盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用

*第一講《大型施工機(jī)械》——盾構(gòu)機(jī)部分

盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用主講：郭京波教授*目錄一、全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)二、盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展三、泥水加壓平衡盾構(gòu)及應(yīng)用四、土壓平衡盾構(gòu)及應(yīng)用*一、全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)采用了類(lèi)似機(jī)器人的技術(shù)，是集機(jī)、電、液、光、氣、水、信息于一體的隧道施工成套專(zhuān)用設(shè)備。具有自動(dòng)化程度高、對(duì)交通和周?chē)貙佑绊懶　⒂欣诃h(huán)境保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。隧道掘進(jìn)機(jī)的地質(zhì)針對(duì)性非常強(qiáng)，一般來(lái)說(shuō)，用于巖石地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱(chēng)為T(mén)BM，用于軟土地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱(chēng)為盾構(gòu)。1掘進(jìn)機(jī)分類(lèi)*****TBM硬巖掘進(jìn)機(jī)：

雙護(hù)盾*2盾構(gòu)與TBM的區(qū)別TBM是“TunnelBoringMachine”的英文縮寫(xiě)，一般指全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)，通常定義中的TBM是以巖石地層為掘進(jìn)對(duì)象，不具備泥水壓、土壓等維護(hù)掌子面穩(wěn)定的功能。盾構(gòu)施工主要由穩(wěn)定開(kāi)挖面、掘進(jìn)及排土、管片襯砌及壁后注漿三大要素組成。其中開(kāi)挖面的穩(wěn)定方法是其工作原理的主要方面，也是盾構(gòu)區(qū)別于TBM及比TBM復(fù)雜的主要方面。*盾構(gòu)，用于軟土隧道暗挖施工，具有金屬外殼，殼內(nèi)裝有整機(jī)及輔助設(shè)備，在其掩護(hù)下進(jìn)行土體開(kāi)挖、土碴排運(yùn)、整機(jī)推進(jìn)和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成形的機(jī)械。**1世界盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展1818年MarcIsambardBrunel獲得隧道盾構(gòu)法施工的專(zhuān)利，在1825年到1843年間首次使用盾構(gòu)在倫敦的泰晤士河下修建了一條河底隧道，初步證明盾構(gòu)法隧道施工的價(jià)值。1830年由勞德考克讓施（LordCochrance）發(fā)明了施加壓縮空氣防止涌水的“氣壓法”。1874年格雷蒙特（JamesHenryGreathead）在倫敦地鐵南線(xiàn)的隧道建設(shè)中采用了氣壓盾構(gòu)法的施工工藝，并首創(chuàng)了在盾尾后面的襯砌外圍環(huán)形空隙中壓漿的施工方法，并開(kāi)發(fā)了用流體支撐開(kāi)挖面的盾構(gòu)，開(kāi)挖出的棄土以泥水流的方式排出。1896年Haag在柏林第一次申請(qǐng)了德國(guó)泥水式盾構(gòu)的專(zhuān)利，形成了現(xiàn)代泥水式盾構(gòu)的雛形，推動(dòng)了盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展。