盾构施工工艺技术介绍.pptx

1、盾构施工技术介绍 一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程Contents Page目录页 一、盾构机选型一、盾构机选型 一、盾构施工主要技术一、盾构施工主要技术明挖法矿山法掘进机（TunnelBoringMachine）常用隧道施工方法TBM硬岩掘进机盾构 一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程 一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程何为盾构？何为盾构？盾构法流程盾构法流程隧道掘进机隧道掘进机：在我国，习惯上将用于软土地层的称为盾构盾构，将用于岩石地层的称为TBM。盾构法英文名：shieldingmethod用带防护罩的特制机械(即盾构)在破碎岩层或土层中掘进隧洞的施工方法。可同时有序进行掘进、出碴

2、、拼装预制混凝土衬砌块。盾尾（盾尾（钢护筒）筒）衬砌管片砌管片 一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程18世纪末英国人提出在伦敦地下修建横贯通泰晤士河隧道的设想，并于1798年开始着手工作希望实现这个构想，但由于竖井挖不到预定深度，计划受挫，4年后他们决定在另一个地方建造连接两岸的隧道，随后工程再次开工，当掘进到最后30m时，开挖面激剧浸水，工程再次受阻。工程从开工到被迫终止用了5年时间，此后修建横贯泰晤士河隧道的计划在以后10年内没有任何进展。1818年，Brunel（布鲁内尔）观察小虫腐蚀木船底板成洞的经过，从而得到启发，在此基础上提出了盾构工法，并得到专利。这就是所谓开放型手掘式盾构的原型

3、，Brunel对自己的新工法非常自信，于1823年拟定了修建另一条泰晤士河隧道的计划，随后这个计划得到英国国会批准，于1825年动工，初期，工程进展顺利，但后来由于地层下沉，工程被迫中止。但Brunel并没有灰心，总结了失败的教训后，对盾构做了7年改进后，于1834年再次开工，又经过7年施工，终于在1841年贯通隧道。自Brunel向泰晤士河隧道发起战到胜利，前后经历了20个春秋，此时，他已是72岁的老人。Brunel对盾构工法的贡献极为卓著，这是后人的一致评价。盾构机的由来盾构机的由来开放型手掘式盾构开放型手掘式盾构 一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程盾构机的四个阶段：盾构机的四个阶段：n

4、开挖断面：开挖断面：单圆盾构、双单圆盾构、双圆圆盾构、三圆盾构、盾构、三圆盾构、矩形盾构、矩形盾构、异形盾构异形盾构、自由断面盾构等。自由断面盾构等。分类分类n稳定掌子面介质：土压平衡盾构、泥水平衡盾构。稳定掌子面介质：土压平衡盾构、泥水平衡盾构。n其中土压平衡盾构根据地层条件可采用敞开式（大气压力）、气压其中土压平衡盾构根据地层条件可采用敞开式（大气压力）、气压平衡式（压缩空气）、平衡式（压缩空气）、土压平衡式土压平衡式（改良后的碴土）三种模式掘（改良后的碴土）三种模式掘进。进。一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程双圆盾构掘进机三圆盾构掘进机 分类（按开挖断面）分类（按开挖断面）单圆盾构掘进

5、机 一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程异型盾构掘进机矩形盾构开挖成型隧道 分类（按开挖断面）分类（按开挖断面）一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程自由断面盾构球形刀盘及主驱动 分类（按开挖断面）分类（按开挖断面）一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程 分类（稳定掌子面介质）分类（稳定掌子面介质）根据平衡开挖面平衡介质（出渣方式）可分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构。根据平衡开挖面平衡介质（出渣方式）可分为土压平衡盾构和泥水平衡盾构。土压平衡盾构土压平衡盾构泥水平衡盾构泥水平衡盾构 一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程土压（泥水）平衡原理土压（泥水）平衡原理 土压（泥水）平衡模式是在盾构开挖时，利用

6、土仓内的土压（泥水压）土压（泥水）平衡模式是在盾构开挖时，利用土仓内的土压（泥水压）或加注辅助材料产生的压力来平衡开挖面的土压及地下水压力，以避免或加注辅助材料产生的压力来平衡开挖面的土压及地下水压力，以避免掌子面坍塌或地层失水过多而引起地表下沉的一种盾构掘进模式掌子面坍塌或地层失水过多而引起地表下沉的一种盾构掘进模式。一、盾构机发展里程一、盾构机发展里程 类型选择类型选择n从国内外施工实例来看，主要从土压平衡盾构和泥水盾构中选择从国内外施工实例来看，主要从土压平衡盾构和泥水盾构中选择 比较项目比较项目土压平衡式盾构机土压平衡式盾构机泥水加压式盾构机泥水加压式盾构机设备费用设备费用6.3m6.

