隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件

土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)（如圖1所示）的開(kāi)發(fā)始于70年代初。第一臺(tái)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)外徑為3.72m，由日本IHI設(shè)計(jì)制造，于1974年在東京投入使用。隨后，其它一些廠(chǎng)家也開(kāi)始生產(chǎn)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，產(chǎn)品的名稱(chēng)不完全相同，但從原理上都可歸納為土壓平衡系統(tǒng)（Earth-pressurebalancesystem，即EPBS）。1概述

土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)（如圖1所示）的開(kāi)發(fā)始于70年代初。第一臺(tái)土11．切削刀盤(pán)2．開(kāi)挖室3．承壓隔板4．壓縮空氣閘室

5．推進(jìn)千斤頂6．尾盾密封7．油箱8．帶式輸送機(jī)

9．管片拼裝機(jī)10．刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)11．螺旋輸送機(jī)

圖1土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)1．切削刀盤(pán)2．開(kāi)挖室3．承壓隔板4．壓縮空氣閘室

52隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件3土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展基于擠壓式盾構(gòu)機(jī)（閉胸）和泥水式盾構(gòu)機(jī)。擠壓式盾構(gòu)機(jī)在其承壓隔板上設(shè)有面積可調(diào)的排土口，開(kāi)挖面的穩(wěn)定靠調(diào)節(jié)孔口大小和排土阻力，使盾構(gòu)千斤頂推力和開(kāi)挖面土壓達(dá)到平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展基于擠壓式盾構(gòu)機(jī)（閉胸）和泥水式盾構(gòu)機(jī)4擠壓式盾構(gòu)機(jī)適用于具有良好塑性的粘土層，適用地質(zhì)范圍狹窄。泥水式盾構(gòu)機(jī)在非粘土層中廣泛應(yīng)用，但隨細(xì)顆粒土砂百分比的增加其分離越來(lái)越復(fù)雜，代價(jià)越來(lái)越高，懸浮液也需頻繁更換，還存在環(huán)保問(wèn)題。特別是在日本主要城市施工時(shí)，由于空間有限使得安裝分離設(shè)備較為困難。擠壓式盾構(gòu)機(jī)適用于具有良好塑性的粘土層，適用地質(zhì)范圍狹5這些都促進(jìn)了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展。與泥水式盾構(gòu)機(jī)相比，土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)沒(méi)有分離裝置，施工時(shí)的覆土層可以相對(duì)較淺。其適用地質(zhì)范圍比擠壓式盾構(gòu)機(jī)廣，掘進(jìn)性能也優(yōu)于擠壓式盾構(gòu)機(jī)。這些都促進(jìn)了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展。與泥水式盾構(gòu)機(jī)相比6從1964年到1974年的10年間，與氣壓施工法同時(shí)使用的手掘式盾構(gòu)機(jī)占總數(shù)的3/4，從1974年到1984年的10年間，這種盾構(gòu)機(jī)型減少，泥水式和土壓平衡式等機(jī)械挖掘式盾構(gòu)機(jī)不斷增加。日本隧道技術(shù)協(xié)會(huì)對(duì)世界盾構(gòu)施工法現(xiàn)狀開(kāi)展通信調(diào)查的結(jié)果（其中96%是日本的工程），從1980年至1985年的6年間，密閉型盾構(gòu)機(jī)從1980年占各種類(lèi)型盾構(gòu)機(jī)總數(shù)的60%急增至86%，特別是土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)從19%增大到60%。從1964年到1974年的10年間，與氣壓施工法同時(shí)使用的手7隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件8隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件9隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件10土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)切削面與后面的承壓隔板所形成的空間為開(kāi)挖室或泥土室。刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削下來(lái)的土壤通過(guò)刀盤(pán)上的開(kāi)口進(jìn)入泥土室，與泥土室內(nèi)的可塑土漿混合或被攪拌混合，盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏νㄟ^(guò)承壓隔板傳遞到泥土室內(nèi)的泥土漿上，由泥土漿的壓力作用于開(kāi)挖面，以平衡開(kāi)挖面處的地下水壓和土壓。從而保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)切削面與后面的承壓隔板所形成的空間為開(kāi)11螺旋輸送機(jī)從承壓隔板的開(kāi)孔處伸入泥土室進(jìn)行排土。