1、盾构施工技术概述及 盾构机选型,广铁七号线8标培训交流材料,中 交 隧 道 局 第 三 工 程 公 司 2014年3月6日,第一章 我局承建盾构项目简述 第二章 盾构施工技术概述 第三章 盾构机选型 第四章 盾构机选型案例分析 第五章 盾构施工后配套设备选型案例,目 录,第一章、 我局承建的盾构项目简述,我局自成立2005年成立至今，累计承建的盾构隧道项目13个，盾构隧道总长42430米，其中地铁盾构隧道38290米，大型公路隧道4140米。 目前我局共有土压平衡盾构机14台，包括：海瑞克5台，中交天和（石川岛）盾构机7台，中铁装备2台，其中有4台正在生产制造当中；超大直径泥水平衡盾构机（租赁
2、）1台， 盾构项目主要分布在上海、广州、北京、南昌、苏州、南京、宁波等地。 盾构穿越的地层主要有：淤泥质粘土、砂卵石地层、粉砂质泥岩地层、粉质粘土、冲洪积砂层、残积层、全风化层、强风化层、微风化层等。 隧道局盾构项目一览表,2.1 盾构法隧道的起源 2.2 盾构法隧道的概念及优缺点 2.3 盾构机分类及结构组成简介 2.4 泥水平衡盾构机简介 2.5 土压平衡盾构机简介（EPB） 2.6土压平衡盾构机各系统基本组成,第二章：盾构施工技术概述,2.1 盾构法隧道的起源,1788年英国人提出了在伦敦地下修建隧道横贯泰晤士河的设想，后因竖井挖不到足够深度而受挫；4年后Torevix决定在另一处建造横
3、断泰晤士河的隧道，但当工程掘进到最后30m时，开挖面急剧涌水，隧道被淹。,1802年英国采矿工程师阿贝尔马蒂厄提出了修建英吉利海峡隧道的设想，计划从英法两岸采用一种有掩体结构的挖掘机修筑隧道，并在海峡地下通道的中间设计一个人工岛，隧道照明由油灯提供，而烟囱将提供通风，如图所示。,1806年，法国工程师布鲁诺尔（Brunel）在伦敦从蛀虫在船板上钻孔并用分泌物涂在孔的四周中得到启示，最早提出了盾构掘进隧道的原理并注册了专利。,1869年，英国人格瑞海德首次开发了圆形盾构，并第一次采用了铸铁管片。格氏圆形盾构后来成为大多数盾构的模型。,1874年，格瑞海德开发了液体支撑隧道工作面的盾构，通过液体流
4、，土料以泥浆的形成排出。,格瑞海德泥浆盾构,1886年，格瑞海德在伦敦地下施工中首次将压缩空气方法与盾构掘进相结合使用。,1876年英国人荻克英森.布伦敦和姬奥基.布伦敦申请了第一个机械化盾构专利； 1896年，德国人哈姬在柏林为第一台德国盾构申请了专利。,1964年英国人摩特、安德森等申请了泥水加压平衡盾构的专利；1967年第一台用刀盘切削土体和水力出碴的泥水盾构在日本投入使用，这台盾构由三菱公司制造，其直径为3.1m。,1963年，日本Sato Kogyo公司首先开发出土压平衡盾构。1974年第一台土压平衡盾构在日本东京使用。,到20世纪80年代，盾构工法已经得到长足发展，形成并完善了圆形
5、断面的各种平衡方式的盾构工法挤压盾构（网格盾构）、压气盾构、土压盾构、泥土加压盾构、泥水盾构等，但以泥水盾构和土压盾构工法为主。,盾构机（Shield Machine）（简称盾构）：具有前部开挖，周边盾体支撑，管片永久性支护，推进式前进的全断面隧道施工机械设备。盾构机是既能承受地层压力、又能在地层中掘进的隧道专用工程机械，现代盾构集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。以盾构为核心的一整套完整的建造隧道的施工方法称为盾构工法（简称盾构法） ，采用盾构法修筑的隧道称为盾构法隧道或盾构隧道
