第14講盾構(gòu)機分類及選型-

1、機械工程學院機械工程學院1 12022-1-29第十四講第十四講大型施工機械大型施工機械盾構(gòu)機部分盾構(gòu)機部分 盾構(gòu)機的分類及選型主講：郭京波主講：郭京波 教授教授機械工程學院機械工程學院2 22022-1-29 主要內(nèi)容 1 盾構(gòu)機分類 2 盾構(gòu)機選型 3 盾構(gòu)機選型舉例機械工程學院機械工程學院3 32022-1-291 盾構(gòu)機分類 (1) 按掘削地層分類 硬巖盾構(gòu)（TBM） 軟巖盾構(gòu) 軟土盾構(gòu) 硬巖軟土盾構(gòu)雙護盾雙護盾TBMTBM機械工程學院機械工程學院4 42022-1-29軟土盾構(gòu)軟土盾構(gòu)復合盾構(gòu)復合盾構(gòu)機械工程學院機械工程學院5 52022-1-29(2) 按盾構(gòu)機橫截面形狀分類n 半

2、圓形n 圓形n 橢圓形n 馬蹄形n 雙圓搭接形n 三圓搭接形 n 矩形機械工程學院機械工程學院6 62022-1-29機械工程學院機械工程學院7 72022-1-29(3) 按盾構(gòu)機橫截面的形狀分類 超小型盾構(gòu) 18m機械工程學院機械工程學院8 82022-1-29(4) 按掘削面的敞開程度分類n 全部敞開式：無蓋敞開式、有蓋敞開式n 部分敞開式：網(wǎng)格式 n 封閉式：中心支承式、中間支承式、周邊支承式 機械工程學院機械工程學院9 92022-1-29(5)按掘土出土器械的機械化程度程度分類 n人工挖掘式 、半機械掘削式、機械掘削式手掘式盾構(gòu)手掘式盾構(gòu) 半機械式盾構(gòu)半機械式盾構(gòu) 網(wǎng)格式盾構(gòu)網(wǎng)格式

3、盾構(gòu) 機械工程學院機械工程學院10102022-1-29(6)按掘削面的加壓平衡方式分類 n 外加支承式n 氣壓式n 泥水式n 土壓式機械工程學院機械工程學院11112022-1-29(7)按刀盤運動形式分類 中 心 支 承 式 中 間 支 承 式 周 邊 支 承 式 行 星 游 動 掘 削 式 扇 形 轉(zhuǎn) 動 掘 削 式 矩 形 多 軸 搖 動 掘 削 式 圓 形 多 軸 搖 動 掘 削 式 其 它 斷 面 形 狀 多 軸 搖 動 掘 削 式 橫 向 擺 動 掘 削 式 (矩 形 ) 縱 向 擺 動 掘 削 式 (矩 形 ) 圓 形 轉(zhuǎn) 動 掘 削 式 轉(zhuǎn) 動 掘 削 式 多 軸 搖 動 掘

4、 削 式 擺 動 掘 削 式 機械工程學院機械工程學院12122022-1-29(8)按盾構(gòu)機特殊構(gòu)造分類 n 中折盾構(gòu)n 球體盾構(gòu)n 異徑母子盾構(gòu)n 重心靠前盾構(gòu)n 特殊構(gòu)造的盾構(gòu)n 現(xiàn)場換刀盾構(gòu)n 可直接掘削前障礙物盾構(gòu)n 機體可分可合盾構(gòu)n 固體回收盾構(gòu)n 傾斜中空軸全斷面機內(nèi)注漿盾構(gòu)n 傾斜中空軸全斷面機內(nèi)注漿+活動前檐盾構(gòu) 機械工程學院機械工程學院13132022-1-29(9)按盾構(gòu)機的功能、用途分類 直 角 彎 隧 道 盾 構(gòu) 偏 心 急 彎 曲 線 盾 構(gòu) 大 坡 度 盾 構(gòu) C I D 工 法 M S D 工 法 側(cè) 接 盾 構(gòu) 站 盾 構(gòu) 分 岔 盾 構(gòu) 路 線 可 變 扭

