土压平衡盾构施工关键技术.pptx

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1、土压平衡盾构施工关键技术LOGO一。概述二。盾构选型三。土压平衡盾构机四。施工关键技术LOGO提 纲LOGO盾构是一种全封闭的隧道掘进机（既能支承地层的压力、又能在地层中掘进 的施工机具）,衬砌管片提供反力,不能连续掘进。一边保持开挖面及围岩稳定，一边进行隧道掘进、出渣，并在盾尾内拼装管片形成衬砌，及时实施注浆，从而在尽可能不扰动围岩条件下修建隧道的方法。4“盾”“保护、庇护”,指刀盘、盾壳；“构”“构筑、修建”，即管片拼装和注浆。LOGO 1.1 盾构法门吊自卸汽车管片存放区盾构始发井通风机运输设备（1）盾构法：以盾构为核心的一整套完整的建造隧道的施工方法。（2）三大要素：l 开挖面的稳定l

2、 盾构沿设计路线高精度推进（盾构姿态、隧道方向）l 衬砌（管片）作业LOGO 1.1 盾构法土压盾构挖掘机后配套（1）盾壳支承着围岩并保护着刀盘旋转，在千斤顶推力的作用下，刀盘上被切 割、破碎的碴土，经过开口进入密闭室，当密闭室内的泥土压力与开挖面压力 取得平衡的同时，端部伸入密闭室下部的螺旋输送机开机排土，控制螺旋输送 机的转速或者盾构机的推进速度，达到密闭室内的泥土压力与开挖面压力的动 态平衡。碴土通过配套的运输设备运至洞外。61.2 土压平衡盾构基本原理LOGO（2）土压平衡盾构开挖面稳定机理l 泥土压必须可以对抗开挖面上地层的土压和水压。l 必须可以利用螺旋输送机等排土机构，调节排土量

3、。l 对必须混入添加材的土质而言，注入的添加材料必须可使泥土（混入添加材 的开挖土）的塑流性和抗渗性提高到满足开挖面稳定要求的水准。71.2 土压平衡盾构基本原理LOGO盾构机是根据施工对象“度身定做”的。制造盾构机所依据的对象称之为 施工环境，它是基础地质、工程与水文地质、气候地貌、建筑物以及地下管线 和构筑物等特征的总和。（1）在施工环境的诸多因素中，掌握基础地质和工程地质特征最为重要，是盾 构选型及采用盾构施工工艺的先决条件。（2）盾构隧道施工扰动土体引起围岩不同程度的变形，浅埋对上部影响更严重。盾构施工时防止围岩变形，控制地面沉降，保护地面和地下建（构）筑物和管 线安全就是一个很重在的

4、因素。LOGO1.3 盾构施工环境8（3）围岩的各向均匀性 均一地层：指在开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由一种或若干种地 层组成，但其岩土力学、工程地质和水文地质等特征相近的地层或地层组合。在均一地层中盾构施工的特点：施工中盾构机模式基本上不需要变化；盾构机结构在施工中不需要进行改变；需要在施工艺上做适当调整。LOGO1.3 盾构施工环境9（4）复合地层：在地下工程开挖断面范围和开挖延伸方向上，由两种或两种以 上不同地层组成，且这些地层的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬 殊的组合地层。主要有：断面在垂直方向和水平方向上不同地层的组合。在复合地层中盾构施工的特点：经常变换盾构施工模式；

5、盾构机的配置需做适当调整；用的施工工艺和施工参数要根据地层变化而变化；围岩变化极悬殊的地段及石英含量高或高强度硬岩地段等地层中掘进时需 频繁更换刀具；在某些特殊地层要采取一些辅助工法。LOGO1.3 盾构施工环境10（5）建（构）筑物和地下管线等的损坏程度与沉降量大小有关 地面建（构）筑物保护是地铁盾构隧道施工碰到的最严重的问题之一：房 屋、铁路、桥梁、电塔等。地下构筑物：地铁车站、地铁隧道、地下车库、地下商场、地下管廊、建 （构）筑物基础等。地下管线：供水管、排污管、各种电力和通信管线、各种燃气管线等、地下异物：人类活动中，在地层当中出现的非自然物体。如：水域的沉船 及相关的锚、河堤抛石、房

6、屋木桩、地下文物等。LOGO1.3 盾构施工环境11盾构工程施工风险，主要有：“地质复杂性”、“盾构机的不适应性”、“人认知的局限性、责任性、方案和措施的不合理性”。（1）地质风险：复合地层，富水断裂带或破碎带，溶洞、土洞，含承压水的粉 细砂层，含瓦斯、煤成气地层，球状风化体或构造风化硬岩，砂砾石、卵石地 层等地层盾构掘进。（2）盾构机风险：盾构选型和功能性缺陷，大轴承或三大密封损坏，刀盘损坏 （解体、开裂、磨损），刀具磨损，减速箱及齿轮传动系统损坏等情况。（3）人为风险：认知的局限性（不能全面系统地了解地质变化、盾构机性能），施工组织及责任心，方案和措施的合理性等问题。LOGO1.4 盾构施