二、盾構(gòu)機(jī)發(fā)展*20世紀(jì)初，盾構(gòu)施工法在英、美、德、俄、法、日等國(guó)推廣。1917年日本開(kāi)始在鐵羽越線(xiàn)的折返段隧道施工中引進(jìn)盾構(gòu)法。1938年正式在國(guó)鐵關(guān)門(mén)隧道應(yīng)用盾構(gòu)法施工，為日本盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1967年由英國(guó)提出的泥水加壓系統(tǒng)在日本得到了實(shí)施，日本研制成功第一臺(tái)有切削刀盤(pán)、水力出土的泥水加壓式盾構(gòu)（直徑為3.1m）。1974年日本獨(dú)創(chuàng)性地研制成功土壓平衡盾構(gòu)，同時(shí)德國(guó)Wayss&Freytag也研制成功頗具特點(diǎn)的膨潤(rùn)土懸浮液支撐開(kāi)挖面的泥水平衡盾構(gòu)。之后，盾構(gòu)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，已成功應(yīng)用于各種公路隧道、地鐵隧道、引水隧道以及市政公用設(shè)施隧道等。二、盾構(gòu)機(jī)發(fā)展*2我國(guó)盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展1953年?yáng)|北阜新煤礦用手掘式盾構(gòu)修建直徑為2.6m的疏水巷道，但是由于受這一時(shí)期我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的限制，盾構(gòu)技術(shù)一直沒(méi)有受到足夠的重視，盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展非常緩慢，應(yīng)用也相當(dāng)有限。直到1985年以后，隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，各種地下工程的需求與日俱增，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)和研制全斷面閉胸式盾構(gòu)，我國(guó)開(kāi)始現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著城市化進(jìn)程的加快，城市地下空間的進(jìn)一步利用，對(duì)環(huán)境保護(hù)和施工質(zhì)量要求相對(duì)較高的城市地鐵隧道的需求越來(lái)越大，為了滿(mǎn)足這一需求，我國(guó)開(kāi)始大規(guī)模地引進(jìn)、應(yīng)用國(guó)際先進(jìn)的盾構(gòu)施工技術(shù)和設(shè)備。

二、盾構(gòu)機(jī)發(fā)展*小結(jié)盾構(gòu)作為一種安全、快速的隧道掘進(jìn)機(jī)械，經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：一是以Brunel盾構(gòu)為代表的手掘式盾構(gòu)；二是以機(jī)械式、氣壓式、網(wǎng)格式盾構(gòu)為代表的第二代盾構(gòu)；三是以閉胸式盾構(gòu)為代表（泥水式、土壓式）的第三代盾構(gòu)；四是以大直徑、大推力、大扭矩、高智能化、多樣化為特色的第四代盾構(gòu)。二、盾構(gòu)機(jī)發(fā)展*目前，應(yīng)用最廣的是泥水盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)?！羰志蚴蕉軜?gòu)◆半機(jī)械式盾構(gòu)◆網(wǎng)格式盾構(gòu)

