一建【市政】第46讲-盾构机选型要点
盾构选型的原则
盾构选型一般遵循原则归纳如下：(l)以开挖面稳定为核心，盾构选型应在充分把握地层条件的基础上进行。
(2)应考虑土的塑性流动性、土的渗透系数等，这对开挖面的稳定非常重要。
塑性流动性直接影响土的顺畅排出，若地层透水性太高，地下水则可能通过开挖腔室和螺旋输送机内的废渣流入隧道。
一般认为，10m/d的渗透系数是土压平衡盾构作业的经验上限值。
(3)应考虑地下水的含量及水压，这往往要与土的塑性流动性及透水性结合考虑，高水压、高渗透性的情况是非常不利的。
这涉及到是选用泥水盾构还是土压盾构以及盾尾密封的选型。
在日本，特别是饱和砂土层中泥水盾构的使用占绝大多数。
(4)应视地层中有无砂砾和大卵石，这直接影响到土的渗透性、切削刀盘的磨耗、切削刀开挖时对地层的扰动范围、刀盘的开口率、对卵石的破碎方式及其排出方式。
(5)应考虑土层的粒径分布，一般都采用土层颗粒曲线来界定不同盾构的适用土层总的来说，粒径大时宜采用泥水盾构，粒径小时宜采用土压盾构。
(6)隧道的线形和转弯半径也是应考虑的因素，盾构机本体的长度与直径比及盾尾间隙直接影响盾构的转弯及纠偏能力。
一般，长度与直径之比(UD)应妻1.0。
当转弯半径过小时可考虑采用铰接式盾构。
(7)盾构选型时，必须根据土质条件决定切削刀的形状、材质和配置。
必要时同时配置切削刀和滚刀，形成盾构和TBM的混合刀盘。
(8)刀盘的装备扭矩也与盾构选型有关，盾构装备扭矩T=aD3(D为盾构外径，a为扭矩系数，对泥水盾构a=9一15;土压盾构a=8一23)。
显然，采用泥水盾构有利于减小刀盘切削阻力，从而减轻主轴承的负荷。
(9)盾构施工对周围环境的影响也是盾构选型时应考虑的因素。
比如地层变形的许可程度、有无地下构筑物等，再比如泥水处理以及废渣的倾倒是否对环境有污染等。
(10)盾构的选型还应考虑对工作环境的影响。
比如，盾构的刀盘驱动是液压驱动还是电动驱动。
液压驱动效率低，噪声大，洞内温度上升快，而电动驱动效率高，洞内环境好(噪声小、温度低)网。
盾构机设备选型及适应性分析
盾构机设备选型及适应性分析发布时间：2023-02-22T05:54:19.984Z 来源：《工程管理前沿》2022年19期作者：罗军[导读] 盾构法施工技术已在城市轨道交通隧道工程广泛应用。
罗军中冶南方武汉工程咨询管理有限公司摘要：盾构法施工技术已在城市轨道交通隧道工程广泛应用。
盾构法的实施关键因素在于盾构机选型成功与否。
本文结合某地铁区间工程，对土压平衡盾构机的选型进行阐述，以为类似条件的工程提供参考。
关键字：盾构机、设备选型、土压平衡一、盾构机选型依据1、承包合同文件对盾构机功能要求：根据本工程的总体布置、工程地质及水文地质条件、沿线建筑设施及地下管线等环境条件、盾构隧道衬砌结构、施工条件及工期等多方面要求，并考虑可能的地质变化情况，对盾构提出如下特殊要求：1)承包商需充分考虑盾构机穿越本工程的地质情况和地下障碍物，盾构机必需有良好的适应性；2)盾构机最大推进速度不低于6cm/min；盾构机最大生产能力须达到300m/月以上；3)盾构机能顺利掘进300米曲线半径的隧道；4)盾构机应按不低于0.6Mpa的静水压设计，保证在此压力下盾体、密封装置等性能可靠并能正常工作；5)盾构机须配备良好的渣土改良系统和刀盘冲刷系统，确保掘进顺利；6)盾构机须配备气体检测报警系统和刀盘(含刀具)磨损检测报警系统；7)盾构机须配备开挖仓压缩空气自动保压系统，以满足可在恶劣地质条件下可进行带压进仓作业；8)应能快速、精确、安全地拼装管片，并能有效防止盾构机推进油缸的顶推使管片端部产生裂纹或破损，推进油缸的行程应与管片封顶块的安装要求相匹配；9)具备防止地层经由螺旋机、铰接处以及盾尾处出现涌水、涌沙等情况的安全装置与处理设施，在出现涌水、涌砂等情况下，盾构机能够正常掘进。
2、《盾构法隧道施工及验收规范》（GB 50446-2017）相关规定：第 4.3.1 条盾构选型与配置应适用、可靠、先进、经济，配置应包括刀盘、推进液压油缸、管片拼装机、螺旋输送机、泥水循环系统、铰接装置、渣土改良系统和注浆系统等。
