地铁盾构的选型和使用.

1、地铁盾构的选型及现场管理和使用一、概述1、概念盾构是一种用于隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装 有主机和辅助设备，既能支承地层的压力，又能在地层中整 体掘进，进行土体开挖，碴土排运和管片安装等作业，使隧 道一次成形的机械。盾构是相对复杂的集机、电、液、传感、信息技术于一 体的隧道施工专用工程机械，主要用于地铁、铁路、公路、 市政、水电等工程。盾构的工作原理就是一个钢结构组件依靠外壳支承，沿 隧道轴线一边对土壤进行切削一边向前推进，在盾壳的保护 下完成掘进、排碴、衬砌工作，最终贯通隧道。盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌和 壁后注浆三大要素组成。盾构是根据工程地质、水文地质、地貌、地

2、面建筑物及 地下管线和构筑物等具体特征来“量身定做”的一种非标设 备。盾构不同于常规设备，其核心技术不仅仅是设备本身的 机电工业设计，还在于设备通过不同的设计如何满足工程地 质施工的需求。因此，盾构的选型正确与否决定着盾构施工 的成败。2、盾构的类型盾构的类型是指与特定的施工环境、基础地质、工程地 质和水文地质特征相匹配的盾构种类。一般掘进机的类型分为软土盾构、硬岩掘进机（TBM ）、复合盾构三种。软土盾构的特点是仅安装切削软土用的切刀 和括刀， 无需开岩的滚刀。 TBM 主要用于山岭隧道。 复合盾 构是指既适用于软土，又适应于硬岩的一类盾构，主要用于 复杂地层的施工。地铁盾构就是一种复合盾构

3、。主要特点是 刀盘既安装用于软土切削的切刀和括刀，又安装破碎岩石的 滚刀，或安装破碎砂卵石和漂石的撕裂刀。复合盾构分为土压平衡盾构和泥水加压平衡盾构。3、盾构的组成 地铁施工可供选择的复合盾构机机型只有两种，即土压 平衡盾构机或泥水平衡盾构机。一台盾构按外观结构形式分为刀盘部分、前盾、中盾、 尾盾、后配套部分和辅助设备（管片和砂浆运输设备、泥水 站等）。土压平衡盾构由以下十一部分组成：、刀盘（分为面 板式、辐条式、复合式三种），刀盘驱动（分为电机和液 压两种），刀盘支承（主轴承），膨润土添加系统和泡沫 系统，螺旋输送机，皮带输送机，同步注浆系统， 盾尾密封系统，管片安装机，数据采集系统，（11

4、）导向系泥水平衡盾构由以下十部分组成：、刀盘（分为面板式、辐条式、复合式三种），刀盘驱动（分为电机和液压 两种），刀盘支承（主轴承），泥水处理站，环流系统， 同步注浆系统，盾尾密封系统，管片安装机，数据 采集系统，导向系统。4、地铁结构设计基本参数管片内径： 5400mm/5500mm管片外径： 6000mm/6200mm环宽： 1200mm、 1500mm管片厚度： 300mm 、 350mm分块情况： 6 块二、盾构的选型1、盾构选型的原则 盾构选型是盾构法隧道能否安全、环保、优质、经济、 快速建成的关键工作之一，盾构选型应从安全适应性（也称 可靠性）、技术先进性、经济性等方面综合考虑，所

5、选择的 盾构形式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，同时还要综合考虑以下因素： 可以合理使用的辅助施工法如降水法、气压法、冻结 法和注浆法等。 满足本工程隧道施工长度和线形的要求。 后配套设备、始发设施等能与盾构的开挖能力配套。 盾构的工作环境。 不同形式的盾构所适应的地质范围不同，盾构选型总的 原则是安全性适应性第一，以确保盾构法施工的安全可靠； 在安全可靠的情况下再考虑技术的先进性，即技术先进性第 二位；然后再考虑盾构的价格，即经济性第三位。盾构施工 时，施工沿线的地质条件可能变化较大，在选型时一般选择 适合于施工区大多数围岩的机型。盾构选型时主要遵循下列原则： 应对工

6、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。 安全适应性、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。 满足隧道外径、长度、埋深、施工场地、周围环境等 条件。 满足安全、质量、工期、造价及环保要求。 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。 盾构制造商的知名度、业绩、信誉和技术服务。根据以上原则，对盾构的形式及主要技术参数进行研究 分析，以确保盾构法施工的安全、可靠，选择最佳的盾构施 工方法和选择最适宜的盾构。盾构选型是盾构施工的关键环 节，直接影响盾构隧道的施工

7、安全、施工质量、施工工艺及 施工成本，为保证工程的顺利完成，对盾构的选型工作非常 慎重。2、盾构选型的依据盾构选型应以工程地质、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的工期、 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 技术参数，辅助设备的配置等进行研究。选型时的主要依据 如下内容： 工程地质、水文地质条件：颗粒分析及粒度分布，单 轴抗压强度，含水率，砾石直径，液限及塑限， N 值，黏

8、聚 力C、内磨擦角，土粒子相对密度，孔隙率及孔隙比，地层 反力系数，压密特性，弹性波速度，孔隙水压，渗透系数， 地下水位（最高、最低、平均） ，地下水位的流速、流向， 河床变迁情况等。 隧道长度、隧道平纵断面形状和尺寸等设计参数。 周围环境条件：地上及地下建筑物分布，地下管线埋 深及分布，沿线河流、湖泊、海洋的分布，沿线交通情况、 施工场地条件，气候条件，水电供应情况等。 隧道施工工程筹划及节点工期要求。 宜用的辅助工法。 技术经济比较。3、盾构选型主要步骤 在对工程地质、 水文地质条件、 周围环境、 工期要求、 经济性等充分研究的基础上选定盾构的类型；对敞开式、闭 胸式盾构进行比选 。 在确

