《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：S

1、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。

2、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。

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)。

3、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；

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。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌、再传到竖井或基坑的后靠壁上。

●盾构是进行土方开挖、正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具

●盾构是一个既能支承地层压力，又能在地层中推进的钢筒结

●钢筒的前面设置各种支撑和挖土装置；钢筒的中段周圈内安装顶进千斤顶；钢筒的尾部可安置数环隧道衬砌

●盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。

5、盾构技术的发展

盾构作为一种安全、快速的隧道掘进技术，经历了四个发展阶段：以布鲁诺尔（Brunel，1818)盾构为代表的初期盾构；

以机械式、气压式、网格式盾构代表的第二代盾构；

以闭胸式盾构为代表（泥水式、土压式）的第三代盾构；

以异型化、多功能、综合化为各自特色的第四代盾构。

6、盾构的分类：

盾构机的机型种类很多。根据地层条件和具体施工方法的不同，隧道盾构机可分为硬岩隧道掘进机(即TMB)、软岩隧道盾构机。而按开挖面的闭合程度，可分为开敞式、半开敞式和封闭式。

全开敞式盾构：手掘式盾构、半机械式盾构、机械式盾构

半开敞式盾构：挤压式盾构、网格盾构

封闭式盾构：土压平衡盾构、泥水加压平衡盾构

7、盾构机的适用范围

（1）泥水加压平衡盾构机

泥水加压平衡盾构由盾壳、开挖机构、推进机构、送排泥浆机构、拼装机构及附属装置组成。是目前各种盾构中最复杂、价格最贵的一

种。

适用范围较大，多用于含水率高的软弱土质中，是一种低沉降、较安全的施工机械，对稳定的地层优点尤为明显，其工作效率要高于土压平衡盾构机，但随着土砂百分比的增加，会出现泥水分离难度增大的不足。

泥水平衡盾构机的主要生产厂商有：日本川崎重工、三菱重工、小松盾构以及德国的海瑞克公司等。

（2）土压平衡盾构机

土压平衡盾构是在泥水加压盾构基础上开发的一种新型盾构。主要由盾壳、开挖机构、推进机构、排土机构、拼装机构及附属装置组成。土压平衡盾构通过对压管理，保持土压或土碴量的相对平衡与稳定来进行工作。

广泛适用于对冲积粘土、洪积粘土砂质土、砂、砂砾、卵石等地质的施工，不需分离装置，占地面积少，施工时的覆土层可相对较浅。

主要生产厂商有：日本川崎重工、德国海瑞克公司、加拿大罗浮特 (lovat)公司等。

（3）组合式盾构机：组合式盾构机开挖面稳定，施工方法可视土质情况的变化而转换，因此适应范围较广，根据需要可以从土压平衡转换为泥水加压方式，土料输送可由螺旋输料器转为泥浆及管道输送。有一定知名度的产品有川崎重工推出的直径为10.2m组合式盾构机产品；德国的海瑞克出品的直径为14.2m的盾构机。

（4）全断面硬岩掘进机（TBM掘进机）：全断面硬岩掘进机是由

盾构技术发展而来。通常适用于硬基地层。特点是稳定性良好、施工速度快、隧道成型好、对周围环境影响小。

（5）微型盾构机：行业内通常把直径小于3m的盾构称为微型盾构。主要用于市政供排水管道，电缆管道等的建造。

8、盾构选型的特点

（1）与其它隧道施工方法不同，盾构机是根据每一个施工区段的地质条件、地下水条件、隧道断面大小、区间线路条件、周围建筑物环境等条件进行设计制作。所以，盾构机不是通用机械，而是针对于某种特定地质条件的专用机械。也就是说一般很难将盾构机转用到设计隧道以外的工程中加以利用。

（2）盾构机在地下的施工是不可后退的。当盾构机在地下开始掘进施工后，就很难对盾构机的结构组成进行修改。除刀头等部位可以通过特殊的设计得到更换以外，盾构刀盘、压力舱、排土器、推进系统等很难在施工过程中进行修改。

9、盾构机选型及定购的依据

a.土质条件、岩性

b.开挖面稳定

c.隧道埋深、地下水位

d.设计隧道的断面

e.环境条件、沿线场地

f.衬砌类型

g.工期；造价

h.辅助工法

i.设计路线、线形、坡度

j.电气等其他设备条件