7、工风险12二、盾构选型LOGO盾构机根据地质条件、工程环境以及盾构机根据地质条件、工程环境以及工程设计等具体特征工程设计等具体特征“量身定做量身定做”，其，其 核心技术不仅是设备本身的机电工业设计，还在于设备如何适用于各类工程地 质。盾构施工的成功率，主要取决于盾构选型，决定于盾构是否适应现场施工 环境，盾构选型正确与否决定着盾构施工的成败。盾构的“型式”涉及盾构的“型”和“模式”。l 不论是适用于单一软土地层的软土盾构，还是适用于复杂地层的复合盾构，都有土压平衡盾构和泥水盾构两种机型。“型”是在施工前决定的。l 土压平衡盾构一般具有敞开式、半敞开式、土压平衡式三种模式；泥水盾构 一般具有泥水

8、平衡模式和气压复合模式二种模式。“模式”是在施工过程中根 据工程地质和水文地质由操作人员实时决策的。据工程地质和水文地质由操作人员实时决策的。LOGO2.1 盾构的“型式”14（1）盾构的“类型”l 盾构的“类型”是指与特定的盾构施工环境，特别是与特定的基础地质相匹配的 盾构的种类。盾构的种类。l 根据施工环境，全断面隧道掘进机分为盾构和岩石掘进机二类：用于土质地层或 弱地质地层开挖的称为盾构；用于弱地质地层开挖的称为盾构；用于岩石地层开挖称为岩石掘进机。岩石地层开挖称为岩石掘进机。l 盾构的“类型”根据施工环境可划分为软土盾构和复合盾构两类。软土盾构是指适用于未固结成岩软土盾构是指适用于未固

9、结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围 岩条件下的一类盾构。岩条件下的一类盾构。主要特点：刀盘仅安装软土刀具(先行刀、切刀、刮刀)，无需滚刀。复合盾构是指既适用于软土、又适用于砂卵石、岩层的一类盾构。复合盾构是指既适用于软土、又适用于砂卵石、岩层的一类盾构。主要特点：刀盘既安装有软土刀具，如切刀和刮刀，又安装硬岩刀具(滚刀)。LOGO2.1 盾构的“型式”15（2）盾构的“机型”l 指根据工程地质和水文地质条件，盾构所采用的最有效的开挖面支护形式。l l 盾构按支护地层的形式主盾构按支护地层的形式主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥

10、要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥 水支护式、水支护式、土压平衡支护式五种机型。土压平衡支护式五种机型。（3）盾构的“模式”l 盾构的“模式”是指在一定“型”的基础上，根据特定的盾构施工环境，在确保 开挖面稳定的前提下，盾构所采用的掘进作业模式。l“模式”是盾构的一种操作方式。土压平衡盾构的“模式”可分为土压平衡式、敞开式、半敞开式三种。泥水盾构的“模式”可分为泥水平衡模式(也称直接控制模式)和泥水气压复合 模式模式(也称间接控制模式也称间接控制模式或或D D模式模式)两种。两种。LOGO2.1 盾构的“型式”16 土压平衡模式（EPB）：用于围岩不稳定或水压高、水量大的地层。掘

11、进时，刀 盘开挖下来的碴土填满泥土仓，借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，使之 产生泥土压，这一压力作用于整个作业面，使作业面稳定，同时使刀盘切削下来的 碴土量与螺旋输送机向外输送的卸土量相平衡。碴土量与螺旋输送机向外输送的卸土量相平衡。敞开式模式（open）：用于开挖面足够稳定并且涌水能够被控制时。掘进时，由 刀盘切削下来的碴土进入土仓后，不需要进行加压，而是由螺旋输送机直接排出土 仓，使土仓尽量处于排空的状态，以便减轻刀盘转动的阻力。半敞开模式（semi-open）：用于开挖面具有足够的自稳能力，且水压小于1.5bar的地层。掘进时不完全靠维持泥土仓的土压力来稳定开挖面，而需要充以压

12、缩空气来稳定开挖面，施加气压的大小根据不同地层条件确定。压缩空气土压平衡式 敞开式 半敞开式LOGO2.1 盾构的“型式”土仓压力分布 V级、VI级围岩，重要建筑物土仓压力分布 II级、IIII级围岩，部分IV级围岩17IV级围岩，重要建(构)筑物土仓压力分布 盾构选型应从地质适应性（也称安全可靠性）、技术先进性、经济性等方面 综合考虑，所选择的盾构机要能尽量减少辅助施工法并确保开挖面稳定和适应 围岩条件。围岩条件。（1）应对工程地质、水文地质有较强的适应性，首先要满足施工安全的要求；（2）地质适应性、技术先进性、经济性相统一，在安全可靠的情况下，考虑 技术先进性和经济合理性；（3）满足隧道外

13、径、长度、埋深、施工场地、周围环境等条件；（4）满足安全、质量、工期、造价及环保要求；（5）后配套设备的能力与主机配套，满足生产能力与主机掘进速度相匹配，同时具有施工安全、结构简单、布置合理和易于维护保养的特点；（6）盾构制造商的知名度、业绩、信誉和技术服务。LOGO2.2 盾构选型原则18以工程地质、水文地质为主要依据，综合考虑周围环境条件、隧道断面尺寸、施工长度、埋深、线路的曲率半径、沿线地形、地面及地下构筑物等环境条件，以及周围环境对地面变形的控制要求、工期、环保等因素，同时，参考国内外 已有盾构工程实例及相关的盾构技术规范、施工规范及相关标准，对盾构类型、驱动方式、功能要求、主要技术参