9、定选用闭胸式盾构后，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构和泥水盾构进行比选。 根据详细的地质勘探资料，对盾构各主要功能部件进 行选择和设计（如刀盘驱动形式，刀盘结构形式、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 设计与泥浆门的形式，破碎机的布置与形式，送泥管的直径 等），并根据地质条件等确定盾构的主要参数。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。 根据地质条件

10、选择与盾构掘进速度相匹配的盾构后 配套施工设备。4、盾构选型的主要方法4.1 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 10-7-10-4m/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。根据地层渗透系数与盾 构类型的关系，若地层以各种级配富水的砂层、砂砾层为主 时，宜选用泥水盾构；其他地层宜选用土压平衡盾构。4.2 根据地层的颗粒级配进行选型 土压平衡盾构主要适用于粉土、粉质黏土、淤泥质粉土、

11、 粉砂层等黏稠土壤的施工，在黏性土层中掘进时，由刀盘切 削下来的土体进人土仓后由螺旋输送机输出，在螺旋输送机 内形成压力梯降，保持土仓压力稳定，使开挖面土层处于稳 定。一般来说， 当岩土中的粉粒和黏粒的的总量达到 40 以 上时，通常宜选用土压平衡盾构，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。4.3 根据地下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压下降，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一级螺旋输送机， 或采用

12、保压泵。4.4 盾构选型时必须考虑的特殊因素 盾构选型时，在实际实施时，还需解决理论的合理性与 实际的可能性之间的矛盾。 必须考虑环保， 地质和安全因素1）环保因素 对泥水盾构而言，虽然经过过筛、旋流、沉淀等程序， 可以将弃土浆液中的一些粗颗粒分离出来，并通过汽车、船 等工具运输弃渣，但泥浆中的悬浮或半悬浮状态的细土颗粒 仍不能完全分离出来，而这些物质又不能随意处理，就形成 了使用泥水盾构的一大困难。降低污染保护环境是选择泥水 盾构面临的十分重要的课题，需要解决的是如何防止将这些 泥浆弃置江河湖海等水体中造成范围更大，更严重的污染。要将弃土泥浆彻底处理可以作为固体物料运输的程度 也是可以做到的

13、，国内外都有许多成功的事例，但做到这点 并不容易，因为： 处理设备费，增加了工程投资。 用来安装这些处理设备需要的场地较大。 处理时间较长。2）工程地质因素 盾构施工工程地质的复杂性主要反映在基础地质（主要 是围岩岩性）和工程地质特性的多变方面。在一个盾构施工 段或一个盾构合同标段中，某些部分的施工环境适合选用土 压平衡盾构，但某些部分又很适合选用泥水盾构。盾构选型 时应综合考虑并对不同选择进行风险分析后择其优者。3）安全因素 从保持工作面的稳定、控制地面沉降的角度来看，当隧 道断面较大时，使用泥水盾构要比使用土压平衡盾构的效果 好一些，特别是在河湖等水体下、在密集的建筑物或构筑物 下及上软下

14、硬的地层中施工时。在这些特殊的施工环境中， 施工过程的安全性是盾构选型时的一项极其重要的选择，如 北京铁路地下直径线最终选择了泥水盾构。5、盾构模式的选择 在选择盾构模式时，最重要的是要以保持开挖面稳定为 基点进行选择。为了选择合适的盾构模式，除对土质、地下 水进行调查以外， 还要对用地环境、 竖井周围环境、 安全性、 经济性进行充分考虑。近几年来，由竖井或渣土处理而影响盾构形式选择的实 例不断增加。另外，在一些实例中，施工经验也会成为盾构 选型的重要因素。因此，在选型时，要邀请具有制造同类盾构经验的国内外知名盾构制度商进行技术交流；可邀请国内 盾构隧道设计、科研、施工方面专家进行选型论证和研

15、究， 并参照类似工程和盾构选型及施工情况。5.1 土压平衡盾构土压盾构主要适用于粉质黏土、淤泥质粉土、粉砂层等 黏稠土壤的施工，在黏性土层掘进时，由刀盘切削下来的土 体进入土仓后由螺旋输送机输出，在螺旋输送机内形成压力 梯降，保持土仓压力稳定，使开挖面土层处于稳定。盾构向 前推进的同时，螺旋输送机排土，使排土量等于开挖量，即 可使开挖面的地层始终保持稳定。排土量通过调节螺旋输送 机的转速和出土闸门的开度予以控制。当含砂量超过某一限度时，泥土的流塑性明显变差，土 仓内土体因固结作用而被压密，导致渣土难以排送，需向土 仓内注水、泡沫、泥浆等添加材料，以改善土体流塑性。在 砂性土层施工时，由于砂性土

16、流动性差，砂土磨擦力大、渗 透系数高、地下水丰富等原因，土仓内压力不易稳定，须进 行渣土改良。根据以上叙述，土压平衡盾构主要分为两种：一种是适 用于含水量和粒度组成比较适中，开挖面土砂可直接注入土 仓及螺旋输送机内，从而维持开挖稳定的土压式盾构；另一 种是对应于砂粒含量较多而不具有流动性的土质，需通过 水、泡沫、泥浆等添加材料使泥土压力可以很好地传递到开 挖面的加泥式土压平衡盾构。土压平衡盾构根据土压力的状况进行开挖和推进，通过 检查土仓压力不但可以控制开挖的稳定性，还可以减少对周 围地基影响。土压平衡盾构一般不需要实施辅助工法。加泥式土压平衡盾构可以适用于冲积砂砾、砂、粉土、 黏土等固结度比

