2）岩石全断面隧道联合掘进机组研制热潮遍及：铁路、煤 矿、有色金属矿、水电站、国防、城市交通； （3）较为成功的研制企业有杭州水工机械厂、上海水工机械 厂以及广州市革委会691办公室，其中： 上海水工机械厂研制的直径5.5m、6.8m岩石全断面隧道联 合掘进机组分别在云南下关西洱河水电站、贵州猫跳河水电站 成功掘进了输水隧道； 广州市革委会691办公室研制的直径4m、2.5m岩石全断面 隧道联合掘进机组分别在国防工程、三线铁路隧道隧道导洞中 应用。
以上。
1.5衬砌管片由铸铁材料发展到采用钢筋混凝土（钢纤维混
凝土）材料。
a
4
一、隧道盾构工法的发展概述
2 国内隧道盾构工法的发展
2.1 上世纪50年代，北京、上海已开始研究盾构工法，1953 年采用人工掘进式盾构修建了直径2.6m的疏水巷道。 2.2 上世纪60年代，北京地铁动工建设，研制了试验性盾构。 2.3 上世纪60年代末，我国出现了岩石全断面隧道联合掘进 机研制热潮：
a
6
一、隧道盾构工法的发展概述
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。
盾构机的分类及选型
-
盾构机的分类及选型
3．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。
-
盾构机的分类及选型
我国典型地区盾构选型
我国盾构应用较多或较早的地区是上海、 广州及北京地区，可以说这三个地区分别代 表了我国三大区域的土层特征，盾构特征。 上海是软土区域，广州是软弱不均区域，北 京是砂卵石地层为特点。
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盾构机的分类及选型
1. 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。
土压盾构
–– 10- 11
–– 10- 12
盾构机的分类及选型 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 。
盾构机的分类及选型
3．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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盾构机的分类及选型
我国典型地区盾构选型
我国盾构应用较多或较早的地区是上海、 广州及北京地区，可以说这三个地区分别代 表了我国三大区域的土层特征，盾构特征。 上海是软土区域，广州是软弱不均区域，北 京是砂卵石地层为特点。
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盾构机的分类及选型
1. 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。
土压盾构
–– 10- 11
–– 10- 12
盾构机的分类及选型 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 。
盾构选型(海瑞克)ppt课件
2013年12月31日
3
左线到达、解体、吊出
2014年8月6日
汇~灵盾 4 构区间
5
6
7
右线始发
2014年1月30日
盾构机到达、解体、吊出
2014年9月5日
隧道堵漏、手孔封堵、嵌缝、洞门 2014年11月4日
及联络通道施工
完成包含材料、设备、人员退场的
2014年11月5日
全部合同工作
9
第一章 4 汇-灵区间施工筹划
排土闸门的液压系统中设有蓄能应急装置，在突然断电，液压泵停止工作 的情况下，可以启动蓄能装置，关闭排土闸门。
螺旋轴采用驱动端固定，另一端浮动的支撑形式，取土端的外壳焊接有耐 磨合金条，螺旋叶片边缘焊有硬质合金块，叶片受碴土摩擦的一面堆焊有硬质 合金条纹，这些设计使得螺旋机具有较好的耐磨性能。
螺旋机示意图
滚刀
18
第二章 3 盾构性能描述
2）齿刀 齿刀适合用在软至中硬岩土地质状况中。 它是一种高度耐用的刀具，可以破碎 围岩，方便出渣。
齿刀
19
第二章 3 盾构性能描述
