第14讲盾构机分类及选型-
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开挖直径： 前护盾直径： 主机长度： 总长度包括后配套： 总重量包括后配套： 最小曲线半径：
盾构机总体设计范围
8
2020/4/10
(5)按掘土出土器械的机械化程度程度分类 人工挖掘式 、半机械掘削式、机械掘削式
◆手掘式盾构
机械工程学院
◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
9
2020/4/10
(6)按掘削面的加压平衡方式分类 外加支承式 气压式 泥水式 土压式
机械工程学院
10
2020/4/10
(7)按刀盘运动形式分类
方式的盾构
圆形转动掘削式 转动掘削式 行星游动掘削式
中心支承式 中间支承式 周边支承式
扇形转动掘削式
矩形多轴摇动掘削式
多轴摇动掘削式 圆形多轴摇动掘削式 其它断面形状多轴摇动掘削式
摆动掘削式
横向摆动掘削式(矩形) 纵向摆动掘削式(矩形)
机械工程学院
11
2020/4/10
(8)按盾构机特殊构造分类
中折盾构 球体盾构 异径母子盾构 重心靠前盾构 特殊构造的盾构 现场换刀盾构 可直接掘削前障碍物盾构 机体可分可合盾构 固体回收盾构 倾斜中空轴全断面机内注浆盾构 倾斜中空轴全断面机内注浆+活动前檐盾构
《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
机械工程学院
主讲：郭京波 教授
1
2020/4/10
主要内容
1 盾构机分类 2 盾构机选型 3 盾构机选型举例
机械工程学院
2
2020/4/10
1 盾构机分类
(1) 按掘削地层分类
硬岩盾构（TBM） 软岩盾构 软土盾构 硬岩软土盾构
机械工程学院
（1）工期条件的制约 （2）造价因素的制约 （3）环境因素的制约 （4）基地条件的制约 （5）设计路线、平面竖向曲线形状的制约
机械工程学院
20
2020/4/10
3 盾构机选型举例
3.１武汉地铁的路线与地质
机械工程学院
21
二号线穿越汉口和武昌，隧 道穿越地质种类比较全面： 粘土、粉质粘土、 淤泥质粉质粘土、 粉细砂、中粗砂、 砂 岩、粉砂岩、 石英砂岩、炭质灰岩、 钙质泥岩、强风化泥岩、 强风化含碳硅质页岩等。
(10)按盾构隧道衬砌施工方法分类
衬砌施工方法不 二次衬砌法（管片为一次衬砌，另行浇注二次衬砌）
同的盾构方法
一次衬砌法（仅保留管片一次衬砌，略去二次衬砌）
包缠保护膜盾构工法（为提高隧道衬砌的止水性和耐久性，在盾构机内对管片外
盾构
侧进行包缠保护膜施工）
现场浇注混凝土
盾尾内空架设钢筋浇注混凝土做衬法(照片6.1.12)
添加剂增加塑性
很高渗透 性 10-2
高渗透性10-3
10-4
一般渗透性
10-5
砂
砾石
高浓度膨润土 复合式盾构
EPB + 添加剂
粘稠度系数 IC
渗透系数 k [m/s]
弃土容重
泡沫
EPB盾构 泥水盾构
1,05
1,40 1,50
19
2,00
2,20
2020/4/10
工作舱内 土体容重
[t/m³]
盾构掘进机选型的其他条件
TBM
双护盾
3
2020/4/10
软土盾构
机械工程学院
复合盾构
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2020/4/10
(2) 按盾构机横截面形状分类
半圆形 圆形 椭圆形 马蹄形 双圆搭接形 三圆搭接形 矩形
机械工程学院
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2020/4/10
机械工程学院
6
2020/4/10
(3) 按盾构机横截面的形状分类
超小型盾构
φ<1m
2020/4/10
3.2 本工程重点/难点
偏软地层导致的地表沉降 由于硬质附着性粘土导致的刀盘与土仓的堵塞 丰富的地下水与水压的问题 软质风化岩\砂岩\泥岩\半固结粘土\淤泥的掘进 膨胀性陈旧粘土导致的盾构机推力增加 附着性粘土与基岩的掘进 掘进途中的刀具更换
机械工程学院
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衬砌法(ECL工法) PC-ECL工法
边掘进边组装管片盾构工法
机械工程学院
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(11)综合分类
机械工程学院
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2 盾构机选型
盾构掘进机选型依据 (1) 土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成分等个参数） (2) 开挖面稳定（自立性能） (3) 隧道埋深、地下水位 (4) 设计隧道的断面 (5) 环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性） (6) 衬砌类型 (7) 工期 (8) 造价 (9) 宜用的辅助工法 (10) 设计路线、线形、坡度 （11）电气等其他设备条件
颗粒直径 d单位mm
Slurry
0,6 2,0
6,0
20,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 60,0
机械工程学院