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
盾构机的分类及选型
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盾构机的分类及选型
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，
• 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。
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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
4．盾构工法的选定程序流程图
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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。
的是泥水盾构和土压平衡盾构。
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◆手掘式盾构 ◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
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盾构机管片选型和安装
盾构管片选型和安装林建平在盾构法施工中，管片的选型和安装好坏直接影响着隧道的质量和使用寿命。
本文根据广州地铁三号线客～大区间的实际施工情况，就盾构管片选型和安装技术做总结分析。
一、工程概况客～大盾构区间分为两条平行的分离式单线圆形盾构隧道，总长度为3016.933米，管片生产与安装2011环。
管片外径6000mm，内径5400mm，宽度1500mm，防渗等级S10，砼C50。
依据配筋将管片分为A、B、C三类，C类配筋最高、B类配筋最低；管片的楔形量38mm，分左转、右转、标准三类。
二、管片的特征1、管片的拼装点位本区间的管片拼装分10个点位，和钟表的点位相近，分别是1、2、3、4、5、7、8、9、10、11。
管片划分点位的依据有两个：管片的分块形式和螺栓孔的布置。
拼环时点位尽量要求ABA（1点、11点）形式。
在广州盾构隧道管片要求错缝拼装，相邻两环管片不能通缝。
管片拼装点位有很强的规律，管片的点位可划分为两类，一类为1点、3点、5点、8点、10点；二类为11点、2点、4点、7点、9点。
同一类管片不能相连，例如1点后不能跟3、5、8、10这四个点位，只能跟11、2、4、7、9五个点位。
在成型隧道里两联络通道之间的奇数管片是同一类，偶数管片是同一类。
（竖列表示拼装好的管片，横向：√-表示可选后续的管片；×-表示不可选后续的管片）2、隧道管片排序鉴于管片拼装的规律性，所以盾构施工前必须对隧道管片做好排序，并根据设计，模拟出联络通道和泵房位置，管片拼到联络通道处时，点位要正好和设计点位符合，否则联络通道位置会被改变。
在本工程中，是从左线始发，第325、326环处是联络通道，此处拼装点位是11点，将标准块A3块拼到洞门位置。
盾构始发时的负环是6环，1环零环。
从负环到325环共332环，第325环是11点，相当于第332环是11点，那么负环第一环点位应该是1点，或3点、5点、8点、10点。
管片排序时，要优化洞门的长度，在广州洞门长度要求在400mm以上，一环管片的长度是1500mm，在条件允许的条件下，通过调整始发负环的位置，把每节隧道两端的洞门长度之和控制在1500mm以内，当隧道长度除以管片长度的余数大于两倍最小洞门宽度800mm（各地洞门的最小宽度要求不同）时，就取余数的一半为洞门长度。
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。
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)盾构机选型