盾構(gòu)機(jī)的挖掘推進(jìn)速度和螺旋輸送機(jī)單位時(shí)間的排土量或其旋轉(zhuǎn)速度都會(huì)影響泥土室內(nèi)土漿壓力的大小，所以應(yīng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。螺旋輸送機(jī)從承壓隔板的開(kāi)孔處伸入泥土室進(jìn)行排土。12在最初的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)中采用體積控制方法來(lái)檢查開(kāi)挖面的穩(wěn)定情況。它將測(cè)量的開(kāi)挖體積與根據(jù)掘進(jìn)速度和開(kāi)挖洞徑計(jì)算得到的理論體積值進(jìn)行比較，對(duì)盾構(gòu)機(jī)挖掘推進(jìn)速度和螺旋輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。對(duì)開(kāi)挖出土料體積的測(cè)量方法有傳統(tǒng)的稱(chēng)重方法及近些年采用的超聲波和激光測(cè)量方法。在最初的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)中采用體積控制方法來(lái)檢查開(kāi)挖面的穩(wěn)定13超聲波法和激光法要求輸送帶上的土料表面較光滑，在實(shí)際應(yīng)用中較難保證。僅靠體積控制的方法存在一些缺點(diǎn)，它不提供任何開(kāi)挖室內(nèi)實(shí)際填充情況和土體壓實(shí)度的有關(guān)信息；體積測(cè)量裝置復(fù)雜而且昂貴，它們的安裝位置有時(shí)會(huì)阻礙輸送帶對(duì)土料的輸送；只有在一段時(shí)間之后才能做定性分析無(wú)法得到開(kāi)挖面的實(shí)時(shí)情況；在同時(shí)有土壤改良劑料加入時(shí)，無(wú)法得出精確體積值。超聲波法和激光法要求輸送帶上的土料表面較光滑，在實(shí)際應(yīng)用中較14對(duì)開(kāi)挖室內(nèi)土壓的測(cè)量則會(huì)提供更多的開(kāi)挖面穩(wěn)定控制所需的信息。土壓是通過(guò)安裝在承壓隔板上不同位置的土壓傳感器進(jìn)行測(cè)量的。土壓測(cè)量裝置的原理比泥水式盾構(gòu)機(jī)中支撐液體靜壓的測(cè)量方法要復(fù)雜，它的應(yīng)用和發(fā)展已能夠根據(jù)事先計(jì)算的開(kāi)挖面支撐壓力曲線(xiàn)對(duì)壓力進(jìn)行精確控制。對(duì)開(kāi)挖室內(nèi)土壓的測(cè)量則會(huì)提供更多的開(kāi)挖面穩(wěn)定控制所需的信息。15在隧洞掘進(jìn)的過(guò)程中，通過(guò)土壓的測(cè)量值由調(diào)節(jié)電路來(lái)調(diào)整有關(guān)控制參數(shù)。土壓通過(guò)改變盾構(gòu)千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度或推螺旋輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度而增減。在盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，操作員的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)盾構(gòu)機(jī)中各重要測(cè)量參數(shù)的監(jiān)視非常重要。在隧洞掘進(jìn)的過(guò)程中，通過(guò)土壓的測(cè)量值由調(diào)節(jié)電路來(lái)調(diào)整有關(guān)控制16土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)用開(kāi)挖出的土料作為支撐開(kāi)挖面穩(wěn)定的介質(zhì)，對(duì)作為支撐介質(zhì)的土料要求為：具有良好的塑性變形，軟稠度，內(nèi)摩擦角小及滲透率小。由于一般土壤不能完全滿(mǎn)足這些特性，所以要進(jìn)行改良。改良的方法通常為：加水，膨潤(rùn)土，粘土，外加劑（CMC），聚合物和泡沫等，根據(jù)土質(zhì)情況選用。2土質(zhì)改良和應(yīng)用范圍土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)用開(kāi)挖出的土料作為支撐開(kāi)挖面穩(wěn)定的介質(zhì)，對(duì)作17通過(guò)這些改良措施，擴(kuò)大了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍。通過(guò)這些改良措施，擴(kuò)大了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍。18開(kāi)挖室內(nèi)土料具有的軟稠度和良好的塑性變形，使支撐壓力能規(guī)則地作用于開(kāi)挖面保證了土料能不斷地流送到螺旋輸送機(jī)避免了土料在開(kāi)挖室低壓部位的堆集、對(duì)刀盤(pán)的阻塞以及對(duì)開(kāi)挖室的堵塞降低了刀盤(pán)和螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩，從而更為經(jīng)濟(jì)但土料不能過(guò)軟，否則不適于帶式輸送機(jī)和料車(chē)的輸運(yùn)。開(kāi)挖室內(nèi)土料具有的軟稠度和良好的塑性變形，使支撐壓力能規(guī)則地19土料由螺旋輸送機(jī)從有壓的開(kāi)挖室輸送到大氣壓下的隧洞里從螺旋輸送機(jī)到帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)運(yùn)如沒(méi)有料閘裝置，則土料應(yīng)具有低的滲透性，低滲透性可以避免液流穿過(guò)螺旋輸送機(jī)。