7、3m直径约直径约0.30.30.550.55亿元亿元6.3m6.3m直径约直径约0.450.450.650.65亿元亿元施工场地施工场地施工场地较小。施工场地较小。需泥浆处理场需泥浆处理场，施工场地较大。，施工场地较大。对周围环境影响对周围环境影响渣土运输对环境产生一定影响渣土运输对环境产生一定影响泥泥浆浆处处理理设设备备噪噪音音、振振动动及及渣渣土土运运输输对对环环境产生影响较大。境产生影响较大。开挖面稳定能力开挖面稳定能力通过排（进）土量控制，较好。通过排（进）土量控制，较好。通过泥浆压力及流通控制，好。通过泥浆压力及流通控制，好。开挖效率开挖效率加加入入合合适适的的添添加加剂剂后后增增加

8、加流流动动性性和和止止水水性性，可可提提高高掘掘进进效效率率；添添加剂管理容易。加剂管理容易。泥浆循环分离费时，泥浆管理起来难泥浆循环分离费时，泥浆管理起来难。泥土输送方式泥土输送方式螺螺旋旋机机出出土土，轨轨道道车车辆辆运运输输，输输送间断不连续，施工速度慢送间断不连续，施工速度慢泥泥水水管管道道输输送送，可可连连续续输输送送，输输送送速速度度快快而而均均匀匀；占占用用隧隧道道空空间间小小，但但设设备备故故障障影影响很大。响很大。n两种机型比较两种机型比较二、盾构机选型二、盾构机选型n两种盾构机对地质条件的要求两种盾构机对地质条件的要求地层颗粒级配与地层含水量地层颗粒级配与地层含水量 细细颗

9、颗粒粒含含量量：对对于于土土压压平平衡衡盾盾构构机机来来说说，最最能能适适应应的的土土层层就就是是含含有有足足够够细细颗颗粒粒的的地地层层。理理想想的的颗颗粒粒尺尺寸寸的的地地层层包包括括粘粘土土、淤淤泥泥、砂砂以以及及砾砾石石等等，并并且且含含有有25-30%的的水水分分。当当地地层层中中没没有有足足够够的的细细颗颗粒粒含含量量时时，例例如如砂砂卵卵石石地地层层，应应采采取取辅辅助助的的处处理理措措施施，比比如如注注射射泡泡沫沫、聚聚合合物物或或非非常常高高浓浓度度的的泥泥浆浆帮帮助助解解决决细细颗颗粒粒问问题题。以以便使土压平衡盾构机能适应这种地层。便使土压平衡盾构机能适应这种地层。类型选

10、择类型选择二、盾构机选型二、盾构机选型n两种盾构机对地质条件的要求两种盾构机对地质条件的要求地层颗粒级配与地层含水量地层颗粒级配与地层含水量 类型选择类型选择二、盾构机选型二、盾构机选型n两种盾构机对地质条件的要求两种盾构机对地质条件的要求 上图左边白颜色区域为卵石砾石粗砂区，为泥水平衡盾构机适用的上图左边白颜色区域为卵石砾石粗砂区，为泥水平衡盾构机适用的颗粒级配范围。右边蓝颜色区域为细砂淤泥粘土区，为土压平衡盾构机颗粒级配范围。右边蓝颜色区域为细砂淤泥粘土区，为土压平衡盾构机适用的颗粒级配范围。级配图说明细颗粒含量多则碴土能形成不透水的适用的颗粒级配范围。级配图说明细颗粒含量多则碴土能形成不

11、透水的塑流体，容易并能够充满土仓的每个部位，以便建立压力并传递到切削塑流体，容易并能够充满土仓的每个部位，以便建立压力并传递到切削面支撑土体，而又不发生堵仓。可以实现土压平衡。粗颗粒含量高的碴面支撑土体，而又不发生堵仓。可以实现土压平衡。粗颗粒含量高的碴土不能形成具备这种功能的碴土，因而不能实现土压平衡机理。只能借土不能形成具备这种功能的碴土，因而不能实现土压平衡机理。只能借助于大比重的泥浆悬浮，传递压力并被输送。从掘进的角度，泥水平衡助于大比重的泥浆悬浮，传递压力并被输送。从掘进的角度，泥水平衡盾构机也适用于细颗粒土层，但细颗粒浆液的泥水分离难度大，设备需盾构机也适用于细颗粒土层，但细颗粒浆

12、液的泥水分离难度大，设备需要多，除非场地条件非常优越和必须使用泥水平衡方式，否则不会在细要多，除非场地条件非常优越和必须使用泥水平衡方式，否则不会在细颗粒地层采用泥水平衡方式。因此，图中的区域划分考虑了综合因素。颗粒地层采用泥水平衡方式。因此，图中的区域划分考虑了综合因素。地层颗粒级配与地层含水量地层颗粒级配与地层含水量 类型选择类型选择二、盾构机选型二、盾构机选型地层的渗透系数地层的渗透系数 地层的渗透系数大于地层的渗透系数大于10-4m/s且地下水压力大，地下水量丰且地下水压力大，地下水量丰富的地层不适合于采用土压平衡盾构掘进。在此种条件下，即使采富的地层不适合于采用土压平衡盾构掘进。在此