6、。,2.2 盾构工法的概念及优缺点,优点：,（1）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理的保证隧道安全施工。,（2）盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实现自动化、智能化和信息化，掘进速度快，劳动强度低，安全性高。,（3）地面人文自然景观受到良好保护，周围环境不受盾构施工干扰，在松软地层中开挖埋深较大的长距离、大直径盾构隧道，在经济、技术、安全等方面具有优越性。,缺点：,（1）盾构机械造价昂贵，地铁隧道用盾构机价格在4000元5000万元左右，前期一次性投资成本费用较高，隧道较短时经济性较差。,（4）隧道衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺
7、复杂，同时需要设备制造、衬砌管片预制、场地布置、盾构转移等不同施工技术的相互配合，系统工程协调复杂。,（2）盾构机针对性强，对于多变地层的适应性较差，且每台盾构机只能用于特定形状的开挖断面。,（3）隧道埋深太浅，则盾构法施工困难很大，地表沉隆很难控制；短距离隧道采用盾构工法不能发挥其优越性。,2.3盾构机分类及结构简介,2.3.1盾构与TBM的区别 2.3.2盾构机分类 2.3.3盾构机结构,2.3.1盾构与TBM的主要区别,TBM (Tunnel Boring Machine)又称为隧道掘进机，主要应用于山岭隧道、引水隧洞等工程，盾构机（Shield Machine)则主要应用于城市地铁隧道
8、工程，而在越江海隧道工程等场合中，两者所指往往相同。随着技术的不断进步，二者之间的界限越来越模糊，。,一是TBM不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土压力或泥水压力平衡开挖面的水土压力，所以TBM主要用于岩石隧道开挖，要求土体自稳性要高。二是TBM采用皮带机出碴，而盾构则采用螺旋输送机出碴或采用泥浆泵通过管道出碴，所以盾构机主要用于软岩隧道开挖，土体自稳性要求不高,2.3.2盾构机分类,盾构的分类方法较多，可按盾构切削面的形状、挖掘土体的方式，掘削面的挡土形式，稳定掘削面的加压等方式，目前比较常见的分类方法是以开挖面的开挖面密封程度进行分类。,不同敞开程度的盾构,全敞开式,部分敞开式,密闭式,
9、能直接看到全部掘削面状况的形式。,在掘削面与内仓之间设有一层隔板，故无法直接观察掘削面状况，只能靠一些传感器间接地掌握掘削面状况。,只能看到部分掘削面状况的形式。,全敞开式盾构,掘削面呈裸露状态，故掘削状态是干挖，出土效率高,特点：,根据机械化程度差异分三类：,人工挖掘式、半机械式、机械式。,适用地层：,适用于掘削面自稳性好的地层（洪积层压实沙、沙砾、固结粉砂及粘土等），不适用于自稳性差的地层,部分敞开式盾构,主要指网格挤压式盾构，又称为窗闸式盾构。,适用范围：,利用盾构切口的网格将正面土体挤压并切削为小块，同时以切口、封板及网格板与土体间的摩阻力来平衡正面地层侧向压力，达到开挖面的稳定。,特
10、征：,因正面网格开孔出土面积较小，适宜在软弱粘土层中施工。在局部粉砂层可以辅以局部压气法来稳定正面土体。,因对正面土体存在挤压扰动，较难有效地控制地表沉降，不宜在建筑物密集地方使用。,上海排水隧道网格盾构,上海打浦路越江隧道网格盾构10.22m,密闭式盾构,泥水平衡式,土压平衡式,是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。,是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由
11、螺旋输料器旋转将土料运出，土仓内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。,用于我局广州地铁的直径6.280米土压平衡盾构机,用于我局南昌地铁的土压平衡盾构机,用于我局南京纬三路过江通道项目的14.93米大型泥水平衡盾构机,刀盘掘削下来的土砂进入泥水舱，经搅拌后含掘削土砂的高浓度泥水，由泥浆泵送到地表的泥水分离系统，进行水、土分离后，再把泥水重新压回泥水舱，如此不断循环地掘削、排土、推进。由于是泥水压力使得掘削面稳定平衡，故称其为泥水加压平衡式盾构，简称泥水盾构。,泥水盾构由于需要配套的泥水处理系统，相对于土压盾构而言，需要额外的占用地面资源，这对于建筑物密集的城市地铁