有軟稠度的粘質(zhì)粉土和粉砂是最適合使用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的土層。土料由螺旋輸送機(jī)從有壓的開(kāi)挖室輸送到大氣壓下的隧洞里20根據(jù)土層的稠度，有時(shí)不需要水或只需要加很少量的水。通過(guò)攪拌裝置在開(kāi)挖室內(nèi)的攪拌，即使十分粘著的土層也能變成塑性的泥漿。隨著含砂率的增加，加水就顯得不夠，因?yàn)樗荒軠p小內(nèi)摩擦角。增大的滲透性必須解決好螺旋輸送機(jī)的密封問(wèn)題。細(xì)土粒含量的缺乏可以通過(guò)加入粘土和膨潤(rùn)土懸浮液來(lái)補(bǔ)償。這樣孔隙里的水就可通過(guò)膨脹的懸浮液限制，挖出的土料便可變成流動(dòng)性很好、滲透性降低的可塑土漿根據(jù)土層的稠度，有時(shí)不需要水或只需要加很少量的水。通過(guò)攪拌裝21對(duì)非粘透水性土層可以通過(guò)注射泡沫進(jìn)行改良處理。泡沫被加入挖出的土壤中并成為粒狀結(jié)構(gòu)的一部分。粒狀結(jié)構(gòu)中的氣泡可以降低土漿密度，減小顆粒摩擦。土漿混合物的體積變化率得到降低使其在較寬的形變范圍內(nèi)有最理想的彈性，這樣才可能控制開(kāi)挖面支撐壓力。對(duì)非粘透水性土層可以通過(guò)注射泡沫進(jìn)行改良處理。泡沫被加入挖出22自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置23自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置24自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置25隨著開(kāi)挖室內(nèi)壓力的降低，粒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣相會(huì)膨脹，土體會(huì)形變；隨著開(kāi)挖室內(nèi)壓力的增大，土體中孔隙不斷變小，這樣就可避免切削刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)力矩的快速增大。由于化學(xué)的和物理的粘著力的作用，使用適當(dāng)?shù)呐菽旌衔?，開(kāi)挖的土料可以變得非常粘著，完全可以用帶式輸送機(jī)進(jìn)行輸送。隨著開(kāi)挖室內(nèi)壓力的降低，粒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣相會(huì)膨脹，土體會(huì)形變；26實(shí)際上泡沫的90%都是空氣，而空氣在幾天后就會(huì)全部逸出，因此土料可以恢復(fù)原來(lái)的稠度，在對(duì)開(kāi)挖出土料的儲(chǔ)置或進(jìn)一步利用上這是一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，而且不需要復(fù)雜昂貴的分離設(shè)備。加泡沫技術(shù)用于含水土層時(shí)還可抵抗較高的地下水壓，它的發(fā)展可擴(kuò)大土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍，使它也可用在原先只適于泥水式盾構(gòu)機(jī)的土層中。泡沫混合物在使用后幾天之內(nèi)化學(xué)物質(zhì)就會(huì)完全生物分解，基本不存在環(huán)境污染的問(wèn)題。實(shí)際上泡沫的90%都是空氣，而空氣在幾天后就會(huì)全部逸出，因此27土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍如圖2所示。在寬限制線(xiàn)（曲線(xiàn)1）上細(xì)土粒含量不少于30%，這時(shí)針對(duì)土層的顆粒分布，應(yīng)用上沒(méi)有限制。這主要是指稠度由現(xiàn)有水含量決定的一般不透水地層。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍如圖2所示。在寬限制線(xiàn)（曲線(xiàn)1）上細(xì)28圖2土層顆粒尺寸分布的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)適用范圍圖2土層顆粒尺寸分布的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)適用范圍29對(duì)稠度Ic>1、高粘性和低滲透性的土層一般可以在無(wú)支撐壓的情況下施工。但如果開(kāi)挖面需要支撐，土料的稠度應(yīng)為柔軟（Ic=0.4-0.75）。根據(jù)土層的礦物學(xué)結(jié)構(gòu)組成情況，也可以使用水、低粘性懸浮液（膨潤(rùn)土，聚合物）和泡沫。對(duì)稠度Ic>1、高粘性和低滲透性的土層一般可以在無(wú)支撐壓的情30在限制線(xiàn)以下土層滲透性及內(nèi)摩擦大大增加，應(yīng)用所受的限制由滲透系數(shù)k和地下水壓力決定。在實(shí)際應(yīng)用中，壓力最大為200kPa時(shí)水的滲透系數(shù)不應(yīng)大于10-5m/s。在曲線(xiàn)2和曲線(xiàn)3之間的部分，土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)不能在水壓下使用。在曲線(xiàn)3以下，滲透性太強(qiáng)，對(duì)土層進(jìn)行改良處理也不會(huì)有效。在限制線(xiàn)以下土層滲透性及內(nèi)摩擦大大增加，應(yīng)用所受的限制由滲透31在對(duì)曲線(xiàn)2下面的土層的改良處理中，只能選用高粘性粘土懸浮液（高密度泥漿）和聚合物泡沫。若處理液的比例超過(guò)了開(kāi)挖量的40%-45%，稠度已達(dá)到液體值，此時(shí)應(yīng)用泥漿系統(tǒng)取代輸送帶。在對(duì)曲線(xiàn)2下面的土層的改良處理中，只能選用高粘性粘土懸浮液（32雖然通過(guò)土層處理土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍可以擴(kuò)大到泥水式盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，但不應(yīng)將非粘性土層歸在土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍之內(nèi)。在細(xì)砂含量少的非粘性土層中，使用泥水式盾構(gòu)機(jī)比土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)有更大的優(yōu)越性，應(yīng)首先考慮使用。雖然通過(guò)土層處理土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍可以擴(kuò)大到泥水式盾33土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)可分為土壓式盾構(gòu)機(jī)和泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)。土壓式盾構(gòu)機(jī)是在擠壓式盾構(gòu)機(jī)上安裝刀盤(pán)進(jìn)行開(kāi)挖，同時(shí)使開(kāi)挖的土料流動(dòng)，以便排土，它只適于可用切削刀開(kāi)挖且含砂量小的塑性流動(dòng)性軟粘土。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)可分為土壓式盾構(gòu)機(jī)和泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)。34泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)裝備有注入土壤改良用添加劑料的機(jī)構(gòu)和攪拌機(jī)構(gòu)，它的適用范圍較廣，可用于沖積粘土、洪積粘土、砂質(zhì)土、砂、砂礫、卵石等土層。這種盾構(gòu)機(jī)又分成攪拌全部開(kāi)挖土料的泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)和攪拌部分開(kāi)挖土料的泥漿加壓盾構(gòu)機(jī)。泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)裝備有注入土壤改良用添加劑料的機(jī)構(gòu)和攪拌機(jī)構(gòu)35泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)形狀多為輪輻形的，容易進(jìn)行土壓調(diào)節(jié)，適用于大范圍的土質(zhì)。泥漿式盾構(gòu)機(jī)是在刀盤(pán)開(kāi)挖的土料內(nèi)注入改良劑料，在土室內(nèi)攪拌，使開(kāi)挖土料變成泥漿。泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)形狀多為輪輻形的，容易進(jìn)行土壓調(diào)節(jié)，適36隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件37土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的基本裝置是切削刀盤(pán)及其軸承和驅(qū)動(dòng)裝置，開(kāi)挖室以及螺旋輸送機(jī)等。