5、 曲 盾 構(gòu) 上 掘 盾 構(gòu) 下 掘 盾 構(gòu) 擴 掘 盾 構(gòu) 變 徑 盾 構(gòu) 大 深 度 盾 構(gòu) 長 距 離 盾 構(gòu) 高 速 掘 進 盾 構(gòu) 地 中 對 接 盾 構(gòu) 豎 向 掘 削 盾 構(gòu) 機械工程學院機械工程學院14142022-1-29(10)按盾構(gòu)隧道襯砌施工方法分類 二 次 襯 砌 法 （ 管 片 為 一 次 襯 砌 ， 另 行 澆 注 二 次 襯 砌 ） 一 次 襯 砌 法 （ 僅 保 留 管 片 一 次 襯 砌 ， 略 去 二 次 襯 砌 ） 包 纏 保 護 膜 盾 構(gòu) 工 法 （ 為 提 高 隧 道 襯 砌 的 止 水 性 和 耐 久 性 ， 在 盾 構(gòu) 機 內(nèi) 對 管 片 外側(cè)

6、 進 行 包 纏 保 護 膜 施 工 ） 盾 尾 內(nèi) 空 架 設 鋼 筋 澆 注 混 凝 土 做 襯 法 (照 片6.1.12) PC-ECL工 法 邊 掘 進 邊 組 裝 管 片 盾 構(gòu) 工 法 襯砌施工方法不同 的 盾 構(gòu) 方 法 現(xiàn)場澆注混凝土襯 砌 法 (ECL工 法 ) 施 工 方 法 不 同 的 盾 構(gòu) 機械工程學院機械工程學院15152022-1-29(11)綜合分類機械工程學院機械工程學院16162022-1-292 盾構(gòu)機選型 盾構(gòu)掘進機選型依據(jù)盾構(gòu)掘進機選型依據(jù) (1) 土質(zhì)條件、巖性（抗壓、抗拉、粒徑、成分等個參數(shù)）(2) 開挖面穩(wěn)定（自立性能）(3) 隧道埋深、地下水位

7、(4) 設計隧道的斷面(5) 環(huán)境條件、沿線場地（附近管線和建筑物及其結(jié)構(gòu)特性）(6) 襯砌類型(7) 工期(8) 造價(9) 宜用的輔助工法(10) 設計路線、線形、坡度（11）電氣等其他設備條件 機械工程學院機械工程學院17172022-1-29盾構(gòu)掘進機選型的一般程序 機械工程學院機械工程學院18182022-1-29不同地質(zhì)條件下全斷面掘進機選型不同地質(zhì)條件下全斷面掘進機選型SlurryEPB粒徑粒徑分布曲線分布曲線400,006顆粒直徑顆粒直徑 d單位mm篩分通過率 d %00,0011030200,0020,020,060,2泥土粒徑7060508090100600,62,06,0

8、60,020,010090807050403020100篩分粒徑砂砂粉質(zhì)土粉質(zhì)土粘土粘土細中粗礫石礫石粗細中粗粗細中粗粗Foam機械工程學院機械工程學院19192022-1-29不同地質(zhì)條件下全斷面掘進機選型不同地質(zhì)條件下全斷面掘進機選型 泡沫 EPB盾構(gòu)泥水盾構(gòu)棄土容重棄土容重 粘土粘土粉土粉土粘稠度系數(shù) IC柔軟軟硬0,25堅硬0,501,000,75EPB模式 EPB敞開模式添加劑防止堵塞添加劑增加塑性高滲透性砂砂礫石礫石滲透系數(shù) k m/s很高滲透性一般滲透性10-210-310-410-5復合式盾構(gòu)EPB + 添加劑高濃度膨潤土工作艙內(nèi)土體容重t/m1,401,051,502,002

9、,20機械工程學院機械工程學院20202022-1-29盾構(gòu)掘進機選型的其他條件（1）工期條件的制約 （2）造價因素的制約 （3）環(huán)境因素的制約 （4）基地條件的制約（5）設計路線、平面豎向曲線形狀的制約 機械工程學院機械工程學院21212022-1-29二號線穿越漢口和武昌，隧二號線穿越漢口和武昌，隧道穿越地質(zhì)種類比較全面：道穿越地質(zhì)種類比較全面：粘土、粉質(zhì)粘土、粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉細砂、中粗砂、粉細砂、中粗砂、砂砂 巖、粉砂巖巖、粉砂巖、石英砂巖、炭質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖、炭質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、強風化泥巖、鈣質(zhì)泥巖、強風化泥巖、強風化含碳硅質(zhì)頁巖強風化含碳硅質(zhì)頁巖等。

