压缩空气支护式、泥浆支护式，土压平衡支护式五种类型。
3.3 盾构施工
（一）盾构法施工程序
盾构法施工的概貌其主要施工步骤为：
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； 3、依靠盾构千斤顶推力（作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上）将盾 构从起始工作井的墙壁开 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； 5、及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置； 6、盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推 进。
模筑混凝土衬砌
（三）不良地质地段施工
为了满足不良地质的要求，掘进机可安装一些设备进行特殊功能作业。 加装的地质超前钻机安装在主机顶部、刀盘后部的平台上，它在主机停机 时进行掌子面前30m的超前钻孔，以预报前方地质情况，为掘进提供可靠消息。 超前钻机还具备注浆和安装管棚的功能，以对围岩进行预先加固.
防倒钢滑板
M20螺母 橡胶密封板
20 12 16
a 滑板式
图密8-2闭7 密止闭止水水装置装置
b 铰接式
防倒装置
2、土体开挖与推进
土体开挖方式根据土质的稳定状况和选用的盾构类型确定。具体开挖方式有以下几 种。 （1）敞开式开挖 在地质条件好，开挖面在掘进中能维持稳定或采取措施后能维持稳定，用手掘式及 半机械式盾构时，均为敞开式开挖。开挖程序一般是从顶部开始逐层向下挖掘。 （2）机械切削开挖 利用与盾构直径相当的全断面旋转切削刀盘开挖，配合运土机械可使土方从开挖到 装运均实现机械化。 （3）网格式开挖 开挖面用盾构正面的隔板与横撑梁分成格子，盾构推进时，土体从格子里是条状挤 入盾构中。这种出土方式效率高，是我国大、中型盾构常用的方式。 （4）挤压式开挖 挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或部分出土，对地层有较大的扰动，施工中 应精心控制出土量，以减小地表变形。
刀盘驱动系统
刀盘驱动系统由三个315kW的电机驱动液压泵为刀盘后方的8个液压马达提 供动力，这8个液压马达又带动其相应的小齿轮来驱动大齿圈从而实现刀盘运转。
主驱动电机及液压泵
推进系统
推进系统由一个 75kW的电机驱动 液压泵提供动力， 驱动20组油缸共 30个千斤顶实现 盾构机向前推进。
（二）盾构机的分类
1、单护盾掘进机
2、双护盾掘进机 双护盾掘进机在软岩及硬岩中都可以使用。当它在自稳条件
不良的地层中施工时，其优越性更突出。
Single Shield TBM
①护盾；②液压推进油缸；③管片；④刀盘；⑤装渣斗；⑥皮带输送机
Double Shield TBM
①可伸缩护盾；②刀盘；③活动支撑鞋；④辅助推进油缸；⑤管片
（二）衬砌施工
掘进机施工的隧道，其衬砌结构一般是初期支护和二次衬砌组成。
1、管片式衬砌 其优点是：适合软弱围岩，特别是当围岩允许承载力很低，支撑靴不能
支撑岩面时，可利用尾部推力千斤顶，顶推已安装的管片获得推力反力 2、二次混凝土衬砌
二次混凝土衬砌，根据地地质条件可用喷射混凝土做为永久衬砌
拼装管片衬砌 示意图
（三）衬砌施工与衬砌防水
推进方向
1、衬砌施工
2、衬砌防水 （1）管片防水
环向螺栓孔 纵向螺栓孔
管片外防水涂层需根据管片材质而定，对钢筋混凝土管片而言，一般要求：
① 涂层应能在盾尾密封钢丝刷与钢板的挤压摩擦下不损伤；
图8-20 管片拼装
② 当管片弧面的裂缝宽度达0.3mm时，仍能抵抗0.6MPa的水压，长期不渗漏；
隧道结构构造备课资料
第十二章： 掘进机与盾构
• 本章学习的内容：
掌握掘进机的结构组成；盾构的构造与分类。
• 重难点：
重点：掘进机和盾构机的构造，分别适用的地质情况； 难点：掘进机与盾构机的区别。
目录
1 掘进机 2 盾构法施工
12.1 掘 进 机
1.1掘进机的概述 隧道掘进机（简称TBM）是一种机械化的隧道掘进设备。
改善隧道衬砌的受力状态。
目前，衬砌背部注浆，一般都采用在衬砌脱出盾尾及盾构掘进时的盾尾
同步注浆，且在60min内完成。盾尾注浆装置如图，它是在盾尾的表面设置了
若干块凸板，每个凸板内装置一根同步注浆管，一根备用管，一根为盾尾密
封刷的油膏注入管。
掘进时
水压
L型密封
衬砌
U型密封
密封交替 水压
空气
衬砌
盾尾密封装置
（二）支撑与推进系统
1、支撑系统
一般掘进机能提供的支撑反 力就是刀盘额定推力的3倍左右 （秦岭隧道为60000KN），足够 大的支撑反力是保证在强大推 力下掘进时，刀盘有足够的稳 定和正确的导向，并有利于刀 具减少磨耗。开挖刀盘推进力 是按照每把盘形刀所能居爱的 推力和盘刀数量来决定的，目 前较为成熟的确良17英寸盘形 刀，可承受的推力为250KN。