3.1切削刀盤(pán)

切削刀盤(pán)切割開(kāi)挖面上的土壤和在開(kāi)挖室內(nèi)攪拌使之變成可塑的泥土漿。切削刀盤(pán)前面一般布置有添加土壤改良劑料的灌注口，對(duì)開(kāi)挖面上的土壤進(jìn)行改良處理。3土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的主要部件土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的基本裝置是切削刀盤(pán)及其軸承和驅(qū)動(dòng)裝置，開(kāi)挖室38切削刀盤(pán)盤(pán)面有封閉式和敞開(kāi)式兩種。封閉式切削刀盤(pán)是用于開(kāi)挖面不穩(wěn)定的土層類(lèi)型，這樣可以避免在開(kāi)挖面有大量的土壤松動(dòng)。切削刀盤(pán)上開(kāi)口的百分比在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下可以根據(jù)實(shí)際需要而變化。開(kāi)口的寬度限制了螺旋輸送機(jī)中可以輸送的最大石塊的尺寸。切削刀盤(pán)盤(pán)面有封閉式和敞開(kāi)式兩種。封閉式切削刀盤(pán)是用于39隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件40隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件41大的石塊需在切削刀盤(pán)前壓碎到與開(kāi)口縫隙尺寸相配，這樣可以避免損壞螺旋輸送機(jī)。封閉式切削刀盤(pán)的一個(gè)缺點(diǎn)是在開(kāi)挖面上支撐壓力的分布不均勻。承壓隔板上測(cè)得的土壓值不一定就是真實(shí)值，它還和刀盤(pán)的位置和轉(zhuǎn)向有關(guān)。大的石塊需在切削刀盤(pán)前壓碎到與開(kāi)口縫隙尺寸相配，這樣可42隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件43敞開(kāi)式切削刀盤(pán)（敞開(kāi)式星形設(shè)計(jì)），一般不會(huì)發(fā)生阻塞，此時(shí)開(kāi)挖面支撐壓力分布均勻且送到螺旋輸送機(jī)上的土料流動(dòng)穩(wěn)定。但它的缺點(diǎn)是由于缺乏機(jī)械支撐，進(jìn)入壓縮空氣下的開(kāi)挖室的危險(xiǎn)較大。此外，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，在覆土淺時(shí)易造成沉降，穩(wěn)定性和刀盤(pán)的強(qiáng)度降低。若敞開(kāi)式星形設(shè)計(jì)有輪緣，則切削刀盤(pán)的穩(wěn)定性會(huì)增強(qiáng)。敞開(kāi)式切削刀盤(pán)（敞開(kāi)式星形設(shè)計(jì)），一般不會(huì)發(fā)生阻塞，此時(shí)開(kāi)挖44根據(jù)地質(zhì)情況，刀盤(pán)可配鏟型刮刀、盤(pán)型滾刀等不同刀具。它們都安裝于刀盤(pán)的后面，以便檢查和更換。根據(jù)隧洞的走向及盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)，刀盤(pán)還配有超挖刀具。根據(jù)地質(zhì)情況，刀盤(pán)可配鏟型刮刀、盤(pán)型滾刀等不同刀具。453.2軸承和驅(qū)動(dòng)部件在軸承和驅(qū)動(dòng)部件方面，采用了與泥水式盾構(gòu)機(jī)和巖石掘進(jìn)機(jī)相似的系統(tǒng)。在土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)中，軸承的密封系統(tǒng)和易于拆換非常重要，因?yàn)檫@些部件在磨蝕性強(qiáng)的土層中會(huì)受到很大的機(jī)械應(yīng)力，易造成密封區(qū)域的嚴(yán)重?fù)p壞。3.2軸承和驅(qū)動(dòng)部件46在結(jié)構(gòu)上一般分為中心軸驅(qū)動(dòng)方式和非中心軸驅(qū)動(dòng)方式。中心軸驅(qū)動(dòng)部件的封閉或敞開(kāi)式切削刀盤(pán)是一種比較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，在開(kāi)挖室內(nèi)不需要什么處理，也沒(méi)什么障礙物。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所有密封都可以從盾構(gòu)機(jī)上接觸到，因此易于修復(fù)。中心軸驅(qū)動(dòng)部件的缺點(diǎn)是盾構(gòu)中心被切削刀盤(pán)部件占滿(mǎn)，使螺旋輸送機(jī)的安裝坡度特別小，這必然導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)的加長(zhǎng)。在結(jié)構(gòu)上一般分為中心軸驅(qū)動(dòng)方式和非中心軸驅(qū)動(dòng)方式。47非中心軸驅(qū)動(dòng)部件的封閉或敞開(kāi)式切削刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸承的直徑約為盾構(gòu)直徑的一半。切削刀盤(pán)有單獨(dú)的支架支承。優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)引穩(wěn)定、不易阻塞和支承支架能起一定的攪拌作用，并可以從盾構(gòu)區(qū)域接近密封系統(tǒng)。非中心軸驅(qū)動(dòng)部件的封閉或敞開(kāi)式切削刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸承的直徑約為盾構(gòu)483.3開(kāi)挖室土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)切削面與后面的承壓隔板所形成的空間為開(kāi)挖室。在這里從開(kāi)挖面挖出的土料轉(zhuǎn)變成有良好的變形性的可塑土漿（假如在開(kāi)挖面的開(kāi)挖中還沒(méi)做到這一點(diǎn)的話(huà)），以保證在開(kāi)挖面有穩(wěn)定的支撐壓力。3.3開(kāi)挖室49挖掘工作腔室的設(shè)計(jì)由螺旋輸送機(jī)、壓縮空氣室（如果有的話(huà)）和切削刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)部件的位置決定。開(kāi)挖室的設(shè)計(jì)應(yīng)順應(yīng)土料流動(dòng)以避免土料聚集，保證土料持續(xù)地流到螺旋輸送機(jī)中。挖掘工作腔室的設(shè)計(jì)由螺旋輸送機(jī)、壓縮空氣室（如果有的話(huà)）和切50開(kāi)挖室的長(zhǎng)度決定了與推進(jìn)速率相關(guān)的土料留在室內(nèi)的時(shí)間。開(kāi)挖室還可根據(jù)需要布置一些攪拌機(jī)構(gòu)，對(duì)土料進(jìn)行攪拌。對(duì)大直徑盾構(gòu)機(jī)，堵塞的危險(xiǎn)性較大（尤其在開(kāi)挖室中部），因?yàn)樾D(zhuǎn)攪拌工具的轉(zhuǎn)速越靠中間越小。當(dāng)切削刀盤(pán)的一般轉(zhuǎn)速為1-2m/min時(shí)，攪拌機(jī)構(gòu)對(duì)靠近中心的部位不起作用，因此在中心部位應(yīng)設(shè)置可以獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的切削或攪拌裝置。開(kāi)挖室的長(zhǎng)度決定了與推進(jìn)速率相關(guān)的土料留在室內(nèi)的時(shí)間。51壓力艙土體閉塞模型盾構(gòu)機(jī)2BGP1hP2tP3τH開(kāi)挖面τττ0整體受力分析

成拱系數(shù)