13、种条件下，即使采用平衡模式，带压力的地下水会稀释泡沫效果，渣土失去流塑性在用平衡模式，带压力的地下水会稀释泡沫效果，渣土失去流塑性在螺旋机中不能形成土塞止水作用而发生喷涌螺旋机中不能形成土塞止水作用而发生喷涌，土仓不能维持压力，土仓不能维持压力，输送带斜坡段不能向上输送渣土输送带斜坡段不能向上输送渣土，导致施工不能进行。此时可以采，导致施工不能进行。此时可以采用高分子聚合物保持渣土的流塑性，但高分子聚合物价格高昂，实用高分子聚合物保持渣土的流塑性，但高分子聚合物价格高昂，实际上很难作为常规手段。际上很难作为常规手段。类型选择类型选择二、盾构机选型二、盾构机选型n两种盾构机对地质条件的要求两种盾

14、构机对地质条件的要求 类型选择类型选择n两种盾构机对地质条件的要求两种盾构机对地质条件的要求二、盾构机选型二、盾构机选型 地层渗透性与盾构选型图既说明了地层颗粒与渗透率的一般关系地层渗透性与盾构选型图既说明了地层颗粒与渗透率的一般关系细颗粒含量多的地层渗透率小，粗颗粒含量多的地层渗透率大，细颗粒含量多的地层渗透率小，粗颗粒含量多的地层渗透率大，又反映了渗透率与盾构选型的关系：颗粒粗渗透率大水量充足，碴土又反映了渗透率与盾构选型的关系：颗粒粗渗透率大水量充足，碴土为流体状，螺旋机不能形成土塞，土仓建立不了压力，仅依靠大颗粒为流体状，螺旋机不能形成土塞，土仓建立不了压力，仅依靠大颗粒充满土仓来形成

15、机械力支撑土体时，即使土仓充满水也会造成堵仓。充满土仓来形成机械力支撑土体时，即使土仓充满水也会造成堵仓。因此，因此，图中土压平衡盾构机对应的指标是粗砂以下、渗透率图中土压平衡盾构机对应的指标是粗砂以下、渗透率10-4m/s以下。泥水平衡盾构机对应的指标是细砂以上、渗透率以下。泥水平衡盾构机对应的指标是细砂以上、渗透率10-7m/s以上。以上。类型选择类型选择二、盾构机选型二、盾构机选型n两种盾构机对地质条件的要求两种盾构机对地质条件的要求 型号（直径）选择型号（直径）选择两种衬砌断面的简介两种衬砌断面的简介目前国内地铁隧道衬砌断面主要有两种目前国内地铁隧道衬砌断面主要有两种断面一：断面一：管

16、片内径管片内径5500，外径，外径6200，厚度，厚度350mm 应用城市有上海、杭州、南京、苏州、天津。应用城市有上海、杭州、南京、苏州、天津。主要应用地区为主要应用地区为长三角区域长三角区域。衬砌断面主要和运营机车外型的选择有关。衬砌断面主要和运营机车外型的选择有关。断面二：断面二：管片内径管片内径5400，外径，外径6000，厚度，厚度300mm 除模式一以外的其他城市，有广州、深圳、除模式一以外的其他城市，有广州、深圳、北京、成都、沈阳、西安、大连等。北京、成都、沈阳、西安、大连等。二、盾构机选型二、盾构机选型决定因素主要有五个方面：决定因素主要有五个方面：1、隧道结构设计、隧道结构设

17、计管片外径、曲线半径管片外径、曲线半径。3、地质条件（、地质条件（1）注浆管布置注浆管布置：如果是软土，注浆管可以外置，：如果是软土，注浆管可以外置，则尾盾可以不考虑注浆管的占位，盾尾直径较小，因而中前盾刀盘直则尾盾可以不考虑注浆管的占位，盾尾直径较小，因而中前盾刀盘直径也跟着减小。如果是硬岩，注浆管必须内置，则盾尾直径较大，因径也跟着减小。如果是硬岩，注浆管必须内置，则盾尾直径较大，因而中前盾刀盘直径也跟着增大。而中前盾刀盘直径也跟着增大。4、地质条件（、地质条件（2）-调向纠偏需要调向纠偏需要：如果是软土，盾体可作成直筒式，：如果是软土，盾体可作成直筒式，前盾直径与尾盾相同，可减少前盾直径

18、。如果是硬岩，盾体需作成台阶式，前盾直径与尾盾相同，可减少前盾直径。如果是硬岩，盾体需作成台阶式，尾盾中盾前盾直径依次增大，前盾直径大于尾盾直径。尾盾中盾前盾直径依次增大，前盾直径大于尾盾直径。5、地质条件（、地质条件（3）-调向纠偏需要调向纠偏需要：如果是软土，边刀开挖直径可以：如果是软土，边刀开挖直径可以与前盾直径一样。如果是硬岩，边刀开挖直径必须大于前盾直径。与前盾直径一样。如果是硬岩，边刀开挖直径必须大于前盾直径。2、隧道结构设计、隧道结构设计管片宽度管片宽度：管片宽度大，需要的盾尾间隙增大。：管片宽度大，需要的盾尾间隙增大。型号（直径）选择型号（直径）选择二、盾构机选型二、盾构机选型