14、数，辅助设备的配置等进行研究。（1）工程地质、水文地质条件；（2）隧道长度、隧道平纵断面及横断面形状和尺寸等设计参数；（3）周围环境条件；（4）隧道施工工程筹划及节点工期要求；（5）宜用的辅助工法；（6 6）技术经济比较。技术经济比较。LOGO2.3 盾构选型依据19（1 1）在对工程与水文地质条件、周围环境、工期要求、经济性在对工程与水文地质条件、周围环境、工期要求、经济性等充分研究的等充分研究的 基础上选定盾构类型。基础上选定盾构类型。（2）根据地层的渗透系数、颗粒级配、地下水压、环保、辅助施工方法、施工 环境、安全等因素对土压平衡盾环境、安全等因素对土压平衡盾构和泥水盾构进行比选。构和泥

15、水盾构进行比选。（3）对盾构各主要功能部件进行选择和设计（如刀盘驱动型式，刀盘结构型式、开口率，刀具种类与配置，螺旋输送机的形式与尺寸，沉浸墙的结构设计与泥浆门 的型式，破碎机的布置与型式，送排泥管的直径等），并根据地质条件等确定盾构 的主要技术参数。盾构的主要技术参数在选型时应进行详细计算，主要包括刀盘直 径，刀盘开口率，刀盘转速，刀盘扭矩，刀盘驱动功率，推力，掘进速度，螺旋输 送机功率、直径、长度，送排泥管直径，送排泥泵功率、扬程等。（4）根据地质条件选择与盾构掘进速度相匹配的盾构后配套施工设备。LOGO2.4 盾构选型主要步骤2021（1）根据地层的渗透系数进行选型u 地层渗透系数对于盾

16、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/s时，宜选用泥水盾构。LOGO2.5 盾构选型主要方法（2）根据地层的颗粒级配进行选型u 一般来说，细颗粒含量多，碴土易形成不透水的塑流体，容易充满土舱的每 个部位，在土舱中可以建立压力，平衡开挖面的土体。u 当岩土中的粉粒和粘粒的总量达到40%以上时,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的情况选择泥水盾构比较合适。粉粒的绝

17、对大小通常以0.0.075mm075mm为界。为界。筛分粒径淤泥i 沙 砂砾粘土 细 中 粗 细 中 粗 细 中 粗0,00,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2,0 6,0 20.0 602,20LOGO2.5 盾构选型主要方法1009080706050403020100土压盾构/泥水盾构的应用范围泥水盾构土压盾构（3）根据水压进行选型u 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。u 当水压大于0.3MPa时，如因地质原因需采用土压

18、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。粘土 淤泥 砂质 砾石 卵石 LOGO2.5 盾构选型主要方法土压平衡盾构含添加剂 泥水盾构含添加剂 土压平衡盾构不含添加剂 泥水盾构不含添加剂 232.6 盾构选型程序 调查项目调查项目 地层构成地层构成地下水位（头）分布地下水位（头）分布缺氧气体、有害气体有无缺氧气体、有害气体有无 各层的工程性质（强度特各层的工程性质（强度特 性、变形特性、透水性）性、变形特性、透水性）土地利用状况土地利用状况将来计划将来计划道路种类、交通状况道路种类、交通状况 施工用地状况施工用地状况河川、湖沼等的状况河川、湖沼等的状况地上、地下建筑物地上、地

19、下建筑物 埋设物埋设物水井、废井水井、废井旧建筑物、临时建筑旧建筑物、临时建筑 其它其它噪声、振动噪声、振动地基变形地基变形地下水利用地下水利用施工垃圾处理施工垃圾处理 住房、文物等住房、文物等LOGO设计条件整理断面形状尺寸延长设计条件整理设计条件整理 断面形状尺寸断面形状尺寸 延长延长计计 划划覆土覆土 线路线路环环境境条条件件地地质质条条件件周周围围条条件件障障碍碍物物 工期工期242.6 盾构选型程序 论证项目论证项目 地下水污染、地地下水污染、地 下水枯竭下水枯竭 振动、噪声振动、噪声 日照、景观日照、景观 交通交通 障碍物处理障碍物处理 开挖土的处理开挖土的处理 开挖土的搬运开挖土

20、的搬运 施工用地施工用地影响范围影响范围水平、铅直变形水平、铅直变形 临近建筑物变形临近建筑物变形LOGO闭胸式闭胸式敞胸式敞胸式 自立性自立性地层构成地层构成支护方式支护方式环环境境保保护护 其其 他他可能适用的方式选择可能适用的方式选择地地 基基 条条 开开挖挖面面稳稳定定性性泥泥水水加加压压式式半半机机械械式式土土 压压 式式泥泥土土压压式式手手掘掘式式机机械械式式平衡式平衡式土压土压件件25安安 全全 经经 济济 工工 期期 开挖面稳定开挖面稳定 环境保护环境保护 推进推进 盾构盾构 推进推进 相关措施相关措施 地基变形地基变形 操作环境操作环境 衬砌衬砌 相关措施相关措施 衬砌衬砌施