3）刮刀 ①可以从刀盘后面更换刀具；②高质量的碳质刀刃。
刮 刀
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第二章 3 盾构性能描述
4）周边刮刀 独创的刀盘设计包括安装在刀盘幅臂外缘的周边刮刀。它们可以双向进行开挖。 周边刮刀的设计保证了快速、清洁的开挖；同时保证了开挖直径的稳定不变。
部队营房 右线埋深15.50~19.07m 左线埋深16.69~20.19m
灵山站
右线全长876.240m CK33+352.900~CK34+229.140
汇通路站~灵山站区间隧道工程外径6200mm，内径5500mm，
《盾构机实用知识》幻灯片
用半自动或手动模式。 • 操作司机根据盾构机综合参数如刀盘扭矩、土压及
出碴情况等，可对泡沫剂和空气的流量进展手动调 节，当掘进完毕时停顿泡沫系统。
g. 盾尾油脂密封操作
• 一般情况下进展自动注脂 • 当盾尾油脂密封在手动位时，可以对各个位置的注
掘进完毕
8. 盾构操作原那么
掘进根本参数
10. 联锁保护
1. 操作人员要求
• 盾构操作人员是掘进施工的核心，必须具有极强 的责任心；
• 盾构操作人员必须经过专业培训； • 盾构机操作人员必须经过平安培训 ；
2. 系统参数设定
• a. 泡沫系统参数设定 • b. 报警温度设定 • c. 盾构状态参数设定 • d. 盾尾密封油脂参数设定 • e. 注浆压力值设定
《盾构机实用知识》幻灯 片
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第一章 盾构机
一. 盾构分类
二. 盾构施工
三. EPB盾构主机构造
四. 螺旋输送机
五. 管片安装机
六. 后配套
七. 辅助设备
八. 导向系统
一. 盾构分类
• 全敞开式 • 手掘式、半掘式、机械式 • 半敞开式 • 挤压式〔网格式〕 • 密闭式 • 泥水式、土压式
c. 盾构状态参数设定
• 刀盘最小转速，当刀盘小于此转速时推进系统不能工作； • 主驱动最大工作压力，当到达此压力时刀盘自动停顿转动。
刀盘脱困时设定得高一些； • 超挖刀伸出角度和缩回角度，由土木工程师确定； • 铰接油缸最小和最大行程，当到达最小行程时盾构掘进自
动停顿，铰接油缸应放松，当到达最小行程时，铰接油缸 应收回； • 螺旋输送机后门的最小开度； • 螺旋输送机的最大工作压力，当到达此压力时螺旋输送机 停顿工作。
出碴情况等，可对泡沫剂和空气的流量进展手动调 节，当掘进完毕时停顿泡沫系统。
g. 盾尾油脂密封操作
• 一般情况下进展自动注脂 • 当盾尾油脂密封在手动位时，可以对各个位置的注
掘进完毕
8. 盾构操作原那么
掘进根本参数
10. 联锁保护
1. 操作人员要求
• 盾构操作人员是掘进施工的核心，必须具有极强 的责任心；
• 盾构操作人员必须经过专业培训； • 盾构机操作人员必须经过平安培训 ；
2. 系统参数设定
• a. 泡沫系统参数设定 • b. 报警温度设定 • c. 盾构状态参数设定 • d. 盾尾密封油脂参数设定 • e. 注浆压力值设定
《盾构机实用知识》幻灯 片
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第一章 盾构机
一. 盾构分类
二. 盾构施工
三. EPB盾构主机构造
四. 螺旋输送机
五. 管片安装机
六. 后配套
七. 辅助设备
八. 导向系统
一. 盾构分类
• 全敞开式 • 手掘式、半掘式、机械式 • 半敞开式 • 挤压式〔网格式〕 • 密闭式 • 泥水式、土压式
c. 盾构状态参数设定
• 刀盘最小转速，当刀盘小于此转速时推进系统不能工作； • 主驱动最大工作压力，当到达此压力时刀盘自动停顿转动。
刀盘脱困时设定得高一些； • 超挖刀伸出角度和缩回角度，由土木工程师确定； • 铰接油缸最小和最大行程，当到达最小行程时盾构掘进自
动停顿，铰接油缸应放松，当到达最小行程时，铰接油缸 应收回； • 螺旋输送机后门的最小开度； • 螺旋输送机的最大工作压力，当到达此压力时螺旋输送机 停顿工作。
盾构机的种类PPT课件
2、盾构工法的一些基本概念
（1）竖井