**三、泥水平衡盾構(gòu)泥水加壓平衡盾構(gòu)（slurrypressurebalanceshield），簡(jiǎn)稱(chēng)SPB盾構(gòu)。是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，與刀盤(pán)之間形成泥水倉(cāng),開(kāi)挖面的穩(wěn)定是將泥漿送入泥水倉(cāng)內(nèi)，在開(kāi)挖面上用泥漿形成不透水的泥膜，通過(guò)該泥膜的張力保持水壓力，以平衡作用于開(kāi)挖面的土壓力和水壓力。開(kāi)挖的土砂以泥漿形式輸送到地面，通過(guò)泥水處理設(shè)備進(jìn)行分離，分離后的泥水進(jìn)行質(zhì)量調(diào)整，再輸送到開(kāi)挖面。**1結(jié)構(gòu)原理◆泥水盾構(gòu)有兩種體系。泥水盾構(gòu)根據(jù)泥水倉(cāng)構(gòu)造形式和對(duì)泥漿壓力的控制方式的不同，泥水盾構(gòu)分為:直接控制型間接控制型*直接控享制型泥泛水盾構(gòu)日本必一般泥采用直接控銹制型泥水盾傅構(gòu)●直接控銀制型泥水系井統(tǒng)流程遠(yuǎn)如下：卷送泥泵炒從地面蟻泥漿池聲將新鮮箏泥漿輸總?cè)攵軜?gòu)繞泥水倉(cāng)漁，與開(kāi)走挖泥土看進(jìn)行混錄合，形航成稠泥元漿，然析后由排己泥泵輸洋送到地帳面泥水妨分離處驅(qū)理站，膛經(jīng)分離艙后排除南土碴，隊(duì)而稀泥瞞漿流向纏調(diào)漿池罪，再對(duì)閣泥漿密蠶度和濃桑度進(jìn)行侍調(diào)整后竹，重新?lián)戚斎攵茈p構(gòu)循環(huán)聚使用。●泥水肉倉(cāng)中噴的泥肌漿壓山力，直可通碧過(guò)調(diào)轉(zhuǎn)節(jié)送鑒泥泵持轉(zhuǎn)速供或調(diào)摧節(jié)控截制閥止的開(kāi)里度來(lái)訊進(jìn)行莫。由劇于送桐泥泵我安在延地面表，控偶制距呼離長(zhǎng)千而產(chǎn)顫生延孔遲效蓮應(yīng)，脫不便工于控唐制泥淡漿壓扯力，璃因此屢常用菜調(diào)節(jié)惱控制排閥的怠開(kāi)度揉來(lái)進(jìn)頑行泥衡漿壓含力調(diào)書(shū)節(jié)。*間接控從制型泥簽水盾構(gòu)德國(guó)采剩用間接伏控制型哈泥水盾木構(gòu)，其弓泥水系郵統(tǒng)由泥宋漿和空背氣雙重欣回路組載成。在忍盾構(gòu)的荒泥水倉(cāng)艇內(nèi)插裝遞一道半京隔板，象在半隔驚板前充常以壓力位泥漿，嗓在半隔弟板后面之盾構(gòu)軸寄心線(xiàn)以?shī)^上部分禽充以壓呀縮空氣電，形成鋼空氣緩郊沖層，簽氣壓作金用在半最隔板后固面與泥箱漿的接樣觸面上禮，由于音接觸面寄上氣、再液具有孔相同壓灶力，因覽此只要課調(diào)節(jié)空拔氣壓力選，就可刻以確定釀和保持運(yùn)在開(kāi)挖徑面上相鏡應(yīng)的泥錫漿支護(hù)歪壓力。地層刀盤(pán)進(jìn)泥管排泥管泥漿壓縮空氣連通管壓縮空氣泥模形成區(qū)*2泥水盾走構(gòu)的工紛程應(yīng)用東京灣瓦海底公奴路隧道日本于19貌98年建交成通班車(chē)的理東京嚷灣公知路工辰程，兇全長(zhǎng)15風(fēng).1誦km，其剝中海娛底隧孔道長(zhǎng)9.1射2km，由兩喜條外徑13.凱9m的單路向公槐路隧穴道組辜成，跳采用攪了8臺(tái)直徑14擁.1義4m的泥水菜盾構(gòu)施程工.在海裁底隧廉道段滔的中飽間處攏筑造俱了川疊崎人偷工島洞，從惠人工轉(zhuǎn)島的沈豎井查向東亭西兩號(hào)個(gè)方鳴向推隊(duì)出4臺(tái)盾構(gòu)防，在隧甚道的東濕端，也過(guò)筑造了忌木更津獵人工島譯，從此爛島的豎酷井中向賢西推出2臺(tái)盾蹲構(gòu)，榆這2臺(tái)盾構(gòu)興與川崎蔥人工島圾豎井中逆向東推錘出的2臺(tái)盾固構(gòu)在秩東側(cè)他海底哥地層役中對(duì)躲接，賭川崎閣島豎足井向繁西推哀出的2臺(tái)盾著構(gòu)與在浮島濱豎井都中向掘東推濟(jì)出的2臺(tái)盾構(gòu)段在西側(cè)墻海底地梨層中對(duì)誓接。海揚(yáng)底地形挎呈極平夾緩的船胞底形，跡中央最?yuàn)Z大海水霧深約28狐m。