第1章.第2章.第3章.第4章.第5章.第6章.第7章.第8章.第9章.第10章.盾构、配套设备与管模10.1.盾构机选型10.1.1.选型原则盾构机的性能及其对地质条件的适应性是盾构隧道施工成败的关键。
本合同段盾构区间工程的盾构机选型按照性能可靠、技术先进、经济适用相统一的原则，依据招标文件、颐和园站－圆明园站和圆明园站－成府路站区间岩土工程勘察报告等资料，并参考国内外已有盾构工程实例及相关的技术规范进行。
10.1.2.选型依据盾构机选型具体依据如下：（1）本合同段盾构工程施工条件隧道长度：3032+2044.286单线延米；线路间距：8～19m；隧道覆土厚度最小：6m，最大：15.4m；平面最小曲线半径：350m；最大坡度：20.801‰；隧道衬砌管片内径：5400mm 外径：6000mm（2）工程施工环境特点本工程施工环境具有如下特点对盾构机施工有一定的影响：本合同段区间隧道沿线地下管线、建（构）筑物密集。
颐和园－圆明园区间线路下穿颐和园、圆明园，与万泉河高架桥相交；圆明园～成府路站区间线路通过成府小学、化工研究院，下穿万泉河。
区间线路与万泉河高架桥相交时，隧道外轮廓与桩基距离最小为5m，下穿圆明园一座池塘时覆土厚度仅6m，万泉河底部区域隧道覆土厚度为9m。
本合同段区间线路主要沿颐和园路、清华西路布置，与中关村北大街相交，所经道路尤其是中关村北大街交通繁忙、车流量大。
（3）区间地质特点本合同段区间隧道穿越地层主要有粉质粘土、粉土层，局部夹有砂层、卵石圆砾等。
具体的地质统计表见表10-1-1和图10-1-1。
10.1.3. 本工程地质特点对盾构机功能的要求针对以上工程地质条件及特点，盾构应具备以下功能： （1）盾构机对地层条件的适应性要求本合同段隧道地层主要由粉质粘土、粉土层、卵石圆砾层组成，局部夹有砂层，所以盾构对软土地层的适应性应是重点考虑的问题。
盾构在软土地段的施工时应重点考虑以下功能：具备土压平衡掘进功能； 足够的推力和刀盘驱动扭矩； 良好的加泥、加泡沫等碴土改良能力； 合理的刀盘及刀具设计； 具有完善的防喷涌功能； 能够有效防止中心泥饼的生成； 较好的人员仓条件；圆明园－成府路站区间颐和园－圆明园站区间图10-1-1 盾构区间隧道洞身主要地质比例图超前地质钻探及管片壁后同步注浆功能。
盾构法施工盾构机选型
盾构法施工盾构机选型（一）盾构机选型原则采用盾构法施工的工程，首先要根据多方面的条件来统筹考虑盾构及配套设施的选型，一旦机型选定，工程开工后，想要对施工方法作出调整就相当困难。
盾构机的性能及其与地质条件的适应性是盾构隧道施工成败的关键。
本工程的盾构选型主要依据轨道交通一号线一期工程招标文件、设计图纸及地勘资料，参考国内已有盾构工程实例及相关的盾构技术规范，按照适用性、可靠性、先进性、经济性相统一的原则进行盾构机的选型。
1、适合于本工程隧道所穿越土层条件及工程的重难点；2、适合于施工长度、工期要求、设计线路要求；3、后配设备、始发设施等施工设备必须要满足盾构开挖能力；4、充分考虑施工环境。
（二）盾构机选型要点在仔细分析区间勘查设计资料的基础上，结合我司既有盾构施工经验，及轨道交通1~3号线盾构机选型及施工经验，本工程盾构机选型分析如下：1、盾构机的可靠性盾构机的生产厂商必须为国内知名厂商，中铁装备品牌盾构机有较大的用户群，其企业信誉及设备性能已得到充分验证，能够满足地铁施工的需要。
我部对1号线盾构机使用情况进行了调查，主要采用铁建重工品牌的盾构机。
盾构机使用寿命应满足本工程区间施工需求，已施工长度加本工程区间设计长度不得超过盾构机的设计推进里程，以不超过10km为宜。
2、对隧道结构的适应性本工程盾构区间隧道衬砌采用钢筋混凝土预制管片，外径6000mm，内径5400mm，环宽1500mm。
盾构机的尺寸需能够满足管片安装需求。
3、对区间地质的适应性本工程盾构区间穿越地层主要为：从南至北主要地层为：全风化砾岩及圆砾卵石以及强风化板岩，均属于软弱地层，自稳性较差。
盾构机刀盘应具备足够的开口率，利于切削后的土体进入土仓，刀盘刀具配置以滚压为主，切削为辅，刀盘刀具均应有相应的耐磨设计。
根据轨道交通1号线经验多数采用辐条+面板式的复合刀盘，开口率＞30%。
