盾构机功能原理
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闭胸式即土压平衡 模式用于围岩不稳定或 水压高、水量大的地层。
4.2土压平衡盾构的组成
刀盘 前体 刀盘驱动和刀盘支承 中体 铰接装置 推进系统 盾尾 螺旋输送机 皮带输送机 碴土改良系统 同步注浆系统 盾尾密封系统 管片安装机 数据采集系统 导向系统
盾构设备主要组成部分示意图
1.土体，2.刀盘，3.土仓，4.压力墙，5.油缸，6.螺旋机， 7.拼装机，8.衬砌
2. 盾构的“类型”
盾构的“类型”是指与特定的盾构施工环 境，特别是与特定的基础地质、工程地质 和水文地质特征相匹配的盾构的种类。
根据施工环境，隧道掘进机的“类型”分 为软土盾构、硬岩掘进机(TBM)、复合盾 构三类。因此，盾构的“类型”分为软土 盾构和复合盾构两类。
软土盾构：软土盾构是指适用于未固结成 岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强 风化围岩条件下的一类盾构。
土压平衡盾构机的组成
(2) 压力舱
(4) 推进装置
(6) 附属装置
头部可以安全地开挖地层 ,尾部可以装配预 制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬 砌。
盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。
盾构机定义
盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾 构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一 体，具有开挖切削土体、输送土碴、同步衬砌注浆、 拼装隧道衬砌管片、测量导向纠偏等功能，涉及地 质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量 等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“定 制式”的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机 已广泛用于地铁、铁路、地下公路、城市市政、水 电等隧道工程。
1996年——上海地铁2号线开始建设， 以后陆续建设3号线、4号线、M8线、 6号线
1996年——广州开始建设1号线，以 后陆续建设2号线、3号线、5号线
2000年——北京地铁5号线盾构实验段开始设 计施工。
2001年——深圳地铁1号线、南京地铁1号线 开始建设。
2002年——北京地铁5号线正式开工，以后4 号线、10号线、机场线、地下直径线陆续开工。
盾构机功能原理
顾剑刚
中铁四局集团有限公司
世界盾构技术发展概况
1818年——布鲁尔（ Brunel ）研 究出了开敞式手掘盾构机，1823年 在伦敦泰晤士河水底公路隧道进行 了盾构试验，后因坍方事故中止。 Brunel对盾构进行了改进，于1834 年使工程再次上马，历时7年于 1841年隧道贯通。
在掌子面足够稳定并且涌水能够被控制时， 采用‘敞开’模式作业。
在敞开模式下，刀具切削开挖面土体，切 削土进入土仓，通过位于土仓底部的螺旋输送 机将碴土排出。在土仓的底部，要有足够的碴 土供应螺旋输送机出碴用，土仓的其他空间是 空的。
敞开模式下，土仓通过螺旋输送机的出料 口与隧道相通。当推进停止时，可以随时进入 开挖仓而无需采取其他措施。
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。
Fra Baidu bibliotek
中国地铁工程盾构技术的发展
20世纪60年代——北京城建集团前身 基建工程兵为修建北京地铁，自己研 制网格式压缩混凝土盾构机成功地进 行了试验。
1990年——上海地铁1号线，采用了7 台盾构机共掘进了18Km
4.1盾构的“模式”
盾构的“模式”是指在一定“型”的基础 上，根据特定的盾构施工环境，在确保开 挖面稳定的前提下，盾构所采用的最有效 的“出碴”方式。
“模式”是盾构的一种操作方式。 土压平衡盾构的 “模式”可分为敞开式、
半敞开式、闭胸式三种。
泥水盾构的“模式”可分为泥水平衡模式 和气压复合模式两种。
盾构按支护地层的形式主要分为自然支护 式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆 支护式、土压平衡支护式五种机型。
目前应用最广的是土压平衡盾构(土压平衡 支护式)和泥水盾构(泥浆支护式)两种机型。
土压平衡盾构机
泥水盾构机
泥水盾构机
4. 土压盾构的结构原理
土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板， 在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土， 破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和 排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土， 依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土 渣加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的 水土压力。
软土盾构的主要特点是刀盘仅安装切刀、 先行刀和刮刀，无需滚刀。
复合盾构
复合盾构是指既适用于软土、又适用于硬 岩的一类盾构，主要用于既有软土又有硬 岩的复杂地层施工。
复合盾构的主要特点是刀盘既安装有切刀、 撕裂刀和刮刀，又安装有滚刀。
3. 盾构的“机型”
盾构的“机型”是指在根据工程地质和水 文地质条件，盾构所采用的最有效的开挖 面支护形式。
2002年——天津地铁1号线开工建设。 2006年——沈阳地铁1号线开工建设。 目前已有35个城市正在修建地铁。
主要内容
1.概述 2.盾构机类型 3.盾构机机型 4.土压平衡盾构机原理 5泥水平衡盾构机原理
1.概述
盾构是一种钢制的活动防护装置或活动支 撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海 底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。
1869年——采用Greathead新开发的圆形盾构铸铁管片，在伦敦泰晤士 河水底第二条隧道。1887年——气压盾构在南伦敦铁路隧道中应用。
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。
复合式土压平衡盾构 具有三种模式，即: 敞开式、半敞开式 （加气模式）、闭胸 式(土压平衡模式)
敞开式模式
加气模式（半敞开模
土压平衡模式
