土压平衡盾构机与泥水平衡盾构机比较
土压盾构和泥水盾构施工工艺分析
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土压盾构和泥水盾构安全性对比
土压盾构
• 土压平衡盾构掘进时，土仓无 法形成泥膜，特别是上部更是 无法较好地形成压力，所以用 土压盾构机的地表沉降比泥水 更难控制。用土压平衡盾构进 行隧道掘进沉降会较高，不利 于地面建筑物的安全。
泥水盾构
• 泥水平衡盾构对地层的扰动小、 沉降小。由于泥水平衡盾构利 用泥水压对抗掘削地层的地下 水和土压，与此同时泥水掺入 地层形成不透水泥膜，所以掘 削土体对地层的扰动小，沉降 效果较好。泥水平衡盾构的压 力控制精度较高，泥水压力的 控制精度一般都在±0.01MPa， 地表沉降会低于5mm。
出渣
推进效率
开挖土的输送随着掘进距离的增加，其施 工效率也降低，辅助工作多
需要电瓶车运送渣土，渣土有可能撒落， 相对而言环境较差
隧道内环保
施工场地
渣土呈泥状，无需进行任何处理即可运送， 因此占地面积较小；另一方面因地面需要 在施工地面需配置必要的泥水处理设备，占地 不断进行吊渣作业，因此对周边设施场地 面积较大；周边高压线及其它建筑物对泥水处 有要求，高压线杆及其它建筑物会影响吊 理无太大影响 装作业
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土压盾构施工的基本特点
施工中基本不使用土体加固等辅助施工措 施，节省技术措施费，并对环境无污染
可根据土压变化调整出土和盾构推进速度， 易达到工作面的稳定，减少地层变形
对土体开挖能形成自动控制管理，机械自 动化程度高、施工速度快
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泥水盾构施工的基本特点
土压盾构和泥水盾构工作原理比较
土压盾构 泥水盾构
土压平衡盾构机是利用安装在 泥水平衡盾构机是在支撑环前 盾构机最前面的全断面切削刀 面装置隔板的密封舱中，注入 盘，使正面土体切削下来进入 适当压力的泥浆使其在开挖面 刀盘后面的储留密封舱内，并 形成泥膜，支撑正面土体，并 使仓内具有适当压力与开挖面 由安装在刀盘上的刀具切削土 水土压力保持平衡，以减少盾 体表层泥膜，与泥水混合后， 构机要推进对地层土体的扰动， 形成高密度泥浆，由排浆泵及 从而控制地表沉降。在出土时， 管道输送至地面处理，整个过 由安装在密封舱下部的螺旋输 程通过建立在地面中央控制室 送机向排土口连续地将渣土排 内的泥水平衡自动控制系统统 出。 一管理。
1 盾构TBM人员能力测试单选通用题库
单选通用题库（理论）1.当地层的透水系数大于10-4m/s时，宜选用（B ）。
A.土压平衡盾构机B.泥水平衡盾构机C.双模式盾构机D.土压平衡顶管机2.一般来说，当岩土中的粉粒和黏粒的总量达到（C ）以上时，通常宜选用土压平衡盾构机，相反的情况选择泥水平衡盾构机比较合适。
A.50%B.45%C.40%D.35%3.不同形式的盾构机所适应的地质范围不同，盾构机选型总的原则是（A ）第一位。
A.适应性B.先进性C.经济性D.安全可靠性4.直径范围为7~12m盾构机被称作（C ）盾构机。
A.小型B.常规C.大型D.超大直径5.若地层以各种级配富水的砂层、砂砾层为主时，宜选用（D ）。
A.复合地层盾构机B.双模式盾构机C.土压平衡盾构机D.泥水平衡盾构机6.下列不属于部分断面盾构机是（D ）。
A.带臂式盾构机B.带反铲挖掘机的盾构机C.机械式盾构机D.多模式盾构机7.不属于平衡地层压力的方式的盾构机是（A ）。
A.机械式盾构机B.气压式盾构机C.土压平衡盾构机D.泥水平衡盾构机8.（D ）盾构机配套有泥水分离处理系统。
A.土压平衡B.硬岩TBMC.双护盾TBMD.泥水平衡9.（A ）盾构机刀盘挖出的渣土可以作为支撑隧道工作面的介质。
A.土压平衡B.硬岩TBMC.双护盾TBMD.泥水平衡10.盾构机刀盘上的滚刀数量取决于以下哪种因素之一（B ）。
A.隧道长度B.岩石性质C.刀盘扭矩D.切刀尺寸11.泥水盾构机，在吸泥口前一般安置有搅拌器和（D ）。
A.切口环B.螺旋输送机C.阀门D.格栅12.当泥水盾构机隧道泥浆管道延伸时，泥浆循环的模式为（B ）。
A.开挖模式B.隔离模式C.反冲洗模式D.周末模式13.下列不属于泥水平衡盾构机的设备有（C ）。
A.搅拌器B.破碎装置C.皮带输送机D.管路延伸装置14.土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机分别简称（C ）盾构机。
A.EPS和SPBB.EPS和BPSC.EPB和SPBD.EPB和SPE15.直控式泥浆系统是通过控制室通调节泥浆泵的（B ）或进浆节流阀的开口比值来实现压力控制。
“土压+泥水”双模式盾构机原理及应用分析
“土压+泥水”双模式盾构机原理及应用分析摘要：进入21世纪以来，我国各大城市出现地铁修建的高潮，尤其是一线城市及新一线城市地铁修建速度特别快。
但是，由于国内各地地质水文情况差别较大，对盾构设备的技术、功能以及规格参数要求不一致，尤其是我国华南地区具有硬岩地层，岩石强度高、地下水含量丰富，地层内裂隙水多等特点。