21、工措施的论证施工措施的论证开挖面的稳定开挖面的稳定地基变形地基变形出发到达部的保护出发到达部的保护 周围建筑物的保护周围建筑物的保护 长距离施工长距离施工 急曲线施工急曲线施工 障碍物障碍物综合评价综合评价LOGO2.6 盾构选型程序方法的选择方法的选择 比较论证比较论证 26三、土压平衡盾构机LOGO盾构机主要由开挖系统、推进系统、排土系统、管片拼装盾构机主要由开挖系统、推进系统、排土系统、管片拼装系统、液压、电气、系统、液压、电气、控制系统、姿态控制装置、导向系统、控制系统、姿态控制装置、导向系统、壁后注浆装置、后续台车、集中润滑装壁后注浆装置、后续台车、集中润滑装 置、超前钻机及预注浆孔

22、、铰接装置、通风装置、碴土改良装置及其他装置如 盾壳、人闸等组成。盾壳、人闸等组成。（1）盾构机前部是旋转切削刀盘，工作时，在推进油缸作用下可以对开挖面 双向（顺时针，逆时针）切削，通过安装在切削刀盘上的刀具将开挖面土体切 削下来送入土仓，然后与注入土仓中的添加材料搅拌后以塑流土体形式通过螺 旋输送机排出。旋输送机排出。（2）主机由前壳体和后壳体构成铰接盾构，是用钢板焊接而成的园型筒体，在内部焊有筋板、环板等一些加强板，具有耐土压、水压的强度。（3）盾构机壳体和盾尾壳体是由管片的外形尺寸、盾构机壳体在施工时所受的载荷以及对应于隧道最小曲率半径而决定的，盾尾应有一定的间隙。LOGO3.1 土压平

23、衡盾构构造（4）前后壳体由铰接油缸联接，上下左右可弯曲，在铰接部分设有铰接密封。（5）在切口环部分装有切削刀盘驱动装置，在土仓壁下部装有螺旋输送机、中部装 有人行闸。有人行闸。（6）在支撑环部分的内周安装有推进、铰接油缸和管片拼装机。（7）在盾尾部分安装有悬臂工作操作台、盾尾密封等。（8）在盾构内设有检查维修时用的台面、液压、电气仪器、计量仪器、注入管等附 属装置。属装置。（9）台车上安装有完成盾构各种动作的动力、液压、电气、控制、测量设备、管路等。LOGO3.1 土压平衡盾构构造29LOGO3.1 土压平衡盾构构造3031（1）盾体是用钢板焊接而成的园型筒体，在内部焊有筋板、环板等一些加强板

24、，具有足够的耐土压、水压的强度和刚度，抵挡周围土体压力。（2）盾体由前体（切口环）、中体（支撑环）和盾尾三大部分组成，盾构机前体 前部安装有刀盘，盾构机本体内安装有刀盘驱动装置、推进油缸、铰接装置、螺旋 输送机、拼装机、气压人行闸、工作平台输送机、拼装机、气压人行闸、工作平台、电气系统、液压、同步注浆、加泥及添、电气系统、液压、同步注浆、加泥及添 加剂管路等装置。加剂管路等装置。LOGO3.2 盾体（1）刀盘l l 具有足够的刚度具有足够的刚度和强度用于支撑开挖面水土压力和承受掘进中的推力及扭矩。和强度用于支撑开挖面水土压力和承受掘进中的推力及扭矩。l 盘面上有足够的刀具数量、种类和合适的安装

25、位置，有效开挖并有足够的寿命。l 合适的刀盘开口率以保证碴土进入土仓的顺畅性。l 刀盘配置先行刀，提高刀盘的掘削性及刀盘与刀具的耐磨性。l 刀盘上合理配置添加剂（膨润土或气泡）注入口，保证添加剂均匀的注入到开 挖面，改善开挖土的塑流性。32LOGO3.3 刀盘与刀具复合刀盘软土刀盘33LOGO3.3 刀盘与刀具软土刀盘复合刀盘（2）刀具l 软土刀盘上配置切削刀具：包括正面切削刀、周边刮 刀、中心切削刀、先行刀。先行刀比主切削刀高，先对 开挖面进行切削以减轻对主切削刀及面板磨损开挖面进行切削以减轻对主切削刀及面板磨损。l 复合刀盘需布置滚刀或焊接撕裂刀（或齿刀），以满 足盾构破岩需要。足盾构破岩

26、需要。34LOGO3.3 刀盘与刀具软土刀盘复合刀盘中心切削刀35LOGO切削刀、刮刀安 装形式3.3 刀盘与刀具正面切削刀周边刮刀先行刀LOGO双 刃滚 刀 三 刃滚 刀3.3 刀盘与刀具滚刀安装形式滚刀安装形式单刃滚刀单刃齿刀撕裂刀撕裂刀3637（3）软土刀盘：主切削刀的布置一般是将刀盘分成内、中、外3部分，内部1条切 削轨迹上配置1把切削刀，中间部1条切削轨迹上配置2把切削刀及外周部1条切削 轨迹配置3把切削刀，在刀盘最外周配置刮刀每个切削轨迹上有6把。这样配置可 以大大减轻刀具及面板磨损，并且能有效的保证开挖直径。主切削刀配置 先行刀配置LOGO3.3 刀盘与刀具（4）复合刀盘：满足盾