隧席道段覆的土墓質(zhì)，握川崎波側(cè)以番沖積攜粘性片土、狐洪積會(huì)粘性讓土為賄主體省，木仿更津攝側(cè)在泥沖積姓粘性肥土和下洪積欺粘性溉土層淚中夾替有洪雅積砂內(nèi)質(zhì)土像層；猾浮島液、木浙更津老傾斜藏段為環(huán)人造活地基頂。**德國(guó)專(zhuān)漢堡如易北筍河第堂四隧歡道易北河臺(tái)第四條踩隧道距少原有隧嗽道約35～70昨m，全縣長(zhǎng)310言0.7字5m，其中25愈61櫻m采用14.箭2m泥水盾麻構(gòu)施工售。易北匙河第四魄條隧道199栽5年開(kāi)工僚，19齊97年11月27日開(kāi)始授使用盾鞏構(gòu)，200蔥3年完件工。隧道掘得進(jìn)從南益岸始發(fā)戚井開(kāi)始暈，開(kāi)始共的500芬m段為旗填筑近土（洽由砂洋、礫做石和驢無(wú)級(jí)貞配回泉填物尿質(zhì)結(jié)舍合各牛種垃始圾組偵成）爪。中柿間的10奏00功m為河蠅下冰嫌川物坡質(zhì)層首，由趁非常屯硬的腿粘土課和礫徐石或靠礫巖端混合量而成記。最以后的100澆0m為易北捧河北部辦填筑層恭，土的改狀況與麗河中段摔相類(lèi)似招。14.2m泥水盾構(gòu)易北河第四隧道縱剖面示意圖北*荷蘭卵綠心距隧道長(zhǎng)7,厚17篩6m的荷蘭“綠心隧斯道”采用NF梨M公司制弱造的14躬.8煌7m泥水盾喂構(gòu)施工衰。穿越魂的地層毫為泥炭揮土、粘為土和飽燥和砂層舅土?！熬G心隧鍬道”于20錘01年11月2日始發(fā)霸推進(jìn)置，于200驅(qū)4年1月7日貫育通。溉最高新月進(jìn)哨尺為616揚(yáng)m。*四、職土壓土平衡膛盾構(gòu)土壓平渡衡盾構(gòu)抓是在機(jī)便械式盾驅(qū)構(gòu)的前僚部設(shè)置形隔板，那在刀盤(pán)闖的旋轉(zhuǎn)鄰作用下概，刀具捏切削開(kāi)闖挖面的怕泥土，按破碎的意泥土通使過(guò)刀盤(pán)瘡開(kāi)口進(jìn)龍入土倉(cāng)零，使土叛倉(cāng)和排盈土用的轟螺旋輸隙送機(jī)內(nèi)紐奉充滿(mǎn)切塔削下來(lái)捧的泥土甘，依靠寒盾構(gòu)千病斤頂?shù)目煌屏νㄣ~過(guò)隔板緣瑞給土倉(cāng)辟內(nèi)的土炸碴加壓復(fù)，使土爪壓作用估于開(kāi)挖悉面以平繞衡開(kāi)挖快面的水竿土壓力儲(chǔ)。推進(jìn)管片鼻拼裝*1結(jié)構(gòu)觀原理土壓洞平衡頁(yè)盾構(gòu)畫(huà)主要榜由刀累盤(pán)及醬刀盤(pán)仿驅(qū)動(dòng)際、盾關(guān)殼、糞螺旋輸輸送婦機(jī)、殖皮帶伯輸送慌機(jī)、擔(dān)管片色安裝腔機(jī)、趟推進(jìn)糕油缸智、同暴步注協(xié)漿系蘆統(tǒng)等吵組成孫。*刀盤(pán)旋迎轉(zhuǎn)切削毅開(kāi)挖面火的泥土跑，破碎異的泥土瘦通過(guò)刀務(wù)盤(pán)開(kāi)口尚進(jìn)入土煎倉(cāng)，泥飛土落到處土倉(cāng)底溝部后，氏通過(guò)螺匯旋輸送甲機(jī)運(yùn)到該皮帶輸?shù)克蜋C(jī)上寶，然后奪輸送到殿停在軌搬道上的敲碴車(chē)上津。盾構(gòu)體在推進(jìn)粒油缸的燒推力作涉用下向鹽前推進(jìn)建。盾殼由對(duì)挖掘銜出的還料未襯砌陜的隧道魔起著臨虛時(shí)支護(hù)緩作用，工承受周右圍土層由的土壓岔、承受蝦地下水濤的水壓址以及將酒地下水房誠(chéng)擋在盾動(dòng)殼外面禾。掘進(jìn)吉、排土弄、襯砌歉等作業(yè)促在盾殼他的掩護(hù)攏下進(jìn)行雷。*整體結(jié)讀構(gòu)盾體**刀盤(pán)介艱紹**刀盤(pán)浮及驅(qū)缺動(dòng)系璃統(tǒng)***驅(qū)動(dòng)棚系恭統(tǒng)液壓站主驅(qū)動(dòng)-馬達(dá)*主晝軸嗎承**推進(jìn)刷和拼姜裝系臥統(tǒng)推進(jìn)腎油缸*拼裝儀機(jī)**橋架(連接盾音體和后涉配套系蜜統(tǒng)