本论文主要探讨了土压+泥水双模式盾构机的工作原理，通过对双模式盾构机在工程应用中的分析，发现土压+泥水双模式盾构机具有更高的施工效率和更好的适应性，可以满足复杂地质环境下的建设需求，是一种值得推广使用的盾构机。
同时，通过分析其优缺点，提出了未来发展方向及相关建设建议，为该领域的研究和应用提供一定的指导意义。
关键词：双模盾构机；工作原理；应用分析前言随着城市化进程的加速和基础设施建设的加强，地下隧道建设的需求越来越大。
作为地下隧道建设的核心设备之一，盾构机的发展也愈加迅速。
在现有的盾构机种类中，土压和泥水模式盾构机是主流类型之一。
然而，这两种盾构机各自都存在一些使用的局限性，因而提出了土压+泥水双模式盾构机。
该盾构机既具有土压模式和泥水模式的特点，又克服了两种盾构机单一模式的弱点，在实际工程中有着广泛的应用前景和发展空间。
因此，本论文将详细地介绍土压+泥水双模式盾构机的工作原理和优点，并通过应用案例分析与比较分析，探讨了其未来的发展趋势，为该领域的研究和应用提供一定的参考意义。
一、研究背景和意义随着城市化进程的不断加速，交通网络的布局和构建变得越来越丰富和复杂，因此地下隧道建设显得尤为重要。
而盾构机作为地下隧道建设的核心设备之一，在隧道建设中扮演着举足轻重的角色。
然而，盾构机在实际应用中还存在一些问题，例如对地质环境的适应性不强，施工效率不高等问题。
为了解决这些问题，土压+泥水双模式盾构机应运而生。
土压+泥水双模式盾构机集土压和泥水两种模式于一体，既能适应固结岩体和软土环境，又能有效地控制地面沉降，有效地提高了盾构机的施工效率和质量，对于复杂地质环境下的隧道建设有着广泛的应用前景。
盾构施工成本因素分析及控制方法李峥
盾构施工成本因素分析及控制方法李峥发布时间：2021-09-26T08:16:25.271Z 来源：《防护工程》2021年14期作者：李峥[导读] 随着盾构市场的逐渐成熟，市场化竞争将越来越激烈，盾构施工高利润时代已经过去。
对于专业化盾构施工企业，以收入倒逼成本控制迫在眉睫，企业要提高机械化、专业化施工管理水平，由传统的项目成本管理模式向提质增效的新型管理模式转型升级，实现企业高质量、高水平发展。
李峥中铁六局集团有限公司北京 100070摘要：随着盾构市场的逐渐成熟，市场化竞争将越来越激烈，盾构施工高利润时代已经过去。
对于专业化盾构施工企业，以收入倒逼成本控制迫在眉睫，企业要提高机械化、专业化施工管理水平，由传统的项目成本管理模式向提质增效的新型管理模式转型升级，实现企业高质量、高水平发展。
本文从盾构施工收入与成本现状入手，结合目前国内外盾构施工技术现状，在借鉴武汉地铁项目及社会实践经验的基础上，分析盾构施工成本因素，运用盈亏平衡分析、统计报表和典型调查等方法，从外购管片与自建管片选择、盾构机经济选型、掘进人工管理模式选择、盾构掘进耗材控制、同步注浆砂浆选择、充分利用周转材料、采用机械法施工联络通道、充分利用地下水八个方面进行了讨论，提高施工企业控制成本的能力。
关键词：盾构；成本；控制盾构施工已经有200多年的历史，自引入我国以来，广泛应用于城市地铁、市政、电力等地下工程中，伴随着我国城镇化进程的不断加快，城市人口密度剧增，原有的小直径隧道已经无法满足城市发展的需要。
因此，越来越多的国内外盾构设备制造商和施工单位开始研发并使用大直径盾构修建大断面隧道。
目前，对于大小盾构的分界与定义并没有一个严格的规定，国内外只有少数几位学者及公司根据盾构尺寸对其进行了分类。
上海地区的张凤祥、傅德明等按盾构的尺寸，将盾构分为6大类：①超小直径盾构（D≤1.0m)①；②小型盾构（1.0m<D≤3.5m)；③中型盾构（3.5m<D≤6.0m)；④大型盾构（6.0m<D≤14.0m)；⑤特大型盾构（14.0m<D≤17.0m)；⑥超大型盾构（D>17.0m)。
盾构机简介
Over cutter (disc type) 扩挖刀（滚刀式） 1把（超挖刀） 50mm 100mm diameter 100mm( 直径) 314kN 10MPa 6450mm
Copy cutter / Overcutter 仿形刀/超挖刀
Seal intensity resistant密 封抗压强度
复 合 盾 构 机
以中交8号复合土压盾构主要参数为例
Center cutter 4x Shell Shape Advance Tools (disc/cutting) 中心刀（滚刀/切刀） 4把可更换大型先行刀 Side cutter (disc/cutting) 边缘刀（滚刀/切刀）
Face cutter (disc/cutting) 正面刀（滚刀/切刀） Side curve scraper 边缘弧形刮刀 Ripper teeth cutter at CW opening 刀盘开口处齿刀 Cutter tools allotment 刀具配置 Copy cutter仿形刀 7x gauge ripper teeth 4xgauge disc 7把齿刀，4把边缘滚刀 21x ripper teeth 21把齿刀 8X buckets 8把弧形刮刀 52xscrapers （160mm） 52 把刮刀(160mm) 1xover cutter 1把扩挖刀 4xshell shape advance tools 21 face ripper teeth 7 ripper teeth