竖井是用于盾构设备的运入、运出、组装、解体，施工材料的运入、出 渣，施工人员的出入，供电、给排水、通风等作业坑道。
（2）衬砌
衬砌是用于承受盾构隧道周围的土压力、水压力，以确保隧道净空的结 构物。衬砌分为一次衬砌和二次衬砌，盾构隧道中一次衬砌通常采用装配式 管片环，二次衬砌是在一次衬砌内侧现浇的混凝土。地铁盾构隧道通常采用 一次衬砌即可。
用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。 滾刀：在纯硬岩地层掘进时，采用滚刀破岩。滚刀破岩的原理是依靠刀
具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用达到破碎岩石的目的。穿越地层有 大粒径的砾石(粒径大于400mm)、且含量达到一定比例时，也可采用滚刀 型刀具。滚刀分为齿形（球齿、楔齿）滚刀和盘形滚刀
构
椭圆形盾构
隧
道
马蹄形盾构
断
矩形盾构
面
形
双圆搭接形盾构
状
三圆搭接形盾构
33
三、按盾构机横截大小分
微型盾构（超小型盾构） Φ<1m
盾
构
小型盾构
3.5m>Φ>1m
断
面
中型盾构
6m>Φ>3.5m
大
小
大型盾构
14m>Φ>6m
超大型盾构
34
Φ>14m
四、按掘削面的敞开程度分
不 同
全敞开式
敞
能直接看到全部掘削面状况的形式。
（4）盾构在地层中沿着 设计轴线掘进，同时不断 出土和安装管片环，并及 时向盾尾空隙内注浆，防 止地层下沉； （5）盾构进入到达竖井 后拆除。
17
盾构掘进
盾构机掘进主要包含：刀盘旋转掘削土体、渣土排出、管片 拼装、脱环及盾尾注浆等过程。
不同地质条件下的盾构选型ppt课件
3、根据地层的渗透系数进行选型
（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；
（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；
盾构选型(海瑞克)ppt课件
盾构区间 要表现为δ-1、δ-2全、强风化闪长岩中的孔隙性基岩水及δ-3层中风
化闪长岩的基岩裂隙水。
6
第一章 2、地质与水文——汇-灵区间右线
粉质粘土 全风化闪长岩 强风化闪长岩 中风化闪长岩
联络通道兼泵房 CK33+810.124
7
第一章 3 区间范围及规模
汇通路站
村民民房
左线全长876.084m CK33+352.900~CK34+229.140
2013年12月31日
3
左线到达、解体、吊出
2014年8月6日
汇~灵盾 4 构区间
5
6
7
右线始发
2014年1月30日
盾构机到达、解体、吊出
2014年9月5日
隧道堵漏、手孔封堵、嵌缝、洞门 2014年11月4日
及联络通道施工
完成包含材料、设备、人员退场的
2014年11月5日
全部合同工作
9
第一章 4 汇-灵区间施工筹划
超挖刀 1个
双刃滚刀4把 单刃滚刀 32把
17
第二章 3 盾构性能描述
2、刀具
1）滚刀 滚刀刀具是采用17英寸滚刀，在刀盘的中央部设置4把双刃滚刀；在外周部
设置了32个单刃滚刀，共计41刃（4×2+32＝40）。 刀刃最大载荷量267kN；最大间距 100mm 滚刀的刀糓和刀刃由特殊优质工具钢制造，增强了整个滚刀的耐磨性能。
滚刀
18
第二章 3 盾构性能描述
2、刀盘结构设计充分考虑通过粘质粉土及强、中风化闪长岩的掘进要求： 1）具有足够的刚度和强度。 2）盘面上刀具数量足够，搭配配置合理。 3）合适刀盘开口率。 4）合理配置添加剂注入口。
盾构施工技术ppt课件
6
1）软土土压平衡盾构机
主要用于软土、砂土、杂填土、粘土、粉质粘土、砂质粘土、淤泥质粘土、粉土、交杂少量砾石等地 层，如北京、上海、西安、南京、长春、苏州等地铁部分标段。
7
2） 复合式土压平衡盾构机
主要用于长沙、昆明、南京、南昌、南宁等中风化、微风化砂质泥质板岩、中风化泥质粉砂岩、砾砂、角 砾、块石、圆砾、碎石等交互复合地层，及用于成都、兰州、广州、深圳等中粗砂、松散卵石、密实卵石、 上软下硬、岩层等地层。
Injection
70%
50%
Screw conveyor 0%
Discharge