软硬岩刀具刀座相同，根据不同的地质条件可以合理配置刀具，所有刀具均可由刀盘背面进行更换。
盾构机选型的方法和步骤
盾构机选型的方法和步骤盾构机是隧道施工中的重要设备，正确的选型对于工程的顺利实施至关重要。
以下为盾构机选型的方法和步骤：1.确定隧道类型首先需要确定隧道工程的类型。
根据隧道的设计要求，可以分为交通隧道、水利隧道、市政隧道等。
不同类型的隧道对盾构机的需求和性能要求不同。
2.确定隧道尺寸根据隧道的设计要求，需要确定隧道的尺寸。
这包括隧道的直径、长度以及曲率半径等。
盾构机的尺寸必须与隧道尺寸相匹配，以满足施工要求。
3.确定地质条件地质条件是选择盾构机的重要因素之一。
需要对工程场地的地质条件进行详细勘察和分析，包括土质类型、地下水位、岩石强度等。
根据地质条件，选择适合的盾构机和刀具。
4.确定推进速度推进速度是盾构机的重要参数之一。
需要根据隧道施工的要求和盾构机的性能，确定合适的推进速度。
推进速度过快可能导致盾构机控制难度增加，过慢则可能影响施工效率。
5.确定出土方式盾构机在挖掘过程中需要将土石运出隧道。
根据工程需要和场地条件，可以选择不同的出土方式，如机械出土、水力出土等。
选择合适的出土方式有助于提高施工效率和质量。
6.确定控制系统控制系统是盾构机的核心部分之一。
需要根据盾构机的性能和施工要求，选择合适的控制系统。
控制系统应具有稳定性、可靠性和灵活性等特点，能够实现对盾构机的精确控制。
7.确定辅助系统辅助系统是盾构机的重要组成部分，包括注浆系统、通风系统、照明系统等。
需要根据隧道施工的要求和场地条件，选择合适的辅助系统，以提高施工效率和质量。
8.确定刀具和盾构材料最后需要确定盾构机的刀具和材料。
刀具的类型和数量应根据地质条件和隧道尺寸来确定。
同时，盾构机的材料也应根据工程需要和场地条件进行选择，如钢铁、合金等。
综上所述，盾构机的选型需要综合考虑隧道类型、尺寸、地质条件、推进速度、出土方式、控制系统、辅助系统和刀具及盾构材料等多个方面因素。
只有在全面了解并分析这些因素后，才能选择出最适合工程需求的盾构机，从而确保隧道施工的顺利进行和质量要求的达成。
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。
盾构机分类及选型PPT课件
（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-
Ｌ型方式 （管片拼装作业空间大）
无线遥控操作
高速：1.5rpm 低速：0.3rpm 两级调速 （高速・低速 无线遥控切换） 可实现微调、微动操作
26
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
24,000 kN
2,000kN×12根
25
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
m
• 管片拼装装置
•形 式
• 操作方式
• 转动速度
•
•调 节
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液压驱动方式 （装备动力：110 kw）
280 m3 / h
• 大型盾构
14m≥φ≥6m
• 超大型盾构
18m≥φ≥14m
• 特大型盾构
φ>18m
2021/3/28
7
• (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
•
2021/3/28
8
• (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
衬砌法(ECL工法) PC-ECL工法
边掘进边组装管片盾构工法
2021/3/28
14
• (11)综合分类
2021/3/28
15
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
盾构机的适应性与选型
1
效率
电能直接转化为机械能驱动刀盘，效率高。
电能转化为机械能，机械能转化为液压能，再由液压能 转换为机械能驱动刀盘，效率低。
2
经济性
由于效率高，电能节约，更经济。