27、构破岩需要，结合地质条件布置滚刀。滚刀在盾构推进千斤顶和刀盘旋转共同作用下，刀刃滚动切入岩体，切入区 产生裂纹，而轨迹相邻的两滚刀间裂纹达到相接或相近到一定程度，岩石即可 崩裂破碎。破岩能力由垂直力和滚动力组成。崩裂破碎。破岩能力由垂直力和滚动力组成。盾构破岩效率与贯入度、转速正相关，针对一定的岩体强度及RQD条件，提 高贯入度与转速将加大盾构额定推力与扭矩，需考虑推力、转速、扭矩等因素。38垂直力 刀间距示意图 滚动力分析LOGO3.3 刀盘与刀具Vf=f（D，,S，P）=D1/2P3/24/3*+2（S-2Ptan/2）tan/2Rf=Vftan=VfC【式中：-岩石单轴抗压强度；-岩石无

28、侧限抗剪强度；S刀间距；P贯入度；D刀具外径 刀具刃角；C岩石切割系数；合力夹角】上述各变量中：刀盘直径和滚刀尺寸确定后，几何尺寸基本相同，D、稳 定；针对一定的岩石强度及RQD，、C相当；则由上式知：破岩能力可视为仅 由由S S、P P确定。确定。贯入度P在掘进时可调整,而刀间距在刀盘设计时即固定。所以，刀间距的设计是 提高破岩能力的关键。提高破岩能力的关键。LOGO垂直力垂直力滚动力滚动力3.3 刀盘与刀具uu3940LOGO3.3 刀盘与刀具刀盘驱动用螺栓安装在压力舱壁上，刀盘驱动有变频电机驱动和液压驱动两种 方式。刀盘在变频电机（液压马达）驱动和推进油缸的作用下，通过减速器、大 小齿轮

29、、三排圆柱滚子轴承完成力和运动的传递而实现转动和切入工作面，实现 盾构开挖功能。盾构开挖功能。（1）变频电机驱动装置：由固定部分、回转部分、三排园柱滚子轴承和密封部 分、变频减速电动机等构成。分、变频减速电动机等构成。（2）液压驱动装置：主要部件有：齿轮箱，主轴承，密封支撑，刀盘安装法兰环，密封压紧环，内外密封系统，小齿轮，齿轮马达和轴承等。在后配套上装有 电机驱动液压泵，液压泵中有供给单元。液压驱动变速箱配备液压马达，结合变 量泵和液压马达，可将刀盘转速设定到最佳。LOGO3.4 刀盘驱动装置41LOGO3.4 刀盘驱动装置变频电机驱动液压驱动43LOGO3.4 刀盘驱动装置（1）盾体的前进

30、由千斤顶完成。每一组油缸均可独立控制压力进行操纵而不会引 起管片移位或产生引起损坏的压力过载。在控制室里，盾构机司机可以看到数字显 示的每组油缸行程及压力。示的每组油缸行程及压力。油缸的布置避开了管片接缝。油缸的布置避开了管片接缝。（2）推进油缸安装在中盾上，布置在盾构机壳体四周。千斤顶顶在压力舱板后部。（3）推进系统配备大排量、高压力的变量泵。（4）千斤顶为每一个或两个一组，每对油缸均有独立的撑靴。在推进时，组油缸 各自独立进行压力调节。总的推进速度由一个各自独立进行压力调节。总的推进速度由一个总流量控制阀来调节。总流量控制阀来调节。LOGO3.5 推进装置4445LOGO3.5 推进装置（

31、1）盾尾和中盾通过铰接油缸连接。铰接接头是机加工的，铰接密封包括重载橡 胶密封和紧急密封（紧急膨胀密封）。（2）铰接油缸安装在前后壳体上可使前后盾体左右上下弯曲。LOGO3.6 铰接装置（1）一般3道钢丝密封刷；（2）每条注脂管都连接到前 油脂腔和后油脂腔；（3）盾尾密封装置在加注密 封油脂后能抵抗预计的操封油脂后能抵抗预计的操作压作压 力，以防止漏浆；（4）注浆管路直径50mm 整合 在盾尾；（5）注浆管设计有特制的窗 口以便于进行维修或清洗堵塞。口以便于进行维修或清洗堵塞。LOGO3.7 盾尾（1）螺旋输送机形状一般有轴式和带式。螺旋机的作用是出碴和调节土仓土压力。螺旋输送机安装在土仓壁的