12、而言无疑是十分苛刻的，这也是为什么城市地铁没有大量采用泥水盾构的主要原因之一。,泥水平衡盾构机,地面泥水处理系统,2.8 土压平衡式盾构的基本原理,土压盾构与泥水盾构的差异是保持密封土舱内的承压介质不同：泥水盾构对应的介质为泥水；土压盾构对应的介质为泥土。但是稳定掘削面的基本原理是一致的。,土压盾构推进时其前端刀盘旋转掘削地层、土体，掘削下来的土体涌入土舱，当掘削土体充满土舱时，由于盾构的推进作用，致使掘削土体即对掘削面加压。当该加压压力(削土土压)与掘削地层的土压+水压相等，随后若能维持螺旋输送机的排土量与刀盘的掘土量相等，把这种稳定的出土状态称为掘削面平衡，即稳定。,要想维持排土量与掘土量
13、相等，掘削土必须具备一定的流塑性和抗渗性。有些地层的掘削土仅靠自身的塑流性和抗渗性，即可满足掘削面稳定的要求。另外，多数地层土体的塑流性、抗渗性无法满足稳定掘削面的要求，为此须添加提高流塑性和抗渗性的改良材料，才能实现稳定掘削面，便于出土的目的。,土压盾构掘削面稳定的必要条件如下： 泥土压必须可以对抗掘削面上地层的土压和水压。 必须可以利用螺旋输送机等排土机构，调节排土量。 对必须混入添加材的土质而言，注入的添加材必须可使泥土(混入添加材的掘削土)的塑流性和抗渗性提高到满足掘面稳定要求的水准。,土压平衡主要组成部分示意图,盾构法隧道施工具有开挖安全，掘进速度快，施工劳动强度低；对地面建筑物及地
14、下管线的影响较小，穿越河道时不影响航运，施工中基本不受季节、风雨等气候条件影响等诸多优势，已经成为目前隧道施工的首选工法。盾构机作为盾构法隧道施工的主要设备，如何能选择一台适应性较强的盾构机是施工成败的关键，下面重点介绍土压平衡盾构机选型。,三、盾构机选型,3.1 盾构机选型依据 3.2 盾构机选型步骤 3.3 盾构机型式的选定 3.4 盾构机主要参数的确定 3.5 盾构选型案例分析,3.1 盾构机选型依据,盾构机作为盾构施工的核心设备，选择适合工程项目的盾构机是工程成败的关键，盾构选型是一个综合的课题，需要综合考虑各方面的因素，总体来说主要包含以下因素：,3.1.1隧道设计情况,隧道设计对盾
15、构选型具有重要的影响，在选型过程中需要考虑隧道断面型式、线路曲率（水平、垂直）、衬砌结构形式等因素。 （1）隧道断面型式决定了衬砌的结构形式，进而决定了盾构机主机的基本形状。 （2）线路曲率指的是隧道轴线曲率，一般分为水平曲率，垂直曲率，通常所说的转弯半径是指水平曲率，盾构机主机长度与直径的比值及盾尾间隙，综合决定了盾构机的转弯能力及纠偏能力，当转弯半径小的时候，一般选择铰接式盾构。 （3）衬砌结构形式：目前地铁盾构隧道多采用圆形管片，其主要参数有管片外径、内径、宽度、管片拼装形式，这主要决定了盾构机管片拼装机、推进千斤顶的主要结构形式及参数。,3.1.2工程条件,工程条件对盾构选型有决定性影
16、响，在盾构选型过程中需要考虑的工程条件包括，地质条件（抗压、抗拉、粒径、成分等）、地层渗透系数参数）土体的塑性流动性、地下水位、水压、开挖面稳定性（自立性能）、环境条件、隧道埋深、沿线构建筑物形式等。 （1）地质条件对盾构选型有决定性影响，土体的力学参数决定了盾构机刀盘及刀具、驱动能力的设计，土层的粒径大小、渗透系数决定了开挖面的平衡方式，出渣方式等，土体的塑性流动性决定了盾构机的土体改良系统、出渣系统及施工过程中的土体改良措施。 （2）隧道埋深、地下水位水压等决定了盾构机的密封能力及抗压能力，,2.1.3其他条件,其他条件包括项目工期、施工安排、造价、工程安全性、宜用的辅助工法、通用性、类似
