• 含砂量：通常采用含砂量仪来测定。测定时将100ml泥浆装入量杯中 ，用清水将泥浆稀释，将其倒入过滤筒筛网上过滤，并用水冲洗，最 后将筛余的砂粒倒入干净的含砂量杯中，垂直静置一分钟，记录沉淀 物体积的毫升数，即为泥浆的含砂率
•
泥水平衡盾构原理
无气垫仓泥水盾构与有气垫仓泥水盾构压力波动比较图
泥水平衡盾构原理
用压缩空气抵消外部水压
盾构的发展史
• 1874年德国工程师开发了用流体支撑开挖面的盾构 ，1896年德国第一台泥水式盾构申请了专利。
• 1959年用流体支撑开挖面的盾构成功地建造了一条 直径为3.35米的排污隧洞。
• 1960年采用了膨润土悬浮液来支撑开挖面。 • 1967年开发了首台有切削刀盘并以水力出土的泥水
• 软弱围岩掘进时，推力过大或刀盘转速过快会造成局部刀 具过载、密封失效等
• 上软下硬的地层会造成刀具崩刃断裂、刀圈脱落及偏磨 • 破碎地层和断层岩层容易造成刀圈崩裂及脱落
地质对刀具的影响
小
前
盾
部 推
构
力 轴
机
承
主
轴
前 弹
承
性 密
结
封
构
主轴承外圈 经向轴承
主 推 力 轴 承 后 弹 性 密 封 带主 大轴 齿承 圈内
管片拼装机： 功能：举升、回转、水平移动。吸盘的横、纵向微动、水平微转。
泥水平衡盾构结构
盾构机铰接结构形式： •1、被动铰接式
优点：铰接油缸数量少、体积也小，调向灵活。 缺点：转弯时，推力油缸与管片不垂直，
•2、主动铰接式 优点：转弯时，推力油缸与管片垂直， 缺点：铰接油缸数量多、体积大。
• 德国和日本体系的主要区别是，德国式的在泥水舱中 设置了气压舱，便于人工正面控制泥水压力，构造简 单；日本式的泥水密封舱中全是泥水，要有一套自动 控制泥水平衡的装置。
泥水平衡盾构的发展
• 1967年：三菱公司制造了第一台为泥浆开挖面支 护的试验盾构，直径为3.10m的样机取得经验后 。
• 1970年：建造了第一台大型泥水盾构,直径为 7.20m,用于建设海峡下的Keiyo铁路线。自此以 后,日本的很多制造商生产了此型盾构。与欧洲相 比,泥水盾构在日本使用很多。在欧洲,英国的 Markham,法国的NFM及FCB公司等采用日本 许可证,也制造了泥水盾构。
圈
大盾构主轴承结构
外密封 外圈 外壳

主驱动减速器
小齿轮
内圈
旋转体
内密封
大齿圈（外）
安全销 膨胀液 膨胀套 动力输入轴
动力输出轴
外壳
安全环槽
泥水平衡盾构结构 盾尾密封
• 盾尾密封 • 同步注浆孔
油脂管
泥水平衡盾构结构 盾尾密封
盾尾刷手抹油脂的作用：保护盾尾刷不受杂物的侵蚀
泥水平衡盾构结构
土压平衡加压盾构原理
土体水压 泥浆压力 压缩空气
土体对刀 具反力
进气管
进浆管
排浆管
泥水平衡盾构原理
1、开挖面稳定机理：刀盘结构、泥膜、泥水 压力。
2、泥膜形成机理： 泥膜形成的基本要素（泥水的密度、含砂率、 泥水的黏性、泥水压力：土压力、水压力、预留 压力）——尽快形成不透水的泥膜 。 掘进速度 与泥膜的关系：高质量泥水成膜时间1-2秒。 3、地质适用范围
泥水平衡盾构的发展
• 泥水式盾构机的发展有三种历程，即日本历程、英国 历程和德国历程，到目前则只有日本和德国两个主要 的发展体系。
• 日本的发展历程导致当今的泥水盾构,德国的发展历程 导致水力盾构。以日本的泥水盾构为基础又发展了土 压平衡盾构。
• 而德国的水力盾构导致很多不同的机型,如混合型盾构 ,悬臂刀头泥水盾构及水力喷射盾构等。
• 1881年-一台压缩空气驱动的TBM 用于掘进英吉利海峡探测隧道。
TBM发展史
• Moie（鼹鼠），重：125T，直径：7.9米，长：27米，日进尺：48.7米
岩石掘进机
TBM发展史
ROBBINS站在新开挖的掌子面旁
TBM发展史
1846年：比利时工程师亨利-约瑟. Maus制作了第一台 TBM，未成功。 1851年：美国在马萨诸塞州西北HOOSAC隧道使用TBM， 未成功。 1856年：同一个HOOSAC隧道又使用了一台TBM,同样未 成功。 1881年：一台压缩空气驱动的TBM用于掘进英吉利海峡探 测隧道。 1953年：一台ROBBINS开发的TBM用于南达科他州皮尔 引隧道。 1956年：ROBBINS研制了硬岩TBM用于加拿大多伦多。 1973年：一台双护盾TBM在意大利诞生。
• 1959年：E.C.Gardner成功地将以液体支撑开挖面应用 于一台用于建造排污隧洞的直径为3.35m的盾构。1960年 引进了用膨润土悬浮液来支撑开挖面，而H.Lorenz的专利 提出用加压的膨润土液来稳固开挖面。