19、主要部件选型主要部件选型土压平衡盾构主要组成部件及工作原理简介（土压平衡盾构主要组成部件及工作原理简介（另外还有一个渣土另外还有一个渣土的水平运输系统和垂直运输系统的水平运输系统和垂直运输系统）刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的碴车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对停在轨道上的碴车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，掘

20、进一环管片的长度后停挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，掘进一环管片的长度后停止掘进，在盾壳的保护下安装管片衬砌。止掘进，在盾壳的保护下安装管片衬砌。1、刀盘、刀盘 2、主轴承、主轴承 3、推进油缸、推进油缸 4、压力仓、压力仓 5、螺旋输送机、螺旋输送机 6、管片安装机、管片安装机 7、闸门、闸门 8、管片小车、管片小车 9、管片吊机、管片吊机、10、皮带输送机、皮带输送机 11、后配套约、后配套约20个系统和装置个系统和装置二、盾构机选型二、盾构机选型土压平衡盾构主机工作原理（土压平衡盾构主机工作原理（掌子面掌子面）二、盾构机选型二、盾构机选型刀盘刀盘刀盘结构刀盘结构面板式面板式辐条式

21、辐条式主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型二、盾构机选型二、盾构机选型二、盾构机选型二、盾构机选型主驱动主驱动刀盘支撑及主驱动刀盘支撑及主驱动 主驱动有主驱动有2种：种：液压驱动及变频或双速电机驱动液压驱动及变频或双速电机驱动。特性曲线相当。液压驱动装置。特性曲线相当。液压驱动装置体积小，适于中小盾构。电驱动体积较大，适于中大特大盾构。体积小，适于中小盾构。电驱动体积较大，适于中大特大盾构。刀盘支承方式有3种：1）中心支承式（适用于中小型直径盾构）2）中间支承式（适用于中大型直径盾构）3）周边支承式（适用于小型直径盾构）中心支承方式中心支承方式中心支承方式中心支承方式 中间支承

22、方式中间支承方式中间支承方式中间支承方式 周边支承方式周边支承方式周边支承方式周边支承方式 主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型 主轴承主轴承二、盾构机选型二、盾构机选型主驱动主驱动刀盘驱动方式刀盘驱动方式变频电机驱动变频电机驱动定速电机驱动定速电机驱动 液压驱动液压驱动驱动部外形尺寸驱动部外形尺寸 中中 大大 小小后续设备后续设备 少少 少少 较多较多效率效率 0.95 0.95 0.9 0.9 0.65 0.65起动力矩起动力矩 大大 较小较小 较大较大起动冲击起动冲击 小小 大大 较小较小转速微调控制转速微调控制 好好不能无级调速不能无级调速 好好噪声噪声 小小 小小 大

23、大盾构温度盾构温度 低低 较低较低 较高较高维护保养维护保养 易易 易易 较复杂较复杂主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型刀具刀具主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型盾体盾体按照铰接方式分为2种：1）主动铰接：铰接油缸和推进油缸均有调向功能，铰接缸在推进缸前面，可直接迫使刀盘转向。调向时可采用主动转向方式也可采用被动转向方式。调向性能好，但结构较复杂，造价较高。2）被动铰接：铰接油缸随动，结构较简单，造价较低。主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型盾体盾体按照结构方式分为4种：1）铰接结构，盾体从前至后，直径依次减小，防卡性能好但开挖直径大。2）铰

24、接结构，前中尾盾直径相同，防卡性能差但开挖直径小。3）无铰接结构，盾体从前至后，直径依次减小，防卡性能好但开挖直径大。转向性能差于铰接结构。取消铰接后盾体结构简单，也不存在铰接密封泄漏之忧。4）无铰接结构，直筒式，前中尾盾直径相同，防卡性能差但开挖直径小。其余优缺点与3）相同。按照注浆管布置方式盾尾分为2种：1）盾尾注浆管外置，仅适于软土地层，开挖直径较小。2）盾尾注浆管内置，适于所有地层，开挖直径较大。盾体结构的区别本身基本没有优劣之分，完全取决于工程条件和地质条件。对于特定的地质条件，仅有一种最合适的盾体结构，但这种盾体结构可能是上述结构其中的一种。主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二

25、、盾构机选型人仓人仓按照舱室数量分为2种：1）双仓：主仓和副仓，副仓也称为材料仓。主仓和土仓在不减压状态下，通过副仓的独立降压升压，分别与主仓隔断和连接，完成进仓作业过程中外部刀具材料的运进，提高作业有效时间和效率。结构复杂。2）单仓：结构简单，但带压进仓作业的有效时间短，效率低。主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型螺旋输送机螺旋输送机 螺旋输送机由筒体、驱动装置、螺旋轴、出碴闸门组成螺旋输送机由筒体、驱动装置、螺旋轴、出碴闸门组成。是土压平衡盾构的排土。是土压平衡盾构的排土装置，主要有以下三个功能：装置，主要有以下三个功能：1）碴土在螺旋机内向外排出的过程中形成密封土塞，碴土

