盾构机分类及选型课件

第十四讲《大型施工机械》——盾构机部分

盾构机的分类及选型2023/7/28精品

主要内容

1盾构机分类

2盾构机选型

3盾构机选型举例2023/7/28精品1盾构机分类

(1)按掘削地层分类硬岩盾构（TBM）软岩盾构软土盾构硬岩软土盾构双护盾TBM2023/7/28精品软土盾构复合盾构2023/7/28精品(2)按盾构机横截面形状分类半圆形圆形椭圆形马蹄形双圆搭接形三圆搭接形矩形2023/7/28精品2023/7/28精品(3)按盾构机横截面的形状分类超小型盾构φ<1m小型盾构3.5m≥φ≥1m中型盾构6m≥φ≥3.5m大型盾构14m≥φ≥6m超大型盾构18m≥φ≥14m特大型盾构φ>18m2023/7/28精品(4)按掘削面的敞开程度分类全部敞开式：无盖敞开式、有盖敞开式部分敞开式：网格式封闭式：中心支承式、中间支承式、周边支承式

2023/7/28精品(5)按掘土出土器械的机械化程度程度分类

人工挖掘式、半机械掘削式、机械掘削式◆手掘式盾构◆半机械式盾构◆网格式盾构

2023/7/28精品(6)按掘削面的加压平衡方式分类外加支承式气压式泥水式土压式2023/7/28精品(7)按刀盘运动形式分类

2023/7/28精品(8)按盾构机特殊构造分类中折盾构球体盾构异径母子盾构重心靠前盾构特殊构造的盾构现场换刀盾构可直接掘削前障碍物盾构机体可分可合盾构固体回收盾构倾斜中空轴全断面机内注浆盾构倾斜中空轴全断面机内注浆+活动前檐盾构2023/7/28精品(9)按盾构机的功能、用途分类

2023/7/28精品(10)按盾构隧道衬砌施工方法分类2023/7/28精品(11)综合分类2023/7/28精品2盾构机选型

盾构掘进机选型依据

(1)

土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成分等个参数）(2)

开挖面稳定（自立性能）(3)

隧道埋深、地下水位(4)

设计隧道的断面(5)

环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性）(6)

衬砌类型(7)

工期(8)

造价(9)

宜用的辅助工法(10)设计路线、线形、坡度（11）电气等其他设备条件2023/7/28精品盾构掘进机选型的一般程序

2023/7/28精品不同地质条件下全断面掘进机选型SlurryEPB粒径分布曲线400,006颗粒直径

d单位mm筛分通过率<d%00,0011030200,0020,020,060,2泥土粒径7060508090100600,62,06,060,020,010090807050403020100筛分粒径砂粉质土粘土细中粗砾石粗细中粗粗细中粗粗Foam2023/7/28精品不同地质条件下全断面掘进机选型

泡沫EPB盾构泥水盾构弃土容重粘土粉土粘稠度系数IC柔软软硬0,25坚硬0,501,000,75EPB模式

EPB敞开模式添加剂防止堵塞添加剂增加塑性高渗透性砂砾石渗透系数k[m/s]很高渗透性一般渗透性10-210-310-410-5复合式盾构EPB+添加剂高浓度膨润土工作舱内土体容重[t/m³]1,401,051,502,002,202023/7/28精品盾构掘进机选型的其他条件（1）工期条件的制约

（2）造价因素的制约

（3）环境因素的制约

（4）基地条件的制约（5）设计路线、平面竖向曲线形状的制约

2023/7/28精品二号线穿越汉口和武昌，隧道穿越地质种类比较全面：

粘土、粉质粘土、

淤泥质粉质粘土、

粉细砂、中粗砂、

砂岩、粉砂岩、

石英砂岩、炭质灰岩、

钙质泥岩、强风化泥岩、

强风化含碳硅质页岩等。3.１武汉地铁的路线与地质3盾构机选型举例2023/7/28精品

偏软地层导致的地表沉降

由于硬质附着性粘土导致的刀盘与土仓的堵塞

丰富的地下水与水压的问题软质风化岩\砂岩\泥岩\半固结粘土\淤泥的掘进膨胀性陈旧粘土导致的盾构机推力增加

附着性粘土与基岩的掘进掘进途中的刀具更换3.2本工程重点/难点2023/7/28精品3.3隧道管片参数2023/7/28精品3.４

盾构机总体参数（方案）盾构机总体设计范围及主要尺寸开挖直径： 6280mm前护盾直径： 6250mm主机长度：

约

9.0m（含刀盘）总长度包括后配套：

约

82m总重量包括后配套： 420t最小曲线半径：250m盾构机总体设计范围最大掘进速率8cm/min平均掘进速率3.5cm/min管片平均安装时间30min/环管片宽度1500mm根据上述计算每班次掘进速率6环/8hours每日双班工作时掘进速率12环/16hours2023/7/28精品3.５主要机械性能（方案）刀盘驱动