10、等。3.武漢地鐵的路線與地質(zhì)武漢地鐵的路線與地質(zhì)3 盾構(gòu)機選型舉例機械工程學院機械工程學院22222022-1-29n 偏軟地層導致的地表沉降n 由于硬質(zhì)附著性粘土導致的刀盤與土倉的堵塞n 豐富的地下水與水壓的問題n 軟質(zhì)風化巖砂巖泥巖半固結(jié)粘土淤泥的掘進n 膨脹性陳舊粘土導致的盾構(gòu)機推力增加n 附著性粘土與基巖的掘進n 掘進途中的刀具更換3.2 3.2 本工程重點本工程重點/ /難點難點機械工程學院機械工程學院23232022-1-293.3 3.3 隧道管片參數(shù)隧道管片參數(shù)項 目參 數(shù)備注管片類型普通預制增強水泥管片安裝襯砌，包括縱向封頂塊 分塊形式5 +1個封頂塊 外徑(O.D.)6.0

11、0 m內(nèi)徑(I.D.)5.40 m厚度300mm管片寬度1.5m單片管片最大重量約4t 機械工程學院機械工程學院24242022-1-293.3. 盾構(gòu)機總體參數(shù)盾構(gòu)機總體參數(shù)（方案）（方案）盾構(gòu)機總體設計范圍及主要尺寸盾構(gòu)機總體設計范圍及主要尺寸開挖直徑開挖直徑：6280 mm前護盾直徑：前護盾直徑：6250 mm主機長度：主機長度： 約約 9.0m（含刀盤）（含刀盤）總長度包括后配套：總長度包括后配套： 約約 82 m 總重量包括后配套：總重量包括后配套：420 t最小曲線半徑：最小曲線半徑： 250m盾構(gòu)機總體設計范圍盾構(gòu)機總體設計范圍最大掘進速率最大掘進速率 8 cm/min平均掘進速

12、率平均掘進速率 3.5 cm/min管片平均安裝時間管片平均安裝時間 30 min/環(huán)環(huán)管片寬度管片寬度 1500 mm根據(jù)上述計算每班次掘進速率根據(jù)上述計算每班次掘進速率 6環(huán)環(huán) / 8 hours每日雙班工作時掘進速率每日雙班工作時掘進速率 12環(huán)環(huán) / 16 hours機械工程學院機械工程學院25252022-1-293.3.主要機械性能（方案）主要機械性能（方案）刀盤驅(qū)動驅(qū)動形式電驅(qū)動 2級調(diào)速式 （裝備動力：600kw）刀盤轉(zhuǎn)速 高速轉(zhuǎn)動 ： 2.0 rpm 低速轉(zhuǎn)動 ： 1.0 rpm刀盤扭矩常用最大 ： 5,844 kN-m 高速轉(zhuǎn)動：2,922 kN-m 脫困扭矩 7,000

13、kN-m盾構(gòu)機千斤頂總推力38,500 kN單位面積推力：1,255 kN / 數(shù)量 1,750kN22根最大伸長速度 8.0 cm/min鉸接裝置總推力24,000 kN 數(shù)量 2,000kN12根鉸接操作 全方向（上下、左右、傾斜方向）機械工程學院機械工程學院26262022-1-293.3.主要機械性能（方案）主要機械性能（方案）螺旋出渣機驅(qū)動驅(qū)動形式 液壓驅(qū)動方式 （裝備動力：110 kw）排土量 280 m3 / h （最大排出粒徑：250mm500mmL）直徑 700mm（帶軸式螺旋機）轉(zhuǎn)速 1.0 24 rpm 驅(qū)動扭矩 常用最大： 55.7 kN-m 脫困時最大：65,0 kN

