第一篇盾构发展概要与应用ppt课件

1、第一篇 盾构开展概要与运用 提纲一 盾构的来源与开展二 盾构在我国的运用与开展三 盾构开展现状及开展趋势四 盾构法施工新技术五 盾构工程施工风险六 盾构市场前景一 盾构的来源与开展1.1 盾构的来源 1806年，法国工程师马克布鲁诺尔Marc Isambrd Brunel在伦敦的一艘船上,发现船的木板中，有一种蛀虫钻出孔道，并用它本人分泌的液体涂在孔壁上,在蛀虫钻孔的启示下，布鲁诺尔发现了盾构掘进隧道的原理,并在英国注册了专利。 布鲁诺尔专利盾构由不同的单元格组成，每一个单元格可包容一个工人独立任务并对工人起到维护作用。是手掘式网格盾构的雏形。 盾构的问世已有187年的历史。1825年，马克布

2、鲁诺尔第一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高6.8m，宽11.4m的矩形盾构建筑了第一条盾构法隧道。1.2 “盾构shield术语的来源 盾构最初称为小筒cell或圆筒cylinedr，1866年，莫尔顿在恳求专利中第一次运用了“盾构shield这一术语。1.3 圆形盾构的开发 1869年，英国人詹尼斯亨利格瑞海德Janes Heary Greathead用圆形盾构再次在泰晤士河底建筑了一条外径为2.18m，长402m的隧道，并第一次采用了铸铁管片。 1.4 泥浆盾构的开发 1874年，詹尼斯亨利格瑞海德Janes Heary Greathead开发了液体支撑隧道任务面的盾构，经过液体流，土料以泥

3、浆的构成排出。 1.5 紧缩空气的运用 1886年，詹尼斯亨利格瑞海德Janes Heary Greathead在伦敦地下施工中将紧缩空气方法与盾构掘进相结合运用。紧缩空气在盾构掘进中的运用，标志着在承压水地层中掘进隧道的一个艰苦提高，填补了隧道施工的空白，促进了盾构在世界范围内的进一步推行。 1.6 机械化盾构的开发 第一个机械化盾构的专利是1876年英国人约翰荻克英森布伦敦John Dickinson Brunton和姬奥基布伦敦George Brunton恳求的专利。这台盾构采用了半球形旋转刀盘，开挖土碴落入径向装在刀盘上的料斗中，料斗将土碴转运到皮带保送机上。 辐条式刀盘机械化盾构 1

4、896年，英国人普莱斯Price开发了一种幅条式刀盘机械化盾构，并于1897年起胜利地运用在伦敦的粘土地层施工中。它第一次将格瑞海德圆形盾构与旋转刀盘结合在一同，在4个幅条式刀盘上装有切削工具，刀盘经过一根长轴由电机驱动。 1.7 第一台德国盾构的开发1896年，德国人哈姬Haag在柏林为第一台德国盾构恳求了专利。这是一台用液体支撑隧道任务面并把开挖仓密封作为压力仓的盾构。 1.8 泥水加压盾构的开发 1964年英国摩特亥MottHay和安德森Anderson及约翰巴勒特JohnBartlett恳求了泥水加压平衡盾构的专利。但由于英国当时缺乏能适宜促进这种技术的隧道工程，这种技术的开展遭到了限

5、制。1967年第一台用刀盘切削土体和水力出碴的泥水盾构在日本投入运用，这台盾构由三菱公司制造，其直径为3.1m。1974年，德国Wayss& Freytag公司开发了德国的第一台泥水盾构，并在德国汉堡运用。 1.9 土压平衡盾构的开发 1974年第一台土压平衡盾构在日本东京运用，该盾构由日本IHI石川岛播磨公司制造，其外径为3.72m。 1.10 复合盾构的开发 复合盾构主要是针对欧洲的地质条件由德国开发的。1985年，Wsyss & Freytay公司和海瑞克公司恳求了混合式盾构的专利。它以 Wsyss & Freytay公司拥有专利的泥水盾构为根底，有其独特的沉浸墙/压力隔板构造。可转换为

