盾构机的发展及应用（PPT版60）

*第一讲《大型施工机机械》——盾构机部分分盾构机的发发展及应用用主讲：郭京京波教授授*目录录一、全断面面隧道掘进进机二、盾构机机的发展三、泥水加加压平衡盾盾构及应用用四、土压平平衡盾构及及应用*一、全断面面隧道掘进进机全断面隧道道掘进机采采用了类似似机器人的的技术，是是集机、电电、液、光光、气、水水、信息于于一体的隧隧道施工成成套专用设设备。具有有自动化程程度高、对对交通和周周围地层影影响小、有有利于环境境保护的优优点。隧道掘进机机的地质针针对性非常常强，一般般来说，用用于岩石地地层的隧道道掘进机称称为TBM，用于软土土地层的隧隧道掘进机机称为盾构构。1掘进机分类类*****TBM硬岩掘进机机：双护盾*2盾构与TBM的区别TBM是“TunnelBoringMachine”的英文缩写写，一般指指全断面硬硬岩隧道掘掘进机，通通常定义中中的TBM是以岩石地地层为掘进进对象，不不具备泥水水压、土压压等维护掌掌子面稳定定的功能。。盾构施工主主要由稳定定开挖面、、掘进及排排土、管片片衬砌及壁壁后注浆三三大要素组组成。其中中开挖面的的稳定方法法是其工作作原理的主主要方面，，也是盾构构区别于TBM及比TBM复杂的主要要方面。*盾构，用于于软土隧道道暗挖施工工，具有金金属外壳，，壳内装有有整机及辅辅助设备，，在其掩护护下进行土土体开挖、、土碴排运运、整机推推进和管片片安装等作作业，而使使隧道一次次成形的机机械。**1世界盾构机机的发展1818年MarcIsambardBrunel获得隧道盾盾构法施工工的专利，，在1825年到1843年间首次使使用盾构在在伦敦的泰泰晤士河下下修建了一一条河底隧隧道，初步步证明盾构构法隧道施施工的价值值。1830年由劳德考考克让施（（LordCochrance）发明了施施加压缩空空气防止涌涌水的“气气压法”。。1874年格雷蒙特特（JamesHenryGreathead）在伦敦地地铁南线的的隧道建设设中采用了了气压盾构构法的施工工工艺，并并首创了在在盾尾后面面的衬砌外外围环形空空隙中压浆浆的施工方方法，并开开发了用流流体支撑开开挖面的盾盾构，开挖挖出的弃土土以泥水流流的方式排排出。1896年Haag在柏林第一一次申请了了德国泥水水式盾构的的专利，形形成了现代代泥水式盾盾构的雏形形，推动了了盾构施工工技术的发发展。二、盾构构机发展*20世纪初，盾盾构施工法法在英、美美、德、俄俄、法、日日等国推广广。1917年日本开始始在铁羽越越线的折返返段隧道施施工中引进进盾构法。。1938年正式在国国铁关门隧隧道应用盾盾构法施工工，为日本本盾构技术术的发展奠奠定了基础础。1967年由英国提提出的泥水水加压系统统在日本得得到了实施施，日本研研制成功第第一台有切切削刀盘、、水力出土土的泥水加加压式盾构构（直径为为3.1m）。1974年日本独创创性地研制制成功土压压平衡盾构构，同时德德国Wayss&Freytag也研制成功功颇具特点点的膨润土土悬浮液支支撑开挖面面的泥水平平衡盾构。。之后，盾盾构技术得得到了迅猛猛发展，已已成功应用用于各种公公路隧道、、地铁隧道道、引水隧隧道以及市市政公用设设施隧道等等。二、盾构构机发展*2我国盾构机机的发展1953年东北阜新新煤矿用手手掘式盾构构修建直径径为2.6m的疏水巷道道，但是由由于受这一一时期我国国经济技术术的限制，，盾构技术术一直没有有受到足够够的重视，，盾构技术术的发展非非常缓慢，，应用也相相当有限。。直到1985年以后，随随着经济技技术的突飞飞猛进，各各种地下工工程的需求求与日俱增增，我国开开始引进和和研制全断断面闭胸式式盾构，我我国开始现现代盾构技技术开发和和应用。进入20世纪90年代后，随随着城市化化进程的加加快，城市市地下空间间的进一步步利用，对对环境保护护和施工质质量要求相相对较高的的城市地铁铁隧道的需需求越来越越大，为了了满足这一一需求，我我国开始大大规模地引引进、应用用国际先进进的盾构施施工技术和和设备。二、盾构构机发展*小结盾构作为一一种安全、、快速的隧隧道掘进机机械，经历历了四个发发展阶段：：一是以Brunel盾构为代表表的手掘式式盾构；二二是以机械械式、气压压式、网格格式盾构为为代表的第第二代盾构构；三是以以闭胸式盾盾构为代表表（泥水式式、土压式式）的第三三代盾构；；四是以大大直径、大大推力、大大扭矩、高高智能化、、多样化为为特色的第第四代盾构构。二、盾构构机发展*目前，应用用最广的是是泥水盾构构和土压平平衡盾构。。◆手掘式盾构构◆半机械式盾盾构◆网格式盾构构**三、泥水平平衡盾构泥水加压平平衡盾构（（slurrypressurebalanceshield），简称SPB盾构。