17、较低的软弱地层，洪积地层以及软硬不匀地 层；在土质方面的适用性最为广泛。但在高水压下（大于 0.3Mpa ），仅用螺旋输送机排土难以保持开挖面的稳定性， 还需安装保压泵或进行切削土的改良。5.2 泥水盾构 泥水盾构通过施加高于开挖水土压力的泥浆压力开挖 的稳定。除泥浆压力外，合理地选择泥浆的状态也可增加开 挖面的稳定性。泥水盾构比较适合于河底、江底、海底等高 水压条件下的隧道施工。泥水盾构使用送排泥泵通过管道从地面直接向开挖面 进行送排泥，开挖面完全封闭，具有高安全性和良好的施工 环境，既不对围岩产生过大的压力也不会受到围岩压力的反 压，对周围地基影响较小，一般不需辅助施工。特别是在开 挖断面

18、较大时，控制地表沉降方面优于土压平衡盾构。根据控制开挖面泥浆压力方式的不同，泥水盾构有两 种：一种是日本体系的直接控制型；另一种是德国体系的间 接控制型（即气压复合控制型） 。直接控制型的泥水仓为单 仓结构形式；间接控制型的泥水仓为双仓结构，前仓称为开 挖仓，后仓称为气垫调压仓，开挖仓内完全充满受压的泥浆 后平衡外部水土压力。开挖仓内的受压泥浆通过沉浸的下面 与气垫仓相连。隧道开挖过程中，直接控制型泥水盾构开挖仓内的泥水压力波动较大，一般在±（ 0.51.0）xiO5Pa之间变化。间接控制型泥水盾构的气垫调压仓通过压缩空气系统 精确地进行控制和调节压力，开挖仓内的压力波动较小，一 般

19、为±（12） xi04Pa，泥浆管路内的浮动变化将被准确、 迅速平衡，减少了外界压力的变化对开挖的稳定造成的影 响。6、刀盘结构形式的选择6.1 刀盘的主要功能 刀盘主要功能具有以下三大功能： 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 具有一定的塑性，然后通过螺旋输送机将渣土排出；对于泥 水盾构，通过刀盘和旋转搅拌作用，将切削下来的渣土与膨 润土泥浆充分混合，优化了泥水压力的控制和改善了泥浆的均匀性，然后通过排泥管道

20、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。6.2 刀盘的结构形式刀盘的结构形式一般有面板式和辐条式两种，具体应用 时应根据施工条件和土质条件等因素决定。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、辐条式二种。对于土压平衡盾构，采用面板式刀盘 时，由于泥土流经刀盘面板的开口进入土仓，盾构掘进时土 仓内的土压力与开挖面的土压力之间产生压力降，且压力降 的大小受面板开口的影响不易确定，从而使得开挖面的土压 力不易控制。面板式刀盘的优点是通过刀盘的开口限制直入 土仓的卵石粒径，其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，因而土压管理困难，由于

21、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。在黏土层施工时，如果采用面板式刀 盘，则由于刀盘支承将土仓分隔成两个区域，当刀盘旋转切 削土体时，中心区域以外部分的土体流动顺畅，易于搅拌； 中心区域内的土体流动较差，当切削土体黏性较大并长期积 聚于中心区域时，中心区域土体逐渐增多并最终形成泥饼， 会完全丧失流动性，造成出土不畅、阻力增大、开挖面压力 控制不稳定，对控制地面沉降不利。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，开挖面土压等于 测量土压，因而能对土压

22、进行有效的管理，能有效地控制地 面沉降；同时刀具负荷小，寿命长。辐条式刀盘仅有几根辐 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 刀盘较强；辐条式刀盘也能安装滚刀在风化岩及软硬不均地 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。7 刀具的种类与破岩机理7.1 刀具的种类 盾构的掘进刀具一般按以下进行分类。1）滚刀

23、 滚刀分齿形滚刀和盘形滚刀。齿形滚刀主要有球齿滚刀 和楔齿滚刀两种，常用于软岩；盾构上应用较广的是盘形滚 刀。盘形滚刀圈的数量公有单刃、双刃、多刃等三种形式。在风化的砂岩及泥岩等较软岩地层时，一般采用双刃滚 刀，较硬岩采用单刃滚刀。盘形滚刀按刀圈材质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，并分别适应于不同的地层。 耐磨层表面刀圈：适用于掘进硬度40MPa的紧密地层，硬度80 TOOMpa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 TOOMpa的砾岩、大理石、灰岩地层。 重型钢刀圈：适用于掘进硬度 120 -250Mpa的硬岩， 硬度 8OT1

24、5OMpa 的高磨损岩层， 如花岗岩、 闪长岩、斑岩、 蛇纹石及玄武岩等地层。 镶齿硬质合金刀圈：适用于掘进硬度高达15025OMpa 的花岗岩、玄武岩、斑岩及石英岩等地层。2）切刀切刀安装在刀盘开口槽的两侧，也称刮刀。用来切削未 固定的土壤，并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仓来设计，在同一个轨迹上一般有 多把切刀同时开挖。切刀的宽度使得每把刀的切割削轨迹之 间有一定的重叠。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。同时地 刀具的背部设有双排碳钨合金柱齿。切刀在刀盘上