适用于 砂卵石、 砂土、 粘土及 分 30MPa 类 一下的 强风化 岩等松 散地层 掘进
按用途
超挖刀 仿形刀 齿刀 贝壳刀 按形状 鱼尾刀
羊角刀等
刮刀
安装在刀盘正面开口和刀盘边缘 开口，将挖掘下来的渣土刮入土 舱，也起到防止刀盘磨损的作用。 刮刀安装高度通常在150mm以下。
盾构构造与施工原理(土压与泥水)
二、盾构机的构成
盾构掘进机一般由盾构壳、推进千斤顶、正面支撑机构、挖土及运输 组、衬砌拼装机构、液压系统、注浆系统和盾尾装置组成。
1、刀盘 盾构机的刀盘是安装在盾构机前面的旋转部分。它是用于开挖岩土、切
削土层的主要部件，通过在刀盘上安装不同的刀具，就可分别完成软土和硬 岩的开挖，以适应不同地质施工的要求。
19世纪末～20世纪初——城市隧道工程促进了闭胸式盾构的产生，盾构工法相 继传入美国、日本、法国、德国等国家。
20世纪60年代至80年代——盾构工法迅速发展，完善了气压盾构、挤压（网格 ）盾构、插刀盾构、泥土加压盾构、泥水盾构等，盾构工法在地铁、市政隧道、公 路隧道等的建设中得到广泛应用。
20世纪80年代至今——研制出了加气泡盾构，同时大直径盾构、异形断面盾 构（方形、椭圆形、马蹄形等）、双圆盾构、三圆盾构等得到发展。
润滑油脂泵等）
二号台车（操作室、注浆罐、注浆泵等） 三号台车（变频柜、膨润土系统、注浆系
皮带机 泡沫发
注浆气
生器
动阀 四三号号台台车车（（左左））
管片六五吊号号台台车车（（左左））
统液压站等）
四号台车（主配电柜、泡沫系统等）
喂片机
五号台车（循环水系统、主变压器、皮带
机驱动、出碴口等）
六号台车（空压机、储气罐、二次通风机、
刀具实物图
刮刀
贝壳刀
鱼尾刀
超挖刀
2、盾体
盾体的盾壳是一个用厚钢板 焊接成的圆柱筒体，厚度为45mm, 是承受地下水压、土压力、盾构 千斤顶的推力、管片拼装时的附 加力及各种施工载荷的承力钢结 构，同时也保护操作人员安全。
盾体内的主要结构部件包括 刀盘驱动马达、人闸、推进油缸、 铰接油缸等。
《地下工程作业》盾构技术特点、分类及适用范围
盾构技术特点、分类及适用范围国培学员: S1.盾构法盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。
盾构掘进机的特点:盾构掘进机（简称盾构）是地面下暗挖施工隧道的专用工程机械, 具有一个可以移动的钢结构外壳(盾壳), 内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置, 可以进行开挖、支护、衬砌等多种作业一体化施工, 广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程建设。
目前, 在欧美等工业发达国家使用盾构机进行施工的城市隧道占90%以上。
2、现代盾构掘进机集液压、机电控制、测控、计算机、材料等各类技术于一体, 属于技术密集型产品, 其生产主要集中在日本、德国、英国、美国、加拿大等少数发达国家, 其中又以德国、美国、日本技术最为先进。
盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行, 工艺技术要求高、综合性强（土建、机械)。
盾构施工技术的优缺点:优点:a）具有良好的隐蔽性；b）掘进速度快且施工费用不受埋置深度大而影响；c）适宜在不同颗粒条件下的土层中施工, 尤其在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性；d）多车道的隧道可做到分期施工, 分期运营, 可减少一次性投资。
缺点:a）盾构施工是不可后退的；b）盾构是一种价格昂贵、针对性很强的专用施工机械, 对于每一条用盾构法施工的隧道, 必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造, 一般不能简单的倒用到其它隧道工程中重复使用；3、c）对隧道曲线半径过小或隧道顶部覆土太浅时, 施工困难较大, 而且不够安全, 特别是饱和含水松软土层, 在隧道上方一定范围内地表沉陷尚难完全防止, 拼装衬砌时对衬砌整体防水技术要求很高。
4、盾构施工技术先在隧道的一端建造竖井或基坑, 以供盾构安装就位。
盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发, 在地层中沿着设计轴线, 向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。
盾构基础知识及施工技术
盾尾
切削刀盘
刀盘驱动马达
排浆泵
气锁室 密封隔舱板
压力夹舱
操作控制台
环片拼装机
推进千斤顶
密封油脂装置
泥水平衡盾构机的主要结构
二、盾构机的基本构造及工作原理
2.泥水盾构
开挖泥水舱
气压调节舱
气压调节管
进泥管
排泥管
