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。掘削面缺乏自立性时，可用压气等辅助工法防止掘削面坍落稳定掘削面。

部分开放式盾构，即隔板上开有取出掘削土砂出口的盾构，即网格式盾构也称挤压式盾构。

表4.1盾构分类表

第4章135

封闭式盾构是一种设置封闭隔板的机械式盾构。掘削土砂是从位于掘削面和隔板之间的土舱内取出的，利用外加泥水压或者泥土压与掘削面上的土压平衡来维持掘削面的稳定，所以封闭式有泥水平衡式和土压平衡式两种。进而土压平衡式又可分为真正的土压平衡式和加泥平衡式；加泥平衡式又分为加泥和加泥浆两种平衡方式。

表4.2 盾构组合命名分类法

5. 按盾构切削断面形状分类

按盾构切削断面形状，盾构可分为圆形、非圆形两大类。圆形又可分为单圆形、半圆形、双圆搭接形、三圆搭接形。非圆形又分为马蹄形、矩形（长方形、正方形、凹、凸矩形）、椭圆形（纵向椭圆形、横向椭圆形）。

6. 按盾构机的尺寸大小分类

按盾构机的尺寸大小，盾构机可分为超小型、小型、中型、大型、特大型、超特大型。

超小型盾构系指D（直径）≤1m的盾构，

小型盾构系指1m＜D≤3.5m的盾构，

中型盾构系指3.5m＜D≤6m的盾构，

大型盾构系指6m＜D≤14m的盾构，

特大型盾构系指14m＜D≤17m的盾构，

超特大型盾构系指D＞17m的盾构

7. 按施工方法分类

按施工方法分类盾构可分为二次衬砌盾构，一次衬砌盾构（ ECL工法）。

二次衬砌盾构工法：即盾构推进后先拼装管片，然后再作内衬（二次衬砌）也就是通常的方法。

一次衬砌盾构工法：即盾构推进的同时现场浇注混凝土衬砌（略去拼装管片的工序）工法也称ECL工法。

8. 按适用土分类

按适用土质，盾构可分为软土盾构、硬岩盾构及复合盾构。

软土盾构：即切削软土的盾构，

硬岩盾构：即掘削硬岩的盾构，

复合盾构：既可切削软土，又能掘削硬岩的盾构，

4.2全敞式盾构机

前面业已指出，全敞式盾构机的特点是掘削面呈敞露状态，故挖掘状态是干状态，所以出土效率高。这种形式的盾构可据其机械化程度的差异，进而分成人工式、半机械式、机械式三种。全敞开式盾构机适用于掘削面自稳性好的地层（如洪积层压砂、砂砾、固结粉砂及粘土）。对自稳性差的冲积地层（如冲积层中的砂层、粉砂层及粘土层）而言，应辅以压气、降水、注浆加固等措施，以便确保掘削面的稳定。这里就这种盾构的三种形式（人工式、半机械式、机械式）分别作一简单介绍。

4.2.1 人工式盾构机

人工掘削盾构机的构造如图4.1所示。因为手工掘削盾构机的前面是敞开的，所以盾构机的顶部装有防止掘削面顶端坍落的活动前檐和使其伸缩的千斤顶。掘削面上每隔2～3m 设一道工作平台，即分割间隔为2～3m 。另外，在支承环柱上安装有正面支承千斤顶。掘削从上往下，掘削时按顺序调换正面支承千斤顶，掘削下来的土砂从下部通过皮带传输机输给出土台车。掘削工具多为鹤嘴锄、风镐、铁锹等。

该盾构机对于途中存在障碍物、断面形状特殊及短距离等情形均较适合。与封闭式盾构相比，价格便宜20～40%。图4.2示出是掘进距离70m ，有障碍物的人工式盾构工程的施工示意图。

图4.2 手掘式盾构工法实例示意图

4.2.2 半机械式盾构机

图4.1 手掘式盾构机

半机械式盾构是在敞开式人工式盾构机的基础上安装掘土机械和出土装置，以替代人工作业。掘土装置有铲斗、掘削头及两者兼备等三种形式，详见图4.3。具体装备形式如下：

（1）铲斗、掘削头等装置设在掘削面的下部。

（2）铲斗装在掘削面的上半部，掘削头装在下半部。

（3）掘削头装在掘削面的中心。

（4）铲斗装在掘削面的中心。

选择哪种形式可据土质状况、掘削面的自立程度、保证操作人员安全等条件选择。

图4.3掘削铲斗装入装置构成形式图

图4.4半机械盾构构造图