17、地层施工经验及案例、目前盾构机生产技术能力、经济性等条件。,（3）盾构选型时还应综合考虑环境条件，地层变形的允许程度，有无地下构建筑物、弃渣对环境的影响及弃渣的处理速度。 （4）还应考虑盾构施工的作业环境，隧道环境温度、通风效果及长度对盾构选型也有一定影响，,2.2盾构机选型步骤,2.2.1施工条件调查地质条件，工程环境 2.2.2隧道设计条件整理 2.2.3综合分析以上条件确定盾构机型式 2.2.4综合分析以上条件确定盾构机主要系统参数 2.2.5结合施工条件、可以采取的辅助施工方法对盾构机的适应性进行分析验证。 2.2.6根据分析、验证结果，调整、最终完成选型。 2.2.7选择与盾构所配套
18、的盾构后配套设备,2.3 盾构机型式的选定,盾构机按平衡开挖面稳定的方式分为泥水平衡式盾构机及土压平衡式盾构机，在盾构机型式选择上一般按以下三种方法进行，在实际应用过程中，常常将三种方式结合起来，综合进行评价。 2.3.1根据地层的渗透系数进行选型 2.3.2根据地层的颗粒级配进行选型 2.3.3 根据水压进行选型,2.3.1根据地层的渗透系数进行选型,地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重要的因素。通常，当地层的渗透系数小于10-7m/s时，可以选用土压平衡盾构；当地层的渗透系数在10-7m/s和10-4m/s之间时，既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当地层的透水系数大于10-4m/
19、s时，宜选用泥水盾构 。 上海12号线03标地层渗透系数介于10-6m/s10-8m/s之间，故选用土压平衡式盾构机为宜,地层渗透系数与盾构选型关系图,2.3.2根据地层的颗粒级配进行选型,一般来说，细颗粒含量多，碴土易形成不透水的流塑体，容易充满土仓的每个部位，在土仓中可以建立压力，平衡开挖面的土体。盾构类型与颗粒级配的关系详见图2-2，图中右边蓝色区域为粘土、淤泥质土区，为土压平衡盾构适用的颗粒级配范围，左边的黄色区域为砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗粒级配范围。绿色区域为粗砂、细砂区，即可使用泥水盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构。一般来说,当岩土中的粉粒和粘粒的总量达到40%以上时,
20、通常会选用土压平衡盾构,相反的情况选择泥水盾构比较合适。粉粒的绝对大小通常以0.075mm为界。,2.3.3 根据水压进行选型,当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构，如果采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处易发生碴土喷涌现象，引起土仓中土压力下降，导致开挖面坍塌。 当水压大于0.3MPa时，如因地质原因需采用土压平衡盾构，则需增大螺旋输送机的长度，或采用二级螺旋输送机以防止渣土喷涌现象。,2.4不同地层盾构机选型重点,2.4.1粘性土及粉土层该种性质的地质，盾构机在此地层中施工时，一般较容易控制，但常会发生刀盘粘附导致增大阻力和螺旋输送机的粘附堵塞，
21、因而需要注重考虑刀盘形式、开口率、刀具、加泥位置等解决方法。天津地区属于该地层 2.4.2砂性土层 盾构机在砂性土层中施工比在粘土层施工稍为困难。砂性土一般摩擦阻力大，渗透性好，在盾构机推进挤压下水分很快排出，土体强度提高，故不仅盾构机推进摩擦阻力大，而且开挖面土压力也较大，常会导致盾构机刀盘扭矩和总推力不足。另外，盾构机密封舱内刀具切削下来的砂土不易搅拌成均匀的塑流体，特别是在无水砂性土层中施工，有时甚至实现不了与开挖面土压力保持动态平衡的需要，操作不当会出现开挖面上方的局部坍塌。砂性土层对刀具磨损较严重，并伴有损坏盾尾密封系统的现象。因此盾构机选型时，应将设备的推力、刀盘的扭矩、形式、开口