• 1967年：第一台有切削刀盘并以水力出土、直径为3.1m 的泥水盾构在日本开始使用。在德国，第一台以膨润土悬浮 液支撑开挖面的盾构由Wayss&Freytag开发并投入使用 。
1.沙性土层2.砂层3.砾石层4.贝壳层。
泥水平衡盾构原理
• 泥浆比重：常采用泥浆比重计测定。泥浆比重计由由泥浆杯和秤杆等 组成。测量时将泥浆杯装满泥浆，加盖并擦净从小口溢出的泥浆。然 后置于支架上，移动游码，使杠杆呈水平状态，读出游码左侧所示刻 度，即为泥浆的比重。该仪器测使用前要用清水对仪器进行校正，如 读数不在1.0处，可通过增减杠杆右端的金属颗粒来调节。
泥水平衡盾构的发展
• 德国的发展历程起始于1972年，德国承包商 Wayss及Freytag公司开发了水力盾构系统。
• 1974年：其样机用于建设Hamburg港口下的总 管道，盾构外径为4.48m。当时还没有可靠的盾尾 密封。这样一来整条隧道被加压。因为此型盾构是 首次使用，很多修改事先未预料到。为了继续隧洞 修建工程,采取了许多补救措施，解决了一些主要问 题。第二次掘进着重解决了可靠的尾封，使得在最 后的30m，采用了新的尾封后才达到隧洞内无压力 的目的。当今水力盾构在欧洲市场占有很重要的位 置。
TBM发展史
• 到了1851 年，波士顿南部的理查 德穆恩公司又建造了一台重75吨的 巨大机器，用于马萨诸塞州西北 Hoosac（胡塞克）隧道的开挖。 仅仅开挖了10英尺（3米），机器 就不动了，成为一个丑闻。
• 1856 年，美国最著名的工程师之 一，赫尔曼.豪普特，宣布他将以另 一台隧道机拯救胡塞克项目。他对 此充满信心，甚至自掏腰包资助该 计划。然而，他的机器开挖了不到1 英尺（0.3米）就寿终正寝，豪普特 在郁闷中破产。
排浆比重 1.15-1.35
南京伟三路隧道泥水盾构机
刀盘 气垫仓 进浆管 推进缸 盾尾刷 拼装机
主轴承
排浆管
参数 理论
推力
速度
扭矩
278400KN 50mm/min 36585KN.m
转速
切口水压 进浆比重 排浆比重
0.1-1.84rpm
刀盘刀具配置图
刀盘分割图一
NO.1(114t)
No.4(112t)
*1818年，英国的布鲁偌尔（法国人）从蛀虫钻孔得得启 示，提出了盾构掘进隧道的设想。 *1825-1843年，布鲁偌尔在伦敦泰晤士河下用盾构法修 建了458米长的矩形隧道（11.4MX6.8M）。
盾构发展简介
布鲁诺尔注册专利的盾构，1818
1832年1月12日泰晤士 河底隧道施工时涌入水
盾构历史简介
泥水平衡盾构原理
总结： 日本泥水盾构
土压平衡盾构
德国泥水盾构
混合型盾构
日本体系：泥水仓全是泥水，直接控制型泥水盾 构，调节控制阀开度来进行泥浆压力控制。
德国体系：泥水仓中设置了气压仓，间接控制型 泥水盾构，气压复合模式，调节空气压力来进行 泥浆压力控制，液位传感器根据液位的高低来调 整液位。
盾构历史简介
广州吉原交通技术工程有限公司
泥水盾构系统和结构原理
目
录
1、盾构的发展 2、TBM的发展 3、泥水盾构的发展 4、泥水盾构系统和结构原理
盾构的发展简介
一、盾构发展简介
常用隧道施工方法
常
明挖法
用
隧
道 施
矿山法
工
方
TBM硬岩掘
法
掘进机
进机
（Tunnel Boring Machine）
盾构
盾构发展简介
加压平衡盾构。 • 1974年日本开发了首台土压平衡盾构。 • 1994年日本制造出首台3圆式泥水盾构。
TBM的发展史
二、TBM发展简介
TBM发展史
先驱者是一个是叫亨利约瑟. Maus的比利时工 程师。他在1845 年得到 撒丁国王的许可修建一 条连接法国和意大利的 铁路。
毛瑟的“片山机(mountainslicer) ” 1846 年在都灵附 近的一个军工厂组装成形。 他庞大而复杂，体积超过 一节火车头。他有一百多 个钻头。
切刀的失效形式 • 正常磨损 • 断齿 • 掉齿 • 刀体折断
刀具失效图例
正常磨损
刀圈断裂
刀圈断裂碎片
偏磨（弦磨）
偏磨与断裂
滚刀被碴土粘住
4、掘进参数及地质对刀具的影响
• 硬岩掘进时推力及速度过大会造成刀具崩刃断裂 • 粘土层掘进时泡沫、水等添加不合适即碴土改良效果不好
会产生泥饼或刀具被碴土裹住无法转动
H
泥水平衡盾构原理
泥水盾构原理
泥水盾构原理
日本东京湾隧道
日本东京湾泥浆平衡盾构机
日本东京湾泥浆平衡盾构机
狮子洋广深港高铁泥水盾构机 直径：Φ11182mm
理论 实际
最大推力 123850KN
推进速度 40mm/min
最大扭矩 13650KN.m