盾構機分類及選型-

1、第十四講第十四講大型施工機械大型施工機械盾構機部分盾構機部分 盾構機的分類及選型2022年年4月月24日日12時時52分分 主要內(nèi)容 1 盾構機分類 2 盾構機選型 3 盾構機選型舉例2022年年4月月24日日12時時52分分1 盾構機分類 (1) 按掘削地層分類 n 硬巖盾構（TBM）n 軟巖盾構n 軟土盾構n 硬巖軟土盾構雙護盾雙護盾TBMTBM2022年年4月月24日日12時時52分分軟土盾構軟土盾構復合盾構復合盾構2022年年4月月24日日12時時52分分 (2) 按盾構機橫截面形狀分類n 半圓形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2022年年4月月24日

2、日12時時52分分2022年年4月月24日日12時時52分分(3) 按盾構機橫截面的形狀分類 超小型盾構 18m2022年年4月月24日日12時時52分分 (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 2022年年4月月24日日12時時52分分 (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手掘式盾構 半機械式盾構半機械式盾構 網(wǎng)格式盾構網(wǎng)格式盾構 2022年年4月月24日日12時時52分分 (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

3、 土壓式2022年年4月月24日日12時時52分分(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 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 動 掘 削 式 轉 動 掘 削 式 多 軸 搖 動 掘 削 式 擺 動 掘 削 式 2022年年4月月24日日12時時52分分(8)按盾構機特殊構造分類 n中折盾構n球體盾構n異徑母子盾構

4、n重心靠前盾構n特殊構造的盾構n現(xiàn)場換刀盾構n可直接掘削前障礙物盾構n機體可分可合盾構n固體回收盾構n傾斜中空軸全斷面機內(nèi)注漿盾構n傾斜中空軸全斷面機內(nèi)注漿+活動前檐盾構 2022年年4月月24日日12時時52分分 (9)按盾構機的功能、用途分類 直 角 彎 隧 道 盾 構 偏 心 急 彎 曲 線 盾 構 大 坡 度 盾 構 C I D 工 法 M S D 工 法 側 接 盾 構 站 盾 構 分 岔 盾 構 路 線 可 變 扭 曲 盾 構 上 掘 盾 構 下 掘 盾 構 擴 掘 盾 構 變 徑 盾 構 大 深 度 盾 構 長 距 離 盾 構 高 速 掘 進 盾 構 地 中 對 接 盾 構 豎

5、向 掘 削 盾 構 2022年年4月月24日日12時時52分分 (10)按盾構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 工 法 （ 為 提 高 隧 道 襯 砌 的 止 水 性 和 耐 久 性 ， 在 盾 構 機 內(nèi) 對 管 片 外側 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

6、 片 盾 構 工 法 襯砌施工方法不同 的 盾 構 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 2022年年4月月24日日12時時52分分 (11)綜合分類2022年年4月月24日日12時時52分分2 盾構機選型 盾構掘進機選型依據(jù)盾構掘進機選型依據(jù) v(1) 土質條件、巖性（抗壓、抗拉、粒徑、成分等個參數(shù)）v(2) 開挖面穩(wěn)定（自立性能）v(3) 隧道埋深、地下水位v(4) 設計隧道的斷面v(5) 環(huán)境條件、沿線場地（附近管線和建筑物及其結構特性）v(6) 襯砌類型v(7) 工期v(8) 造價v(9) 宜用的輔助工法v(10) 設計路線、線形、坡

7、度v（11）電氣等其他設備條件 2022年年4月月24日日12時時52分分盾構掘進機選型的一般程序 2022年年4月月24日日12時時52分分不同地質條件下全斷面掘進機選型不同地質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7060508090100600,62,06,060,020,010090807050403020100篩分粒徑砂砂粉質土粉質土粘土粘土細中粗礫石礫石粗細中粗粗細中粗粗Foam2022年年4月月24日日12時時52分分不同地質條件下

8、全斷面掘進機選型不同地質條件下全斷面掘進機選型 泡沫 EPB盾構泥水盾構棄土容重棄土容重 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/m1,401,051,502,002,202022年年4月月24日日12時時52分分盾構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