泥水平衡盾构机的工作原理
二、盾构机的选型
1、泥水盾构与土压平衡盾构的选择
泥水盾构特点
土压平衡盾机特点
幅条式：优点是开口率大，渣土易进入土仓，不易形成泥饼， 刀盘不易被堵，正面土压能较准确的反映；缺点是正面土压波 动较大，容易引起地表沉降，刀盘比较薄弱，不易满足复合地 层刀具的布置和刀盘本身刚度的要求。
面板式刀盘
辐条式刀盘
二、盾构机的选型
2、刀盘选型
面板 钢格栅
辐条 泡沫口
辐条
面板式刀盘
盘型滚刀 重型撕裂刀 刮刀 中心刀
1、准备工作 2、盾构机的始发 3、盾构机的掘进 4、盾构机的过站 5、盾构机的接收
一、准备工作 1、场地布置
盾构施工场地布置：
➢ 龙门吊 ➢ 设置渣土坑 ➢ 管片堆放场地及材
料堆放场地 ➢ 一座高压配电房 ➢ 备用变压器 ➢ 一座砂浆拌合站
盾构施工场地布置图
一、准备工作 1、场地布置 配套设施及设备
场地要求较高； 施工费用相对多；
场地要求较低； 施工费用相对少；
二、盾构机的选型
2、刀盘选型
面板式：优点是开口率较小，软土口开口率一般在45% 左右，复合地层开口率在30%左右，面板开口小，强度 高，易于刀具布置，对正面土体支撑效果较好，土压 波动小；缺点是传感器对正面土体的压力反映不够准 确，渣土进入土仓相对困难。
土压平衡盾构机与泥水平衡盾构机比较 PPT
掘进时出渣量的控制
• 矿车计数 • 即时称重系统 • 体积测定仪 • 利用伽马射线进行密度探测
EPB 高 中等 需要 低 中等 简单 快 低
预定
SLURRY 低 高
需要 高 大 复杂
中等 好 自动
选择标准:
•地质条件
- 粒度分布 - 水压 - 隧道沿线的漂石及其他阻碍
•渣土改良添加剂和/或膨润土 •工地处理车间的可行性及空间 •渣土最终处理方式 •最终用户的经验及信心 •成本
大家应该也有点累了，稍作休息
•适用地质范围更广
•对地质要求更严格
•对渣土改良材料需求量更少
•对于掌停面的塌陷量可以控 制
需要额外的添加剂
•掌停面一旦塌陷，塌陷量相 当大
土压平衡盾构
•出渣及时
•围 岩 比 较 稳 定 的 情 况 下 能够掘进
•总 装 和 始 发 需 求 空 间 较 小
•对环境的影响更小
泥水盾构
•需要一个泥水分离厂
脱困扭矩 与刀盘表面积比
率
(tonne•meters/m2)
1800
1089
1395
19.6
RME386SE (9.80 m)
1996
1800
1934
2166
28.7
RME370SE (9.40 m)
2000
2700
2056
2467
35.6
RME320SE (8.13 m)
2002
21001ຫໍສະໝຸດ 401959•围 岩 比 较 稳 定 的 情 况 下 不能掘进（有一定的局 限性）
•需要的工地规模更大
土压平衡盾构
泥水盾构
盾构机的分类及选型
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。
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
–– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– ––
10 1 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
-1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 - 10 - 11 - 12
4．盾构工法的选定程序流程图
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。
闭胸式 SHIELD
闭胸式 SHIELD
東京湾横断道路 TUNNEL
闭胸式 SHIELD SHIELD O.D. ： φ１４１４０ｍｍ
闭胸式 SHIELD
地下鉄车站部・区间 同時施工
３圆泥水式盾构（３ＭＦ） SHIELD O.D. ：８８４６×１７４４０ｍｍ
１９９５年
盾构选型的基本原则
浅谈地铁盾构机的选型
浅谈地铁盾构机的选型范海龙【摘要】This paper briefly describes the principle of shield machine selection for metro construction ,in allusion to the features of different construction environment ,engineering geology ,hydrogeology ,etc .%简要介绍了地铁施工用盾构机的选型原则，针对不同的施工环境、工程地质、水文地质，选用与之相匹配的盾构设备。
【期刊名称】《机械工程与自动化》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】2页(P223-224)【关键词】盾构机;地铁;选型【作者】范海龙【作者单位】太原重工股份有限公司,山西太原,030024【正文语种】中文【中图分类】TU6211 盾构机简介1．1 盾构机的用途盾构机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。