效率低，能耗大，相对使用成本较高。
3
机械维修 维修简单。
由于液压系统管路复杂，密封容易出问题，维护复杂。
使用变频技术的使用，对调节控制的反应更灵
2. 断面
断面形式有：圆形、双圆、三圆、矩形、类矩形、马蹄形。 断面的选择主要与隧道的用途有关，比如说共同沟、电力管道等即可采用矩形断面。
表 10.1 隧道地质与所采用的盾构类型
隧道围岩特点
软基
黏土、粉土、砂
砾石、卵石
软岩
硬基
硬岩
盾构类别
泥水加压盾构 土压平衡盾构
混合式盾构或 TBM
开敞式 TBM
3.选型的主要内容
~5~
图 10.1 土压和泥水式盾构渗透性的适应范围 粒径分布对盾构机选型的影响
图 10.2 盾构的适应性级配曲线 对于图 10.2 所示的几个级配区间，对于盾构施工措施来说主要如下： I 区：如果最大不排水抗剪强度 Sumax>80-100kPa，或者(SPT)Nmax>8-10 便可使用敞开式盾构；II 区： 由于土体过粘需要改良 ；III 区：EPB 的比较理想的地层，基本不需要对土体改良；IV 区：由于摩擦系数高， 需要对渣土进行减摩改良；V 区：基本不适于 EPB 的区域。 总之，从大的方向总结来说： ★ 越大直径，选择泥水盾构的越多，对近年来国内外 46 个大直径盾构项目的统计（详见第 6 章，国内 外大直径盾构统计表），46 个项目中，采用泥水加压平衡盾构的有 34 个，占比 74%，土压平衡盾构有 13
一级建造师市政公程备考：盾构机的选择
一级建造师市政公程备考：盾构机的选择1K413035 了解盾构机型选择要点本条文简要介绍盾构机形式与分类。
一、盾构机的选择(一)选择的目的L盾构机的选择是保障工程项目安全顺利实施的前提条件与设备保障。
2.盾构机的选择除满足隧道断面形状与外形尺寸外，还应包括盾构机类型、性能、配套设备、辅助工法等。
(二)选择的依据盾构机的选择依据主要有：工程地质与水文地质条件、隧道断面形状、隧道外形尺寸、隧道埋深、地下障碍物、地下构筑物、地面建筑物、地表隆沉要求等，经过技术、经济比较后确定。
(三)选择的主要原则1.适用性原则盾构机的断面形状与外形尺寸适用于隧道断面形状与外形尺寸，种类与性能要适用工程地质与水文地质条件、隧道埋深、地下障碍物、地下构筑物与地面建筑物安全需要、地表隆沉要求等使用条件。
若所选盾构机不能充分满足上述使用条件，应增加相应的辅助工法，如压气工法、注浆工法等，以确保开挖面稳定。
由于盾构机具有较长使用寿命，可用于多项施工工程，因此应根据使用寿命期内预计的常用使用条件或最不利使用条件选择盾构机，以便具有较广泛的适用性。
2.技术先进性原则技术先进性有两方面含义：-是不同种类盾构机技术先进性不同，二是同一种类盾构机由于设备配置的差异与功能的差异而技术先进性不同。
选择技术先进的盾构机，一方面为了更好地适应建设单位当前及今后的工程施工要求，提高施工单位的市场竞争力;另一方面在合理使用寿命期内保持技术先进性。
技术先进性要以可靠性为前提，要选择经过工程实践验证、可靠性高的先进技术。
当前，技术最先进的盾构机是泥土压式与泥水式盾构机，随着盾构机的设计与制造技术不断完善与提高，其适用范围愈加广泛，已成为盾构隧道施工使用最多的盾构机。
3.经济合理性原则经济合理性是指，所选择的盾构机及其辅助工法用于工程项目施工，在满足施工安全、质量标准、环境保护要求和工期要求的前提下，其综合施工成本合理。
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。
盾构机配置计划、选型方案及保证措施
盾构机配置计划、选型方案及保证措施1 盾构机配置及订货、到货计划1）盾构机配置根据招标文件要求和本投标文件对本项目的总体筹划及工期安排，计划配置盾构机20台，其中Φ6480土压平衡复合盾构机18台，Φ6480泥水平衡盾构机1台，Φ12200泥水平衡盾构机1台。
根据计划安排，各台盾构机根据投入使用的时间至少提前1个月运送进场，确保盾构区间按计划掘进施工。
2）盾构机订货及到货计划我公司将在中标后，国内外知名盾构机厂家进行设计联络，启动采购订货及到货计划，所有盾构机在投入使用前2个月完成厂内组装调试并通过验收，投入使用前至少1个月运抵施工现场。