25、的安装采 用背装式，可以从开挖仓内拆卸和更换。3）先行刀先行刀一般安装在辐条中间的刀箱中。采用背装式， 可从土仓进行更换。先行刀超前切刀布置，使得先行刀超前 先切削地层，从而保护切刀并避免其先切削到砾石或块石地 层。先行刀主要有三种形式：贝壳刀、撕裂刀、齿刀。日本 盾构较常采用贝壳刀，德国海瑞克公司盾构较常采用齿刀， 加拿大罗威特公司和法国 NFM 公司盾构较常采用撕裂刀 先行刀在切刀接触地层之前特别是较硬的地层之前先 松动地层。一般切削宽度较窄，从而使得先行刀在砾石地层 中有更高的切削率。先行撕裂刀除先行将致密的土层松动 外，同时还起击碎砂卵石的作用，先行刀还能起到延长切刀 寿命的作用。先行

26、刀按刀盘双向转动设计，齿刀和撕裂刀可安装在一 个特殊设计的刀箱中，允许根据刀盘的转动方向做适当的微 动，这种微动的设计主要用来减少先行刀侧面的磨损。必要 时，齿刀和撕裂刀的刀座可设计成与滚刀可互换的结构。4）周边刮刀也称铲刀，安装在刀盘的外圈，用于清除边缘部分的开 挖渣土防止沉积、确保刀盘的开挖直径以及防止刀盘外缘的 间接磨损。该刀的切削面上设有一排连续的碳钨合金齿和一 个双排碳钨合金柱齿，用于增强刀具的耐磨。确保即使在掘 进几公里之后刀盘仍然有一个正确的开挖直径。周边刮刀采 用背装式，可从土仓内进行更换。对于周边刮刀而言，单排 连续碳钨合金刀齿是足够的，因为周边刮刀仅其端部切削地 层，而切刀

27、在整个宽度范围切削地层。5）仿形刀仿形刀安装在刀盘的外缘上，通过液压油缸动作，采用 可编程控制，通过刀盘回转传感器来实现。驾驶员可以控制 仿形刀开挖的深度（即超挖的深度），以及超挖的位置。例如：决定要对左侧进行扩挖以便盾构向左转弯时，那么仿形 刀只需在左侧伸出，扩挖左侧水平直径线上、下45。的范围便可以了。8、刀盘驱动方式的选择刀盘的驱动方式有三种：一是变频电机驱动；二是液压 驱动；三是定速电机驱动。鉴于定速电机驱动，刀盘转速不 能调节，目前一般不采用。变频驱动与液压驱动的比较见下刀盘驱动方式比较表项目变频 方式液压 方式备注驱动部外形 尺寸大小一般：=（1.52）: 1后续设备少多需要液压泵

28、、油箱、冷却 装置等效率（）9565液压传动效率低起动电流小小 变频起动电流小 无负荷起动电流小起动力矩大小起动力矩达到额定力矩的120 %起动冲击小较小 利用变频软起动，冲击小； 控制液压泵排量，可缓慢 起动，冲击较小转速控制、微调好好 变频调速 控制液压泵排量，可以控制转速和进行微调噪声小大液压系统噪声大隧道内温度低高液压系统传动效率低， 功率 损耗大，温度咼维护保养容易较困难液压系统维护保养要求高， 保养较复杂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，在 工业领域应用较广。虽然目前的中小型盾构

29、的刀盘驱动较常 用液压驱动，大直径盾构较常用变频驱动，但由于变频驱动 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。9、施工辅助设备的选择盾构及后配套拖车上设备以外的设备称为施工辅助设备。施工辅助设备因围岩条件、施工环境及施工方法的不同 而不同。一般包括材料堆放场、渣土运输设备、材料运输设 备、电力设备、照明设备、通信设备、通风设备、竖井升降 设备、给排水设备、消防设备、砂浆拌和设备、地基加固设 备、起重设备、始发（到达）与调头设备、泥水处理设备等。 施工辅助设备应结合工程的特点和施工环境进行优化配备。通风设备应符合以下要求：一次通风宜采用压入式通 风，风管采用

30、软管，管径根据隧道断面、长度、出渣方式确 定。根据计算风量和风压， 结合通风方式及通风设备的布置， 宜采用轴流式通风机。长距离通风时，为满足风压的要求， 宜采用相同型号的风机等距离间隔串联方式。施工区域的风 速不宜低于 0.3m/s 。三、盾构设备的监造盾构机结构件要在工厂加工制造、进行组装、调试和验 收，验收合格才可以出厂，运输到工地组装调试。其进口零 部件、液压和气路管线、电气元器件等数以万计，盾构机的 正常设计制造周期长达 8、 9 个月，有的甚至一年半以上。 在盾构机采购合同中对工厂监造作了相关规定，因此，它是 履行合同的一项重要工作，监造技术牵涉金属加工工艺、机 电、液压、 PLC

31、等多个专业，要使盾构机监造改造起到好的 效果必须加强理论学习， 使图纸、 制造、工地情况有机结合 特别对于大型、异型盾构机的监造工作施工单位更应该引起 足够的重视。（一）监造的主要目的和意义1、监控盾构机制造质量。 按照合同规定对进口或国产部件质量检验，对钢结构加 工工艺、制造质量进行检验，以确保符合合同和产品质量要求。2、监控制造工期、进度。监控盾构机加工、到货、组装等各阶段工期进度，及时 发现工厂在加工制造安排方面的问题，督促安排生产。3、加强与施工项目技术联络。 对工地、厂家架设起联络的技术和业务桥梁，对于双方 技术改进的联络沟通、确认至关重要。4、发现并协调解决盾构机内部质量问题。盾构