盾构机的工作原理如下：由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。
盾构机是根据工程地质、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。
盾构机不同于常规设备，其核心技术不仅仅是设备本身的机电设计，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，盾构机的选型正确与否决定着盾构施工的成败。
1．2 盾构机的类型一般将盾构机的类型分为软土盾构机、硬岩掘进机（TBM）、复合盾构机3种。
软土盾构机的特点是仅安装切削软土用的切刀和括刀，无开岩的滚刀。
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，其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。
试谈土压平衡盾构机的工作原理(doc 14页)
试谈土压平衡盾构机的工作原理(d o c 14页)土压平衡盾构属封闭式盾构，土压平衡盾构在掘进过程中，随着刀盘不断切削岩土，在沿圆周布置的液压千斤顶推力下，盾构机不断向前推进。
当盾构机向前推进一个管片的长度时，便可以用管片拼装机将若干管片依从下而上的顺序拼装成环。
渣土经由有轨电瓶机车运至洞外。
下面来了解下土压平衡和泥水平衡盾构的区别。
一、土压平衡盾构机工作原理土压平衡盾构机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。
螺旋运输机是靠转速控制来掌握出土量，出土量要密切配合刀盘切削速度，以保持密封舱内始终充满泥土而又不致过于饱满。
这种盾构避免了局部气压盾构主要缺点，也省略了泥水加压盾构投资较大的控制系统、泥水输送系统和泥水处理等设备。
二、土压平衡和泥水平衡盾构的区别1、结构不同土压平衡盾构：前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。
当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土压、水压基本平衡，使得掘削面与盾构面处于平衡状态。
泥水平衡盾构：在盾构用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。
开挖面的密封隔仓内注入泥水，通过泥水加压和外部压力平衡，以保证开挖面土体的稳定。
2、作用不同土压平衡盾构：初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，能够承受来自地层的压力，防止地下水或流砂的入侵。
泥水平衡盾构：推进时开挖下来的土进入盾构前部的泥水室，经搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用泥水泵送到地面，泥水在地面经过分离，然后进入地下盾构的泥水室，不断地排渣净化使用。
3、盾构方式不同土压平衡盾构：盾构靠螺旋输送机将碴土排送至土箱，运至地表。
由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。
泥水平衡盾构和土压力平衡盾构
泥水平衡盾构
气垫室
泥膜
压缩空气 泥水
地层
刀盘
送泥管
排浆管
泥水平衡盾构机出土（渣）的工作原理是：利用泥水室的泥水 压力来平衡切削面的土、水压力，切削下来的土体与泥水室内 的泥水充分混合后,由泥水输送系统输送到泥水分离系统进行分 离,废弃渣土,泥水经改良后,再次由管路输送回泥水室循环使用。
泥水平衡盾构 泥水盾构有两种体系，即直接控制型和间接控制型 。日本和英国一般采用直接控制力平衡盾构
土压平衡盾构机出土（渣）的工作原理是：刀盘旋转开挖工作 面的土体，挖掘下来的土料作为稳定开挖面的介质，土料由螺 旋输送机旋转运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺 旋输料器出土量(旋转速度)进行调节。
土压力平衡盾构
马达驱动刀盘旋转切 削土体，同时盾构机液压 千斤顶将盾构机向前推进， 并向密封仓内加入塑流化 改性材料，与开挖面切削 下来的土体经过充分搅拌， 形成具有一定塑流性和透 水性低的塑流体。同时通 过伺服控制盾构机推进千 斤顶速度与螺旋输送机向 外排土的速度相匹配，经 舱内塑流体向开挖面传递 设定的平衡压力，实现盾 构机始终在保持动态平衡 的条件下连续向前推进。
直接控制型泥水盾构
间接控制型泥水盾构
泥水平衡盾构
直接控制型泥水系统流程如下：送泥泵从地面泥浆池 将新鲜泥浆送入盾构的泥水仓，与开挖泥土进行混合 ，形成稠泥浆，然后由排泥泵输送到地面泥水分离处 理站，经分离后排除土碴，而稀泥浆流向泥浆池，再 对泥浆密度和浓度进行调整后，重新送入盾构的泥水 仓循环使用。
泥水平衡盾构和土压力平衡盾构
泥水平衡盾构和土压力平衡盾构
