控制室
控制台
2， 盾构推进系统
(一)盾构的推力
盾构的前进和方向调整是靠千斤顶推进实现的。因此， 要求盾构千斤顶有足够力可用以克服盾构推进过程中所遇到
的各种阻力。决定盾构的推力主要有如下因素。
（1）盾构壳体与土之间的摩擦力； （2）工作面推进阻力； （3）推进中切口插入土中的阻力； （4）管片与盾尾摩擦阻力等。 除了考虑以上因素外，还有转向、纠偏、防偏转的稳定 装置，挡板等的阻力和后车架的牵引阻力等。 一般来说，把考虑以上因素的计算值再乘以安全系数2 所得的数值作为盾构的推力。
土压平衡盾构
密闭式盾构
泥水平衡盾构
复合盾构
（1）土压平衡盾构
土压平衡盾构
土压平衡式盾构
定义：土压平衡式盾构机用开挖出的土料作为支撑开挖面 稳定的介质，
适用条件：土料具有良好的塑性变形，软稠度，内摩擦角
小及渗透率小。 由于一般土壤不能完全满足这些特性，所以要进
行改良。改良的方法通常为：加水，膨润土，粘土，聚合
盾构纵剖图
切口环：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设置各种类 型的开挖和支承地层的装置 支承环：是盾构的主要承载结构，沿其内周边均匀地装有推动 盾构前进的千斤顶，以及开挖机械的驱动装置和排土装置 盾尾：是衬砌作业的场所，其内部设置衬砌拼装机 盾构灵敏度：L/D，越小越灵敏
公穿铁箱涵顶进施工
1888~1890年间用盾构法在美国和加拿大间的圣克莱
(St,Clair)河下建成了一条直径为6.40 m，长为1870m的萨 尔尼亚(Sarnia)水底隧道，为盾构法修建隧道开拓了更为广 阔地发展前景。
20世纪初，盾构法施工已在美、英、法、俄等国开始推
广，已用在水底公路隧道、地下铁道、上下水道、电力、通
螺旋输送机出土
土箱运土 井口土箱吊运
出土
出土
盾构法 是使用所谓的“盾构”机械，在围岩中推进，一边防止土砂的 崩坍，一边 在其内部进行开挖、衬砌作业修建隧道的方法。
出 土 转 盘
盾 构
盾构 千斤 顶
压 在盾尾空 浆 隙中的压 孔浆
竖 井 后盾管 片
盾 构 正 面 网 格
管 片 拼 装 机
盾构法存在的不足
① 当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。
② 在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面稳定甚 为困难，甚至不能施工，而在水下时，如覆土太浅则盾 构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。 ③ ④ 竖井中长期有噪声和振动，要有解决的措施。 盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时，对 劳动保护要求较高，施工条件差。
4号线施工地面泡沫
地铁十号线施工地面泡沫
土压平衡式盾构
土压平衡式盾构机的主要部件
土压平衡盾构机的基本装置是切削刀盘，开挖室以及螺旋输送机等。
土压平衡式盾构
1
切削刀盘 切割开挖面上的土壤和在开挖室内搅拌使之变成可塑的泥土浆。切削刀盘 前面一般布置有添加土壤改良剂料的灌注口，对开挖面上的土壤进行改良处理。 切削刀盘盘面有封闭式和敞开式两种。 封闭式切削刀盘是用于开挖面不稳定的土层类型，这样可以避免在开 挖面有大量的土壤松动。 缺点：是在开挖面上支撑压力的分布不均匀。承压隔板上测得的土压 值不一定就是真实值，它还和刀盘的位置和转向有关。 敞开式切削刀盘（敞开式星形设计），一般不会发生阻塞，此时开挖面支 撑压力分布均匀且送到螺旋输送机上的土料流动稳定。 缺点：是由于缺乏机械支撑，进入压缩空气下的开挖室的危险较大。 此外，长时间运行时，在覆土浅时易造成沉降，稳定性和刀盘的强度降低。
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七 盾构和TBM特性机及差异
盾构及TBM是一种特殊的隧道专用设备，一般来讲 它是根据某一具体工程 “量体裁衣”设计的大型隧道 施工机械，集机、电、液、气一体化，其灵活性较差， 不具备通用性，因此在盾构与TBM使用和选择方面应当 做到风险分析到位、科学论证充分。
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高科技性
盾构涉及多学科、
讯煤气等市政公用地下设施管道。
1932年原苏联开始用直径为6.6~9.5m的盾构先后在其斯
科、列宁格勒、基辅等城市修建地下铁道的区间隧道及车站。
1922年日本开始用盾构法修筑国铁奥羽线折渡隧道。
1953年东北阜新煤矿用直径2.6米手掘式盾构修建疏水管道
二
成
盾构机的结构
盾构机主要由壳体 推进系统 拼装系统 出土系统组
设备调整
正常掘进
围护结构凿除
洞门密封圈安装
盾构机接收托架 到达掘进
盾构进站、解体吊出
盾构施工工艺流程
盾构工作井
竖井施工
盾构法施工步骤
① 在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井； ② 盾构在起始端工作井内安装就位； 后壁上）将盾构从起始工作井的壁墙开孔处推出； ④ 盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出 土和安装衬砌管片；
选型的原则： “掘得进、排得出、稳得住、耐得久” 地质影响因素：软土地层、岩石地层 一般来说对于土层或淤泥质地层，选择土压平 衡盾构；而富水砂层且环境敏感选择泥水盾构； 对于岩石地层或复合地层选择土压盾构；
主要因素有：地层的渗透系数、岩土层的颗粒 分布与组份、岩石的强度、岩石的RQD指标、地质 构造。