32、机的制造如同工程建设， 存在许多内部的“隐蔽性工 程”如果不及时学习、 及时监造， 内部情况就不掌握， 一旦遇 到内部故障只能束手无策，乱加猜测，或者拆东拆西。如果 监造不到位，则内部各部件的加工、安装质量没有记录，给 今后盾构机进洞掘进留下故障隐患。5、对技术人员进行培训学习。设备技术人员通过现场制造、组装过程，结合理论组织 学习和培训，有利于对盾构机的理解、操作、维保等专业技 术水平得以提高。6、利于组织工地组装和掌握盾构组装配件情况。 通过工厂监造、组装、调试的学习，可以熟悉组装部件 和到货情况，便于盾构机工地组装、调试和质量检验，对今 后配件管理、故障分析诊断有积极意义。（二）监造的三

33、个阶段和各阶段工作任务盾构机监造一般分三个阶段，即工厂开始刀盘、盾体等 钢结构件生产加工到主轴承运输到工厂为第一阶段；80% 以上主要部件到达工厂并开始组装为第二阶段；组装行将结束 到调试、解体为第三阶段。人员安排视盾构机和项目进展实 际情况而定，主要是机械、电气、液压技术工程师和安装、 维护保养、操作人员。1、第一阶段工作任务。 熟悉图纸；了解加工工艺；了解工厂制造工期各阶段安 排；了解和督促外购件、外协件合同签订及履行情况（尤其 主轴承等大型、关键性部件） ；对到厂部件进行工厂检验。2、第二阶段工作任务。 监控部件到场情况，对部件进行检验；对加工件进行质 量监控和检验；严格监控各部件把合质

34、量；对质量问题进行 跟踪；了解组装工艺和安排。3、第三阶段工作任务。对工厂组装质量进行监控；记录发现的问题并限期进行 整改；对盾构机进行工厂调试和验收；拆机时记录各部件位 置、装箱单，以便运输和工地组装有序；对缺件进行总结， 以便督促到货。（三）对监造工作的要求 对于大型设备监造工作，要求人员有组织地按专业分 组、分工明确，量化工作任务，与工厂建立良好而有效的联络关系。日常监督、 质量检验、 事务联络要有书面材料记录；故障和问题要有照片、录像记录；阶段工作要有分析报告和 总结；质量问题有跟踪、落实。综上所述，盾构机的工厂监造是确保盾构机制造质量、 制造进度的重要工作，就如同工程建设需要监理一样

35、重要， 是一项基础性工作。同时，也是培养人才，加快组装进度和 质量的前提准备，必须得到盾构施工项目的重视。四、盾构设备的现场管理与使用（一） 盾构设备的管理1、管理的内容盾构设备管理的范围包括对盾构 （含盾构主机及后配套设 备）、施工辅助设备 （也称常规设备） 、施工辅助设施、 材料、 配件及施工人员的管理。盾构设备管理的对象包括盾构、常规设备及施工作业人 员，管理内容包括盾构、施工辅助设备、施工辅助设施的管 理、使用、保养、维修、配件和外加工等六个方面。2、管理的组织机构 盾构设备的有效管理是通过有效的组织机构， 明确岗位职 责。确保对盾构、施工辅助设备、施工辅助设施及施工作业 人员进行有效

36、的管理。3、现场管理1）设备台帐建立盾构及配套设备、 施工辅助设备的台帐， 并由内业员 管理，定期对帐，做到账物相符。构成固定资产的施工设备均应建立履历簿， 履历簿中应详 细记录该机简历、变动、事故、运转、修理、保养、技术改 造、油质测试、状态检测等情况。履历簿由内业员及时认真 填写。机械使用说明书、出厂合格证、图纸、配件目录，设计资 料、电子文档等随机技术资料，由内业员妥善保管，按规定 存档。机械运转记录由操作驾驶员填写， 将该机的运转小时， 油 耗、完成工作量等认真如实记录，按月汇总并由机电部内业 员存档。内业员要认真履行职责， 及时收集资料， 规范、 正确地填 写各类机械报表。要加强设备

37、管理方面的信息积累和统计分 析，各种原始凭证、数据资料要齐全、准确，并认真作好固 定资产创净值率、主要生产设备完好率、设备大修计划完成 率、净产值设备修理费用、设备事故和设备故障停机等主要 技术经济指标的统计分析工作。2）配件管理配件管理实行工程师签认制度。 盾构设备的配件管理坚持 “以修为主、国产为辅”的方针，严格控制昂贵进口配件的发 放。配件计划由维修保养工程师制订， 经项目部机电总工审核 后，于每月 25 日前报经理审批。管库员发放配件时，一律 坚持以旧换新的原则，对于损坏的进口配件必须由维修保养 工程师签认方可领用。各施工设备的驾驶员、修理工、配件 库管人员应主动及时向维修保养工程师反