目前常用的盾构机主要有土压平衡和泥水平衡盾构机，除 了其出土（渣）的方式不同外，其基本的工作原理是一致 的。 泥水平衡盾构机出土（渣）的工作原理是：利用泥水室的 泥水压力来平衡切削面的土、水压力，切削下来的土体与 泥水室内的泥水充分混合后,由泥水输送系统输送到泥水 分离系统进行分离,废弃渣土,泥水经改良后,再次由管路输 送回泥水室循环使用。
泥水平衡盾构掘进施工工艺
泥水平衡盾构掘进施工工艺3.7.1工艺概述泥水加压式盾构是在机械掘削式盾构的前部刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成泥水压力室，将加压的泥水送入泥水压力室，当泥水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求开挖面的稳定。
盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面，这是泥水加压平衡盾构法的主要特征。
3.7.2作业内容泥水平衡盾构掘进施工与土压平衡盾构机的不同点：在地面进行调制浆，泥水循环系统控制，泥浆管延伸。
其他相同。
3.7.3工艺流程图泥水平衡盾构掘进作业流程参见图 3.7.3-1。
图3.7.3-1 掘进作业流程图- 227 -3.7.4工序步骤一、开启分离设备泥水分离厂首先要进行调制浆工作，在盾构机开始掘进前盾构机控制室电话通知泥水处理厂开启旋流器泥浆泵电机、振动筛电机等。
二、旁通循环启动 P1.1 泵，P2.1 泵泵开始旁通循环，这里要注意一定要确保旁通阀是打开的，否则会发生严重后果。
泥浆管延伸到一定距离加设 P3 泵（即P2.2 泵）后，还要开启 P3 泵。
三、掘进循环首先开启进浆和出浆阀，然后关闭旁通阀开始工作泥浆循环，这里一定要注意阀的开关顺序，否则会引起管路破裂。
四、启动刀盘1.启动刀盘驱动系统。
启动时注意电机不能同时启动，要注意启动间隔。
2.根据测量系统面板上显示的盾构目前滚动值选择刀盘旋转方向。
滚动值为正选择正传，滚动值为负选择反转。
3.选择刀盘启动按扭。
4.旋动刀盘加速按钮慢慢给刀盘加速，转速要分几次加上去，以免造成过大液压冲击，损伤液压设备。
五、启动碎石机。
六、推进1.使盾构机进入掘进模式。
2.打开推进控制按钮。
3.旋动推进速度控制按钮把速度定在一定的速度，开始掘进。
4.掘进时要根据盾构机姿态调整油缸的推力。
5.掘进期间主司机要时刻注意气垫仓的液位和顶部压力，控制进、排浆的流量。
6.掘进过程中要同步注入砂浆。
在盾构的掘进过程中，主司机也应随时注意巡检盾构的各种设备状态，如泵站噪声情况，油脂及润滑系统原料是否充足，轨道是否畅通，注浆是否正常等。
盾构技术系列专题讲座--刀盘和驱动
一、基本概念及结构
1.2 泥水平衡盾构机
➢通过泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。 ➢开挖的渣土以泥浆形式输送到地面，经过分离再循环至开挖面。
一、基本概念及结构
1.2 泥水平衡盾构
泥水平衡盾构通过配置不同的刀盘类型，可以兼顾软土地层和复合地层隧道 施工，主要应用在富水地层、透水系数高的砂、卵石层等。
盾构技术系列专题讲座
--刀盘和驱动
目录
一、基本概念及结构 二、刀盘及驱动载荷分析 三、设计实例—10.2米土压平衡盾构 四、盾构发展趋势
一、基本概念及结构
1.1 土压平衡盾构机
➢通过土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。 ➢通过螺旋输送机排放渣土。土压平衡、土介质和设备的要求
一、基本概念及结构
二、刀盘及驱动载荷分析
面板式刀盘与辐条式刀盘比较
➢ 辐条式刀盘对砂、土等单一软土地层的适应性比面板式刀盘较强；但由 于不能安装滚刀，在风化岩及软硬不均地层或硬岩地层，宜采用面板式 刀盘。
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软土型土压平衡盾构机
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。
刀盘倒角及边滚刀的布置
刀盘切削直径最终由安装在刀盘外周上的刀具来实现。 在软土地层掘进时，由周边刮刀实现；在硬岩地层掘进 时，由边滚刀来实现。边滚刀的径向与刀盘的面板需成 一定的角度，刀盘形状在边缘处需倾斜一定的角度，从 而形成刀盘倒角。在刀盘切削过程中，由于边滚刀靠近 刀盘的边缘，其旋转速度比靠近中心部位的滚刀要快， 且切削岩层的直线距离较长，因此边滚刀的磨损量大于 中心滚刀和正滚刀，在设计时应增加边滚刀的布置数量。
二、刀盘及驱动载荷分析
2.5 刀盘扭矩计算原理
盾构机分类介绍+TBM介绍(2016.8.20赵睿)
盾构机分类及双护盾TBM工作原理撑靴式硬岩盾构机双护盾硬岩盾构机土压平衡盾构机泥水式盾构机主讲：赵睿策划：肖正目录1 什么是盾构法2 盾构机的分类3 盾构机之TBM1 什么是盾构法盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。
它是利用盾构机械在地下推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止隧道内部发生坍塌。