6、泥水方式、土压方式、敞开方式运转。二 盾构在我国的开展与运用 2.1 手掘式盾构的开发与运用 我国盾构的开发与运用始于1953年，东北阜新煤矿用手掘式盾构建筑了直径2.6m的疏水巷道。 1962年2月，上海城建局隧道工程公司研制了1台直径4.16m的手掘式普通敞胸盾构。2.2 网格挤压式盾构的开发与运用1965年3月，江南造船厂制造了2台直径5.8m的网格挤压盾构。1966年5月，中国第一条水底公路隧道上海打浦路越江公路隧道工程由江南造船厂制造的直径10.22m网格挤压盾构施工。 1966年，北京城建集团前身基建工程兵为建筑北京地铁，研制网格式紧缩混凝土盾构胜利地进展了实验。1973年，采用1

7、台直径3.6m的水力机械化出土网格盾构和2台直径4.3m的网格挤压盾构，在上海金山石化总厂建筑了1条污水排放隧道和2条引水隧道。1980年，上海市进展了地铁1号线实验段施工，研制了1台直径6.412m网格挤压盾构，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1130m。1982年，上海外滩的延安东路北线越江隧道工程1476m圆形主隧道采用上海隧道股份设计、江南造船厂制造的直径11.3m网格挤压水力出土盾构施工。2.3 插刀盾构的开发与运用1986年，中铁隧道集团开场研制半断面插刀盾构，并胜利用于建筑北京地铁复兴门折返线。半断面插刀盾构将“盾构法与“浅埋暗挖法严密结合，取消了小导管超前注浆，在盾构壳体和尾板的维护

8、下，进展地铁隧道上半断面的开挖。2.4 土压平衡盾构的引进与开发 1987年，上海隧道股份研制胜利了我国第一台4.35m加泥式土压平衡盾构 。 1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道引进采用7台由法国FCB公司制造的6.34m土压平衡盾构。2.5 泥水盾构的引进1996年，上海延安东路隧道南线工程，总长1300m，采用从日本引进的11.22m泥水加压平衡盾构施工。2.6 我国盾构开发研讨 我国于1964年经周总理同意在国家科委指点下，成立了掘进机攻关小组，获得一定的成果。 2002年8月，国家科技部将6.3m土压平衡盾构的研讨设计列入国家“863方案。 2004年5月，中铁隧

9、道集团与日本小松结合制造了1台 6.3m土压平衡盾构，并胜利运用于广州地铁和北京地铁施工。 2004年10月下旬，上海隧道股份胜利制造了一台 6.34m土压平衡盾构先行号运用于上海地铁二号线西延伸隧道工程。2005年12月，中铁隧道集团研制出了适用于北京地铁砂砾复杂地层的土压平衡盾构刀盘，并胜利运用于北京地铁4号线19标颐和园圆明园区间。北京地铁刀盘大直径泥水盾构技术消化吸收与设计研讨 2006年中铁隧道集团在国外大直径泥水盾构技术消化吸收及研讨的根底上，设计和制造了具有自主知识产权的国内独一的模拟盾构控制系统实验平台，模拟盾构直径为2.5m。复合盾构研制中铁隧道集团在引进消化吸收和自主创新的

10、根底上，于2021年4月研制胜利了具有自主知识产权的复合盾构。盾构开展现状及开展趋势 3.1 盾构开展现状国外盾构阅历了四个开展阶段：一是以Brunel盾构为代表的手掘式盾构；二是以机械式、气压式盾构为代表的第二代 盾构；三是以闭胸式盾构为代表泥水加压平衡式、土压平衡式的第三代盾构；四是以大直径和微型直径、高智能化、断面多样化为特征的第四代盾构。 手掘式盾构布鲁诺尔机械式、气压式盾构闭胸式盾构大直径、大推力、大扭矩、高智能化、多样化为特征的第四代盾构易北河第四隧道14.2m泥水盾构3.2 与国外的差距 掘进机的技术开展不断在围绕地层稳定和地面沉降控制、自动化掘进和提高掘进速度、衬砌和隧道质量三

11、个要素进展改良和施工方法的革命。中国制造业与国外产品相比存在着宏大的差距和困难，主要表如今以下几个方面：研讨实验及设计：1首先，在模型实验与系统仿真方面，国外在盾构研制开发过程中，非常注重系统仿真与模型实验，作为实现盾构构造与性能优化设计的重要手段。在顺应性设计上，德、日等国，在长期的实际探求过程中，构成了一套针对本国隧道地质条件的盾构设计实际；如日本早在1969年就编制， 1986年编制 。 我国目前缺乏顺应不同地质设计实际和阅历数据指点，总体设计才干偏弱。 研讨实验及设计：2其次，我国在系统集成技术方面，特别是关键技术尚没有构成真正的自主设计才干。3第三，刀具及刀盘设计技术在地质顺应性设计