在掌子面具有足够的自稳能力，且水压小 于1.5bar的地层中，采用半敞开模式掘进。半 敞开式作业时，土仓下部是刀盘切削下来的碴 土，上部为压缩空气。半敞开式作业的开挖和 推进与敞开式作业基本一致。
4.2土压平衡盾构的组成
刀盘 前体 刀盘驱动和刀盘支承 中体 铰接装置 推进系统 盾尾 螺旋输送机 皮带输送机 碴土改良系统 同步注浆系统 盾尾密封系统 管片安装机 数据采集系统 导向系统
盾构设备主要组成部分示意图
1.土体，2.刀盘，3.土仓，4.压力墙，5.油缸，6.螺旋机， 7.拼装机，8.衬砌
2. 盾构的“类型”
盾构的“类型”是指与特定的盾构施工环 境，特别是与特定的基础地质、工程地质 和水文地质特征相匹配的盾构的种类。
根据施工环境，隧道掘进机的“类型”分 为软土盾构、硬岩掘进机(TBM)、复合盾 构三类。因此，盾构的“类型”分为软土 盾构和复合盾构两类。
软土盾构：软土盾构是指适用于未固结成 岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强 风化围岩条件下的一类盾构。
土压平衡盾构机的组成
(2) 压力舱
(4) 推进装置
(6) 附属装置
头部可以安全地开挖地层 ,尾部可以装配预 制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬 砌。
盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。
盾构机定义
盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾 构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一 体，具有开挖切削土体、输送土碴、同步衬砌注浆、 拼装隧道衬砌管片、测量导向纠偏等功能，涉及地 质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量 等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“定 制式”的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机 已广泛用于地铁、铁路、地下公路、城市市政、水 电等隧道工程。
1996年——上海地铁2号线开始建设， 以后陆续建设3号线、4号线、M8线、 6号线
1996年——广州开始建设1号线，以 后陆续建设2号线、3号线、5号线
2000年——北京地铁5号线盾构实验段开始设 计施工。
2001年——深圳地铁1号线、南京地铁1号线 开始建设。
2002年——北京地铁5号线正式开工，以后4 号线、10号线、机场线、地下直径线陆续开工。
盾构机功能原理
顾剑刚
中铁四局集团有限公司
世界盾构技术发展概况
1818年——布鲁尔（ Brunel ）研 究出了开敞式手掘盾构机，1823年 在伦敦泰晤士河水底公路隧道进行 了盾构试验，后因坍方事故中止。 Brunel对盾构进行了改进，于1834 年使工程再次上马，历时7年于 1841年隧道贯通。
在掌子面足够稳定并且涌水能够被控制时， 采用‘敞开’模式作业。
在敞开模式下，刀具切削开挖面土体，切 削土进入土仓，通过位于土仓底部的螺旋输送 机将碴土排出。在土仓的底部，要有足够的碴 土供应螺旋输送机出碴用，土仓的其他空间是 空的。
敞开模式下，土仓通过螺旋输送机的出料 口与隧道相通。当推进停止时，可以随时进入 开挖仓而无需采取其他措施。
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。
Fra Baidu bibliotek
中国地铁工程盾构技术的发展
20世纪60年代——北京城建集团前身 基建工程兵为修建北京地铁，自己研 制网格式压缩混凝土盾构机成功地进 行了试验。
1990年——上海地铁1号线，采用了7 台盾构机共掘进了18Km
4.1盾构的“模式”
盾构的“模式”是指在一定“型”的基础 上，根据特定的盾构施工环境，在确保开 挖面稳定的前提下，盾构所采用的最有效 的“出碴”方式。
“模式”是盾构的一种操作方式。 土压平衡盾构的 “模式”可分为敞开式、
半敞开式、闭胸式三种。
泥水盾构的“模式”可分为泥水平衡模式 和气压复合模式两种。
盾构按支护地层的形式主要分为自然支护 式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆 支护式、土压平衡支护式五种机型。
目前应用最广的是土压平衡盾构(土压平衡 支护式)和泥水盾构(泥浆支护式)两种机型。
土压平衡盾构机
泥水盾构机
泥水盾构机
4. 土压盾构的结构原理
土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板， 在刀盘的旋转作用下，刀具切削开挖面的泥土， 破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和 排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土， 依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土 渣加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的 水土压力。
软土盾构的主要特点是刀盘仅安装切刀、 先行刀和刮刀，无需滚刀。
复合盾构
复合盾构是指既适用于软土、又适用于硬 岩的一类盾构，主要用于既有软土又有硬 岩的复杂地层施工。
复合盾构的主要特点是刀盘既安装有切刀、 撕裂刀和刮刀，又安装有滚刀。
3. 盾构的“机型”
盾构的“机型”是指在根据工程地质和水 文地质条件，盾构所采用的最有效的开挖 面支护形式。
2002年——天津地铁1号线开工建设。 2006年——沈阳地铁1号线开工建设。 目前已有35个城市正在修建地铁。
主要内容
1.概述 2.盾构机类型 3.盾构机机型 4.土压平衡盾构机原理 5泥水平衡盾构机原理
1.概述
盾构是一种钢制的活动防护装置或活动支 撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海 底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。
1869年——采用Greathead新开发的圆形盾构铸铁管片，在伦敦泰晤士 河水底第二条隧道。1887年——气压盾构在南伦敦铁路隧道中应用。
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。
复合式土压平衡盾构 具有三种模式，即: 敞开式、半敞开式 （加气模式）、闭胸 式(土压平衡模式)
敞开式模式
加气模式（半敞开模
土压平衡模式
在掌子面具有足够的自稳能力，且水压小 于1.5bar的地层中，采用半敞开模式掘进。半 敞开式作业时，土仓下部是刀盘切削下来的碴 土，上部为压缩空气。半敞开式作业的开挖和 推进与敞开式作业基本一致。