9、狀的制約 2022年年4月月24日日12時時52分分二號線穿越漢口和武昌，隧二號線穿越漢口和武昌，隧道穿越地質種類比較全面：道穿越地質種類比較全面：粘土、粉質粘土、粘土、粉質粘土、淤泥質粉質粘土、淤泥質粉質粘土、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、炭質灰?guī)r、石英砂巖、炭質灰?guī)r、鈣質泥巖、強風化泥巖、鈣質泥巖、強風化泥巖、強風化含碳硅質頁巖強風化含碳硅質頁巖等。等。3.武漢地鐵的路線與地質武漢地鐵的路線與地質3 盾構機選型舉例2022年年4月月24日日12時時52分分n 偏軟地層導致的地表沉降n 由于硬質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

10、題n 軟質風化巖砂巖泥巖半固結粘土淤泥的掘進n 膨脹性陳舊粘土導致的盾構機推力增加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2022年年4月月24日日12時時52分分3.3 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.)6.00 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 2022年年4月月24日日12時時52分分3.3. 盾構機總體參數(shù)盾構機總體參數(shù)（方案（方案）盾構機總體設計范圍及主要尺寸盾構機總體

11、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盾構機總體設計范圍盾構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

12、工作時掘進速率 12環(huán)環(huán) / 16 hours2022年年4月月24日日12時時52分分3.3.主要機械性能（方案主要機械性能（方案） 刀盤驅動 驅動形式電驅動 2級調速式 （裝備動力：600kw） 刀盤轉速 高速轉動 ： 2.0 rpm 低速轉動 ： 1.0 rpm 刀盤扭矩常用最大 ： 5,844 kN-m 高速轉動：2,922 kN-m 脫困扭矩 7,000 kN-m 盾構機千斤頂 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

13、下、左右、傾斜方向）2022年年4月月24日日12時時52分分3.3.主要機械性能（方案主要機械性能（方案） 螺旋出渣機驅動 驅動形式 液壓驅動方式 （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） 轉速 1.0 24 rpm 驅動扭矩 常用最大： 55.7 kN-m 脫困時最大：65,0 kN-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 轉動速度 高速：1.5rpm低速：0.3rpm兩級調速 （高速低速無線遙控切換） 調 節(jié) 可實現(xiàn)微調、微動操作2022年年4月月24日日1

14、2時時52分分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2022年年4月月24日日12時時52分分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2022年年4月月24日日12時時52分分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2022年年4月月24日日12時時52分分防止粘土附著對策防止粘土附著對策（）（）裝備在刀盤內(nèi)側可以覆蓋整個區(qū)域的攪拌翼裝備在刀盤內(nèi)側可以覆蓋整個區(qū)域的攪拌翼2022年年4月

15、月24日日12時時52分分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，防止轉動腳中心部分泥土堵塞固定土倉隔壁中心部分，防止轉動腳中心部分泥土堵塞2022年年4月月24日日12時時52分分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 ：4處 固定攪拌翼前端：1處 螺旋出渣機 ：3處 可選擇泥漿、泡沫和聚合物3種類型噴出口閥門構造照片2022年年4月月24日日12時時52分分對應復合地層的刀具配置對應復合地層的刀具配置2022年年4月月24日日12時時52分分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

16、 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2022年年4月月24日日12時時52分分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： 250 kN 允許線速度 ： 150 m / min材質 ：特殊工具鋼轉動力：70 Nm2022年年4月月24日日12時時52分分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2022年年4月月24日日12時時52分分刀盤驅動部土砂密封刀盤驅動部土砂密封特點土砂

17、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 材料2022年年4月月24日日12時時52分分鉸接構造鉸接構造鉸接裝置總推力24,000 kN 數(shù)量 2,000kN12根 鉸接方向全方向（上下、左右、傾斜方向）2022年年4月月24日日12時時52分分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2022年年4月月24日日12時時52分分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 Mpa2022年年4月月24日日12時時52分分螺旋出渣機的特點螺旋出渣機的特點驅動方式液壓驅動方式（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）轉速 1.0 24 rpm 驅動扭矩 常用最大 ： 55.7 kN-m 脫困時最大：65,0 kN-m前端部 耐磨對策（