λ>1，土體成拱；λ<1，土體不成拱；λ=1，為臨界情況。2BhtH開(kāi)挖面盾構(gòu)機(jī)H′盾構(gòu)機(jī)簡(jiǎn)化模型

土體閉塞受力平衡方程成拱土體高度壓力艙土體閉塞模型盾構(gòu)機(jī)2BGP1hP2tP3τH開(kāi)挖面ττ523.4螺旋輸送機(jī)在土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)中螺旋輸送機(jī)具有以下功能：從有壓力的開(kāi)挖室內(nèi)將土料送到大氣壓下的隧洞中；在滲水土層中密封有壓水；通過(guò)控制開(kāi)挖土料的進(jìn)出量來(lái)控制開(kāi)挖室的支撐壓力。3.4螺旋輸送機(jī)53σTτ刀盤(pán)扭矩上升原理示意圖ττττ開(kāi)挖土體堵塞土艙示意圖盾殼推力開(kāi)挖面壓力螺旋排土器σTτ刀盤(pán)扭矩上升原理示意圖ττττ開(kāi)挖土體堵塞土艙示意圖盾54螺旋輸送機(jī)是一個(gè)連續(xù)工作的系統(tǒng)，由可旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片和靜止螺旋葉片外殼組成。螺旋葉片一般是裝配在旋轉(zhuǎn)軸上，但也可以設(shè)計(jì)成沒(méi)有中心軸以便在中心輸送較大的石塊。螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)可以布置在中心(軸)或周向邊緣。螺旋輸送機(jī)是一個(gè)連續(xù)工作的系統(tǒng)，由可旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片和靜止螺旋55中心驅(qū)動(dòng)時(shí)土料從圓柱體外殼的一扇門(mén)送出，而周向邊緣驅(qū)動(dòng)時(shí)，土料可以從圓柱體外殼的端部送出。螺旋輸送機(jī)的圓柱形殼體有一段是可以伸縮的。它伸到開(kāi)挖室內(nèi)部,可以改善土料的供應(yīng)。由于存在摩擦，在殼體內(nèi)的土料不能旋轉(zhuǎn)，只能作軸向移動(dòng)。中心驅(qū)動(dòng)時(shí)土料從圓柱體外殼的一扇門(mén)送出，而周向邊緣驅(qū)動(dòng)時(shí)，土56螺旋輸送機(jī)的安裝位置較低時(shí)更好用，因?yàn)橥亮鲜抢闷渥陨碇亓繅喝肼菪斔蜋C(jī)開(kāi)口中的。當(dāng)螺旋輸送機(jī)位于中心時(shí)，必須將在開(kāi)挖室下部的土料向上壓送以克服重力作用。因此壓縮空氣氣室的位置越高越好。螺旋輸送機(jī)的安裝位置較低時(shí)更好用，因?yàn)橥亮鲜抢闷渥陨碇亓繅?7若螺旋輸送機(jī)位于更低的位置，使用壓縮空氣將開(kāi)挖室內(nèi)的土料向低位壓送沒(méi)什么問(wèn)題，因此壓縮空氣氣室的位置越高越好。若螺旋輸送機(jī)位于更低的位置，使用壓縮空氣將開(kāi)挖室內(nèi)的土料向低58盾構(gòu)機(jī)的選型及設(shè)計(jì)工程在前期準(zhǔn)備時(shí)最重要的工作盾構(gòu)機(jī)選型考慮因素地層土質(zhì)條件斷面大小線(xiàn)路周邊環(huán)境排土方式地鐵盾構(gòu)常用的機(jī)型泥水平衡盾構(gòu)土壓平衡盾構(gòu)泥水平衡式盾構(gòu)土壓平衡式盾構(gòu)盾構(gòu)機(jī)的選型及設(shè)計(jì)泥水平衡式盾構(gòu)土壓平衡式盾構(gòu)59——泥水平衡式盾構(gòu)——泥水平衡式盾構(gòu)60——土壓平衡式盾構(gòu)——土壓平衡式盾構(gòu)61泥水平衡式盾構(gòu)土壓平衡式盾構(gòu)比較項(xiàng)目泥水平衡式盾構(gòu)土壓平衡式盾構(gòu)比較項(xiàng)目62——土層地質(zhì)粉細(xì)砂卵石層粗砂礫層中細(xì)砂礫層粉細(xì)礫層粗砂泥砂粘土地層滲透性與盾構(gòu)選型-10泥水盾構(gòu)土壓平衡盾構(gòu)透水系數(shù)(m/s)-1-10-1-10-2-10-3-10-4-10-5-10-6-10-7-10-8-10-9-10-10——土層地質(zhì)粉細(xì)砂卵石層粗砂礫層中細(xì)砂礫層粉細(xì)礫層粗砂泥63演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！64土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)（如圖1所示）的開(kāi)發(fā)始于70年代初。第一臺(tái)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)外徑為3.72m，由日本IHI設(shè)計(jì)制造，于1974年在東京投入使用。隨后，其它一些廠(chǎng)家也開(kāi)始生產(chǎn)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，產(chǎn)品的名稱(chēng)不完全相同，但從原理上都可歸納為土壓平衡系統(tǒng)（Earth-pressurebalancesystem，即EPBS）。1概述

土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)（如圖1所示）的開(kāi)發(fā)始于70年代初。第一臺(tái)土651．切削刀盤(pán)2．開(kāi)挖室3．承壓隔板4．壓縮空氣閘室

5．推進(jìn)千斤頂6．尾盾密封7．油箱8．帶式輸送機(jī)

9．管片拼裝機(jī)10．刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)11．螺旋輸送機(jī)

圖1土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)1．切削刀盤(pán)2．開(kāi)挖室3．承壓隔板4．壓縮空氣閘室

566隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件67土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展基于擠壓式盾構(gòu)機(jī)（閉胸）和泥水式盾構(gòu)機(jī)。擠壓式盾構(gòu)機(jī)在其承壓隔板上設(shè)有面積可調(diào)的排土口，開(kāi)挖面的穩(wěn)定靠調(diào)節(jié)孔口大小和排土阻力，使盾構(gòu)千斤頂推力和開(kāi)挖面土壓達(dá)到平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展基于擠壓式盾構(gòu)機(jī)（閉胸）和泥水式盾構(gòu)機(jī)68擠壓式盾構(gòu)機(jī)適用于具有良好塑性的粘土層，適用地質(zhì)范圍狹窄。泥水式盾構(gòu)機(jī)在非粘土層中廣泛應(yīng)用，但隨細(xì)顆粒土砂百分比的增加其分離越來(lái)越復(fù)雜，代價(jià)越來(lái)越高，懸浮液也需頻繁更換，還存在環(huán)保問(wèn)題。特別是在日本主要城市施工時(shí)，由于空間有限使得安裝分離設(shè)備較為困難。擠壓式盾構(gòu)機(jī)適用于具有良好塑性的粘土層，適用地質(zhì)范圍狹69這些都促進(jìn)了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展。與泥水式盾構(gòu)機(jī)相比，土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)沒(méi)有分離裝置，施工時(shí)的覆土層可以相對(duì)較淺。其適用地質(zhì)范圍比擠壓式盾構(gòu)機(jī)廣，掘進(jìn)性能也優(yōu)于擠壓式盾構(gòu)機(jī)。這些都促進(jìn)了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展。與泥水式盾構(gòu)機(jī)相比70從1964年到1974年的10年間，與氣壓施工法同時(shí)使用的手掘式盾構(gòu)機(jī)占總數(shù)的3/4，從1974年到1984年的10年間，這種盾構(gòu)機(jī)型減少，泥水式和土壓平衡式等機(jī)械挖掘式盾構(gòu)機(jī)不斷增加。日本隧道技術(shù)協(xié)會(huì)對(duì)世界盾構(gòu)施工法現(xiàn)狀開(kāi)展通信調(diào)查的結(jié)果（其中96%是日本的工程），從1980年至1985年的6年間，密閉型盾構(gòu)機(jī)從1980年占各種類(lèi)型盾構(gòu)機(jī)總數(shù)的60%急增至86%，特別是土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)從19%增大到60%。從1964年到1974年的10年間，與氣壓施工法同時(shí)使用的手71隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件72隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件73隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件74土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)切削面與后面的承壓隔板所形成的空間為開(kāi)挖室或泥土室。刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削下來(lái)的土壤通過(guò)刀盤(pán)上的開(kāi)口進(jìn)入泥土室，與泥土室內(nèi)的可塑土漿混合或被攪拌混合，盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏νㄟ^(guò)承壓隔板傳遞到泥土室內(nèi)的泥土漿上，由泥土漿的壓力作用于開(kāi)挖面，以平衡開(kāi)挖面處的地下水壓和土壓。從而保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)切削面與后面的承壓隔板所形成的空間為開(kāi)75螺旋輸送機(jī)從承壓隔板的開(kāi)孔處伸入泥土室進(jìn)行排土。盾構(gòu)機(jī)的挖掘推進(jìn)速度和螺旋輸送機(jī)單位時(shí)間的排土量或其旋轉(zhuǎn)速度都會(huì)影響泥土室內(nèi)土漿壓力的大小，所以應(yīng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。螺旋輸送機(jī)從承壓隔板的開(kāi)孔處伸入泥土室進(jìn)行排土。76在最初的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)中采用體積控制方法來(lái)檢查開(kāi)挖面的穩(wěn)定情況。它將測(cè)量的開(kāi)挖體積與根據(jù)掘進(jìn)速度和開(kāi)挖洞徑計(jì)算得到的理論體積值進(jìn)行比較，對(duì)盾構(gòu)機(jī)挖掘推進(jìn)速度和螺旋輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。對(duì)開(kāi)挖出土料體積的測(cè)量方法有傳統(tǒng)的稱(chēng)重方法及近些年采用的超聲波和激光測(cè)量方法。在最初的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)中采用體積控制方法來(lái)檢查開(kāi)挖面的穩(wěn)定77超聲波法和激光法要求輸送帶上的土料表面較光滑，在實(shí)際應(yīng)用中較難保證。僅靠體積控制的方法存在一些缺點(diǎn)，它不提供任何開(kāi)挖室內(nèi)實(shí)際填充情況和土體壓實(shí)度的有關(guān)信息；體積測(cè)量裝置復(fù)雜而且昂貴，它們的安裝位置有時(shí)會(huì)阻礙輸送帶對(duì)土料的輸送；只有在一段時(shí)間之后才能做定性分析無(wú)法得到開(kāi)挖面的實(shí)時(shí)情況；在同時(shí)有土壤改良劑料加入時(shí)，無(wú)法得出精確體積值。超聲波法和激光法要求輸送帶上的土料表面較光滑，在實(shí)際應(yīng)用中較78對(duì)開(kāi)挖室內(nèi)土壓的測(cè)量則會(huì)提供更多的開(kāi)挖面穩(wěn)定控制所需的信息。土壓是通過(guò)安裝在承壓隔板上不同位置的土壓傳感器進(jìn)行測(cè)量的。土壓測(cè)量裝置的原理比泥水式盾構(gòu)機(jī)中支撐液體靜壓的測(cè)量方法要復(fù)雜，它的應(yīng)用和發(fā)展已能夠根據(jù)事先計(jì)算的開(kāi)挖面支撐壓力曲線(xiàn)對(duì)壓力進(jìn)行精確控制。對(duì)開(kāi)挖室內(nèi)土壓的測(cè)量則會(huì)提供更多的開(kāi)挖面穩(wěn)定控制所需的信息。79在隧洞掘進(jìn)的過(guò)程中，通過(guò)土壓的測(cè)量值由調(diào)節(jié)電路來(lái)調(diào)整有關(guān)控制參數(shù)。土壓通過(guò)改變盾構(gòu)千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度或推螺旋輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度而增減。在盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，操作員的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)盾構(gòu)機(jī)中各重要測(cè)量參數(shù)的監(jiān)視非常重要。在隧洞掘進(jìn)的過(guò)程中，通過(guò)土壓的測(cè)量值由調(diào)節(jié)電路來(lái)調(diào)整有關(guān)控制80土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)用開(kāi)挖出的土料作為支撐開(kāi)挖面穩(wěn)定的介質(zhì)，對(duì)作為支撐介質(zhì)的土料要求為：具有良好的塑性變形，軟稠度，內(nèi)摩擦角小及滲透率小。由于一般土壤不能完全滿(mǎn)足這些特性，所以要進(jìn)行改良。改良的方法通常為：加水，膨潤(rùn)土，粘土，外加劑（CMC），聚合物和泡沫等，根據(jù)土質(zhì)情況選用。2土質(zhì)改良和應(yīng)用范圍土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)用開(kāi)挖出的土料作為支撐開(kāi)挖面穩(wěn)定的介質(zhì)，對(duì)作81通過(guò)這些改良措施，擴(kuò)大了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍。通過(guò)這些改良措施，擴(kuò)大了土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍。82開(kāi)挖室內(nèi)土料具有的軟稠度和良好的塑性變形，使支撐壓力能規(guī)則地作用于開(kāi)挖面保證了土料能不斷地流送到螺旋輸送機(jī)避免了土料在開(kāi)挖室低壓部位的堆集、對(duì)刀盤(pán)的阻塞以及對(duì)開(kāi)挖室的堵塞降低了刀盤(pán)和螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩，從而更為經(jīng)濟(jì)但土料不能過(guò)軟，否則不適于帶式輸送機(jī)和料車(chē)的輸運(yùn)。開(kāi)挖室內(nèi)土料具有的軟稠度和良好的塑性變形，使支撐壓力能規(guī)則地83土料由螺旋輸送機(jī)從有壓的開(kāi)挖室輸送到大氣壓下的隧洞里從螺旋輸送機(jī)到帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)運(yùn)如沒(méi)有料閘裝置，則土料應(yīng)具有低的滲透性，低滲透性可以避免液流穿過(guò)螺旋輸送機(jī)。