物和泡沫等， 根据土质情况选用。通过这些改良措施，扩大了 土压平衡式盾构机的应用范围。
土压平衡盾构
土压平衡盾构是把土料(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，再由螺 旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋 转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。 它又可细分为削土加压盾构、加泥土压盾构和复合土 压盾构。
土压平衡式盾构
2 开挖室（密封舱） 切削刀盘与后面的承压隔板之间所形成的一个空间。 用于存储被刀盘削切下来的土体，并加以搅拌使其成为不 透水的，具有适当流动性的塑流体，使其能及时充满密封 舱和螺旋输送机的全部空间，对开挖面进行封闭，以维持 开挖面的稳定性，同时也便于将其排出。
3 螺旋输送机 功能：用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外，并在 排土过程中，利用螺旋桨叶片与土体间的摩擦和土体阻塞所 产生的压力损失，将螺旋输送机排出口的泥土压力降至一个 大气压，使其不发生喷漏现象。 螺旋输送机的圆柱形壳体有一段是可以伸缩的。它伸到 开挖室内部, 可以改善土料的供应。由于存在摩擦，在壳体 内的土料不能旋转，只能作轴向移动。 螺旋输送机的安装位置较低时更好用，因为土料是利用 其自身重量压入螺旋输送机开口中的。当螺旋输送机位于中 心时，必须将在开挖室下部的土料向上压送以克服重力作用。 若螺旋输送机位于更低的位置，使用压缩空气将开挖室内的 土料向低位压送没什么问题，因此压缩空气气室的位置越高 越好。
泥水盾构
泥浆制备与分离
废弃浆液的处理
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六
盾构机选型的主要内容
盾构机基本类型的选择 土压盾构、泥水盾构 盾构刀盘与刀具的选择 幅条式刀盘、面板式刀盘 滚刀、切刀、先行刀、超挖刀 主要功能的配置 渣土改良、防沉淀冲刷 主要参数设计 扭矩、推力、排渣能力等等
管 片
压浆泵 出土 机
盾构法施工概貌 的隧道衬砌
结构
由管片组成
盾构法施工概貌
三 盾构法的主要优缺点
①除竖井施工外，施工作业均在地下进行，噪音、振动引起
的公害小，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪音
和振动影响。 ② 盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易 于管理，施工人员也较少，劳动强度低，生产效率高。 ③ 土方量外运较少。
多理论，综合交叉；
主要专业：土木、
机械、电气、液压、 测量、环控等；
动画来源于“863”计划项目
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高投入性
小型盾构约2000万元， 中型盾构约4500万元，TBM约1.2亿元 大型盾构约1.4亿元，TBM约2~3亿元 超大型盾构约3亿多元。
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八 盾构施工技术
1、 施工工艺流程
始发井端头加固 始发井端头围护桩凿除 盾构机下井 洞门密封圈安装 盾构机就位调试 始发反力架安装 初始掘进
盾构施工技术
主讲人：顾惠斌
一 发展史：
最早是在1818年由英国工程师布鲁诺尔(M.I , Brunel)发 明的，他是从船的木板中，有一种蛀虫钻出孔道，并用它分 泌的粘液加固洞穴得到启发而研制出的，并于1825年开始用 一个宽11.58m、高6.7m的矩形盾构，在英国伦教的泰晤出河 下面修建世界第一条水底隧道。施工中遇到泥水涌入隧道的 极大困难，两次被淹，直至1835年对后构作了改良.用压气辅 助施工，才于1843年完工。隧道全长458m。
设置盾构外壳的目的是保护掘削、排土、推进、施工衬
砌等所有作业设备、装置的安全，故整个外壳用钢板制
作，并用环形梁加固支承。 1 ，盾构壳体从工作面开始可分盾构纵剖图
切口环：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设置各种类 型的开挖和支承地层的装置 支承环：是盾构的主要承载结构，沿其内周边均匀地装有推动 盾构前进的千斤顶，以及开挖机械的驱动装置和排土装置 盾尾：是衬砌作业的场所，其内部设置衬砌拼装机 盾构灵敏度：L/D，越小越灵敏
土压平衡式盾构
（2）复合型土压平衡盾构
复合式盾构机
（3）泥水加压盾构
泥水平衡盾构
泥水式盾构机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，在机械式盾构的刀盘的后侧，其 刀盘后面有一个密封隔板，把水、粘土及其添加剂混 合制成的泥水，经输送管道压入泥水仓，待泥水充满 整个泥水仓，并具有一定压力，形成泥水压力室，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。通过泥水的加压作用和压力保持 开挖工作面的稳定。盾构推进时，旋转刀盘切削下来 的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输 送方式送到地面泥水分离系统，将碴土、水分离后重 新送回泥水仓，这就是泥水加压平衡式盾构法的主要 特征。因为是泥水压力使掘削面稳定平衡的，故得名 泥水加压平衡盾构，简称泥水盾构。