盾构机pppt

土压平衡式盾构机
泥土加压式盾构机
泥浆式盾构机
多圆式盾构机
矩形盾构机
硬岩掘进机——TBM
四、土压平衡式盾构机的构造
1.7盾构机的组成
• 盾构机主要由下列部件和系统构成：
• 有盾构壳、推进油缸 、刀盘、刀盘驱动、主轴 承、人闸仓、管片安装机、螺旋输送机、皮带 输送机等设备和装置； • 还有控制系统、液压系统、电力系统、通风系 统、密封润滑系统、隧道导向系统、报警装置； • 以及服务于盾构工作要求的后配套设备、运输 设备、注浆设备等辅助设备。
国外盾构技术的发展
日本东京湾海底隧道泥水式盾构机
日ຫໍສະໝຸດ Baidu东京湾海底隧道盾构机示意图
1992年，日本研制成世界上第一台三圆泥水加压式盾构，并成功地 用于大阪市地铁7号线“商务公园站”车站工程施工。
（1）起步阶段(20世纪60年代-80年代初)：
（2）平稳发展阶段(20世纪80年代中-2000年) ：
一、盾构法的起源和发展简介
1.定义：
盾构是盾构掘进机的简称，是在钢壳体保护下完成隧道掘进， 拼装作业，由主机和后配套组成的机电一体化设备。
2.盾构法建设隧道的起源
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。当时设计了两种方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由 液压千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。第一种方法后 来被采用，并得到了推广应用，演变为成熟的盾构法。
（2）盾构法施工隧道机械化、自动化程度高 。 盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、 智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快， 施工劳动强度较低；
（3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环 境不受盾构施工干扰。在松软地层中，开挖埋置 深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技 术、安全、军事等方面的优越性。
• （3）盾构机制造周期长，造价较昂贵，盾 构的拼装、转移等较复杂，建造短于750m 的隧道经济性差。
500kW。
1992年6月，上海市承建上海地铁1号线上海火 车站～汉中路车站区间，采用盾构法隧道施工， 1993年4月全线贯通。 1993年8月，上海承建上海地铁1号线黄陂路
站～陕西路站区间隧道，1994年4月全线贯通。
盾构的分类
• 为适应各种不同的土质，所以形成盾构的 种类繁多。按其构造特点和开挖方法，可 归纳为以下4类。
4刀盘
4.2刀盘的材料
• 刀盘的结构材料为Q345B 、16MnR、 GS52或 相当于这种材料的铸钢。
刮刀 ：
• • • • 刮刀安装在碴土通道的一侧。 高质量的碳质刀刃, 宽度 100mm。 可以从刀盘后面更换刀具。
刮刀示意图
铲刀 ：
• 铲刀的设计保证了快速、清洁的开挖； • 它们可以双向进行开挖,同时保证了开挖直径的 稳定不变。 • 铲刀用可更换的螺纹固定到钢结构上，因此， 可以被单独更换。
C类：机械式闭胸盾构
• 正面封闭舱中加压，刀盘切削土体的，称 局部气压盾构； • 正面密封舱中设泥浆或泥浆加气压平衡装 置的称泥水平衡盾构、泥水加压式平衡盾 构； • 正面密封舱中设土压或土压加泥水式平衡 装置的，称土压平衡盾构或加泥式土压平 衡盾构。
D类：TBM盾构
• 在硬岩中（＞50MPa）使用的隧道掘进机 （TBM），分敞开型和密闭型，盾构正面 的切削由大刀盘加滚刀组成的复合刀盘。
•
当土舱中土体的压力增加至超过平 衡时的土压时，土舱中土体就会压紧开 挖面的土体，这会导致盾构前方的地面 隆起。当土舱中的土体压力小于平衡土 压时，通常会引起地面下沉。 • 土舱中的土体在压力的作用下通过螺旋 输送机被输送出去。
• • • •
土体的压力主要受下列因素影响： 掘进速度、 开挖土量、 土体改性所用添加剂的量。
铲刀示意图
仿形刀 ：
• 刀盘上安装了仿形刀。安装的仿形刀通过一个 行程（50mm海瑞克；120mm三菱）的油缸进 行操作。仿形刀的伸缩则在主控室内按每10° 事先加以设置控制。 • 盾构具有仿形超挖功能是目前盾构中较为先进 的一种，其仿形超挖方位、超挖量可根据不同 的施工要求而调整。
仿形刀示意图
3、盾构法施工的缺点
（1）需要隧道衬砌管片预制、运输、衬砌、 衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布 置、机械安装等施工技术的配合，系统工 程协调复杂；