有軟稠度的粘質(zhì)粉土和粉砂是最適合使用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的土層。土料由螺旋輸送機(jī)從有壓的開(kāi)挖室輸送到大氣壓下的隧洞里84根據(jù)土層的稠度，有時(shí)不需要水或只需要加很少量的水。通過(guò)攪拌裝置在開(kāi)挖室內(nèi)的攪拌，即使十分粘著的土層也能變成塑性的泥漿。隨著含砂率的增加，加水就顯得不夠，因?yàn)樗荒軠p小內(nèi)摩擦角。增大的滲透性必須解決好螺旋輸送機(jī)的密封問(wèn)題。細(xì)土粒含量的缺乏可以通過(guò)加入粘土和膨潤(rùn)土懸浮液來(lái)補(bǔ)償。這樣孔隙里的水就可通過(guò)膨脹的懸浮液限制，挖出的土料便可變成流動(dòng)性很好、滲透性降低的可塑土漿根據(jù)土層的稠度，有時(shí)不需要水或只需要加很少量的水。通過(guò)攪拌裝85對(duì)非粘透水性土層可以通過(guò)注射泡沫進(jìn)行改良處理。泡沫被加入挖出的土壤中并成為粒狀結(jié)構(gòu)的一部分。粒狀結(jié)構(gòu)中的氣泡可以降低土漿密度，減小顆粒摩擦。土漿混合物的體積變化率得到降低使其在較寬的形變范圍內(nèi)有最理想的彈性，這樣才可能控制開(kāi)挖面支撐壓力。對(duì)非粘透水性土層可以通過(guò)注射泡沫進(jìn)行改良處理。泡沫被加入挖出86自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置87自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置88自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置自主開(kāi)發(fā)氣泡劑自主開(kāi)發(fā)氣泡發(fā)泡裝置89隨著開(kāi)挖室內(nèi)壓力的降低，粒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣相會(huì)膨脹，土體會(huì)形變；隨著開(kāi)挖室內(nèi)壓力的增大，土體中孔隙不斷變小，這樣就可避免切削刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)力矩的快速增大。由于化學(xué)的和物理的粘著力的作用，使用適當(dāng)?shù)呐菽旌衔?，開(kāi)挖的土料可以變得非常粘著，完全可以用帶式輸送機(jī)進(jìn)行輸送。隨著開(kāi)挖室內(nèi)壓力的降低，粒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣相會(huì)膨脹，土體會(huì)形變；90實(shí)際上泡沫的90%都是空氣，而空氣在幾天后就會(huì)全部逸出，因此土料可以恢復(fù)原來(lái)的稠度，在對(duì)開(kāi)挖出土料的儲(chǔ)置或進(jìn)一步利用上這是一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，而且不需要復(fù)雜昂貴的分離設(shè)備。加泡沫技術(shù)用于含水土層時(shí)還可抵抗較高的地下水壓，它的發(fā)展可擴(kuò)大土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍，使它也可用在原先只適于泥水式盾構(gòu)機(jī)的土層中。泡沫混合物在使用后幾天之內(nèi)化學(xué)物質(zhì)就會(huì)完全生物分解，基本不存在環(huán)境污染的問(wèn)題。實(shí)際上泡沫的90%都是空氣，而空氣在幾天后就會(huì)全部逸出，因此91土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍如圖2所示。在寬限制線(xiàn)（曲線(xiàn)1）上細(xì)土粒含量不少于30%，這時(shí)針對(duì)土層的顆粒分布，應(yīng)用上沒(méi)有限制。這主要是指稠度由現(xiàn)有水含量決定的一般不透水地層。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍如圖2所示。在寬限制線(xiàn)（曲線(xiàn)1）上細(xì)92圖2土層顆粒尺寸分布的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)適用范圍圖2土層顆粒尺寸分布的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)適用范圍93對(duì)稠度Ic>1、高粘性和低滲透性的土層一般可以在無(wú)支撐壓的情況下施工。但如果開(kāi)挖面需要支撐，土料的稠度應(yīng)為柔軟（Ic=0.4-0.75）。根據(jù)土層的礦物學(xué)結(jié)構(gòu)組成情況，也可以使用水、低粘性懸浮液（膨潤(rùn)土，聚合物）和泡沫。對(duì)稠度Ic>1、高粘性和低滲透性的土層一般可以在無(wú)支撐壓的情94在限制線(xiàn)以下土層滲透性及內(nèi)摩擦大大增加，應(yīng)用所受的限制由滲透系數(shù)k和地下水壓力決定。在實(shí)際應(yīng)用中，壓力最大為200kPa時(shí)水的滲透系數(shù)不應(yīng)大于10-5m/s。在曲線(xiàn)2和曲線(xiàn)3之間的部分，土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)不能在水壓下使用。在曲線(xiàn)3以下，滲透性太強(qiáng)，對(duì)土層進(jìn)行改良處理也不會(huì)有效。在限制線(xiàn)以下土層滲透性及內(nèi)摩擦大大增加，應(yīng)用所受的限制由滲透95在對(duì)曲線(xiàn)2下面的土層的改良處理中，只能選用高粘性粘土懸浮液（高密度泥漿）和聚合物泡沫。若處理液的比例超過(guò)了開(kāi)挖量的40%-45%，稠度已達(dá)到液體值，此時(shí)應(yīng)用泥漿系統(tǒng)取代輸送帶。在對(duì)曲線(xiàn)2下面的土層的改良處理中，只能選用高粘性粘土懸浮液（96雖然通過(guò)土層處理土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍可以擴(kuò)大到泥水式盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，但不應(yīng)將非粘性土層歸在土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍之內(nèi)。在細(xì)砂含量少的非粘性土層中，使用泥水式盾構(gòu)機(jī)比土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)有更大的優(yōu)越性，應(yīng)首先考慮使用。雖然通過(guò)土層處理土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍可以擴(kuò)大到泥水式盾97土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)可分為土壓式盾構(gòu)機(jī)和泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)。土壓式盾構(gòu)機(jī)是在擠壓式盾構(gòu)機(jī)上安裝刀盤(pán)進(jìn)行開(kāi)挖，同時(shí)使開(kāi)挖的土料流動(dòng)，以便排土，它只適于可用切削刀開(kāi)挖且含砂量小的塑性流動(dòng)性軟粘土。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)可分為土壓式盾構(gòu)機(jī)和泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)。98泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)裝備有注入土壤改良用添加劑料的機(jī)構(gòu)和攪拌機(jī)構(gòu)，它的適用范圍較廣，可用于沖積粘土、洪積粘土、砂質(zhì)土、砂、砂礫、卵石等土層。這種盾構(gòu)機(jī)又分成攪拌全部開(kāi)挖土料的泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)和攪拌部分開(kāi)挖土料的泥漿加壓盾構(gòu)機(jī)。泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)裝備有注入土壤改良用添加劑料的機(jī)構(gòu)和攪拌機(jī)構(gòu)99泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)形狀多為輪輻形的，容易進(jìn)行土壓調(diào)節(jié)，適用于大范圍的土質(zhì)。泥漿式盾構(gòu)機(jī)是在刀盤(pán)開(kāi)挖的土料內(nèi)注入改良劑料，在土室內(nèi)攪拌，使開(kāi)挖土料變成泥漿。泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)形狀多為輪輻形的，容易進(jìn)行土壓調(diào)節(jié)，適100隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件101土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的基本裝置是切削刀盤(pán)及其軸承和驅(qū)動(dòng)裝置，開(kāi)挖室以及螺旋輸送機(jī)等。