14、-m 管片拼裝裝置形 式 型方式（管片拼裝作業(yè)空間大） 操作方式 無線遙控操作 轉(zhuǎn)動速度 高速：1.5rpm低速：0.3rpm兩級調(diào)速 （高速低速無線遙控切換） 調(diào) 節(jié) 可實現(xiàn)微調(diào)、微動操作機械工程學院機械工程學院27272022-1-29防止粘土附著對策（）防止粘土附著對策（） 在刀盤進土口位置裝備高壓水噴射管機械工程學院機械工程學院28282022-1-29防止粘土附著對策（）防止粘土附著對策（） 擴大刀盤中央部分的開口，重視泥土從刀盤中心部進入土倉機械工程學院機械工程學院29292022-1-29防止粘土附著對策（）防止粘土附著對策（）在土倉內(nèi)隔壁上裝備前后滑動式固定攪拌翼，并可從其前端

15、添加泥漿在土倉內(nèi)隔壁上裝備前后滑動式固定攪拌翼，并可從其前端添加泥漿機械工程學院機械工程學院30302022-1-29防止粘土附著對策（）防止粘土附著對策（）裝備在刀盤內(nèi)側(cè)可以覆蓋整個區(qū)域的攪拌翼裝備在刀盤內(nèi)側(cè)可以覆蓋整個區(qū)域的攪拌翼機械工程學院機械工程學院31312022-1-29防止粘土附著對策（）防止粘土附著對策（）固定土倉隔壁中心部分，防止轉(zhuǎn)動腳中心部分泥土堵塞固定土倉隔壁中心部分，防止轉(zhuǎn)動腳中心部分泥土堵塞機械工程學院機械工程學院32322022-1-29泥漿注入口的配置泥漿注入口的配置 刀盤面板前面 ：3處 固定隔板一側(cè) ：4處 固定攪拌翼前端：1處 螺旋出渣機 ：3處 可選擇泥漿

16、、泡沫和聚合物3種類型噴出口閥門構(gòu)造照片機械工程學院機械工程學院33332022-1-29對應復合地層的刀具配置對應復合地層的刀具配置機械工程學院機械工程學院34342022-1-29復合地層的刀具裝備與對策復合地層的刀具裝備與對策 可更換滾刀與強化先行刮刀可更換滾刀與強化先行刮刀 如巖石強度在如巖石強度在30Mpa以下可使用強化先行刮刀進行掘進以下可使用強化先行刮刀進行掘進 如巖石強度為如巖石強度為30250Mpa則應適用滾刀進行掘進則應適用滾刀進行掘進機械工程學院機械工程學院35352022-1-29滾刀的形狀與特點滾刀的形狀與特點尺寸 ：17英寸 允許磨損量 ：20 mm允許負荷： 25

17、0 kN 允許線速度 ： 150 m / min材質(zhì) ：特殊工具鋼轉(zhuǎn)動力：70 Nm機械工程學院機械工程學院36362022-1-29刀盤耐磨損對策刀盤耐磨損對策刀盤外周堆焊釘狀耐磨物外周進行硬化耐磨層堆焊耐磨板機械工程學院機械工程學院37372022-1-29刀盤驅(qū)動部土砂密封刀盤驅(qū)動部土砂密封特點土砂密封：3條唇形密封1段V型密封 ：3 段迷路密封：拉比利斯（迷宮）式檢測 ：溫度檢測傳感器供油脂 ：自動供脂其他 ：密封接觸面采用硬質(zhì) 材料機械工程學院機械工程學院38382022-1-29鉸接構(gòu)造鉸接構(gòu)造鉸接裝置總推力24,000 kN 數(shù)量 2,000kN12根 鉸接方向全方向（上下、左右

18、、傾斜方向）機械工程學院機械工程學院39392022-1-29鉸接密封鉸接密封形式：型密封2 段、灰塵密封1 段耐壓：1.0 Mpa潤滑：自動供脂機械工程學院機械工程學院40402022-1-29盾尾密封盾尾密封形式： 3段金屬刷漿液逆流 ：注漿液逆流防止板潤 滑：盾尾油脂自動注入供脂位置 ：每列6處 （共計12處）耐水壓 ： 0.4 Mpa機械工程學院機械工程學院41412022-1-29螺旋出渣機的特點螺旋出渣機的特點驅(qū)動方式液壓驅(qū)動方式（裝備動力：110 kw）出土量280 m3 / h（最大排出粒徑：250mm500mmL）直徑700mm（帶軸式出渣機）轉(zhuǎn)速 1.0 24 rpm 驅(qū)動扭矩 常用最大 ： 55.7 kN-m 脫困時最大：65,0