是在在机械式盾盾构的前部部设置隔板板，与刀盘盘之间形成成泥水仓,开挖面的稳稳定是将泥泥浆送入泥泥水仓内，，在开挖面面上用泥浆浆形成不透透水的泥膜膜，通过该该泥膜的张张力保持水水压力，以以平衡作用用于开挖面面的土压力力和水压力力。开挖的的土砂以泥泥浆形式输输送到地面面，通过泥泥水处理设设备进行分分离，分离离后的泥水水进行质量量调整，再再输送到开开挖面。**1结构原理◆泥水盾构有有两种体系系。泥水盾构根根据泥水仓仓构造形式式和对泥浆浆压力的控控制方式的的不同，泥泥水盾构分分为:直接控制型型间接控制型型*直接控制型型泥水盾构构日本一般采采用直接控制型型泥水盾构●直接控制型型泥水系统流流程如下：：送泥泵从从地面泥浆浆池将新鲜鲜泥浆输入入盾构泥水水仓，与开开挖泥土进进行混合，，形成稠泥泥浆，然后后由排泥泵泵输送到地地面泥水分分离处理站站，经分离离后排除土土碴，而稀稀泥浆流向向调浆池，，再对泥浆浆密度和浓浓度进行调调整后，重重新输入盾盾构循环使使用。●泥水仓中的泥泥浆压力，可可通过调节送送泥泵转速或或调节控制阀阀的开度来进进行。由于送送泥泵安在地地面，控制距距离长而产生生延迟效应，，不便于控制制泥浆压力，，因此常用调调节控制阀的的开度来进行行泥浆压力调调节。*间接控制型泥泥水盾构德国采用间接接控制型泥水水盾构，其泥泥水系统由泥泥浆和空气双双重回路组成成。在盾构的的泥水仓内插插装一道半隔隔板，在半隔隔板前充以压压力泥浆，在在半隔板后面面盾构轴心线线以上部分充充以压缩空气气，形成空气气缓冲层，气气压作用在半半隔板后面与与泥浆的接触触面上，由于于接触面上气气、液具有相相同压力，因因此只要调节节空气压力，，就可以确定定和保持在开开挖面上相应应的泥浆支护护压力。地层刀盘进泥管排泥管泥浆压缩空气连通管压缩空气泥模形成区*2泥水盾构的工工程应用东京湾海底公公路隧道日本于1998年建成通车的的东京湾公路路工程，全长长15.1km，其中海底隧隧道长9.12km，由两条外径径13.9m的单向公路隧隧道组成，采采用了8台直径14.14m的泥水盾构施施工.在海底隧道段段的中间处筑筑造了川崎人人工岛，从人人工岛的竖井井向东西两个个方向推出4台盾构，在隧隧道的东端，，也筑造了木木更津人工岛岛，从此岛的的竖井中向西西推出2台盾构，这2台盾构与川崎崎人工岛竖井井中向东推出出的2台盾构在东侧侧海底地层中中对接，川崎崎岛竖井向西西推出的2台盾构与浮岛岛竖井中向东东推出的2台盾构在西侧侧海底地层中中对接。海底底地形呈极平平缓的船底形形，中央最大大海水深约28m。隧道段的土土质，川崎侧侧以冲积粘性性土、洪积粘粘性土为主体体，木更津侧侧在冲积粘性性土和洪积粘粘性土层中夹夹有洪积砂质质土层；浮岛岛、木更津倾倾斜段为人造造地基。**德国汉堡易北北河第四隧道道易北河第四条条隧道距原有有隧道约35～70m，全长3100.75m，其中2561m采用14.2m泥水盾构施工工。易北河第第四条隧道1995年开工，1997年11月27日开始使用盾盾构，2003年完工。隧道掘进从南南岸始发井开开始，开始的的500m段为填筑土（（由砂、砾石石和无级配回回填物质结合合各种垃圾组组成）。中间间的1000m为河下冰川物物质层，由非非常硬的粘土土和砾石或砾砾岩混合而成成。最后的1000m为易北河北部部填筑层，土土的状况与河河中段相类似似。14.2m泥水盾构易北河第四隧道纵剖面示意图北*荷兰绿心隧道道长7,176m的荷兰“绿心隧道”采用NFM公司制造的14.87m泥水盾构施工工。穿越的地地层为泥炭土土、粘土和饱饱和砂层土。。“绿心隧道”于2001年11月2日始发推进，，于2004年1月7日贯通。最高高月进尺为616m。*四、土压平衡衡盾构土压平衡盾构构是在机械式式盾构的前部部设置隔板，，在刀盘的旋旋转作用下，，刀具切削开开挖面的泥土土，破碎的泥泥土通过刀盘盘开口进入土土仓，使土仓仓和排土用的的螺旋输送机机内充满切削削下来的泥土土，依靠盾构构千斤顶的推推力通过隔板板给土仓内的的土碴加压，，使土压作用用于开挖面以以平衡开挖面面的水土压力力。推进管片拼装*1结构原理土压平衡盾构构主要由刀盘盘及刀盘驱动动、盾壳、螺螺旋输送机、、皮带输送机机、管片安装装机、推进油油缸、同步注注浆系统等组组成。*刀盘旋转切削削开挖面的泥泥土，破碎的的泥土通过刀刀盘开口进入入土仓，泥土土落到土仓底底部后，通过过螺旋输送机机运到皮带输输送机上，然然后输送到停停在轨道上的的碴车上。盾盾构在推进油油缸的推力作作用下向前推推进。盾壳对对挖掘出的还还未衬砌的隧隧道起着临时时支护作用，，承受周围土土层的土压、、承受地下水水的水压以及及将地下水挡挡在盾壳外面面。掘进、排排土、衬砌等等作业在盾壳壳的掩护下进进行。*整体结构盾体**刀盘介绍**刀盘及驱动系系统***驱动系统统液压站主驱动-马达*主轴承**推进和拼装系系统推进油缸*拼装机**桥架(连接盾体和后后配套系统)*桥架(连接盾体和后