16
Earth Pressure
Plug area
Without injection With injection
100%
80% 0%
70%
50%
土压平衡盾构渣土压力分布图
Tunnelling Equipment
2. 泥水盾构 刀盘及切口环
32
二、盾构机的始发
盾构始发所需准备工作如下： 始发基座安装就位，并安装临时轨道 盾构机吊装、组装完成并调试验收 测量控制点及监测点布设完成并测取初始值 始发反力架安装就位 始发洞门防水帘布安装完毕并完成始发洞门破除
33
安装始发基座 盾构吊装组装调试
安装反力架 安装洞门密封
凿除洞门
29
SMW工法
适用于砂层、淤泥、粘土层，加固宽度小，造价较低，是此类地层最安全可靠的加固方法之一。 该方法成桩效果好，止水性好，对周围地层影响小。
优点：加固质量高，桩体连续、强度高（粘土中0.5～1MPa，砂和卵石中0.5～3MPa），适用 于各类软土地层。
缺点：对于上软下硬地层不适应，造价偏高。
1）软土土压平衡盾构机
主要用于软土、砂土、杂填土、粘土、粉质粘土、砂质粘土、淤泥质粘土、粉土、交杂少量砾石等地 层，如北京、上海、西安、南京、长春、苏州等地铁部分标段。
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2） 复合式土压平衡盾构机
主要用于长沙、昆明、南京、南昌、南宁等中风化、微风化砂质泥质板岩、中风化泥质粉砂岩、砾砂、角 砾、块石、圆砾、碎石等交互复合地层，及用于成都、兰州、广州、深圳等中粗砂、松散卵石、密实卵石、 上软下硬、岩层等地层。
Injection
70%
50%
Screw conveyor 0%
Discharge
16
Earth Pressure
Plug area
Without injection With injection
100%
80% 0%
70%
50%
土压平衡盾构渣土压力分布图
Tunnelling Equipment
2. 泥水盾构 刀盘及切口环
32
二、盾构机的始发
盾构始发所需准备工作如下： 始发基座安装就位，并安装临时轨道 盾构机吊装、组装完成并调试验收 测量控制点及监测点布设完成并测取初始值 始发反力架安装就位 始发洞门防水帘布安装完毕并完成始发洞门破除
33
安装始发基座 盾构吊装组装调试
安装反力架 安装洞门密封
凿除洞门
29
SMW工法
适用于砂层、淤泥、粘土层，加固宽度小，造价较低，是此类地层最安全可靠的加固方法之一。 该方法成桩效果好，止水性好，对周围地层影响小。
优点：加固质量高，桩体连续、强度高（粘土中0.5～1MPa，砂和卵石中0.5～3MPa），适用 于各类软土地层。
缺点：对于上软下硬地层不适应，造价偏高。
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。
4. 组合分类法这种分类方式是把2、3两种分类方式组合起来命名分类的方法（见表4.2）。
这种分类法目前使用较为普遍，是隧道标准规范盾构篇中推荐的分类法。
这种方式的实质是看盾构机中是否存在分隔掘削面和作业舱的隔板。
全开放式盾构不设隔板，其特点是掘削面敞开。
掘削土体的形式可为手掘式、半机械式、机械式三种。
这种盾构适于掘削面可以自立的地层中适用。
盾构机分类及选型-
尺寸 ： 17 英寸 允许负荷： 250 kN 材质 ： 特殊工具钢
允许磨损量 ： 20 mm
允许线速度 ： 150 m / min
转动力
： 70 Nーm
2019年11月15日11时8 分
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
2019年11月15日11时8 分
耐磨ＩＮＧ板
刀盘驱动部土砂密封
• 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
2019年11月15日11时8 分
• (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
2019年11月15日11时8 分
•THE END •THANK YOU !