22、率，以及加泥加泡沫系统等内容作为重点统筹考虑。南昌地铁,2.4.3粉质粘土、粘质粉土、中细砂互层,淤泥质地层 对于此类地层，盾构机施工比较容易，有时甚至不用加泥只需加水即能顺利施工。 上海地铁 2.4.4中砂、粉质粘土、砂卵石互层 对于此类地层，盾构机施工比砂性土层困难，而远比砂卵石层容易，所需注重问题与前三项类似，但因为几类地质交互的原因，情况有较大变化。 2.4.5无水砂卵石层 （北京地铁）砂卵石是一种典型的力学不稳定地层，颗粒之间的孔隙大，没有粘聚力，砂卵石地层在无水状态下，颗粒之间点对点传力，地层反应灵敏，刀盘旋转切削时，容易破坏原来相对稳定的或平衡状态而产生坍塌，引起较大的围岩扰动，
23、使开挖面失去约束而不稳定。所以该地层选型要点是控制沉降；需具备较强的姿态控制能力；要求具有良好的渣土改良系统；刀盘，螺旋机机具有良好的耐磨能力。,2.5刀盘结构形式和驱动方式的选择,2.5.1刀盘的主要功能 开挖功能。刀盘旋转时，刀具切削隧道掌子面的土体，对掌子面的地层进行开挖，开挖后的渣土通过刀盘的开口进入土仓。 稳定功能。支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能。 搅拌功能。对于土压平衡盾构，刀盘对土仓内的渣土进行搅拌，使渣土具有一定的塑性，然后通过螺旋搅拌机将渣土排出；对于泥水盾构，通过到盘的旋转搅拌作用，使切削下来的渣土与土体改良材料充分混合，优化了泥水压力的控制，改善了泥浆的均匀性，然后通过
24、排泥管道将开挖渣土以流体的形式泵送到设在地面上的泥水分离站。,2.5.2 刀盘的结构形式 刀盘的结构形式有面板式和辐条式两种：,辐条形,面板形,泥水盾构一般都采用面板式刀盘，土压平衡盾构则根据土质条件不同可采用面板式或辐条式。对于土压平衡盾构，面板式刀盘的优点是可以通过刀盘的开口来限制进入土仓的卵石粒径；缺点是由于受刀盘面板的影响，开挖面土压不等于测量土压，使得土压管理困难；由于受面板开口率的影响，渣土进入土仓不顺畅、易黏结和易堵塞，且刀具负荷大，使用寿命短。辐条式刀盘仅有几根辐条，土、砂流动顺畅，有利于防止黏土附着，不易黏结和堵塞；由于没有面板的阻挡，渣土从开挖面进入土仓时没有土压力的衰减，
25、开挖面土压等于测量土压，因而能对土压进行有效的管理，能有效的控制地面沉降；同时刀具负荷小，寿命长。,辐条式刀盘只有几根辐条，切削下来的土体直接进入土仓，没有压力损失，同时在辐条后设有搅拌叶片，土、砂流动顺畅，土压平衡容易控制，因此辐条式刀盘对砂、土等单一软土地层的适应性比面板式刀盘强，辐条式刀盘也能安装滚刀，在风化岩及软弱不均地层或硬岩地层掘进时，也可 采用辐条式刀盘。辐条式刀盘上的滚刀一般设计成与先行刀可互换式，可根据地质的需要将滚刀换装成先行刀。同时，辐条式刀盘也可换成面板式刀盘，在辐条之间安装可拆卸的面板，即可变为面板式刀盘。,2.5.3 刀盘的支撑形式,2.5.4 三种支撑的特点,(1
26、)中心支撑方式结构简单，黏性土附着的可能小，结构受力闲置，所以多用于中小直径盾构机。 (2)中间支撑方式结构上较为平衡，主要用于大中直径的盾构机， (3)外周支撑形式机内空间较大，受力均衡，大直径盾构机,2.5.5 刀盘驱动形式,液压驱动具有调速灵活，控制简单、液压马达体积小安装方便等特点，但液压驱动效率低、发热量大。变频驱动具有发热量小、效率高、控制精确等优点，应用较广。目前的中小型盾构的刀盘驱动较常采用液压驱动，大直径盾构较常采用变频驱动。但是由于变频驱动效率高，从节能方向及发展趋势来看，变频电机驱动方式是刀盘驱动今后的发展方向。,2.5.6刀具的种类盾构的刀具按切削原理一般可分为以下几类
27、：球齿滚刀滚刀 楔齿滚刀盘形滚刀齿刀 盾构刀具 切削刀 刮刀先行刀周边刮刀辅助刀具 仿形刀，,(1)滚刀 滚刀分为齿形滚刀和盘形滚刀。齿形滚刀常用于软岩，有球齿和楔齿两种；盾构上应用较广的是盘形滚刀，盘形滚刀按刀圈材质主要分为耐磨层表面刀圈、标准钢刀圈、重型钢刀圈、镶齿硬质合金刀圈滚刀等，它们分别适用于各自的地层：耐磨层表面刀圈：适用于掘进硬度40MPa的紧密地层以及80-100MPa的断裂砾岩、砂岩、砂黏土等地层；标准钢刀圈：适用于掘进硬度50-159MPa的砾岩、大理石、砂岩、灰岩地层；重型钢刀圈：适用于掘进硬度120-250MPa的硬岩，硬度80-150MPa的高磨损岩层，如花岗岩mk、