盾构机订货及到货计划见表2。
表2 盾构机订货及到货计划表2 盾构机选型1）选型依据盾构机选型主要依据招标文件、施工规范及相关标准，盾构隧道的外径、长度、埋深、地质条件、围土岩性、土体的颗粒级配、地层硬稠度系数、土层渗透率及弃土容重等特征以及线路的曲率半径、沿线地形、地面及地下构筑物等环境条件，以及周围环境对地面变形的控制要求，结合掘进和衬砌等诸因素，从安全性、可靠性、适用性、先进性、经济性等方面综合考虑，选择能尽量减少辅助施工并能保持开挖面稳定和适应围岩条件的机型，对盾构类型、驱动方式、功能要求、主要参数、辅设设备配置等进行选择。
地质复杂，岩层变化频繁，且不同岩层强度变化较大，在施工过程中，部分盾构区间在施工过程中突然遇见高强度辉绿岩，造成施工进度推进缓慢，且对盾构刀盘磨损严重，造价提高较大。
2）盾构机形式选择（1）区间地质条件复杂、地下水文较高，主要穿越了淤泥质粉质粘土层、卵石层、强风化石英岩层和中风化石英岩，饱和抗压强度标准值49.4MPa，最大值123MPa。
区间沿线商业、住宅密集，且区间下穿房屋、老虎滩湾、污水暗渠等建构筑物，本区间最大风险点为盾构下穿老虎滩湾，盾构穿越面存在渗透系数50-150m/d的卵石层，且场地地下水与海水连通，结合1、2号线施工经验，和初勘成果，根据泥水平衡盾构机性能及特点，并借鉴跟本工程地质条件相似的其他在建地铁施工经验，本工程拟采用泥水平衡盾构机组织施工。
盾构分类及选型
第二章盾构分类及选型隧道建设与盾构掘进机不可分离，所以盾构掘进机对各种地层的适应性非常重要。
1823年～1843年，世界上第一条人工开挖盾构隧道是由法国人Brunnel在伦敦泰晤士河下建成的，由于隧道掘进机与地层条件的不适应，长366m的隧道耗时达20年左右，隧道施工过程中遭遇了多次涌水，并付出了6个隧道工人生命的代价。
1991年6月29日贯通的长达49km（单条）英法海底隧道，耗时仅仅两年半，在如此短时内取得如此的成绩与隧道盾构正确选型密不可分。
英法海峡隧道法国侧隧道工程是在含水的白色白垩地层里施工，然后进入完全不渗透的兰色白垩地层里施工，然后进入完全不渗透的兰色白垩地层，选择了土压平衡盾构；而英国侧则根据地层的变化采用了通用型盾构。
前者掘进速率达1071m/mon，后者更是达到1487m/mon，说明该隧道的盾构选型是合适的。
1989开始动工建设的东京湾海底公路隧道全长15.1km，其中盾构隧道长9.1km，穿越的地层为软弱的冲积、洪积性土层，另外，该盾构隧道的一个最大特点是盾构必须能够承受 0.6MPa的水压，故采用8台直径14.14m的泥水式土压平衡盾构施工，东京湾隧道的成功建设也表明该类盾构的选择是合适的。
第一节盾构的构造一、盾构外形和材料1．盾构的外形作为一种保护人体的空间，隧道的形状因其使用要求不同、而造成盾构外形不同是理所当然的。
隧道掘进，无论盾构的形状如何，总是向轴线方向发展而成，所以，盾构的外形就是指盾构的断面形状。
从采用过的盾构来看，其外形有圆形、双圆、三圆、矩形、马蹄形、半圆形或与隧道断面相似的特殊形状等。
例如：将人行隧道筑成矩形，最大地利用了挖掘空间；将水利隧道筑成马蹄形，使流体的力学性能达到最佳状态；将穿山隧道筑成半圆形，可以使底边直接与公路连接等等。
但是，绝大多数盾构还是采用传统的圆形。
2．制造盾构的材料盾构在地下穿越，要承受水平载荷、垂直载荷和水压力，如果地面有构筑物，要承受这些附加载荷，盾构推进时，还要克服正面阻力，所以，盾构整体要求具有足够的强度和刚度。
一级建造师市政公用工程精华辅导(44)
一级建造师市政公用工程精华辅导（44）1K413024 了解盾构机型的选择一、盾构机的种类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，密闭式盾构机又可分为土压式(常用泥土压式)和泥水式两种。
敞开式盾构机按开挖方式划分，可分为手掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种。
按盾构机的断面形状划分，有圆形和异型盾构机两类，其中异型盾构机主要有多圆形、马蹄形和矩形。