26、压力从前至后依次递减。）碴土在螺旋机内向外排出的过程中形成密封土塞，碴土压力从前至后依次递减。2）在保持土仓土压的同时，将盾构土仓内的土体向外连续排出。）在保持土仓土压的同时，将盾构土仓内的土体向外连续排出。3）将土仓内的土压值自动与螺机转速值进行比较，随时调整向外排土的速度，实）将土仓内的土压值自动与螺机转速值进行比较，随时调整向外排土的速度，实现连续的动态土压平衡过程，确保盾构连续正常向前掘进。现连续的动态土压平衡过程，确保盾构连续正常向前掘进。主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型螺旋输送机螺旋输送机按照螺旋轴结构分为2种：1）带式螺旋轴：在相同的筒体直径下，可输送更大粒径

27、的卵石或石块，但止水密封效果较差。2）轴式螺旋轴：在相同的筒体直径下，输送的粒径小于带式轴，但止水密封效果好。主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型皮带输送机皮带输送机 皮带输送皮带输送机，将碴土从机，将碴土从螺旋输送机的螺旋输送机的出碴口运到碴出碴口运到碴车内。车内。右图：塑右图：塑流状的碴土流状的碴土主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型 右下图：改良不佳右下图：改良不佳的砂质碴土的砂质碴土 左下图：左下图：改良不佳的改良不佳的砂质碴土发生喷涌砂质碴土发生喷涌皮带输送机皮带输送机主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型管片安装机管片安装机 管片安装机

28、在盾尾内部拼装管片。有管片安装机在盾尾内部拼装管片。有46个自由度动作，个自由度动作，包括旋转、提升、纵向移动、包括旋转、提升、纵向移动、XYZ三个轴向的摆动。管片抓取三个轴向的摆动。管片抓取有有2种方式。种方式。机械抓取式机械抓取式 真空吸盘式真空吸盘式地铁盾构一般采用机械抓取式地铁盾构一般采用机械抓取式主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型同步注浆系统同步注浆系统同步注浆系统的目的主要有以下四个方面：同步注浆系统的目的主要有以下四个方面：1 1、及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩土，控制地表沉降；及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩土，控制地表沉降；2 2、凝结的浆液作为盾

29、构施工隧道的第一道防水屏障，防止地下水或地凝结的浆液作为盾构施工隧道的第一道防水屏障，防止地下水或地层的裂隙水向管片内泄漏；层的裂隙水向管片内泄漏；3 3、保证管片环周向的均匀受力，形成受力拱壳，为管片提供早期的稳保证管片环周向的均匀受力，形成受力拱壳，为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化。定并使管片与周围岩体一体化。4 4、限制隧道结构蛇行变化，有利于盾构姿态的控制，并能确保盾构隧限制隧道结构蛇行变化，有利于盾构姿态的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。道的最终稳定。主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型安装在后配套拖车上的注浆泵及砂浆罐安装在后配套拖车上的注浆泵及砂浆罐

30、同步注浆系统同步注浆系统主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型盾尾密封系统盾尾密封系统 盾尾止水一般采用钢丝刷密封装置盾尾止水一般采用钢丝刷密封装置，是集弹簧钢板、钢丝刷及，是集弹簧钢板、钢丝刷及不锈钢金属网于一体的结构。盾尾油脂泵向每道钢丝刷密封之间的不锈钢金属网于一体的结构。盾尾油脂泵向每道钢丝刷密封之间的腔室提供压力油脂，以提高止水性能。腔室提供压力油脂，以提高止水性能。主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型测量导向系统测量导向系统 导向系统由导向系统由激光全站仪激光全站仪、ELSELS靶（前靶（前视棱镜视棱镜）、）、后视后视棱镜棱镜、控制盒控制盒及显示屏等组

31、及显示屏等组成。控制有效距离成。控制有效距离200m200m，控，控制精度制精度2-32-3秒。秒。主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型盾构姿态显示屏盾构姿态显示屏测量导向系统测量导向系统主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型数据采集系统及数据采集系统及PLC控制系统控制系统 可编程逻辑控制器系统（可编程逻辑控制器系统（PLC）对盾构各种功能进行自动或手动控制）对盾构各种功能进行自动或手动控制，对各部，对各部传感器的传感器的数据进行采集、处理、储存、显示、评估。采用此系统进行盾构各参数数据进行采集、处理、储存、显示、评估。采用此系统进行盾构各参数设定，可输出环报、