28、闪长岩等地层；镶齿硬质合金刀圈：适用于掘进硬度高达150-250的花岗岩、玄武岩等地层。,盘形滚刀按刀圈的数量可分为单刃、双刃、多刃三种形式，如下图：,单刃滚刀,双刃滚刀,三刃滚刀, 切削刀切刀安装在刀盘开口槽的两侧，用来切削未固结的土壤，把切削土刮入土仓中，刀具的形状和位置按便于切削地层和便于将土刮入土仓来设计，在同一轨迹上一般有多把切刀同时开挖。目前最有效的切刀为双层耐磨设计，配有双层碳钨合金刀齿以提高刀具的耐磨性，在第一排刀齿磨损后，第二排刀齿可以代替第一排刀齿继续发挥作用，同时在刀具的背部设有双排碳钨合金柱齿，切刀在刀盘上的安装采用背装式，可以从开挖仓内拆卸和更换。,63,切削刀的实物
29、照片,a) 周边刮刀 b) 周边刮刀(背面) c) 周边刀安装位置,d) 齿刀 方柄齿刀 f) 齿刀 g) 中心齿刀,第四章 盾构选型案例分析,4.1 上海12号线03标盾构隧道工程简况 4.2 盾构机型式的确定 4.3 盾构机主要参数的确定,4 .1上海12号线03标盾构隧道工程简况,本工程包含两个盾构区间，分别为虹莘路站七莘路站区间，中春路停车场工作井七莘路站区间，基本设计情况如下:,本标段区间隧道主要穿越第2层砂质粉土夹粉质粘土及第1层粉质粘土。第2层、1层土均属高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性的饱和软粘性土，具有较高的灵敏度和触变特性，在动力作用下极易破坏土体结构，使土体强度骤然降
30、低，变形量增加。 地下水：潜水水位埋深约在1.5米。本区间盾构段隧道底距离地面约16.02米26.44米，部分线路离层层面较近，故第层承压水层对本工程隧道盾构有影响，可能会造成突涌。 环境条件：本工程区间隧道主要穿越城市道路，路下有一些管径较大的管线如上水管、雨水管、污水管、天然气管等。隧道区间沿线穿越最重要的建构筑物为外环线顾戴路立交。区间盾构施工对建筑物和管线保护要求较高。地表面允许隆陷值为10/20mm，管线及建构筑物允许隆陷值为10/10mm。,主要地层特性表,4.2盾构机型式的确定,根据盾构机型式确定的方法，上海12号线03标地层渗透系数介于10-6m/s10-8m/s之间，主要穿越
31、3-2层砂质粉土、淤泥质粘土层、1-1粉质粘土1-2粉质粘土，水压约在0.25MPa，本标段易选用土压平衡盾构机。,4.3 盾构机参数的确定,4.3.1 盾构外径 4.3.2 刀盘 4.3.3 刀盘驱动 4.3.4 推进系统 4.3.5 螺旋输送机 4.3.6 管片拼装机及管片吊机 4.3.7 皮带机 4.3.8 同步注浆系统 4.3.9 铰接系统 4.3.10 渣土改良系统,4.3.1 盾构的外径,盾构的外径由管片外径、盾尾间隙与盾尾厚度来决定，计算公式如下：D=D0+2（x+t） 式中 D盾构的外径 D0管片外径 X盾尾间隙 t盾尾厚度 本工程管片外径设计为6200mm，盾构间隙决定了同步
32、注浆量大小，管片宽度及转弯半径对盾尾间隙有一定的影响，本工程管片宽度为1.2m，转弯半径较大（最小650m），综合考虑同步注浆量的大小，盾尾间隙确定为30mm；盾尾厚度的确定一般根据水压力进行设计，并要求具有足够的刚度，根据本工程特点盾尾厚度设计为40mm，故盾构的外径为6340mm。D=6200+2（30+40）=6340,刀盘开口率为36%，采用辐条面板式刀盘。刀盘刀具共有82把主切削刀，32把先行刀，25把贝壳刀，2把加泥注浆保护刀，1把鱼尾刀，2把超挖刀。刀盘刀具采用高低配置，可以长距离掘进无需更换刀具，有效减少掘进时间和节约成本，创造低碳经济。,4.3.2 刀盘,驱动装置：55kW电