二、盾构机的选择(一)选择原则盾构机的选择原则主要有：(1)适用性原则(2)技术先进性原则技术先进性有两方面含义：一是不同种类盾构机技术先进性不同，二是同一种类盾构机由于设备配置的差：异与功能的差异而技术先进性不同。
(3)经济合理性原则(二)各种盾构机对地质条件的适用性(三)选择程序lK413030喷锚暗挖法施工lK413030 喷锚暗挖法施工1K413031 掌握喷锚暗挖法的掘进方式选择"管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测"是浅埋暗挖法施工的十八字方针。
采用浅埋暗挖法施工时，常见的施工方法是正台阶法以及适用于特殊地层条件的其他施工方法，如全断面法、正台阶法、正台阶环形开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法、中洞法、侧洞法、柱洞法等。
一、全断面法地下工程结构断面采用一次开挖成型的施工方法叫全断面开挖法，该法的优点是可以减少开挖对围岩的扰动次数，有利于围岩天然承载拱的形成，工序简单，便于组织大型机械化施工；施工速度快，防水处理简单。
缺点是对地质条件要求严格，围岩必须有足够的自稳能力。
二、台阶法台阶法施工就是将结构断面分成两个以上部分，即分成上下两个工作面或几个工作面，分步开挖。
根据地层条件和机械配套情况，台阶法又可分为正台阶法和中隔壁台阶法等。
正台阶法能较早使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降。
(一)台阶法开挖优点1．灵活多变，适用性强。
凡是软弱围岩、第四纪沉积地层，必须采用正台阶法，这是各种不同方法中的基本方法。
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1.土压平衡盾构 2
（1）土压平衡盾构（EarthPressureBalanceShield），简称 EPB 盾构。 土压平衡盾构的支护材料是土壤本身。 土压平衡盾构由盾壳、刀盘、刀盘驱动、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、人仓、液 压系统等组成。 （3）地质适应范围： 土压平衡盾构主要应用在黏稠土壤中，该类型土壤富含黏土、粉质黏土或淤土，具有低渗透 性。这种土质在螺旋输送机内压缩形成防水土塞，使土仓和螺旋输送机内部产生土压力，来平衡 掌子面的土压力和水压力。 土压平衡盾构用开挖出的土料作为支撑开挖面稳定的介质，对作为支撑介质的土料，要求其 具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。 除软黏土外，一般土壤不完全具有这种特性，需进行改良。改良的方法通常为，加水、膨润 土、黏土、CMC（羧甲基纤维素钠）、聚合物或泡沫等，根据土质情况选用。 2.泥水加压盾构 （1）泥水加压盾构也称泥水加压平衡盾构（SlurryPressureBalanceShield），简称 SPB 盾构。 （2）泥水盾构的构成，除了具有：刀盘驱动系统、推进系统、管片拼装系统、盾尾密封系统、 液压系统、电气系统、同步注浆系统、外加剂注入等土压平衡盾构具有的系统外，还具有以下系 统： 1）泥水循环系统； 2）综合管理系统； 3）泥水分离处理系统。 （3）泥水平衡盾构的开挖面支护原理： 泥水盾构采用膨润土悬浮液（俗称泥浆）作为支护材料。 （4）地质适应范围： 目前，泥水加压盾构工法对地层的适用范围不断扩大，即使处于恶化的施工环境和存在地下 水等的不良条件下，由于有相应的处理方法，因而几乎能适应所有的地层。 二、盾构选型依据与原则 （一）选型依据 （1）工程地质和水文地质勘察报告。 （2）隧道线路及结构设计文件。 （3）断面大小。 （4）施工安全、工程环境风险因素、场地条件、环保要求。 （5）施工环境及其保护要求。 （6）工期条件。 （7）辅助施工方法。 （8）类似工程施工经验。 （二）选型的基本原则 1.适用性原则 2.技术先进性原则 3.经济合理性原则 【考点】盾构施工条件与现场布置 一、盾构法施工条件 （一）盾构法施工适用条件与施工准备 （1）适用地层范围：除硬岩外的相对均质的地质条件，已经有采用复合盾构施工软硬不均地 层的成功经验。 （2）隧道埋深：隧道应有足够的埋深，覆土深度不宜小于 1D（洞径）。采用压气施工法和泥 水加压盾构时，隧道覆土太浅，有冒顶的可能性；覆土最大也有限制，取决于盾构对地下水的抵