2019年11月15日11时8 分
• （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
2019年11月15日11时8 分
3 盾构机选型举例
3.１武汉地铁的路线与地质
2019年11月15日11时8 分
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。
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：
盾构施工技术简介ppt课件
泰晤士河底隧道施工时涌水
一、盾构施工发展
分类
其后随着盾构机的设计、制造能力的逐渐发展，盾构施工得到 了快速的发展和广泛的应用
就其开挖断面不同，发展的有单圆盾构、双园盾构、三圆盾构、 矩形盾构、异形盾构、自由断面盾构等。
就其稳定掌子面介质的不同，分为土压平衡盾构、泥水平衡盾构。 其中土压平衡盾构根据地层条件可采用敞开式（大气压力）、气 压平衡式（压缩空气）、土压平衡式（改良后的碴土）三种模式 掘进。
起源
1802年，英国采矿工程师阿贝 尔•马蒂厄提出修建英吉利海峡 隧道的计划，设计从英法两岸用 一种有掩体结构的挖掘机修筑隧 道，每侧各挖掘18.7km，最后 在瓦恩•班克浅滩对接贯通。
1803年，爆发英法战争，使该 计划未能实施。
阿贝尔·马蒂厄设计的隧道
一、盾构施工发展
起源
1818年，法国工程师布鲁诺尔（Mare Isambard Brunel）在伦敦从船蛀在船板 上蛀孔，再用分泌物涂在孔的四周中得到启 示，发现了盾构法掘进隧道的原理。
一、 盾构施工发展
分类（按开挖断面不同）
三圆盾构掘进机 单圆盾构掘进机
一、盾构施工发展
分类（开挖断面不同）
矩形盾构开挖成型隧道
异型盾构掘进机
一、盾构施工发展
分类（稳定掌子面介质）
土压平衡盾构 根据平衡开挖面平衡介质（出渣方式）可分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构。
泥水平衡盾构
一、盾构施工发展
土压（泥水）平衡原理
1、刀盘 2、主轴承 3、推进油缸 4、压力仓 5、螺旋输送机 6、管片安装机 7、闸门 8、管片小车 9、管片吊机、 10、皮带输送机 11、后配套约20个系统和装置
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，掘进一环管片的长度后停 止掘进，在盾壳的掩护下安装管片衬砌。
盾构的详细分类、生产厂家介绍及基本原理详解PPT课件
2020/2/18
12
罗浮特盾构机具有以下技术特点： 集多种掘进模式于一体且可实现快速转换； 连锁控制设计确保施工质量和安全性； 模块化设计，装配、转场迅速，维修方便； 设有独特的数据监控系统，高度自动化，可 以实现全自动掘进操作； 独特的“后装式”刀具安装方式，提高了刀 具更换速度，充分保证了维修人员的安全； 采用激光导向，确保隧道的准确开挖方向。
2020/2/18
2
据不完全统计，目前国外盾构机的主要制造企业 有 18 家，集中在日本和欧美，如日本的川崎重 工、三菱重工、石川岛播磨重工业株式会社、小 松制作所，德国的海瑞克公司、维尔特公司，美 国的罗宾斯公司，加拿大的罗浮特公司等。 它们可以根据不同的地质条件和不同的工程对象， 以及使用单位的不同要求，设计、生产出不同直 径、不同类型、以及有特殊要求的盾构机，以满 足用户的需要，其生产设备和工艺水平居世界前 列。
2020/2/18
13
日本三菱是一家具有 100 多年历史的企业集团， 三菱重工是其下属的 29 家直系企业中的一家，为 世界各地提供软、硬土盾构掘进设备的建设机械 部是三菱重工旗下神户造船所的一个分支。
2007 年 4 月起，盾构机业务划归新成立的三菱重 工隧道机械与岩土技术有限公司（Mitsubishi Heavy Industries Tunneling Machinery & Geotechnology, Co., Ltd）。
2020/2/18
3
这些企业在从实践到理论、再从理论到实践的长
期反复探索过程中，逐渐形成了一套针对本国地
质条件的设备设计理论、模拟试验方法和系统的
经验数据，同时也形成了安装和调试的系统技术。
2020/2/18
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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
2020/1/23
不同地质条件下全断面掘进机选型
2020/1/23
0,25
柔软
0Hale Waihona Puke 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
添加剂增加塑性
软土盾构
2020/1/23
复合盾构
• (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
2020/1/23
2020/1/23
• (3) 按盾构机横截面的形状分类
• 超小型盾构
φ<1m
• 小型盾构
3.5m≥φ≥1m
• 中型盾构
6m≥φ≥3.5m
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
2,00
2,20 工作舱内
土体容重
[t/m³]
• 盾构掘进机选型的其他条件
• （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
• 大型盾构
14m≥φ≥6m
• 超大型盾构
18m≥φ≥14m
• 特大型盾构
φ>18m
2020/1/23
• (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
•
2020/1/23
• (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
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)
2020/1/23
• (8)按盾构机特殊构造分类
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 2倾02斜0/1/中23 空轴全断面机内注浆+活动前檐盾构
边掘进边组装管片盾构工法
2020/1/23
• (11)综合分类
2020/1/23
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
2020/1/23
3 盾构机选型举例
3.１武汉地铁的路线与地质
2020/1/23
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。
3.2 本工程重点/难点
8 cm/min 3.5 cm/min 30 min/环 1500 mm
6环 / 8 hours 12环 / 16 hours
3.５主要机械性能（方案）
《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
