盾构知识简介

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同步注浆的作用
• • 防止盾尾空隙坍塌、 土体松散和地表沉降 尽快稳定管片环的形 状、保持隧道衬砌的 早期稳定
•
• •
防止隧道出现蛇形、
摆动 抑制管片漏水 提高衬砌接缝防水性 能
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活塞式注浆泵
材料 注浆管
搅拌站
浆液车
储浆罐
注浆泵
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管片壁后间隙（完成同步注浆）
注浆操作面板
注浆有手动或者自动两种控制方式。在盾尾注浆管路的出口处装压力传感器，在 盾构操作室和注浆控制箱上都可以看到注浆时管路出口处的压力。设臵为自动控 制时，应预先通过可编程控制器（PLC）设臵注浆最大压力值和最小压力值，当 注浆压力达到设定最大注浆压力时，注浆管路所连接的液压油缸立即自动停止工 作；当注浆压力减小到PLC所设定的最小压力时，液压油缸自动启动重新开始注 53 浆。手动控制方式则需要人工根据掘进情况随时调整注浆量。
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盾尾密封装臵由由三排焊接形成的线刷式密封圈及
油脂润滑的密封装臵组成，用以防止地层中的泥土、地下
水和衬砌外围注浆材料从盾尾间隙漏入盾构中,最大可承受 50m的水柱压力。在每道密封之间，均注有高压油脂，作为 防高压水措施，并可提高密封效果、减少钢丝刷密封件与 隧道管片外表面之间的摩擦，延长密封件的寿命。
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盾构起源

1、发展历史
1818年，法国的布鲁诺尔(M.I.Brune1)从蛀虫钻孔得到 启示，最早提出了用盾构法建设隧道的设想，并在英国 取得了专利。 1823年至1843年第一条盾构隧道泰晤士河隧道修建成功
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布鲁诺尔注册专利的盾构
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盾构发展历史及现状

2、中国盾构
（ 1 ）泥土、土压盾构技术的普及及推广，技术细节的完善、 改进及提高。 （2）特种盾构工法的相继问世。 （ 3 ）大口径、大深度、长距离、高速施工、高地下水压等各 种施工措施方法的成功应用。
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刀盘的结构形式：
盾构的刀盘结构形式与工程地质情况有着密切的联系， 不同的地层采用不同的刀盘结构形式。土压平衡盾构的刀 盘有两种模式： 面板式和辐条式
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辐条式
刀盘由辐条及辐条上的刀具构成， 特点为：开口率大，辐条后没有搅拌叶 片，土砂流动顺畅，刀盘扭矩小，排土 容易，土仓压力可有效地作用在掘削面 上，多用于砂、土等单一地层，中途换 刀安全性差，需加固土体。



⑹盾尾密封系统：是盾构形成密封的关键, 结构型式为三排二室钢丝刷等结构形式。 ⑺皮带运输机系统：用来输送土体。 ⑻数据采集与监控系统：是盾构工作的控 制系统. 可对挖掘数据进行采集、数值运 算、逻辑控制、故障报警、实时画面显示 与数据输出等管理工作。 ⑼后续台车系统：主要为盾构机各种后配 套设备的台车编组。
A-开挖面积， V-推进速度， 4.压缩空气流量为： Qa=（E-1）Ql(P+1) ,P空气支持压力(相对压力)，
一般取0.3Mpa
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工程上的经验计算方法（举例）

施工中首先根据工程土体检测报告，确定开挖土体颗粒级别 将粘土，粉土，砂粒，砾石，每个级别分为细，中，粗三等 ，下面以中砂层为例进行计算： 盾构机为6.14m 开挖面积29.6m2


盾构千斤顶被
分为若干个扇区，每
个扇区由一个电磁比
例减压阀控制，以调 节扇区千斤顶的工作 压力，从而达到纠正 或控制盾构推进的方 向。
推力油缸系统设有相应压力传感器、行程传感器。通过比例控制，调
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节推力油缸的速度及工作压力，从而达到纠正或控制盾构推进的方向