12、方面短少完好的实际根据，阅历数据和可靠的实验数据。制造加工及配套：构造设计方式单一，目前国内还在研制单圆构造，国外已有双圆、三圆、球体盾构等多种方式。国内相关配套设备消费技术相对落后，许多关键设备还需求进口，影响盾构的国产化进程。如盾构刀盘驱动的主轴承、液压泵、驱动马达、液压阀件、检测元件、刀具等质量稳定性差。在衬砌、管片制造及拼装技术方面；国外已实施全自动化拼装系统，包括混凝土管片的保送、拼装机钳住管片、管片就位、管片接头螺栓的自动穿孔和拧紧等工序的自动化。目前，国内盾构虽然实现了管片挪动的机械化，但是管片的对中、就位、拼装等大多数还是靠人任务业。检测控制：需求处理地层稳定控制检测技术与掘进

13、导向技术。国外盾构施工的液压推进与导向技术曾经比较成熟，经过在开挖面与盾构周边必要的位置布置各种监控点，采集盾构运转形状、土压和地层扰动等多种信号，将这些信号一同保送给计算机进展分析处置，然后计算机再将处置数据指令发送给盾构各执行元件，实现对盾构推进和导向的自动控制。目前，国内在利用激光、陀螺并用的盾构自动方向控制系统；模糊控制实际用于盾构姿态控制等相关技术方面的开发研讨获得了一定的成果。但根据地表沉降和变形及运动轨迹进展实时反响控制技术尚不完善。操作运用：国家对掘进机制造及产业化缺乏一致的规划，国内企业多采取协作消费方式，中心技术仍掌握在国外制造商手中。掘进机研讨开发及运用人才的培育至关重要

14、。一些兴隆国家的高等院校等都设置有关TBM的专业课程，并进展研讨生培育。国际上一些著名的学术团体也常与高等院校、咨询公司、消费厂家结合兴办有关TBM人才培育方面的进修班或研讨班。我国在这方面差距较大，应采取有力措施迎头赶上。更重要的是，要培育一批训练有素的施工队伍。目前国内很多工程工程招招标时要求买国外产品，对国内产品短少自信心，又不愿承当责任和风险，怕出问题不好交待；使得施工单位在招标过程中只能与国外结合，或全部从国外进口设备。也有施工单位肓目追求高档、进口产品。3.3 盾构开展趋势国际上盾构技术日趋完善，盾构的类型在不断增多，适用范围不断扩展，断面尺寸在向两极开展，所运用的地质条件也更为复

15、杂。主要开展趋势可以大致归纳为五个方面: 3.3.1 小型和超大型化为顺应隧道及地下工程建立的开展需求，盾构的断面尺寸在向超大断面直径大于12m与小型断面直径2m左右方向开展；目前国际上最大盾构的直径已达15.43m。随着城市化的开展，用于民生的各种地下工程和地下管网也越来越急需开发，为了保证城市的生态环境及正常生活，环保型、不扰民的地下共同管沟的建立也要求盾构施工技术进展创新，因此，微型全断面隧道掘进机Micro-TBM的开展将越来越重要。 15.43m大直径泥水盾构 3.3.2 方式多样化、更经济合理为顺应不同工程条件和环境的需求，盾构的方式越来越多，目前，已消费了断面为圆形、矩形、双圆、

16、三圆、球型盾构、子母盾构等。盾构制造及运用本钱更趋经济合理。MMST盾构 球体盾构双圆盾构 H&V盾构 变形断面盾构三圆盾构3.3.3 隧道施工长间隔化 在高速铁路、高速公路、运输通道向城市地下空间开展、超远间隔的调水工程，以及城市轨道交通建立为降低本钱，标段划分长度越来越大，长隧道的运用就越来越多，因此适用于长间隔隧道掘进的盾构需求正在增长。世界各国都在研讨掘进长间隔隧道的盾构设备，满足其高可靠性、运用寿命长、准确的空间定位及监控操作人性化等技术。3.3.4 高智能化、更平安可靠目前，盾构都运用了机械传动与控制技术、计算机控制技术、现代传感检测技术、激光导向技术、超前地质探测技术和网络远程通