32、连接法兰上螺旋输送机安装在土仓壁的连接法兰上。把碴土从盾构机土仓底部运送到皮带输。把碴土从盾构机土仓底部运送到皮带输 送机进料端。排土能力应满足盾构机在送机进料端。排土能力应满足盾构机在最大掘进速度时排土要求。最大掘进速度时排土要求。（2）螺旋输送机主要部件包括：安装/连接法兰（焊接在仓壁上）螺旋前段上有耐磨保护块 前段带有耐磨保护 伸缩段 出料管 驱动装置，包括：带有球面轴承的3 排密封系统，带有行星齿轮的液压马达 卸料口闸门及连接保压泵的接头LOGO3.8 螺旋输送机4849LOGO3.8 螺旋输送机（1）管片拼装机安装在盾尾区域，用来安装衬砌管片，整体外形为一圆环状，由 悬臂梁、移动机架

33、、回转机架悬臂梁、移动机架、回转机架、安装头等构件组成。主要运动构件功能均可通过、安装头等构件组成。主要运动构件功能均可通过 比例控制来实现。比例控制来实现。（2）盾构内的操作员通过遥控器来操纵管片安装机。管片拼装操作采用无线遥控 装置但备有线控操作的电缆连装置但备有线控操作的电缆连接接头。接接头。（3）在掘进过程中要安装的管片由管片运输机车运送过来，放置在管片输送小车 上。在完成掘进循环后，一部分千斤顶回缩，为第一片管片留出足够的空间。其 余千斤顶和已经装好的管片仍保持接触，以防止盾构机由于土压而后退。（4）管片安装机抓起管片并将其放在应放的位置，在此位置它可以和上一管片用 螺栓连接起来。在

34、管片安装机夹头放开管片之前，一定要保证已回缩的千斤顶再 次顶紧管片，以防止管片意外移动。其余管片的安装方法与此相同，直至完成整个管片环。LOGO3.9 管片拼装机51LOGO3.9 管片拼装机（1）同步注浆通过注浆管路、注浆泵及控制系统来实现。（2）砂浆在地面准备，通过带搅拌器的砂浆车输送到后配套系统上的砂浆搅拌罐中。将砂浆车里的砂浆输送到后配套拖车的砂浆罐中。将砂浆车里的砂浆输送到后配套拖车的砂浆罐中。（3）掘进期间，注浆泵吸取砂浆罐的砂浆并将其注入盾尾管片与隧道的间隙中。砂 浆泵从盾构机上的砂浆罐向管片外环间隙注入砂浆，通过行程计数器和压力传感器 控制，压力传感器连接到PLC 以控制泵的速

35、度，进而控制环间压力在预定的范围内。52LOGO3.10 同步注浆系统固定装置止水刷止水性润滑油脂同步连续注浆管注油脂管LOGO3.10 同步注浆系统水、土压力管片（1）泡沫是改良碴土性质材料。使支持压力传递到隧道开挖面，流动性好，渗水性 能低，良好的弹性，降低对盾构机的附着性，减少对盾构机的磨损。（2）泡沫发生系统由以下部件组成：刀盘上有个注入点 土舱压力板上有注入点 螺旋输送机上有个注入点 水泵(离心式)泡沫泵(螺旋式)混合液控制装置 压缩空气控制装置 泡沫发生器 测量装置及其控制 用水冲洗时的切换装置LOGO3.11 泡沫发生系统（3）泡沫调节原理是基于气液两态的机械混合。水和发泡剂的混

36、合是在后配套区间 完成的。发泡剂装在可更换的罐中，发泡剂通过定量泵供给，水从工业用水管路获 得，二者混合后再通过流量控制装置供给到相关管路。（4）泡沫是在泡沫发生器内用空气对液体进行搅拌混合而获得的。空气和液体的剂 量是通过量是通过PLCPLC操作单元和流量计来计量的。是操作单元和流量计来计量的。是否进行调整主要是根据掘进速度、支持否进行调整主要是根据掘进速度、支持 压力和所给的配方来决定。泡沫发生系统有三种操作模式：手动、半自动和全自动。（5）通过控制可控制球阀，盾构机操作手通过操作控制台元件向有关注入点将泡沫 注入到刀盘前端、土仓和注入到刀盘前端、土仓和螺旋输送机内。螺旋输送机内。（6）泡

37、沫管路系统也可用于选择提供水或者聚合物。LOGO3.11 泡沫发生系统55LOGO3.11 泡沫发生系统（1）盾尾密封设在盾构机壳体最尾部，能防止土砂、水及同步注浆材的侵入。采用 耐久性好的钢丝刷型盾尾密封。一个气动油脂泵安装在后配套系统中，采用气动油 脂注入系统向盾尾钢丝刷中注入油脂脂注入系统向盾尾钢丝刷中注入油脂。（2）一个气动油脂泵安装在后配套系统中。该泵连接到多管路自动的油脂泵，对主 轴承、主轴承唇密封、螺旋输送机轴承、主轴承唇密封、螺旋输送机唇密封和回转单元提供油脂。唇密封和回转单元提供油脂。LOGO3.12 油脂注入系统57（1）皮带输送机用于将螺旋机 送来的碴土转运到后部拖车的送

