盾构机分类及选型
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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
2020/12/31
精品
不同地质条件下全断面掘进机选型
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
添加剂增加塑性
很高渗透 性 10-2
边掘进边组装管片盾构工法
2020/12/31
精品
• (11)综合分类
2020/12/31
精品
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
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
2020/12/31
精品
• (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
•
2020/12/31
精品
• (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
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
2020/12/31
泡沫
EPB盾构 泥水盾构
1,05
1,40 1,50
精品
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
《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
2020/12/31
精品
• 主要内容
• 1 盾构机分类 • 2 盾构机选型 • 3 盾构机选型举例
2020/12/31
精品
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
TBM 双护盾
2020/12/31
2020/12/31
精品
•盾构掘进机选型的一般程序
2020/12/31
精品
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
30பைடு நூலகம்
20
10 0 0,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2
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
2020/12/31
精品
6280 mm 6250 mm 约 9.0m（含刀盘） 约 82 m 420 t 250m
8 cm/min 3.5 cm/min 30 min/环 1500 mm
6环 / 8 hours 12环 / 16 hours
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
2020/12/31
精品
3.3 隧道管片参数
2020/12/31
精品
◆手掘式盾构 ◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
2020/12/31
精品
• (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
2020/12/31
精品
•(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
2020/12/31
精品
3 盾构机选型举例
3.１武汉地铁的路线与地质
2020/12/31
精品
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
• (9)按盾构机的功能、用途分类
不同用途的盾构
2020/12/31
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
精品
• (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）
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
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)
2020/12/31
精品
• (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0/12中/31空轴全断面机内注浆+活动精前品檐盾构
精品
软土盾构
2020/12/31
复合盾构
精品
• (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
2020/12/31
精品
2020/12/31
精品
• (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
Slurry
0,6 2,0
6,0
20,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 60,0
2020/12/31
精品
不同地质条件下全断面掘进机选型
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
添加剂增加塑性
很高渗透 性 10-2
边掘进边组装管片盾构工法
2020/12/31
精品
• (11)综合分类
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精品
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
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
2020/12/31
精品
• (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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精品
• (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
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
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泡沫
EPB盾构 泥水盾构
1,05
1,40 1,50
精品
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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精品
• 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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精品
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
TBM 双护盾
2020/12/31
2020/12/31
精品
•盾构掘进机选型的一般程序
2020/12/31
精品
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
30பைடு நூலகம்
20
10 0 0,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2
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
2020/12/31
精品
6280 mm 6250 mm 约 9.0m（含刀盘） 约 82 m 420 t 250m
8 cm/min 3.5 cm/min 30 min/环 1500 mm
6环 / 8 hours 12环 / 16 hours
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
2020/12/31
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3.3 隧道管片参数
2020/12/31
精品
◆手掘式盾构 ◆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
2020/12/31
精品
•(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
2020/12/31
精品
3 盾构机选型举例
3.１武汉地铁的路线与地质
2020/12/31
精品
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
• (9)按盾构机的功能、用途分类
不同用途的盾构
2020/12/31
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
精品
• (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）
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
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)
2020/12/31
精品
• (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0/12中/31空轴全断面机内注浆+活动精前品檐盾构
精品
软土盾构
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复合盾构
精品
• (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
2020/12/31
精品
2020/12/31
精品
• (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