2020/1/23
• 主要内容
• 1 盾构机分类 • 2 盾构机选型 • 3 盾构机选型举例
2020/1/23
1 盾构机分类
• (1) 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
2020/1/23
TBM 双护盾
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）
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
◆手掘式盾构
2020/1/23
◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
• (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
2020/1/23
•(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
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
2020/1/23
3.3 隧道管片参数
2020/1/23
3.４ 盾构机总体参数（方案）
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
2020/1/23
6280 mm 6250 mm 约 9.0m（含刀盘） 约 82 m 420 t 250m
2020/1/23
•盾构掘进机选型的一般程序
2020/1/23
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
• (9)按盾构机的功能、用途分类
不同用途的盾构
2020/1/23
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
• (10)按盾构隧道衬砌施工方法分类
Slurry
0,6 2,0
6,0
20,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 60,0
2020/1/23
不同地质条件下全断面掘进机选型
2020/1/23
0,25
柔软
0Hale Waihona Puke 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
添加剂增加塑性
软土盾构
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复合盾构
• (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
2020/1/23
2020/1/23
• (3) 按盾构机横截面的形状分类
• 超小型盾构
φ<1m
• 小型盾构
3.5m≥φ≥1m
• 中型盾构
6m≥φ≥3.5m
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
2,00
2,20 工作舱内
土体容重
[t/m³]
• 盾构掘进机选型的其他条件
• （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
• 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
•
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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
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
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 2倾02斜0/1/中23 空轴全断面机内注浆+活动前檐盾构
边掘进边组装管片盾构工法
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• (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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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。
3.2 本工程重点/难点
8 cm/min 3.5 cm/min 30 min/环 1500 mm
6环 / 8 hours 12环 / 16 hours
3.５主要机械性能（方案）
《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
2020/1/23
• 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
• (1) 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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TBM 双护盾
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）
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
◆手掘式盾构
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◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
• (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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•(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
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
2020/1/23
3.3 隧道管片参数
2020/1/23
3.４ 盾构机总体参数（方案）
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
2020/1/23
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
2020/1/23
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
• (9)按盾构机的功能、用途分类
不同用途的盾构
2020/1/23
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
• (10)按盾构隧道衬砌施工方法分类