同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
2 盾构机的分类盾构机TBM硬岩掘进机敞开式盾构机土压平衡盾构机泥水平衡盾构机顶管机敞开式盾构机敞开式盾构分为全敞开式和部分敞开式。
全敞开式盾构在隧道工作面上没有封闭的压力补偿系统，不能抵抗土压和地下水压。
土压平衡盾构机刀盘旋转切削的泥土通过刀盘开口被压进土舱，通过螺旋输送机运送到皮带机，然后运送到渣车上。
油缸推动盾构向前掘进，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的水、土压力。
掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。
泥水平衡盾构机利用马达驱动刀盘旋转，液压千斤顶推动刀盘前进。
压力平衡系统通过气垫加压使工作腔内的压力与推进中受到的水、土压力保持平衡，保证开挖面的稳定。
在开挖腔内不断注入泥浆，开挖的碴土悬浮在泥浆里，通过排泥管输送到隧道外。
并通过输送机运送管片，由拼装机在盾构内拼装，完成衬砌。
TBM硬岩掘进机在常温常压下，利用盾体或撑靴支撑岩壁，克服开挖岩体所需的推力和扭矩，主推进或辅助推进系统提供开挖岩体所需的推力，同时主驱动带动刀盘刀具滚压破岩，连续皮带机或矿车将岩碴运出洞外，管片安装机与辅助推进系统实现同步衬砌与开挖，伸缩护盾和主、辅助推进系统实现换步和连续隧道施工作业。
单护盾硬岩盾构机单护盾硬岩盾构机TBM硬岩掘进机双护盾硬岩盾构机双护盾硬岩盾构机撑靴式硬岩盾构机撑靴式硬岩盾构机顶管机顶管法施工是在管道的沿线按设计方案设置工作井和接收井。
浅谈“双模式盾构机技术”的原理及应用
以有效控 制地表沉降 ，确保隧道施工 的质量 、安 全。双模式盾构机 ，既具备 土压
盾构机 掘进高效的特点 ，又能达到泥水盾构机 沉降控制好的优点 。双模式 盾构机 在广州地 铁岩溶地区已成功应用 ，表 明了双模式 盾构机在模式快速切换 、掘ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ模 式功能互补及 对复杂地层 的适应性等方面而言 ， 具有很好 的经济效益和社会效益 ， 而且可 以有效降低施工 中的风险 ，保证在复杂地层 中盾构施工 的安全 、施 工质量 及施工进度 。 双模式盾构机还具备 以下耗 点：１ 、技术先进 。融合泥水 、土压两种模式 ，最 广泛 地适应复杂多变 的复合地层 和市 区环境 ，能在最大程度地控制工程 风险的同 时， 实现优质 高效掘进 。２ 、功能齐全 。配备复合式刀盘 ，大功率的主驱动和推进 系统 ，大扭矩 的螺旋机 ，单管单泵 的泡沫 系统 ，单双液两套注浆系统 ，Ｐ （ 】 泵 小循 环系统 ，且具备逆循环掘进功能 、顶 置人闸等 ，两个模式可独立运行 又可互相支
硬 岩敞开模式开挖两 种不同掘进模式之间实现快捷地 相互切换。既保证工程优质
高效 ，又确保隧道施 工的质量安全 。在转换模式 时，不需 要拆装任何东西 ，只要 通 过控制系统就可 以实现土压平衡盾构机和泥水 平衡 盾构机之间的转换 ，以实现 在 两种模式情况下 的正常掘进。在设备布局上 ，因盾构 机在隧道内作业 ，其工作 空间受到很大 的制 约 ，本身单一模式盾构机 的设 备布局都显得非常拥挤 。而双模
一
、
双模式盾构机技术原理
土压模式 ，以降低施工成本 ，提高工效 ；当土体 自稳性较差时 ，可采用泥水模式 ，
所谓 “ 双模式盾构机” 同时具 备泥水平衡掘进模式和土压平衡 掘进模式 ，渣 土排 出配备了螺旋输送 机和泥浆管 。双模式盾构机适用 大多数地层中的掘进 ，可 根据地 质及地面沉降控制要求 不同 ，采用泥水平衡掘进模式 和土压平衡掘进模式 中切 换。技术设计上 ，是集成 了土压平衡盾构机 、泥水平衡 盾构机的设计理念与 功 能 ，将土压和泥水 两套 系统 和设备安装在一 台盾构 机上 ，可根据不同地质 、地 层 的变化 ，利用可拆卸的刮料装置和互换型承压 隔板， 实现 了土压平衡模式开挖和
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土压平衡盾构与泥水盾构之间的选择 对于刀盘扭矩的需求 地面沉降控制
型号 (直径)
RME375SE (9.53 m)
RME386SE (9.80 m)
RME370SE (9.40 m)
RME320SE (8.13 m)
粒径尺寸表
年份 刀盘动力
最大扭矩
脱困扭矩 脱困扭矩 与刀盘表面积比 粘土
•掘进时盾尾同步注浆 •在护盾沿线控制压力
- 在护盾环面注射泥浆来填充空隙
掘进时出渣量的控制
• 矿车计数 • 即时称重系统 • 体积测定仪 • 利用伽马射线进行密度探测
No Image
EPB 传感器
监测刀盘土仓内压力
膨润土发泡系统
快速膨润土注射系统
PLC 控制系统
从EPB传感器读取数据并向膨润土箱发 送命令
TSLURRY =
TEPB 1.47
高扭矩传动简表
No Image
Torque Increase in 10 Years
压力为何加大 ?