3.1切削刀盤(pán)

切削刀盤(pán)切割開(kāi)挖面上的土壤和在開(kāi)挖室內(nèi)攪拌使之變成可塑的泥土漿。切削刀盤(pán)前面一般布置有添加土壤改良劑料的灌注口，對(duì)開(kāi)挖面上的土壤進(jìn)行改良處理。3土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的主要部件土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的基本裝置是切削刀盤(pán)及其軸承和驅(qū)動(dòng)裝置，開(kāi)挖室102切削刀盤(pán)盤(pán)面有封閉式和敞開(kāi)式兩種。封閉式切削刀盤(pán)是用于開(kāi)挖面不穩(wěn)定的土層類(lèi)型，這樣可以避免在開(kāi)挖面有大量的土壤松動(dòng)。切削刀盤(pán)上開(kāi)口的百分比在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下可以根據(jù)實(shí)際需要而變化。開(kāi)口的寬度限制了螺旋輸送機(jī)中可以輸送的最大石塊的尺寸。切削刀盤(pán)盤(pán)面有封閉式和敞開(kāi)式兩種。封閉式切削刀盤(pán)是用于103隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件104隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件105大的石塊需在切削刀盤(pán)前壓碎到與開(kāi)口縫隙尺寸相配，這樣可以避免損壞螺旋輸送機(jī)。封閉式切削刀盤(pán)的一個(gè)缺點(diǎn)是在開(kāi)挖面上支撐壓力的分布不均勻。承壓隔板上測(cè)得的土壓值不一定就是真實(shí)值，它還和刀盤(pán)的位置和轉(zhuǎn)向有關(guān)。大的石塊需在切削刀盤(pán)前壓碎到與開(kāi)口縫隙尺寸相配，這樣可106隧道與洞室工程土壓平衡盾構(gòu)課件107敞開(kāi)式切削刀盤(pán)（敞開(kāi)式星形設(shè)計(jì)），一般不會(huì)發(fā)生阻塞，此時(shí)開(kāi)挖面支撐壓力分布均勻且送到螺旋輸送機(jī)上的土料流動(dòng)穩(wěn)定。但它的缺點(diǎn)是由于缺乏機(jī)械支撐，進(jìn)入壓縮空氣下的開(kāi)挖室的危險(xiǎn)較大。此外，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，在覆土淺時(shí)易造成沉降，穩(wěn)定性和刀盤(pán)的強(qiáng)度降低。若敞開(kāi)式星形設(shè)計(jì)有輪緣，則切削刀盤(pán)的穩(wěn)定性會(huì)增強(qiáng)。敞開(kāi)式切削刀盤(pán)（敞開(kāi)式星形設(shè)計(jì)），一般不會(huì)發(fā)生阻塞，此時(shí)開(kāi)挖108根據(jù)地質(zhì)情況，刀盤(pán)可配鏟型刮刀、盤(pán)型滾刀等不同刀具。它們都安裝于刀盤(pán)的后面，以便檢查和更換。根據(jù)隧洞的走向及盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)，刀盤(pán)還配有超挖刀具。根據(jù)地質(zhì)情況，刀盤(pán)可配鏟型刮刀、盤(pán)型滾刀等不同刀具。1093.2軸承和驅(qū)動(dòng)部件在軸承和驅(qū)動(dòng)部件方面，采用了與泥水式盾構(gòu)機(jī)和巖石掘進(jìn)機(jī)相似的系統(tǒng)。在土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)中，軸承的密封系統(tǒng)和易于拆換非常重要，因?yàn)檫@些部件在磨蝕性強(qiáng)的土層中會(huì)受到很大的機(jī)械應(yīng)力，易造成密封區(qū)域的嚴(yán)重?fù)p壞。3.2軸承和驅(qū)動(dòng)部件110在結(jié)構(gòu)上一般分為中心軸驅(qū)動(dòng)方式和非中心軸驅(qū)動(dòng)方式。中心軸驅(qū)動(dòng)部件的封閉或敞開(kāi)式切削刀盤(pán)是一種比較簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，在開(kāi)挖室內(nèi)不需要什么處理，也沒(méi)什么障礙物。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所有密封都可以從盾構(gòu)機(jī)上接觸到，因此易于修復(fù)。中心軸驅(qū)動(dòng)部件的缺點(diǎn)是盾構(gòu)中心被切削刀盤(pán)部件占滿(mǎn)，使螺旋輸送機(jī)的安裝坡度特別小，這必然導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)的加長(zhǎng)。在結(jié)構(gòu)上一般分為中心軸驅(qū)動(dòng)方式和非中心軸驅(qū)動(dòng)方式。111非中心軸驅(qū)動(dòng)部件的封閉或敞開(kāi)式切削刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸承的直徑約為盾構(gòu)直徑的一半。切削刀盤(pán)有單獨(dú)的支架支承。優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)引穩(wěn)定、不易阻塞和支承支架能起一定的攪拌作用，并可以從盾構(gòu)區(qū)域接近密封系統(tǒng)。非中心軸驅(qū)動(dòng)部件的封閉或敞開(kāi)式切削刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸承的直徑約為盾構(gòu)1123.3開(kāi)挖室土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)切削面與后面的承壓隔板所形成的空間為開(kāi)挖室。在這里從開(kāi)挖面挖出的土料轉(zhuǎn)變成有良好的變形性的可塑土漿（假如在開(kāi)挖面的開(kāi)挖中還沒(méi)做到這一點(diǎn)的話(huà)），以保證在開(kāi)挖面有穩(wěn)定的支撐壓力。3.3開(kāi)挖室113挖掘工作腔室的設(shè)計(jì)由螺旋輸送機(jī)、壓縮空氣室（如果有的話(huà)）和切削刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)部件的位置決定。開(kāi)挖室的設(shè)計(jì)應(yīng)順應(yīng)土料流動(dòng)以避免土料聚集，保證土料持續(xù)地流到螺旋輸送機(jī)中。挖掘工作腔室的設(shè)計(jì)由螺旋輸送機(jī)、壓縮空氣室（如果有的話(huà)）和