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2020/4/10
不同地质条件下全断面掘进机选型
机械工程学院
0,25
柔软
0,50
软
0,75
硬
1,00
坚硬
粘土
粉土
EPB模式
添加剂
防止堵塞
EPB
敞开模式
3.3 隧道管片参数
项目 管片类型
分块形式 外径(O.D.) 内径(I.D.) 厚度 管片宽度 单片管片最大重量
参
数
备注
普通预制增强水泥管片安装衬砌，包括纵向封顶块
5 +1个封顶块
6.00 m
5.40 m
300mm
1.5m
约4t
机械工程学院
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2020/4/10
3.４ 盾构机总体参数（方案）
盾构机总体设计范围及主要尺寸
小型盾构
3.5m≥φ≥1m
中型盾构
6m≥φ≥3.5m
大型盾构
14m≥φ≥6m
超大型盾构
18m≥φ≥14m
特大型盾构
φ>18m
机械工程学院
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(4) 按掘削面的敞开程度分类
全部敞开式：无盖敞开式、有盖敞开式 部分敞开式：网格式 封闭式：中心支承式、中间支承式、周边支承式
机械工程学院
机械工程学院
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(9)按盾构机的功能、用途分类
不同用途的盾构
直角弯隧道盾构
偏心急弯曲线盾构
大坡度盾构
地中对接盾构
CID 工法 MSD 工法
侧接盾构
站盾构分岔盾构
路线可变扭曲盾构
竖向掘削盾构
扩掘盾构 变径盾构 大深度盾构 长距离盾构 高速掘进盾构
上掘盾构 下掘盾构
机械工程学院
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机械工程学院
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盾构掘进机选型的一般程序
机械工程学院
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不同地质条件下全断面掘进机选型
筛分通过率 <d %
粒径分布曲线
泥土粒径
筛分粒径
粉质土
粘土 细 100
中粗 粗
90
砂
细
中粗 粗
砾石
细Fra Baidu bibliotek
中粗 粗
80
70 60
EPB
50
40
Foam
30
20
10 0 0,001 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2
盾构机总体设计范围
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(5)按掘土出土器械的机械化程度程度分类 人工挖掘式 、半机械掘削式、机械掘削式
◆手掘式盾构
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◆半机械式盾构 ◆网格式盾构
9
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(6)按掘削面的加压平衡方式分类 外加支承式 气压式 泥水式 土压式
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(7)按刀盘运动形式分类
方式的盾构
圆形转动掘削式 转动掘削式 行星游动掘削式
中心支承式 中间支承式 周边支承式
扇形转动掘削式
矩形多轴摇动掘削式
多轴摇动掘削式 圆形多轴摇动掘削式 其它断面形状多轴摇动掘削式
摆动掘削式
横向摆动掘削式(矩形) 纵向摆动掘削式(矩形)
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(8)按盾构机特殊构造分类
中折盾构 球体盾构 异径母子盾构 重心靠前盾构 特殊构造的盾构 现场换刀盾构 可直接掘削前障碍物盾构 机体可分可合盾构 固体回收盾构 倾斜中空轴全断面机内注浆盾构 倾斜中空轴全断面机内注浆+活动前檐盾构
《大型施工机械》——盾构机部分
第十四讲
盾构机的分类及选型
机械工程学院
主讲：郭京波 教授
1
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主要内容
1 盾构机分类 2 盾构机选型 3 盾构机选型举例
机械工程学院
2
2020/4/10
1 盾构机分类
(1) 按掘削地层分类
硬岩盾构（TBM） 软岩盾构 软土盾构 硬岩软土盾构
机械工程学院
（1）工期条件的制约 （2）造价因素的制约 （3）环境因素的制约 （4）基地条件的制约 （5）设计路线、平面竖向曲线形状的制约
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3 盾构机选型举例
3.１武汉地铁的路线与地质
机械工程学院
21
二号线穿越汉口和武昌，隧 道穿越地质种类比较全面： 粘土、粉质粘土、 淤泥质粉质粘土、 粉细砂、中粗砂、 砂 岩、粉砂岩、 石英砂岩、炭质灰岩、 钙质泥岩、强风化泥岩、 强风化含碳硅质页岩等。
(10)按盾构隧道衬砌施工方法分类
衬砌施工方法不 二次衬砌法（管片为一次衬砌，另行浇注二次衬砌）
同的盾构方法
一次衬砌法（仅保留管片一次衬砌，略去二次衬砌）
包缠保护膜盾构工法（为提高隧道衬砌的止水性和耐久性，在盾构机内对管片外