38、来的碴土转运到后部拖车的 尾部装在碴土列车上。尾部装在碴土列车上。（2）皮带机由驱动单元和位于 后配套上的出料口组成。主要后配套上的出料口组成。主要 由皮带、卸料部件、由皮带、卸料部件、张紧装置张紧装置 组成。在驱动装置部分装有一 个机械式可调节的刮料器。个机械式可调节的刮料器。（3）带输送机有防跑偏装置、急停拉线装置。急停拉线装置。LOGO3.13 皮带输送机58（1）双仓人行闸土仓自动压力调整装置（2）管片运输轨道梁（3）悬臂操作台（4）液压系统（5）电气系统（6）通风系统（7）数据采集存储和传输系统（8）故障自诊断报警联锁系统（9）自动导向测量系统（10）控制系统与操作面板LOGO3.1

39、4 其它系统和装置四、施工关键技术LOGO盾构机是集机、电、液、光于一体的技术含量高的大型隧道施工设备，性 能先进、结构复杂，施工机械化、自动化程度高。盾构施工系统性强，往往牵 一发而动全身。一发而动全身。l 盾构隧道施工一般经历的五个阶段：盾构机制造、下井、组装、调试、验收等和盾构始发准备；盾构始发和试掘进；盾构正常段掘进；盾构到达段掘进和盾构到达；盾构解体、吊出等。l 盾构施工三个主要工序：开挖出土、管片拼装、同步注浆l 施工控制的三个要点：开挖面的稳定、盾构沿设计路线高精度推进（盾构姿态、隧道方向）、管片作业LOGO4.1 施工流程盾构总体施工流程：始发井交付使用盾构托架就 位盾构机下井

40、、安装、调试初 始掘进（L=80100m）负环拆除 及其它调整正常掘进盾构机到 达中间站盾构机通过中间站盾 构机再次安装、调试盾构机再次 初始掘进正常掘进盾构机到达 终点站盾构机解体外运隧道清 理验收理验收到达终点站再次始发L_洞门密封圈安装洞门围护墙凿除洞门密封圈安装始发端头加固反力架安装LOGO盾构机下井始发站4.1 施工流程盾构机解体外运盾构机就位调试过 站到达车站初始掘进正常掘进再次就位调试设备调整盾构机托架到达端头加固中间站到达站!62（1）盾构下井组装l 整机组装：始发井（场地）应具有容纳盾构主机和后部台车的条件，将盾构 主机及全部后配套台车一次组装完毕。主机及全部后配套台车一次组

41、装完毕。顺序：后配套台车 中盾前盾刀盘管片拼装机螺旋输送机盾尾 管线连接组装完成。l 分体组装：始发井应具有容纳盾构主机的条件，地面应有能放置盾构后配套 台车的相应场地。盾构主机在井下完成组装，后配套台车在地面连接，主机与地 面台车用加长管线连接后调试、始发，随盾构掘进并据井下条件将地面台车逐次 下井组装。下井组装。顺序：中盾前盾刀盘管片拼装机螺旋输送机盾尾加长管线连接 后配套台车（根据工作条件逐次下井组装）。4.2 盾构下井组装、调试与验收LOGO63（2）盾构调试l 盾构在工厂及工地组装和连接完成后，应进行调试，主要调试内容包括：刀盘 驱动、液压、润滑、冷却、配电、注浆、气压仓、注入系统等

42、以及各驱动、液压、润滑、冷却、配电、注浆、气压仓、注入系统等以及各种仪表的校正。种仪表的校正。应着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。应着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。l 空载调试合格后在试掘进期进行设备负荷调试。除空载调试内容外，还应进行 下列负荷的调试：检查各种管线及密封的负载能力；各类阀的气密性或水密性；各 个工作系统和辅助系统达个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。到满足正常生产要求的工作状态。（3）盾构验收验收程序一般为：由购买方和制造商共同认定验收大纲；共同逐项进行验 收；购买方在验收过程中根据合同及设计联络会议中提到的设计要求，对盾构组装 与调试中出现的问

43、题向制造商提出整改要求。与调试中出现的问题向制造商提出整改要求。应包括:工厂验收、组装验收、试掘进验收。4.2 盾构下井组装、调试与验收LOGO盾构始发施工阶段：指从破除洞门、盾构盾构始发施工阶段：指从破除洞门、盾构始发推进到盾构掘进、壁后注浆、渣土运始发推进到盾构掘进、壁后注浆、渣土运 输等全工序展开前的施工阶段。输等全工序展开前的施工阶段。盾构接收施工阶段：指盾构刀盘进入加固盾构接收施工阶段：指盾构刀盘进入加固土体的掘进施工及盾构主机完全进入接收土体的掘进施工及盾构主机完全进入接收 基座的施工阶段。基座的施工阶段。始发和到达施工时可能发生盾构隧道偏始发和到达施工时可能发生盾构隧道偏离、始发

44、反力架与盾构基座变形或移位、洞离、始发反力架与盾构基座变形或移位、洞 门涌水、涌泥砂、地表沉降过大以及坍塌等危险情况，施工风险大。通过对盾构工法原理与工况的深入认识、针对不同的地质与环境条件，采用适宜的 技术方案和措施，加强技术管理、现场管理，盾构始发与接收的风险是可控的。应根据始发和到达部位地质、环境、隧道设计等条件，结合始发和到达阶段施工特 点，制定始发和到达专项施工方案；应严格按方案实施，并对地表、临近地面建（构）筑物、地下埋设物、始发反力架、盾构基座、洞门密封装筑物、地下埋设物、始发反力架、盾构基座、洞门密封装置等进行观察和监测。置等进行观察和监测。LOGO4.3 盾构始发与到达656