17、讯遥控技术等。随着计算机控制技术的快速开展，盾构的自动化程度越来越高，具有姿态管理、设备管理、施工数据采集、处置和实时远间隔传输等功能。在盾构施工中以实现智能化的操作方式，表达出盾构控制系统的多学科化，性能可靠更平安。3.3.5 高顺应性兼顾部分特殊性化 盾构技术与硬岩掘进机技术相互浸透、相互交融，使其地质顺应才干大大加强。由于地质环境的复杂性以及盾构技术本身的局限性，为满足工程的实践需求，越来越要求盾构本身具有一定的处理部分特殊地质才干，目前，盾构运用已从最初的第四系软土地层，推行到更大范围的地质环境中。因此，对盾构要进展必要的特殊设计及研讨。四 盾构施工新技术盾构施工新技术主要反映在以下四

18、个方面：施工断面的多元化，从常规的单圆形向双圆形、三圆形、方形、矩形及复合断面开展。任务井始发和到达技术、地下对接技术、长间隔施工、小曲线施工、小间距交叉施工、带压进仓技术、扩径施工法、球体盾构施工法直角掘进等。隧道衬砌新技术，包括压注混凝土衬砌、管片自动化组装、管片接头密封新资料等技术。复合及复杂地层大直径盾构掘进技术。五 盾构工程施工风险 盾构工程施工风险，总是利用或寻觅“地质复杂性、“盾构机的不顺应性、“人认知的局限性、责任性、方案和措施的不合理性等薄弱环节或破绽作为突破口，制造盾构工程事故。 控制盾构工程施工风险和事故的根本原那么： 地质是根底，盾构机是关键，人是根本5.1 地质风险复

19、合地层广州、深圳、北京、南京富水断裂带或破碎带广州三号线礼村断裂、五号线火西草区间，南京溶洞、土洞广州北部、佛山、深圳北部极其耐磨的硅质、铁质岩屑含承压水的粉细砂层广州、佛山、上海、南京、苏州、杭州瓦斯、煤成气广州、西部、南部、杭州、武汉球状风化体和网格状或构造风化硬岩广州东部、深圳、南京和北京砂砾石地层沈阳、北京、成都、南宁、南昌、西安和广州 5.2 盾构机风险盾构选型和功能性缺陷 a )泥水还是土压成都泥水能否适用？ b ) 驱动力及扭矩的设计值 c 开口率沙砾层中采用63开口率 d 刀具配置与刀型、刀间距与刀刃差设计 e 碴土改良安装及同步注浆系统 f )带压进仓系统2. 大轴承或三大密

20、封损坏3. 刀盘损坏解体、开裂、磨损，刀具磨损。4. 减速箱及齿轮传动系统损坏5.3 人为风险认知的局限性不能全面系统地了解地量变化、盾构机性能施工组织及责任心方案和措施的合理性问题六 盾构市场前景21世纪是地下空间的世纪，盾构是地下工程的重要施工配备。作为世界最大的隧道及地下工程施工市场，中国的市场潜力正在迅速释放，盾构产业将具有宽广的市场前景。城市地铁隧道、山岭隧道、水工隧道、越江隧道、城市地下管线隧道等都将是盾构需求的主要市场。盾构产业的未来市场前景非常宽广，在十二五期间，估计需各类型盾构约500台，约有320亿的市场。 资源开发 市政管线 西气东输 跨海隧道 城市地铁 水利工程 公路/铁路国防工程 城市地铁我国城市轨道交通建立刻将面临史无前例的高潮。目前国内已展开地铁建立的城市有26个。即将兴建地铁的城市有长春、贵阳、兰州等3个；谋划建立地铁的城市有常州、济南、温州、太原等4个。各城市地铁规划中，除重庆地铁已采用2台TBM施工，青岛地铁2号线初步方案采用2台TBM施工2021年开工建立，其它城市都将采用盾构法施工。 城市地铁华北、东北、西北及西南地域的部分省区省会城市尚未进入地铁建立阶段；而华东、华南地域因经济兴隆，