盾构
侧进行包缠保护膜施工）
现场浇注混凝土
盾尾内空架设钢筋浇注混凝土做衬法(照片6.1.12)
添加剂增加塑性
很高渗透 性 10-2
高渗透性10-3
10-4
一般渗透性
10-5
砂
砾石
高浓度膨润土 复合式盾构
EPB + 添加剂
粘稠度系数 IC
渗透系数 k [m/s]
弃土容重
泡沫
EPB盾构 泥水盾构
1,05
1,40 1,50
19
2,00
2,20
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工作舱内 土体容重
[t/m³]
盾构掘进机选型的其他条件
TBM
双护盾
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软土盾构
机械工程学院
复合盾构
4
2020/4/10
(2) 按盾构机横截面形状分类
半圆形 圆形 椭圆形 马蹄形 双圆搭接形 三圆搭接形 矩形
机械工程学院
5
2020/4/10
机械工程学院
6
2020/4/10
(3) 按盾构机横截面的形状分类
超小型盾构
φ<1m
2020/4/10
3.2 本工程重点/难点
偏软地层导致的地表沉降 由于硬质附着性粘土导致的刀盘与土仓的堵塞 丰富的地下水与水压的问题 软质风化岩\砂岩\泥岩\半固结粘土\淤泥的掘进 膨胀性陈旧粘土导致的盾构机推力增加 附着性粘土与基岩的掘进 掘进途中的刀具更换
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衬砌法(ECL工法) PC-ECL工法
边掘进边组装管片盾构工法
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(11)综合分类
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2 盾构机选型
盾构掘进机选型依据 (1) 土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成分等个参数） (2) 开挖面稳定（自立性能） (3) 隧道埋深、地下水位 (4) 设计隧道的断面 (5) 环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性） (6) 衬砌类型 (7) 工期 (8) 造价 (9) 宜用的辅助工法 (10) 设计路线、线形、坡度 （11）电气等其他设备条件
颗粒直径 d单位mm
Slurry
0,6 2,0
6,0
20,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 60,0
机械工程学院
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不同地质条件下全断面掘进机选型
机械工程学院
0,25
柔软
0,50
软
0,75
硬
1,00
坚硬
粘土
粉土
EPB模式
添加剂
防止堵塞
EPB
敞开模式
3.3 隧道管片参数
项目 管片类型
分块形式 外径(O.D.) 内径(I.D.) 厚度 管片宽度 单片管片最大重量
参
数
备注
普通预制增强水泥管片安装衬砌，包括纵向封顶块
5 +1个封顶块
6.00 m
5.40 m
300mm
1.5m
约4t
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3.４ 盾构机总体参数（方案）
盾构机总体设计范围及主要尺寸
小型盾构
3.5m≥φ≥1m
中型盾构
6m≥φ≥3.5m
大型盾构
14m≥φ≥6m
超大型盾构
18m≥φ≥14m
特大型盾构
φ>18m
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(4) 按掘削面的敞开程度分类
全部敞开式：无盖敞开式、有盖敞开式 部分敞开式：网格式 封闭式：中心支承式、中间支承式、周边支承式
机械工程学院
机械工程学院
12
2020/4/10
(9)按盾构机的功能、用途分类
不同用途的盾构
直角弯隧道盾构
偏心急弯曲线盾构
大坡度盾构
地中对接盾构
CID 工法 MSD 工法
侧接盾构
站盾构分岔盾构
路线可变扭曲盾构
竖向掘削盾构
扩掘盾构 变径盾构 大深度盾构 长距离盾构 高速掘进盾构
上掘盾构 下掘盾构
机械工程学院
13
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16
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盾构掘进机选型的一般程序
机械工程学院
17
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不同地质条件下全断面掘进机选型
筛分通过率 <d %
粒径分布曲线
泥土粒径
筛分粒径
粉质土
粘土 细 100
中粗 粗
90
砂
细
中粗 粗
砾石
细Fra Baidu bibliotek
中粗 粗
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EPB
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Foam
30
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