32、日报、周报等数据及历史曲线和动态曲线。所有采集数据均设定，可输出环报、日报、周报等数据及历史曲线和动态曲线。所有采集数据均能保存下来，供日后分析、判断和参考。能保存下来，供日后分析、判断和参考。主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型膨润土添加系统和泡沫系统膨润土添加系统和泡沫系统 该系统是实现土压平衡最重要的系统，大部分地层都不具备天然适于土压平衡掘该系统是实现土压平衡最重要的系统，大部分地层都不具备天然适于土压平衡掘进需要的碴土特性，需要通过添加进需要的碴土特性，需要通过添加泡沫膨润土或高分子聚合物泡沫膨润土或高分子聚合物对碴土进行改良，使之对碴土进行改良，使之具有具有塑流性塑

33、流性，充满土仓向各向传递压力；具有止水密封性能在螺机内形成土塞；较低，充满土仓向各向传递压力；具有止水密封性能在螺机内形成土塞；较低的剪切力能够被刀盘搅拌；较好的润滑性避免在刀盘及土仓结构粘附；的剪切力能够被刀盘搅拌；较好的润滑性避免在刀盘及土仓结构粘附；主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型膨润土添加系统和泡沫系统膨润土添加系统和泡沫系统主要部件选型主要部件选型二、盾构机选型二、盾构机选型敞开掘进模式敞开掘进模式 敞开模式掘进的基本条件：敞开模式掘进的基本条件：在埋深合适、地层能够自稳、地层无地下水、地面无建筑物或地表下无地下各类管线的条件下，可以采用敞开模式掘进。例如在弱风化

34、岩微风化岩地层中，岩体整体性良好，岩体能够形成承力环，开挖面在一定时间内保持自稳不发生坍塌等。敞开模式掘进的优点：敞开模式掘进的优点：敞开式模式掘进时，土仓渣土处于半仓甚至小半仓状态，刀具的二次磨损大为减少；刀盘的搅拌力矩减少，驱动扭矩可降低到满仓掘进时的50%以下；泡沫注入基本停止；由于土仓在常压下工作，主轴承油脂的用量可以减少、推力荷载将减少300900t（1bar3bar时）左右；等，因此在地质条件允许时采用敞开模式掘进比较有利。盾构掘进施工主要模式盾构掘进施工主要模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术气压掘进模式气压掘进模式 气压模式掘进的基本条件：气压模式掘进的基本条件：在埋深

35、合适，地层渗透系数小，或隧道顶板上部存在较厚的不透气隔离层、地面上没有重要建筑物和重要危险管线时，可采用气压模式，通过向土仓进行气体加压保压方式来掘进。此时土仓渣土至少是半仓以上，同时必须向土仓加水及泡沫，保持渣土流塑状态以便在螺旋机内形成土塞止水保压作用。采用气体保压模式掘进时，工程师必须确保或证实地层的渗透性弱，气体向地层的渗透较少，空压机的排量有足够的能力补偿气体向地层的泄漏量。同时空压机需要连续工作的时间在有效掘进时间的50%以下。盾构掘进施工主要模式盾构掘进施工主要模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术气压掘进模式气压掘进模式 气压模式掘进的优点：气压模式掘进的优点：气压式模式

36、掘进时，土仓渣土可处于半仓状态，刀具的二次磨损减少；刀盘的搅拌力矩减少，驱动扭矩可降低；由于气体对传感器压力作用比较均衡，传感器反映的土仓压力比较准确，有利于掘进沉降的控制；由于气体的可压缩性大，当出土过快或过慢时气体的压缩和膨胀可容让或弥补土仓渣土容积的变化保持土仓压力的恒定，有利于掘进沉降的控制；盾构掘进施工主要模式盾构掘进施工主要模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术平衡掘进模式平衡掘进模式 平衡模式掘进的优点：平衡模式掘进的优点：平衡模式是盾构机最常用的掘进模式，盾构利用土仓渣土压力平衡开挖面的地层压力，使盾构周围的土体基本保持在原始的原状土状态，确保地表的沉降在规定的误差范围内

37、以保证地面建筑物和地下管线的安全。盾构掘进施工主要模式盾构掘进施工主要模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术平衡模式掘进的风险：平衡模式掘进的风险：1、碴土改良不佳：导致：、碴土改良不佳：导致：1）堵仓，刀盘阻力矩增大不能转动，土仓难以建立压力。）堵仓，刀盘阻力矩增大不能转动，土仓难以建立压力。2）喷涌喷涌。3）刀盘泥饼及土仓泥饼。）刀盘泥饼及土仓泥饼。2、超挖导致地表沉降。超挖导致地表沉降。3、同步注浆不足导致地表沉降同步注浆不足导致地表沉降。4、土仓压力设定失误导致地表沉降。、土仓压力设定失误导致地表沉降。5、刀具异常磨损损坏。、刀具异常磨损损坏。6、刀盘磨损。、刀盘磨损。7、卡刀盘

38、卡刀盘。8、卡盾卡盾。9、始发风险。始发风险。10、到达风险到达风险。11、进仓作业风险。、进仓作业风险。12、主轴承密封失效。、主轴承密封失效。13、铰接密封失效。、铰接密封失效。14、尾刷密封失效尾刷密封失效。15、螺旋机卡转、异常磨损。、螺旋机卡转、异常磨损。16、中线超差中线超差。17、盾构调向困难、盾构调向困难 等等等等盾构掘进施工主要模式盾构掘进施工主要模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术 条件要求：车站站台层结构施工完成的长度能够容纳整机摆放的条件要求：车站站台层结构施工完成的长度能够容纳整机摆放的空间，一般须空间，一般须75米。另外离端头米。另外离端头75米左右处预留出