33、机10台（550kW），采用变频器控制。 刀盘额定扭矩：5235kNm（20.5），理论需要的刀盘扭矩为2200kNm左右,满足本工程需要。 转速：01.6r.p.m ，主驱动轴承使用寿命：10000小时以上。,4.3.3 刀盘驱动,盾构的推进系统共有千斤顶上部2000 kN 5根、中下部2500 kN 11根，行程均为2150mm，能够满足F块在任何位置的拼装需求。总推力37500kN，理论需要推力16000kN左右，能满足本工程需要。推进千斤顶压力控制分上、下、左、右可分别进行独立控制的分区，能够满足隧道掘进纠偏要求，配备4套千斤顶内置式行程及速度传感器，行程显示可逆并能准确、直观地显示隧
34、道掘进机千斤顶伸缩值和速度。推进速度060 mm/min可调。,4.3.4 推进系统,4.3.5 管片拼装机及管片吊机,本工程衬砌采用5+1管片形式，其中最重的封底块3.8吨左右，管片吊机一次吊机最大起重量为5T，二次吊机6.4吨。管片拼装机可通过线控和遥控两种方式进行控制，可满足管片安装的各种要求。,皮带机用于将螺旋机送来的渣土转运到后方渣土车上，至少应能满足120m3/h的运送能力。其理论输送能力为400 m3/h，能够满足本工程需要。皮带输送机上设置有钢丝绳牵拉式紧急停止装置，可以起到保护维修、测量人员安全的作用。,4.3.6 皮带机,在本标段施工中，以较快的6cm/min速度掘进，单位
35、出土量为120m3/h。盾构机配置的轴式螺旋机，理论出土能力为265m3/h，能够满足施工需求。螺旋输送机可方便地对外护筒、螺旋叶片进行维修。螺旋输送机螺旋叶片和外护筒的内表面焊有耐磨层；设有断电紧急关闭装置,密封可靠。在断电情况下排土门可全程开闭1.5（闭开闭）次；配置双闸门系统，若出现喷涌险情时，可及时关闭两道闸门。,4.3.7螺旋机,4.3.8同步注浆系统,本标段采用幅宽为1.2m的预制混凝土管片，则盾构机每推进一环的建筑空隙为： LnA+（D2d2）/41.80 m3 式中：L混凝土管片幅宽m；n注浆点数量4处；A注浆点外包管乌龟壳横截面面积；D盾构外径6.34m；d管片外径6.2m。
36、 实际注浆量为理论注浆量的150%200%，即2.73.6m3，本工程同步注浆量基本控制在3.0m3左右,同步注浆压力小于0.3MPa。 根据以上要求，按最大掘进速度60mm/min，连续掘进模拟计算，掘进一环需要20min，则注浆流量为8.8 m3/h。本工程盾构机同步注浆设计最大流量为12 m3/h，满足使用要求。,同步注浆系统在盾构机外壳的上、下半部各设有两处注入口，同时可实现分路注浆，能满足及时均匀填充盾尾间隙的要求。注浆压力、流量计量能在注浆控制面板和操作室面板上实时显示。同步注浆系统可实现自动和手动调节两种控制方式。该系统可实现注浆量的与盾构掘进速度同步匹配。为防止注浆管路堵塞,
37、同步注浆系统设置了注浆管路清洗装置。注浆完成后该装置可以直接对注浆管路进行清洗。即使万一注浆管路发生堵塞，还设置了供维修的检查口。,选盾构机采用铰接，铰接处有止水、止砂的密封件，由12根2500kN200 的油缸组成。铰接千斤顶分上下左右6个区域，在左右或者上下通过伸缩千斤顶，可使前后盾体最大左右弯曲1.5度、上下弯曲1度，具有250m半径的小曲线掘进的能力。区间最小曲线半径650m，满足施工需求。,4.3.9铰接系统,在刀盘、土仓仓壁及螺旋输送机等部位设有添加剂 （膨润土、泥浆、加泡沫剂等)注入管路和注入口，可以保证每个注入管路的压力都基本相同。加泥浆和加泡沫系统能自动调节注入量, 两套系统相互独立。并可手动控制流量。在刀盘中心部位和辐条的两个位置设有防止管路及注入口堵塞的装置。,4.3.10渣土改良系统,4.4本工程盾构机主要技术参数,本工程选用盾构机各系统功能均按照现有盾构机标准及施工要求进行设计，结果实际使用验证均满足工程需要。,盾构机主要参数表,中交隧道工程局三公司广铁7号线8标机电部 许良海,