38、映配件的使用与 消耗情况。配件采购后，必须经维修保养工程师验收合格后 方可入库， 严格点收制度。 配件入库后， 管库员按规定存放， 每月 25 日将配件库存动态表上报维修保养工程师。3）油水管理建立严格的油水管理制度， 定期、定点抽样进行化验分析， 并以检测结果来指导油水管理工作。使用过程中， 应每月进行油质检验， 以确定最佳换油时间， 确保盾构正常运转。应配备基本的油水检测设备、仪器及化 验人员，如条件不具备时，必须委托有油水化验资质的单位 进行。内业员将盾构油质的检测时间、检测结果以及按检测 结果换油情况记入机械履历簿，并将油质检测报告存档。严格盾构用油的标准化管理，认真把好油料的采购“进

39、货 关”、验收“保管关”和“使用关。”物资部门负责油料的采购、入 库检验、保管及超期储存（六个月）的复验等，检验单作为 入库凭证之一存查。必须采购盾构生产商推荐品牌或国家批 准定点生产企业的名优产品，并负责提供油品技术证件，保 管期限和本部门的复检证明，作为质量依据。冷却水必须用软水，盾构的冷却水池，要保证水量充足， 散热良好，定期换水，定期清洗水池，保证清洁。4）设备状态评估 为了加强对盾构及施工辅助设备的管理， 保证施工设备技 术状况良好及安全运行，切实做好维修保养工作，应成立施 工设备状态评估组，每月对施工设备进行状态评估。盾构完 成全部掘进任务前，应由状态评估组对盾构及施工辅助设 备、

40、管片模具和配套设备的技术状况进行全面退场前评估。 评估工作一般在剩余 3 环的时候进行，目的是记录盾构在掘 进状态下的各种技术参数。同时，要进行油水检测。评估结 束后形成盾构状态评估报告。对状态评估中提出的问题应及 时进行解决。盾构正常使用过程中的定期状态评估由项目部组织实施， 项目部、工区和有关管理单位人员参加；盾构完成全部掘进 退场前的状态评估，由盾构管理单位组织，项目部和工区配 合，有关部门派员参加。状态评估的内容范围、时间及实施 的相关工作，参加状态评估人员的责任和权利由组织实施单 位确定。状态评估完成后要提交完整的评估报告。使用单位 要按照评估报告要求，制订维修方案；盾构管理单位要对

41、使 用单位的维修保养进行监督指导。5）操作管理操作管理项目主要包括开挖面管理、 推进管理、出渣管理、 管片拼装管理、壁后注浆管理、二次衬砌管理。盾构掘进参数必须由土木工程师根据地质状况下达指令， 操作人员应根据土木工程师的指令操作盾构。盾构施工过程中， 随时注意开挖面状态、 盾构姿态、 管片 的变形与破损、漏水和地表沉降等，在进行各种调查、测量 等作业时要慎重，使工程严格按技术规范完成。6）安全管理管理人员和施工作业人员必须树立“安全第一”的思想。盾 构项目部应成立安全管理委员会，建立事故报告制度，建立 安全预防措施和应急预案，配备防火、防洪、防漏电、防坍 塌用品或设施，制订盾构及其他常规设备

42、的安全操作规程。安全管理委员会一般应设置一名专职安全员。盾构驾驶 员、管片安装机驾驶员、注浆泵驾驶员、电瓶车驾驶员、门 吊驾驶员及盾构维修保养人员必须持证上岗。7）成本管理根据合同及承包价的验工指标， 预算成本费率。 根据项目 责任成本和分解资料编制项目利润、项目管理费和间接费计 划，准确核算实际成本，正确归集摊销各项费用。在实践中 不断总结，建立盾构工程的施工消耗定额，搞好盾构的成本 分析，建立完整的成本管理制度。8）环境管理盾构法施工环境管理的原则是： 整理、整顿、清扫、清洁、 身美。即“5S管理”“整理”是把要与不要的材料、工具、设备报表分开放置， 然后再将不要的物品处理掉，这是改善环境

43、的第一步。“整顿”是把要的物品定量定位。材料、工具、油料要摆放 整齐；管片、钢轨、钢枕堆放整齐；设备分类停放，待修的 机械停放指定位置。“清扫”是将施工场地、环境、设备、材料的灰尘和污垢清 扫干净，确保设备和施工现场的整洁。“清洁”是将施工场地、环境、设备、材料的灰尘和污垢 清扫干净，确保设备和施工现场的整洁。“身美”是指员工统一着装。9）信息管理 建立盾构管理的信息系统，实现盾构管理的信息化和网 络化，对盾构管理全过程进行跟踪和控制。做好盾构施工过 程中各项技术参数的信息采集和记录，并对所采集的数据进 行汇总和分析。信息采集的内容要齐全， 包括盾构土仓压力、 泥水状态、 推力、扭矩、转速、姿

44、态、排土量、温度、地下水位、地表 及建筑物和地基变形等。采集的信息和记录要保存完整，建 立信息数据库，各种信息和记录应有电子文档和书面记录两 种方式，有专人保管，以便作为今后盾构施工技术改进、发 展的参考资料。盾构的数据采集系统是一个比较完善的自动采集与监控 系统，在任何情况下应充分保证数据采集系统的正常运行。 计算机在盾构正常施工阶段应保持每天 24 小时开机，并定 期对计算机的采集数据与软件系统进行备份。未经允许，严禁对数据采集计算机系统进行任何软、硬 件方面的改动。由于采集系统是通过程控电话系统来对隧道 内的 PLC 系统进行连接的， 所以应对数据采集系统的连接电 缆进行日常的检查与保养