a、完成掘进一环后，一部分推进油缸回缩，为拼装第一 片管片留出足够的空间。其余推进油缸和已经装好的管片 仍保持接触，以防止盾构机由于土压而后退 b、管片拼装机抓起管片将其拼装到位，并与上一环管片 用螺栓连接起来。在管片拼装机夹紧头放开管片之前，一 定要保证已回缩的推进油缸再次顶紧管片，以防意外移动 。 c、其余管片的安装方法与此相同，直至拼完整环管片
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盾构机的分类
按断面形状分类：
盾构根据其断面形状可分为：
单圆盾构
复圆盾构（多圆遁构）
非圆盾构
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单圆盾构
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复圆盾构
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非圆式盾构
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盾构机的分类
按直径不同分类：
盾构直径
0.2~2m 2~4.2m 4.2~7m 7 ~12m 12m ~
微型盾构 小型盾构 中型盾构 大型盾构 超大型盾构
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主要内容
盾构的概念 施工流程
常见盾构机 的种类
盾构施工中常 见的问题
土压平衡盾构 机原理及构造
盾构配套设备
盾构机视频 交 流
盾构机的概念
1、盾构
盾构，其英文名为“Shield Machine”,是一种用于隧道 暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备， 在其掩护下进行隧道掘进施工，使隧道一次成型的设 备。 “盾”——“保护”，指盾壳； “构”——“构筑”，指管片安装；
盾构机的分类
传统型 盾构机 敞口式盾构机 半机械型 盾构机 机械型 盾构机 半敞口式盾构机 网格挤压式盾构机 泥水型 盾构机 封闭式盾构机 土压型 盾构机
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土压平衡盾构机原理及构造
一、 概述 土压平衡（Earth Pressure Balance） 盾构,简称EPB盾构。 刀盘切削下来的土 砂通过螺旋输送机、 皮带输送机输送至 运输小车内，由运 输小车送至吊土井 处，通过龙门吊吊 至地面的渣土坑内。


由上文公式可计算得Ql=37L/min，（8.2L/min）
QA=1.942m3/min.（430L/min）
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同步注浆

当盾构机掘进后，在管片与地层之间、管 片与盾尾壳体之间将存在一定的空隙，为 控制地层变形，减少沉降，并有利于提高 隧道抗渗性以及管片衬砌的早期稳定，需 要在管片壁后环向间隙采用同步注浆方式 填充浆液，即为同步注浆
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三、土压平衡式盾构机各部分的功能描述
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。
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刀盘的三大功能：
开挖功能：刀盘旋转时，刀具切削隧道掌子面的土体， 对掌子面的地层进行开挖，开挖后的渣土通过刀盘的开 口进入土仓； 稳定功能：支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能； 搅拌功能：对土仓能的渣土进行搅拌，使渣土具有一 定的塑性，然后通过螺旋机将渣土排出；


推进速度0.08cm/min，
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土体粒径百分比
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查土质级别与泡沫注入率关系表可得

X
0.074=14%，Y 0.42=44%，Z 2=100%，


d60=0.63，d10=0.06，
颗粒级别不均与系数Cu=d60/d10=10.5， 选取a=1.2， 求得I=24.5%，取I=25%，（7%） 泡沫膨胀率取E=16，
垂直提升设备主要是龙门式起重机。
砂浆搅拌设备主要包括强制式搅拌机和混凝土配料机。 通风设备主要包括主通风设备（一般采用轴流通风机）和辅助通风设备（盾构上的二次风机和局部 通风设备）。 供电系统主要包括箱式变压器（带高、低压开关）、备用电源（发电机）、已成洞段的照明线路和 灯具、应急照明设施等。
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土压平衡盾构机原理及构造
二、构造 土压平衡盾构机由主机及后配套辅助系统构成。 主机包括：盾壳、刀盘、刀盘驱动系统、推进系统、 螺旋输送机、管片安装器、盾尾密封装臵和人行闸 室。 后配套辅助系统包括：出碴系统、碴土改良系统、 管片运输系统、隧道导向系统、数据采集和处理系 统、同步注浆系统、液压泵站、注脂系统、控制系 统、供电系统、压缩空气系统、冷却水系统、通风 系统等。
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盾构机土压平衡掘进模式时的泡沫
调节原理是基于气液两态的机械混合。
水和发泡剂的混合是在后配 套区间完成的。发泡剂装在可更
换的罐中，发泡剂通过定量泵供
给，水从工业用水管路获得，二 者混合后再通过流量控制装臵供
给到相关管路。
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泡沫发生系统有三种操作模式：手动、半自动和全自动。空气和液体 的剂量是通过SPC 操作单元和流量计来计量的。是否进行调整主要是根
人行闸室提供有进入前端环状空间的通道。当需要进入土仓
内排除故障或调换刀具时，先在土仓内充入压缩空气以稳定开挖面， 然后作业人员通过人行闸室的加减压过渡进入土仓。
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土压平衡式盾构机辅助系统功能描述
后配套辅助系统包括：碴土改良系统、同步注浆系统、注脂系统、控制系统、
（1）润滑作用。气泡包围土
体，减小土体与土藏面板 的摩擦力，降低刀盘扭矩 （2）稳定土舱压力。因泡沫 中的气泡具有可压缩性， 能减少土舱压力的波动性 （3）改善土体流塑性，可降 低土体粘性。 （4）阻水性，因气泡填充了 土体颗粒间隙，使其渗透 性减小，止水性增强。
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盾构发展历史及现状
3、我国的盾构历史
1954 年、 1957 年分别在阜新、北京进行小口径盾构工 法的尝试 1963年在上海进行网格式挤压盾构法的试验 1988年延安东路过江隧道建成（网格式盾构） 1994年延安东路过江隧道复线建成（泥水平衡盾构） 上世纪九十年代开始盾构工法在地铁施工领域中得到 广泛的应用
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土压平衡式盾构机各部分的功能描述
3、刀盘驱动系统
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土压平衡式盾构机各部分的功能描述
2、推进系统