图8-30 盾尾密封装置
盾尾密封：由三道钢板密封刷组成
刷式密封1
刷式密封2
刷式密封3
尾部机壳 泥浆
室密封剂
管片
泥浆
注浆系统
（五）盾构法施工地面沉降机理和防治
（一）地面沉降机理
1、地表变形的规律 盾构法施工时，沿隧道纵向轴线所产生的地表变形，一般在盾构前方约 与盾构埋深相等的距离内地表开始产生隆起，在盾构通过以后地表逐渐下沉， 其下沉量随着时间的推移由增加而最终趋于稳定，其变形规律如图所示。
• 3、及时、有效、足量地充填衬砌背后的建筑间隙，必要时还可 通过在管片上的注浆孔进行二次加固注浆。浆液材料要严格控 制其稠度、含水量和浆液中的粘粒含量，要根据盾构注入和拌 浆设备的具体条件，优选浆液的材料和配比。同时要控制注浆 压力，防止影响管片衬砌环的正常使用。
1、按断面形状分类 单圆盾构、复圆盾构（多圆盾构）、非圆盾构，其中复圆盾构可分为双
圆盾构和三圆盾构。非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构、 半圆形盾构。复圆盾构和非圆盾构统称为“异形盾构”。
单圆盾构
多圆盾构
矩形盾构
球形盾构
异形盾构
2、按支撑条件分类 盾构按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、
2、掘进机的推进方式 隧道掘进机的推进是通过交叉换步实现掘进循环的。
（三）后配套设备 后配套设备包括液压传动站、变电设备、开关柜、主驾驶室、通讯系统、备用发
电机、空压机、通风系统、喷射混凝土设备、围岩加固堵水注浆设备以及供水系统。
1.4 掘进机施工
（一）掘进
岩石隧道掘进机法是利用岩石隧道掘进机在岩石地层中暗挖隧道的一 种施工方法。掘进时盘形刀沿岩石开挖面滚动，同时通过刀盘均匀地在每 个盘形刀上对岩面施加压力，形成滚动挤压切削而实现破岩的。
布鲁诺尔设计的手掘式盾构
2.2 盾构机的构造与分类
（一）盾构机的构造
1、盾壳
1）前盾
2）中盾
3）盾尾
2、开挖系统
1）刀盘与刀具 有切刀、齿刀、滚刀及各种辅助刀
2）主轴承与驱动系统 主轴承与刀盘连接，为刀盘旋转与开挖提供动力。主轴承的动力来源于其 驱动系统，常见的驱动系统主要有变频电动驱动和液压驱动等
管片
管片
日图8-本32 日的本的密密封封垫类垫型 类 型
四图8孔-31形4孔密形密封封垫垫
图7-33 国产密封国垫型产式密封垫
② 接缝嵌缝防水
工字型膨胀控制材 水膨胀性腻子
适用于变形缝处
YJ-302界面处理剂 氯丁胶乳水泥
17
5
8
20
R50
5
环缝（变形缝）
5
19
聚乙烯工字型膨胀控制材
5.5 4.5 7.5 9.5
• （二）地表变形及隧道沉降的控制
• 盾构法施工中做不到完全防止地表变形，但能够设法减少地表 变形并使地表下沉得以控制，可以采取如下措施：
• 1、采用灵活合理的正面支撑结构或适当压力的压缩空气来疏干 开挖面土层，以此保持开挖面土体的稳定。
• 2、采用技术上较先进的盾构，如土压平衡式盾构、泥水平衡式 盾构、复合式盾构等。基本不改变地下水位，严格控制开挖面 的挖土量，防止超挖。
（二）盾构掘进
1、盾构密封装置和盾构出洞顺序
以防止开挖面泥浆流失。目前常用的密封止水装置如图所示，其中a为滑板 式结构；b为铰接式结构。
盾构内径
盾构内径
盾构外径
盾构外径
140
6 50 50 50 20 70
90
50 50 6 30 20 70
80
106
50 56
200
120
M20螺母 橡胶密封板
30 15 12 16 16
1.刀盘和刀具
目前广州比较多
采用的盾构机刀
盘配备了17寸的 单刃滚刀31把、
17寸的中心双刃
滚刀4把、1把行 程为50mm的超 挖刀、64把切刀、 8把刮刀。
切刀
17寸单刃及双进系统 4、导向系统 5、管片装运系统 6、壁后注浆系统 7、出渣系统 8、后配套系统
皮带输送机出渣 螺旋输送机
盾构位置
盾构推进距离
隆起 沉陷 （沉陷量） 初次沉陷 二次沉陷 最终沉降量
45° 盾构前部变形
地图表8-3变6 地形表纵变形向纵沉向沉降降规规律律
2、导致地面沉降的因素 盾构法施工中，导致地面沉降的主要因素有以下几种： （1）盾构掘进时，开挖面土体的松动和崩塌，破坏了地层 平衡状态，造成土体变形而引起地表变形。 （2）盾构法施工中应采用降水疏干措施时，因地下水浮力 消失，土体自重压力增加，地层固结沉降加速，引起地表 下沉。 （3）盾构尾部建筑空隙充填不实导致地表下沉。施工纠偏 及弯道掘进的局部超挖，均会造成盾构与衬砌间建筑空隙 的不规则扩大，而这些扩大量有时难以估计或无法及时充 填，给地表下沉带来影响。