地铁大盾构机选型实例及关键参数计算

摆动掘削式
横向摆动掘削式(矩形) 纵向摆动掘削式(矩形)
(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 倾斜中空轴全断面机内注浆+活动前檐盾构
2 盾构选型
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
◆手掘式盾构 ◆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
(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
多轴摇动掘削式
矩形多轴摇动掘削式 圆形多轴摇动掘削式 其它断面形状多轴摇动掘削式
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
盾构选型实例
3.1 神华新街煤矿斜井双模盾构实例分析
1）地质概况 新街台格庙矿区斜井隧道长6505m，最大埋深达684m， 隧道坡度为6°。斜井沿线地质条件复杂，穿越地层有第 四系湖积物、风积沙（约150m）、白垩系砂岩、砂砾岩 （约3250m）、侏罗系（含安定组和延安组）砂岩、岩、 砂质泥岩等（约3105m），岩石单轴抗压强度20～ 60MPa，同时地层多处呈不整合接触，局部存在小型断层 ，地层虽发生突水的可能性小，但富水性不均。
单一土质 软土 硬质土
土砂 复合土质
土压式盾构
泥水式盾构
加泥土压式盾构
应付岩石盾构 （泥水式或土压式） TBM（封闭式）
TBM（敞开式）
岩石
土砂和复合岩石
砾石
岩石
软岩 硬岩
不同地质条件下全断面掘进机选型
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
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
边掘进边组装管片盾构工法
(11)综合分类
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
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
2.1盾构机选型的原则
（1）以开挖面稳定为核心，盾构选型应充分把握地 层条件；
（2）应考虑土的塑性流动性、土的渗透系数； ——渗透系数10-5m/s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。
（4）应重视地层中有无砂砾和大卵石；
——土的渗透性、刀盘的磨耗、地层的扰动范围、刀盘的 开口率、对卵石的破碎及其排出方式。
（5）应考虑土层的粒径分布； ——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（L/D）应不大于 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Fra Baidu bibliotek。
（8）刀盘的装备扭矩也与盾构选型有关；
• 盾构装备扭矩T=αD3（D为盾构外径，α为扭矩系数，对泥 水盾构α=9~15；土压盾构α = 8~23）
• 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。
盾构机分类及选型设计
1 盾构的分类
(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
软土盾构
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
(3) 按盾构机横截面的形状分类
超小型盾构
φ<1m
EPB
50
40
Foam
30
20
10 0 0,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2
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
筛分通过率 <d %
不同地质条件下全断面掘进机选型
0,25
柔软
• 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）。
盾构机种类 半机械式盾构 闭胸式盾构 机械式盾构
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
(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
(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
(9)按盾构机的功能、用途分类
不同用途的盾构
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
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）