39、土口。地面提供米左右处预留出土口。地面提供管片堆放和出土吊机行走的场地。管片堆放和出土吊机行走的场地。整机始发整机始发指盾构机整机均放在车站底板上组装并连接，始指盾构机整机均放在车站底板上组装并连接，始发掘进时整机整体向前移动的方式。始发阶段管片、材料、渣土均发掘进时整机整体向前移动的方式。始发阶段管片、材料、渣土均从出土口吊运。从出土口吊运。整机始发整机始发和延长管线始发两种模式和延长管线始发两种模式盾构始发模式盾构始发模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术 始发和正常掘进阶段管片、材料、渣土均从盾构井吊运。施工效率低，始发和正常掘进阶段管片、材料、渣土均从盾构井吊运。施工效率低，费用

40、高，在没有整机始发的条件时才不得不采用。费用高，在没有整机始发的条件时才不得不采用。延长管线始发延长管线始发 延长管线始发模式：始发延长管线始发模式：始发时将后配套车架放在地面，主时将后配套车架放在地面，主机吊放到井下，通过主机和车机吊放到井下，通过主机和车架之间的延长管线提供主机前架之间的延长管线提供主机前进的电、气、液等动力。待掘进的电、气、液等动力。待掘进约进约60环后，拆除延长管线和环后，拆除延长管线和负环管片，将后配套车架和连负环管片，将后配套车架和连接桥吊放到洞内和主机连接，接桥吊放到洞内和主机连接，进入正常掘进状态。进入正常掘进状态。盾构始发模式盾构始发模式三、三、盾构施工主要技

41、术盾构施工主要技术盾构始发模式盾构始发模式 下面主要以整机始发模式下简介各道工序下面主要以整机始发模式下简介各道工序三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术 车站结构要求：盾构井吊装孔尺寸不小于盾构井吊装孔尺寸不小于10.57.5m10.57.5m，满足盾构整机始发车站结，满足盾构整机始发车站结构须完成构须完成75m75m，离始发端墙约，离始发端墙约676773m73m处设置盾构出土井，尺寸不得小于处设置盾构出土井，尺寸不得小于63m63m。盾构类型高压电要求低压电要求日本系列（电驱动）10KV/项目所需容量10KV/380V-400kVA欧洲系列（液压驱动）10KV/项目所需容量10KV/3

42、80V-400kVA对车站的接口要求对车站的接口要求水接口：提供水接口：提供5050管径的施工用水驳口管径的施工用水驳口 电接口：电接口：盾构始发模式盾构始发模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术端头加固端头加固 软土地层不能自稳，加固一是保证始发时围护软土地层不能自稳，加固一是保证始发时围护结构凿除后掌子面结构凿除后掌子面土体土体能够保持能够保持自稳自稳，二是在盾尾进，二是在盾尾进入洞门密封装置前入洞门密封装置前防止洞口地层涌砂涌水防止洞口地层涌砂涌水。加固目的加固目的盾构始发模式盾构始发模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术端头加固端头加固 加固范围加固范围加固范围以包裹盾构主

43、机并预留一定的封堵渗漏通道的区域为原则。加固范围以包裹盾构主机并预留一定的封堵渗漏通道的区域为原则。结合上海、南京、苏州等软土地层的加固实例，加固范围确定为隧道结合上海、南京、苏州等软土地层的加固实例，加固范围确定为隧道纵向方向为纵向方向为8m（到达端头（到达端头9米），横向为隧道轮廓线外米），横向为隧道轮廓线外3m。盾构始发模式盾构始发模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术常用的方法有：常用的方法有：高压旋喷桩法高压旋喷桩法 深层搅拌桩法深层搅拌桩法高压旋喷桩法深层搅拌桩法高压旋喷桩法深层搅拌桩法冰冻法：垂直冰冻和水平冰冻两种冰冻法：垂直冰冻和水平冰冻两种加固方法（工法选择）加固方法（

44、工法选择）工法介绍工法介绍端头加固端头加固盾构始发模式盾构始发模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术加固方法（工法选择）加固方法（工法选择）工法比较工法比较 搅拌桩旋喷桩加固费用较高，加固时间搅拌桩旋喷桩加固费用较高，加固时间6个月后强度过高不个月后强度过高不利于掘进。但旋喷浆液可以有效达到每个缝隙，达到止水的效利于掘进。但旋喷浆液可以有效达到每个缝隙，达到止水的效果，在碰到小型障碍物时搅拌桩无法加固的盲区、旋喷桩可以果，在碰到小型障碍物时搅拌桩无法加固的盲区、旋喷桩可以拟补。均需占用地面场地。拟补。均需占用地面场地。冻结法施工因其良好的防水性和强度指标在富水地层得到冻结法施工因其良好的