驱动形式

电驱动

2级调速式

（装备动力：600kw）

刀盘转速

高速转动：2.0rpm低速转动：1.0rpm

刀盘扭矩

常用最大：5,844kN-m高速转动：2,922kN-m

脱困扭矩

7,000kN-m盾构机千斤顶

总推力

38,500kN

单位面积推力：1,255kN/㎡

数量

1,750kN×22根

最大伸长速度

8.0cm/min铰接装置

总推力

24,000kN

数量

2,000kN×12根

铰接操作

全方向（上下、左右、倾斜方向）2023/7/28精品3.６主要机械性能（方案）螺旋出渣机驱动

驱动形式

液压驱动方式

（装备动力：110kw）

排土量

280m3/h

（最大排出粒径：φ250mm×500mmL）

直径

700mm（带轴式螺旋机）

转速

1.0～24rpm

驱动扭矩

常用最大：

55.7kN-m脱困时最大：65,0kN-m管片拼装装置

形式

Ｌ型方式（管片拼装作业空间大）

操作方式

无线遥控操作

转动速度

高速：1.5rpm

低速：0.3rpm

两级调速

（高速・低速

无线遥控切换）

调节

可实现微调、微动操作2023/7/28精品防止粘土附着对策（１）

在刀盘进土口位置装备高压水喷射管2023/7/28精品防止粘土附着对策（２）

扩大刀盘中央部分的开口，重视泥土从刀盘中心部进入土仓2023/7/28精品防止粘土附着对策（３）在土仓内隔壁上装备前后滑动式固定搅拌翼，并可从其前端添加泥浆2023/7/28精品防止粘土附着对策（４）装备在刀盘内侧可以覆盖整个区域的搅拌翼2023/7/28精品防止粘土附着对策（５）固定土仓隔壁中心部分，防止转动脚中心部分泥土堵塞2023/7/28精品泥浆注入口的配置・刀盘面板前面：3处・固定隔板一侧：4处・固定搅拌翼前端：1处・螺旋出渣机：3处

可选择泥浆、泡沫和聚合物3种类型喷出口阀门构造照片2023/7/28精品对应复合地层的刀具配置2023/7/28精品复合地层的刀具装备与对策・可更换滚刀与强化先行刮刀・如岩石强度在30Mpa以下可使用强化先行刮刀进行掘进・如岩石强度为30～250Mpa则应适用滚刀进行掘进2023/7/28精品滚刀的形状与特点尺寸：17

英寸

允许磨损量

：20mm允许负荷：250kN

允许线速度：150m/min材质：特殊工具钢

转动力：70Nーm2023/7/28精品刀盘耐磨损对策刀盘外周堆焊钉状耐磨物外周进行硬化耐磨层堆焊耐磨ＩＮＧ板2023/7/28精品刀盘驱动部土砂密封特点土砂密封：3条唇形密封1段V型密封：3段迷路密封：拉比利斯（迷宫）式检测：温度检测传感器供油脂：自动供脂其他

：密封接触面采用硬质材料2023/7/28精品铰接构造铰接装置

总推力

24,000kN

数量

2,000kN×12根

铰接方向

全方向（上下、左右、倾斜方向）2023/7/28精品铰接密封形式：Ｖ型密封

2段、灰尘密封

1段耐压：1.0Mpa润滑：自动供脂2023/7/28精品盾尾密封形

式：

3段金属刷浆液逆流：注浆液逆流防止板润滑：盾尾油脂自动注入供脂位置：每列6处（共计12处）耐水压：0.4Mpa2023/7/28精品螺旋出渣机的特点驱动方式

液压驱动方式（装备动力：110kw）出土量

280m3/h（最大排出粒径：φ250mm×500mmL）直径

700mm（带轴式出渣机）转速

1.0～24rpm驱动扭矩

常用最大：55.7kN-m