盾构掘进的前进动力是靠 液压系统带动若干个推进 油缸工作所组成的推进机 构，它是盾构重要的基本 构造之一。

（1）为盾构前进提供足 够的动力；
（2）控制盾构的前进速 度，与出碴速度相配合， 实现土压平衡状态； （3）能够控制盾构的姿 态，实现盾构的纠偏及转 向要求 29
据掘进速度、支持压力和所给的配方来决定。
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刀盘前体泡沫出口举例
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泡沫的使用参量
泡沫混合液，膨胀率，注入率是泡沫使用的3个主要参数： 1.膨胀率E=泡沫量/混合液量，0-25之间，一般取8-15； 2.注入率I=泡沫注入量/开挖土方量，一般取5%-65%； 3.所需混合液流量为：
Ql=AVI/E，
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盾尾注脂系统
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盾尾注脂系统的作用

盾尾密封系统是采用三道钢丝刷，双室中注入油脂起到盾
尾管片处与外界浆液层隔绝及润滑的作用。 盾尾密封要求能承受0.3-0.4Mpa的泥水压力而不漏。 盾尾密封脂都是采用机泵加入,因此盾构机密封脂中最重 要的性能即是泵送性和抗水密封性,另外还应具有较好的

土压平衡式盾构机各部分的功能描述
2、螺旋输送机及出渣系统

螺旋输送机主要由驱 动马达、筒壁、螺旋 轴、减速箱及闸门所 组成的出土机构，它 是盾构重要的基本构 造之一。 控制盾构的出渣速度 ，与掘进速度和泡沫 参数相配合，实现土 压平衡状态；

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土压平衡式盾构机各部分的功能描述
2、管片拼装系统 管片拼装机，又称举重臂，是一种设置在盾尾部位， 并可以迅速把管片拼装成确定形式的起重机械，用于 单块衬砌管片的就位，它由回转系统、提升系统、平 移系统和管片夹取系统构成，其中主要部件有驱动马 达、传动齿轮、回转盘体、悬臂梁、提升横梁、管片 夹取装置。
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土压平衡式盾构机各部分的功能描述
粘附性。
来自百度文库
盾尾密封在压注油脂后，能耐水压0.3-0.5Mpa，实际应 用中应根据工况压力而定。
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盾尾密封注入设备
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盾构配套设备介绍
盾构施工配套设备主要包括：轨道运输设备、二次运输设备、垂直提升设备、砂浆搅拌设备、通 风设备、供电系统、供水系统、排污系统、二次注浆设备等。 轨道运输设备主要包括牵引设备（一般采用电瓶车）、出渣设备、砂浆运输设备、管片运输设备、 电瓶充电设备。
面板式
刀盘由面板、刀具、槽口组成，特 点为：面板直接支撑掘削面，即具有挡 土功能，有利于掘削面稳定，适用于复 合地层，但粘土易粘附在面板表面，易 堵塞，在刀盘面板上形成泥饼，进而影 响掘削质量。
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土压平衡式盾构机各部分的功能描述
2、盾壳
盾壳一般是一个用厚不锈钢板焊接成的圆柱筒体，是 承受地下水、土压力、盾构千斤顶的推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。盾构机所有系统都 安装在盾体内。 盾壳沿长度方向分为前盾、中盾和尾盾三部分。尾盾 后部安装有盾尾密封装臵。
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⑴刀盘切削系统：位于切口环内，由盘体、切削刀、 仿形刀、传动箱、集中润滑系统组成。 ⑵推进系统：由若干组推进千斤顶组成。 ⑷螺旋输送机系统：将切削下来的土体输送到皮带机 或编组列车内,是控制密封舱内保持一定土压与开挖 面土压和水压平衡的关键。 ⑸管片拼装系统：用于隧道管片拼装. 由回转盘体 、悬臂梁、提升横梁、举重钳，以及千斤顶等组成。