•地表沉降控制 •进水控制
地表沉降控制
土压平衡
•在掘进过程中对刀盘土仓内土压进行控制. •对掘进过程中的恶劣地层进行控制以避免超挖. •土压平衡盾构通过渣土改良系统对土体进行改造以适应不同地质 .
No Image
带压膨润土箱
从PLC接受信号并将膨润土注射到 刀盘土仓内
2100
1440
2467 1959
35.6
砾石
37.8
RME306SE (7.77 m)
2002
2100
2045
2556
53.9
卵石
通过率 (%)
土压平衡和泥水盾构适应性图表
No பைடு நூலகம்mage
粒径大小 (mm)
土压平衡盾构 vs. 泥水盾构
土压平衡盾构
泥水盾构
•整体构造简洁，有利于学习 ，操作及维护
率
土压平衡(k盾W构) 不含(t添on加ne•剂meters) (tonne•meters) (tonne•meters/m2)
淤泥
1992
1800
1089
1395
19.6
土压平衡盾构含添加剂
1996
1800
1934
2166
泥水盾构含添加剂
28.7
砂质
2000 2002
2700
2056
泥水盾构不含添加剂
•整体构造复杂（相对于学习 ，操作及维护）
•适用地质范围更广
•对地质要求更严格
•对渣土改良材料需求量更少
•需要额外的添加剂
•对于掌停面的塌陷量可以控 制
•掌停面一旦塌陷，塌陷量相 当大
土压平衡盾构 vs. 泥水盾构
土压平衡盾构
•出渣及时
•围 岩 比 较 稳 定 的 情 况 下 能够掘进
•总 装 和 始 发 需 求 空 间 较 小
•能 够 应 付 较 大 直 径 的 漂 石
泥水盾构
•对 于 环 境 的 影 响 较 大 ， 并且运营成本偏高
•土 仓 压 力 在 掘 进 过 程 中 直接探测并由系统进行 控制
•对刀盘扭矩需求较小
•对刀盘动力需求较小
•渣 土 在 运 至 地 表 前 不 会 暴露
•在 土 仓 压 力 控 制 方 面 具 有更高的准确性
掌停面支撑的种类 – 土压平衡或泥水？
标准 刀盘动力/扭矩 工地整体耗电量 对添加剂的需求
成本 工地规模 出渣方式 掘进速度 隧道清洁度 土仓压力计算
EPB 高 中等 需要 低 中等 简单 快 低
预定
SLURRY 低 高 需要 高 大 复杂 中等 好 自动
土压平衡盾构和泥水盾构的选择
选择标准:
•地质条件
•对环境的影响更小
泥水盾构
•需要一个泥水分离厂
•围 岩 比 较 稳 定 的 情 况 下 不能掘进（有一定的局 限性）
•需要的工地规模更大
土压平衡盾构 vs. 泥水盾构
土压平衡盾构
•运营成本更低
•土 仓 压 力 需 在 隧 道 推 进 前进行计算并设定
•对刀盘扭矩需求较大 •对刀盘动力需求较大
•渣 土 直 接 暴 露 在 隧 道 中 ，会对隧道产生污染
地表沉降控制
泥水盾构
•在掘进过程中使用压缩空气对刀盘土仓内的泥水压力进行控制. •在掘进过程中可以对泥浆流量和密度进行控制以避免超挖.
地表沉降控制
总结
•在管片安装和换步时刀盘土仓内压力的控制 •在极紧密的测中连续掘进
- 保持刀盘土仓内渣土的流动和压力 - 推进油缸自动伸出 - 土体改良注射弥补损失
- 粒度分布 - 水压 - 隧道沿线的漂石及其他阻碍
•渣土改良添加剂和/或膨润土 •工地处理车间的可行性及空间 •渣土最终处理方式 •最终用户的经验及信心 •成本
扭矩计算经验公式 – 土压平衡盾构
TEPB = D3 • 2
T = 刀盘扭矩 (吨•米) D = 掘进机直径（米）
(理论扭矩)
刀盘扭矩 – 泥水盾构