45、，发现问题应立即修复；由于数据 采集系统存在随时掉线的可能，其采集的环数可能和实际的 不符。每天应有专人对数据采集系统计算机上的环数与实际 环数进行核对，发现有误时应立即修改数据采集系统环数， 以保证采集数据的正确性。对掘进过程中采集的信息，必须进行分析，发现问题及 时反馈，以指导生产。4、岗位职责 盾构项目部必须建立健全岗位责任制，明确各个岗位 职、责、权，分工明确，实现职、责、权三者的统一。盾构施工项目部是盾构管理、使用的责任主体单位，负 责盾构的现场管理、使用、保养、修理、保管等工作。项目 经理负责盾构的全面管理，对盾构的机械状况和寿命负责。 机电总工程师在项目经理的领导下，具体实施各项

46、管理制 度、机械维护以及成本核算等。机械技术人员在机电总工程师的领导下，具体执行各项管理制度。5、岗位考核为确保各岗位认真履行本职工作，确保盾构施工的顺利 进行，必须制定相应的岗位考核办法和奖惩制度。只有制定严格的岗位考核办法，才能确保管理有目标， 考核有依据，奖惩有标准。岗位考核记分与当月奖金挂钩，严格考核、奖惩兑现、 赏罚分明，确保各项工作有条不紊。检查考核过程中发现的 问题给责任部门或责任人发放限期整改通知单，要求认真进 行整改，并对整改结果跟踪检查 .6 、技术培训建立有效的培训制度，开展对盾构驾驶员、盾构维修保 养人员、安全员的技术培训，使其技术素质、技术水平、管 理水平、操作维修水

47、平不断提高。盾构技术培训主要包括以下内容：盾构的结构原理、工 作原理；导向系统的操作；数据采集系统的操作；泥水处理 技术；现场用电技术；油水检测与状态监测技术；盾构法施 工新技术、新工艺。盾构操作人员、维修人员等要经培训考 试合格后持证上岗。（二）盾构设备的使用1、施工组织设计的编制盾构施工前应编制详细的施工组织设计。施工组织设计 主要包括盾构的构造、特性及适用范围；施工沿线地表环境 调查报告；施工沿线地下障碍物的调查报告；工程地质与水 文地质勘查报告。隧道沿线探孔间距一般应不大于 50m ，地 质变化地段应加密。设计文件对工程的技术要求与规定；施 工现场平面布置图；盾构的现场组装、安装及吊装

48、方案；工 作竖井的施工方案与检查井的施工方案；盾构法施工的临时 给水、排水、照明、供电、消防、通风、通信等设计；管片 制造、运输、储存、防水、拼装与同步注浆、二次补充注浆 方案；配套辅助施工机械设备的选型、规格、数量与现场工 作井场垂直运输及水平运输等机械设备布置；盾构的始发、 掘进、到达的条件以及掘进与运土方案；测量与监控方案； 防漏电、防缺氧、防爆、防毒等安全监测和保护措施。2、安全操作要求(1) 盾构操作要求 坚持施工生产“安全第一”的方针，建立事故报告制度， 建立安全预防措施和应急预案，根据施工中所使用的盾构类 型、盾构使用说明书制定详细的盾构安全操作规程 ，并 充分发挥安全管理委员会

49、(安全监察机构)和群众性的安全 组织的作用，严格监督安全操作规程的贯彻执行。盾构驾驶员、管片安装机操作人员、注浆泵操作人员、 电瓶车驾驶员、起吊驾驶员、盾构维修保养人员必须持证上 岗。项目部和工区要制订安全预防措施和应急预案，配备安 全管理和指挥人员。建立事故报告制度，任何人发现设备事 故或事故苗头时，应立即报告安全员或值班工程师。工地要 配备预防火灾、 水淹、 漏电、 坍塌、物体坠落的用品或装置， 保证人员和盾构的安全。在盾构不同岗位上的操作人员，必须进行岗前专业培 训，经考核合格后发给上岗证，持证上岗。特殊工种的工作 人员如电气人员、吊车驾驶员、机车驾驶员、电焊工、装载 机驾驶员、机械维修

50、人员等应同时遵守相关行业的安全操作 规程。在人仓内工作的人员必须通过医学适应性体检。在控 制室内操作的人员要求无色盲。电力设备的维修保养必须由 具有此资格的电工人员进行，且须在有资格的负责人监督和 指导下。操作和维护高压设备的人员必须是经过特殊培训 的，且具有高压操作资格证书。操作空气压缩设备和液压设 备的工作人员必须具有相应的专业知识和一定的工作经验。在盾构内工作的相关人员应十分熟悉盾构上的所有安 全保障设备，以便在可能发生危险时能利用这些设备来避免 和消除危险的发生。在工作区域的所有人员应十分熟悉盾构 上所有的警示灯、警报器、紧急停止按钮、消防系统等。工 作人员应熟悉盾构内的联络系统，并经

51、常检查以保证这些通 信设备能正常使用。(2) 操作注意事项 盾构在掘进操作过程中，要始终注意掘进参数变化，保证盾构下面土体处于稳定状态。盾构正面土体稳定的效果将直接影响地层变化。平衡压 力过大、过小，进土量过多、过少等情况将导致正面稳定不 佳的情况产生。盾构正面土体稳定控制包含着推力、推进速度和出土量 三者的相互关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主 导作用。保证盾构正面土体稳定，有效地控制轴线和地层变 形的措施如下： 在盾构施工中根据不同土质和覆土厚度、地面建筑 物，配合监测信息的分析，及时调整平衡点。 控制每次纠偏的量，减少对土体的扰动。 及时调整注浆量和注浆压力。盾构掘进时，可能会遇