45、防水性和强度指标在富水地层得到了较好的应用。特别是水平冻结加固、几乎不用占用地面场地。了较好的应用。特别是水平冻结加固、几乎不用占用地面场地。但后期融沉的时间较长，注浆作业和盾构掘进干扰。另外较旋但后期融沉的时间较长，注浆作业和盾构掘进干扰。另外较旋喷和搅拌加固，工期须增加喷和搅拌加固，工期须增加1个月左右。个月左右。端头加固端头加固盾构始发模式盾构始发模式三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术加固方法加固方法旋喷搅拌方案介绍旋喷搅拌方案介绍主要采用深层搅拌桩加固，搅拌桩和围护结构之间的间隙采用高压旋喷桩补充。主要采用深层搅拌桩加固，搅拌桩和围护结构之间的间隙采用高压旋喷桩补充。端头加固端头

46、加固盾构始发盾构始发三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术加固方法加固方法旋喷搅拌方案介绍旋喷搅拌方案介绍 搅拌桩桩径搅拌桩桩径850mm，间距，间距600，梅花形布置。旋喷桩桩径，梅花形布置。旋喷桩桩径800mm，桩，桩间距间距600mm，搭接，搭接200mm。搅拌桩桩位搅拌桩桩位 旋喷桩桩位旋喷桩桩位端头加固端头加固盾构始发盾构始发三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术加固方法加固方法加固质量要求加固质量要求 加固后土体的无侧限抗压强度加固后土体的无侧限抗压强度0.5MPa，渗透系数小于，渗透系数小于110E-8cm/s编号检查项目标准检查方法备注1加固土体强度0.5MPa在每条隧道开

47、挖线外侧2米施工2个钻孔取芯检查。取岩土芯进行抗压强度试验2加固体渗透性0.2立方/d不得漏泥砂在洞门范围上下左右及中心各施工钻孔1个，检查其渗水量。钻孔要打穿围护墙3加固体匀质性加固体均匀利用钻孔取芯进行检查现场判定端头土体加固检查方法和标准表端头土体加固检查方法和标准表备注：适用于搅拌或旋喷加固的土体备注：适用于搅拌或旋喷加固的土体端头加固端头加固盾构始发盾构始发三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术加固方法加固方法水平冰冻法介绍水平冰冻法介绍 在土体中施工水平冻结管、在冻结管中循环低温盐水，带出土体中热量，在土体中施工水平冻结管、在冻结管中循环低温盐水，带出土体中热量，使土体在使土体在

48、10摄氏度左右摄氏度左右，形成防水性好、强度高的止水帷幕，形成防水性好、强度高的止水帷幕。盾构在冻结帷。盾构在冻结帷幕的保护下始发。幕的保护下始发。端头加固端头加固盾构始发盾构始发三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术加固方法加固方法水平冰冻法施工图片水平冰冻法施工图片端头加固端头加固冻结管冻结管盐水管路盐水管路盾构始发盾构始发三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术加固方法加固方法加固质量要求加固质量要求 加固后土体的无侧限抗压强度一般加固后土体的无侧限抗压强度一般3MPa，无渗水。，无渗水。编号检查项目标准检查方法备注1加固土体强度一般3MPa根据测温孔温度和去回路盐水温度计算理论计算2

49、加固体渗透性无渗水在洞门范围上下左右及中心各施工钻孔1个，检查其渗水量。钻孔要打穿围护墙3加固体匀质性加固体均匀利用钻孔取芯进行检查现场判定端头土体加固检查方法和标准表端头土体加固检查方法和标准表备注：适用于冰冻法加固土体备注：适用于冰冻法加固土体端头加固端头加固盾构始发盾构始发三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术洞门砼凿除洞门砼凿除 在检查端头土体加固满足要求后并在盾构组装后对洞门进行在检查端头土体加固满足要求后并在盾构组装后对洞门进行破除破除 第一步：先凿除围护结构保护层，并将外层的钢筋全部割除第一步：先凿除围护结构保护层，并将外层的钢筋全部割除取出，并凿除至剩余内排钢筋。取出，并凿除

50、至剩余内排钢筋。第二步：待盾构机始发时抵拢掌子面和到达时盾构机抵拢围第二步：待盾构机始发时抵拢掌子面和到达时盾构机抵拢围护结构时，割除围护结构内层钢筋，再开始掘进。护结构时，割除围护结构内层钢筋，再开始掘进。盾构始发盾构始发三、三、盾构施工主要技术盾构施工主要技术始发设施安装始发设施安装 始发基座安装始发基座安装始发基座始发基座 始发基座（始发架）起始发基座（始发架）起导向和支撑盾构的导向和支撑盾构的作用。依据隧道设计轴线定出盾作用。依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态空间位置，然后反推出始发基座的空间位置。并固定牢固。构始发姿态空间位置，然后反推出始发基座的空间位置。并固定牢固。盾构始发盾构始发