45、6LOGO4.3 盾构始发与到达4.3.14.3.1 始发与到始发与到达的基本工况与要求达的基本工况与要求（1）盾构始发与到达时需拆除钢筋砼围护结构，要求裸露的土体应稳定、无漏水；（2）始发与到达是一段工作过程，盾构在此期间逐渐建压（或逐渐减压、失压），不能达到理想的土压平衡状态，难以支撑端头区域的水土压力。要求距洞门一定距离、一定范围的土体保持稳定及无漏水的状态；到达阶段：需逐渐降低土压直至降为0，以 确保洞门不发生坍塌。加固土体作为重力 式挡土墙越来越薄。始发阶段：刀盘初始切削土体、填充土仓、逐渐建立反力是一个过程。其间开挖面的 平衡与无漏水状态由加固土体保证。注浆孔加固土体切削土加 固

46、土 体LOGO4.3 盾构始发与到达挡 土 墙反 力 架 注 浆 孔始 发 托 架切 削 土接收托架原状土体同步注浆挡土墙4.3.24.3.2 端头加固方案端头加固方案（1）当洞口段土体不能满足防水土流失、防坍塌的安全要求时，必须采取地层加固措 施。应根据地质、施工环境、隧道埋深、盾构类型与外径等条件，制定地层加固施工 方案，并严格按方案实施。（2）加固土体应达到自稳的强度及止水效果，并根据强度计算及工法的适用特点选择 加固方法。当洞口地层处于有承压水地层或砂性土层时，应采取降水、堵漏等防止涌 水、涌砂的措施。水、涌砂的措施。（3）加固范围应考虑地层与地下水特性（水、砂层）、盾构机长度以及盾构

47、中盾圆 周径向孔位置周径向孔位置等因素。等因素。（4）应对地层加固质量和效果进行检查，地层加固范围、加固体的强度、抗渗指标应 经现场取样试验确定并满足经现场取样试验确定并满足设计要求。设计要求。LOGO4.3 盾构始发与到达68（5）推荐加固方案l 粘土、黄土、残积土等（条件：无水；有水，C、值较高，但能实现可靠降水 效果）推荐方案：素混凝土桩、墙挡土加固（+降水）。l 粉土、淤泥质土、淤泥（条件：有水，C、值较低）推荐方案：旋喷桩（或搅拌桩、注浆等）加固止水+降水。l 富水、承压水砂等地层 基坑主体采用连续墙设计（一般墙趾深入隔水层）时，推荐加固方法：U型素混凝 土连续+旋喷桩加固+降水 当

48、用其他方法难以达到稳定开挖面土体时，采用冻结法可取得较好的效果，可使 不稳定的含水地层能形成强度很高的冻土体，起到隔水和挡土墙的作用。LOGO4.3 盾构始发与到达694.3.34.3.3 始发与到达施工流程始发与到达施工流程盾构始发作业流程图 盾构到达作业流程图 70LOGO4.3 盾构始发与到达盾构调试安装反力架与洞门密封装置洞门封堵等墙后盾构完全上接收托架盾尾通过洞门密封后进行洞门封堵洞门密封装置安装洞门挡土结构物第一次凿除隧道贯通、盾构上接收托架盾构接收基座安装与加固盾尾通过洞门密封后洞门封堵洞门挡土结构第二次凿除洞门挡土结构物第一次凿除洞门挡土结构第二次凿除到达段掘进隧道贯通前测量安

49、装负环管片、定位始发推进与负环管片安装盾构组装安装盾构始发基座洞口段地层加固掘进参数调整掘进方向控制盾构掘进与管片安装始发部位地层加固4.3.44.3.4 始发施工要点始发施工要点（1）盾构始发基座 应能承受盾构机的荷载，规定正确的始发方向，稳固并有防盾 构旋转措施，对始发时的偏压保持有充分的强度。始发基座台面高度偏差不大于30mm，前端左右高程偏差不大于 20mm，始发基座与隧道轴线偏差不大于 5；（2）洞门密封装置的内径略大于盾构外径，密封圈必须考虑盾构始发洞口的净空和 其材质、形状和尺寸。必须牢固地固其材质、形状和尺寸。必须牢固地固定在盾构始发洞口上。在洞门密封压板上设置定在盾构始发洞口

50、上。在洞门密封压板上设置 防反转装置。防反转装置。（3）始发反力架应满足承受盾构推力的足够强度和刚度；由正式管片起始位置确定 负环管片和反力架位置；反力架基面要有足够的平整度。（4）负环管片定位时，管片横断面应与隧道轴线垂直。（5）凿除洞门范围钢筋混凝土，应检查始发洞口净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土 侵入设计轮廓范围之内。侵入设计轮廓范围之内。（6）采用设置导台等措施防止盾构机机头下降。LOGO4.3 盾构始发与到达（7）始发前应对盾构姿态作复核、检查，盾构位置应准确，盾构轴线应与隧道轴线 重合。重合。（8）始发掘进应满足以下要求：采取小推力、低扭矩始发掘进。刀盘进入洞门前，在边缘刀具和橡胶密