2020 一级建造师《
市政公用工程管理与实务》考点精讲
1K413030 盾构法施工
【考点】盾构机选型要点
一、盾构类型与适用条件
（一）盾构类型பைடு நூலகம்
（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）。
（6）急转弯施工：有曲线半径/盾构外径之比为 3～5 的施工实例。 （7）对环境的影响：接近既有建（构）筑物施工时，有时需要辅助措施；除工作井部分外， 对道路交通影响较小；振动、噪声一般限制在工作井洞口附近，可用隔音墙防护。 （二）施工准备 1.前期调查 （1）施工前，应对施工地段的工程地质和水文地质情况进行调查，必要时应补充地质勘察。 （2）对工程影响范围内的地面建（构）筑物应进行现场踏勘和调查，对需加固或基础托换的 建（构）筑物应进行详细调查，必要时应进行鉴定，并应提前作好施工方案。 （3）对工程影响范围内的地下障碍物、地下构筑物及地下管线等应进行调查，必要时应进行 探查。 （4）根据工程所在地的环境保护要求，应进行工程环境调查。 （5）盾构设备用电引入条件调查。 2.技术准备 隧道施工前，应具备下列资料： （1）工程地质和水文地质勘察报告。 （2）隧道沿线环境、建（构）筑物、地下管线和障碍物等的调查情况。 （3）施工所需的设计图纸资料和工程技术要求文件。 （4）工程施工有关合同文件。 （5）施工组织设计。 （6）拟使用盾构的相关资料。 3.工作井位置和施工方法选择 按工作井的用途，分为盾构始发工作井和接收工作井，而在竣工后多被用作地铁车站、排水、 通风等永久性结构。工作井位置选择要考虑不影响地面社会交通，对附近居民的噪声和振动影响 较少，且能满足施工生产组织的需要。工作井应根据地质条件和环境条件，应选择安全经济和对 周边影响小的施工方法，通常采用明挖法施工。 4.工作井断面尺寸确定 始发工作井平面尺寸应根据盾构安装的施工要求来确定。井壁上设有盾构始发洞口，井内设 有盾构基座和反力架。始发工作井的长度应大于盾构主机长度 3m，宽度应大于盾构直径 3m 以上； 接收工作井的平面内净尺寸应满足盾构接收、解体和调头的要求；始发、接收工作井的井底板应 低于始发和到达洞门底标高，并应满足相关装置安装和拆卸所需的最小作业空间要求。始发工作 井尺寸应满足电瓶车出土吊装及管片吊装和人员下井楼梯安装的要求。 5.掘进前准备 （1）复核各工作井井位里程及坐标、洞门钢环制作精度和安装后的高程和坐标。 （2）盾构基座、负环管片和反力架等设施及定向测量数据的检查验收。 （3）管片及辅助材料储备。 （4）盾构掘进施工的各类报表。 （5）洞口土体加固和洞门密封止水装置检查验收。 二、盾构施工现场布置
3
御能力和衬砌的防水性能。 （3）地下水防治：采用密闭式盾构时，除了始发和接收区以及开仓换刀时需要之外，一般不
需要辅助施工法。 （4）截面形状：标准形状为圆形。也可采用异形截面。 （5）截面大小：除地铁盾构常用的Ф6～Ф7m 左右的直径外，在上海地铁和北京地铁有分别
应用直径Ф11.58m 和Ф10.22m 泥水盾构同时建造地铁上、下行线的实例，在北京地区也有应用直 径Ф10.22m 土压平衡盾构同时建造地铁上、下行线的实例。目前，国内在软土地区施工直径至Ф 15.43m 的大型泥水盾构技术已经非常成熟。
（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。
1
刀盘具有三大功能: （1）开挖功能。 （2）稳定功能。 （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。 土压平衡盾构的刀盘有两种形式： （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。