（2）施工过程变化断面尺寸困难；只能前进， 不能后退，当隧道曲线半径过小或隧道埋 深较浅时，施工难度大，在饱和含水的松 软地层中施工，地表沉陷风险较大；
• 土压平衡模式：土舱是由土舱中的土体来 密封的，这些土体要被螺旋输送机运走， 它们可以通过盾构机系统提供的装置在螺 旋输送机中形成一段压力区段，从而保持 土舱压力稳定。 • 土压平衡盾构尤其适合在含有大量粘土、 壤土或粉土、低渗水性和含大量细颗粒的 粘性土壤中使用。
土压平衡模式
• 开放模式：当开挖面的土体的稳定性良好 时，土舱中的土体可以不经压力调节由螺 旋输送机输送出去。在这种情况下，不用 进行渣土改良。
1987年，上海市隧道工程公司承建市南站过江电缆隧道工程，成功设计了我国第一台直 径4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，由上海造船厂制造。
•
1990年12月，上海市隧道工程公司承建的上海合流污水治理工程6.1标过江隧道推进施工。 采用自己设计制造直径5.17m加泥式土压平衡盾构。盾构自重190t,总推力28800kN，总功率
3土压平衡式盾构机
4.土压平衡工作原理
• 4.1开挖 （见掘进动画） • 土体由旋转刀盘上的刀具切割下来，然 后通过刀盘开口挤入土舱，与土舱内已有 的粘性土浆混合。推进油缸的压力通过舱 壁传给土舱内土体，从而保证开挖面的稳 定。 • 当土舱内的土体不能再被土压力和水压力 压紧时，就达到了土压平衡，这时开挖面 的土压约等于土舱中土体的压力。
1825年，他第一次在伦敦泰晤土河下开始用一个断面高6.8m、宽11.4m，并由12个邻接的 框架组成的矩形盾构修建隧道。每一个框架分成3个舱，每一个舱里有一个工人，共有36个工 人。
第一条隧道施工的盾构机
1828年1月12日泰晤土河水涌入盾构机
1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧 道涌水。 1874年，工程师格瑞海德发现在强渗水的地层 中很难用压缩空气支撑隧道工作面，因此开发了用 液体支撑隧道工作面的盾构，通过液体流泥浆的形 式。 1876年英国人约翰·荻克英森·布伦敦和姬奥 基·布伦敦机械化盾构专利。（这一构想后来被用于 修建地铁隧道工程。） 1886年，格瑞海德在伦敦地下施工中将压缩空气方 法与盾构掘进相组合使用，在压缩空气条件下施工， 标志着在承压水地层中掘进隧道的一个重大进步，20 世纪初，大多数隧道都是采用格瑞海德盾构法修建的。 1917年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以 外第一个引进盾构法的国家。 1963年，土压平衡盾构首先由日本Sato Kogyo公 司开发出来。 1989年，日本最引人注目的泥水盾构隧道工程开 工。
刀具图片
土压平衡式盾构
• 土压平衡式盾构适用于含水量和粒度组成 比较适中的粉土、粘土、砂质粉土、砂质 粘土、夹砂粉粘土等土砂可以直接从掘削 面流入土舱及螺旋排土器的土质。但对含 砂粒量过多的不具备流动性的土质，不宜 选用。
泥水加压式盾构
• 泥水加压式盾构适用于冲积形成砂砾、砂、 粉砂、粘土层、弱固结的互层地基以及含 水率高开挖面不稳定的地层；洪积形成的 砂砾、砂、粉砂、粘土层以及含水很高固 结松散易于发生涌水破坏的地层，是一种 适用于多种土质条件的盾构型式。但是对 于难以维持开挖面稳定性的高透水性地基、 砾石地基，有时也要考虑采用辅助施工方 法。
开放模式
泡沫注入试验
1、盾构施工的特点 (1) 地下施工，必须面对复杂的地质条件和 敏感 的地面环境。 (2) 所用设备集成度高，技术含量高。 (3) 涉及的专业领域较多，对复合型人才有 较多需求。
2、盾构法施工的优点
（1）盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响。
• 在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不 受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、 气候等条件的影响，能较经济合理地保证 隧道安全施工；
A类：敞口式盾构或称普通盾构
• 有全部的或部分的正面支撑，人工或正、 反铲开挖； • 无正面支撑，人工或正、反铲开挖； • 正面有切削土体或软岩的刀盘。
B类：普通闭胸式盾构或称普通挤压式盾 构（半机械化盾构）
• 正面全部胸板封闭，挤压推进，留有可调 节进土孔口的面积，局部挤压推进； • 正面网格上覆全部或部分封板；或装调节 开挖面积的闸门，挤压、局部挤压推进。