52、到的几种情况：对地层情况调查 不细而遇到障碍物；对水文地质条件掌握不全而遇到流砂、 暗浜、回填土层、承压水或地层土体软硬不均匀；对盾构自 重方向、出土或仪表控制不当；对注浆控制不当；或是盾构 处在小半径曲线区间段等。当出现以下几种情况时，应停止 盾构掘进并采取措施： 盾构前方发生坍塌或遇有障碍。 盾构自转角度过大。 盾构位置偏离过大。 盾构推力比预计的大。 可能发生危及管片防水、运输及注浆设备故障等。3、盾构操作(1)盾构主机操作 开机前全面检查冷却循环水系统、压缩空气系统、推进 系统、 管片拼装系统、 主轴承密封润滑系统、 盾尾注脂系统、 泥水系统等，确保系统正常方能启动操作。并确保开机前无

53、 人停留在盾构的危险区域。严格按照启动顺序开机。掘进过程中，主驾驶员应时刻 监视主机室内操作面板上的各种参数，并严密监视出渣情 况，应随时根据导向系统的参数调整盾构姿态。副驾驶员应 随时巡检盾构设备状态，如泵站噪声、液压系统管路连接有 无松动及是否渗漏油、油脂添加系统原料是否充足、轨道是 否畅通、注浆是否正常等。盾构操作必须做到：没有注浆或 注浆量不能保证时不能掘进，没有方向量测时不能掘进。盾构掘进过程中，必须确保开挖面的稳定，必须按围岩 条件调整土仓压力 (泥浆压力、 泥浆性质) 和控制出渣量 (送 排泥量)。保持适当的推进压力，不可过大或过小。盾构掘 进的推力必须在考虑围岩情况、盾构类型、

54、超挖量、有无蛇 曲修正、隧道曲线半径、坡度和管片反力等情况下，确保盾 构掘进时的推力大小始终保持在适当的值上。(2)管片安装操作 管片安装须按正确的安装程序进行。管片拼装质量直接影响弹性密封垫的防水作用。拼装时应注意控制管片成环的 椭圆度和管片环面的平整度。椭圆度过大会引起环缝张开量 增大，易造成漏水。拼装后的初始椭圆度应按照规范要求控 制，管片脱离盾尾后应尽量限制椭圆度的增大，应复紧管片 联结螺栓。环面不平整度一般是因管片制作和拼装精度不 够，推进油缸推力不均衡引起， 环面不平整度应控制在 5mm 内，若超出应用垫片填平补齐。管片安装必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块， 最后安装封顶块。

55、 封顶块安装前， 应对止水条进行润滑处理， 安装时先径向插入，调整位置后缓慢纵向顶推。管片块安装 到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推 力应大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。管片吊运时管片下严禁站人或人员身体某部位处于管 片下方。进行管片安装时，安装区域下严禁站人或人员身体 某部位处于管片下方。管片输送小车前移管片时移动区域不 能有人员或设备。操作前的检查中发现任何不正常的问题， 都必须经相关人员检查确认正常后才能进行工作。在使用操 作中，出现任何不正常问题，工作人员必须离开危险区域， 在将管片等放到安全位置，经相关人员检查确认后，才能进 行工作。具有电工特种作业操作

56、证人员才能开箱进行电气检 查。在管片安装过程中，如出现过载工作，须立即采取紧急 制动和按下紧急按钮，人员离开危险区域后，再将管片旋转 到安全位置；若无法将管片旋转到安全位置，则需采取木头 垫起或安全吊索链的方法保护后，进行相应的检查和处理后 重新工作。在管片安装时，出现以下情况时，须立即按下紧 急按钮停止工作，检查和处理后重新启动： 系统油缸和管路出现损坏破裂时。 油泵或电机出现异常现象时。 定位螺栓和抓取器或其他部位有损坏时。(3) 壁后注浆 盾构推进过程中，应及时进行同步注浆，使管片衬砌尽 早支承地层，防止地层沉降。同步注浆一般采用水泥砂浆。 应注意控制管片背衬注浆部位、注浆量和注浆压力。

57、每环推 进前对同步注浆的浆液进行小样试验，严格控制初凝时间。 在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆速 度与推进速度等施工参数相匹配。每班注浆作业完毕后，及时清理搅拌机、砂浆罐、注浆 泵和注浆管路。 要定期清理储浆罐， 清除结块。 清洗管路时， 释放管道及设备中的压力，防止高压伤人。使用高压清洗机 清洗设备时应严格按照清洗机操作规程进行操作。因故长时 间停机或出现堵管现象时要及时清洗管路，防止管内砂浆凝 结，尤其是盾尾暗置注浆管。(4) 导向系统操作导向系统必须由经过严格培训的专业测量人员操作。导 向系统自动检测盾构的姿态，实时测量与设计线形的偏移 量。应正确输入隧道设计线路数据，数据输入前必须至少经 过两个人的复核，输入计算机后也必须至少经过两个人的复 核。应随时保证测站点和后视点的坐标正确。每周至少应进 行一次站点与控制点复测，必要时应对站点数据进行修正。 定期用人工测量方法对导向系统的数据进行复核，包括系统 的测量结果、测点坐标等。系统的测站点和后视点均安装在 隧道管片的固定支架上， 应保证支架安装稳固， 不能有晃动 在施工过程中，尤其要注意不能有物体触碰、撞击它。经常 对导向系统的各部分进行巡视、检查及维保。确保导向系统 处于正常状态。移动站点前，应首先检查原来的测点是否被 碰撞、移动，应在确认原有测站