海瑞克盾构及TBM介绍.ppt

1、海瑞克盾构及TBM介绍,土压平衡式盾构机当盾构机在不稳定的地层中掘进时，可以通过制造支撑压力来防止隧道掌子面发生失稳情况。使用土压平衡盾构机开挖隧道，刀盘挖掘下来的粘性土体被利用以支撑掌子面。而以其他方式挖掘的盾构机，隧道掌子面依靠另外的介质支撑。 混合式盾构机 混合式盾构机用于隧道掌子面不稳定的砂砾质地层中或混合地层中。刀盘在膨润土悬浮液中旋转，松动掌子面的土体；开挖下来的渣土与膨润土悬浮液混合。 泥水式盾构机 如果隧道掌子面处于稳定的地层中，例如硬岩或密实的粘性土体中，像小型的AVN设备一样，盾构机以泥水模式工作，而无需使用压缩空气支撑。 单护盾硬岩掘进机 单护盾硬岩掘进机属于敞开式护盾机

2、型。在隧道掘进机中，通常所说的敞开式护盾是指掘进机在隧道掌子面区域没有封闭的压力补偿系统，也就是说，没有开挖仓。 撑靴式硬岩掘进机 撑靴式硬岩掘进机的主要功能系统包括挖掘、支撑和安全支护系统。 双护盾硬岩掘进机 从隧道掘进操作方面来讲，双护盾硬岩掘进机属于最复杂的掘进机类型。 部分断面隧道掘进机 部分断面隧道掘进机适用的地质状况较为广泛，可用于各种直径的隧道开挖作业。该类型的设备直接由操作手控制，操作简便、易于掌握以及能广泛使用。另外，设备的安装和使用都较为经济。,撑靴式硬岩掘进机,撑靴(1)； 钢环拼装机(2)；锚杆钻机(3)；钢筋网拼装机(4)；,撑靴式硬岩掘进机,的主要功能系统包括挖掘、

3、支撑和安全支护系统。掘进系统即刀盘上面安装有滚刀。刀盘旋转，压迫滚刀高压作用于隧道掌子面。滚刀在掌子面转动，松动围岩。挖掘下来的石渣被边刮刀收集（刀盘上的开口）并通过渣斗进入皮带输送机。 皮带输送机把石渣沿着掘进机输送到转运皮带机上。转运皮带机位于掘进机和后配套系统之间，从那里，石渣或直接由皮带机运出隧道，或被装载到渣车上运送出去。掘进机依靠撑靴(1)放射状地顶在岩石上来支撑自己，而液压油缸则朝向隧道掌子面顶压着刀盘向前掘进。一次推进的最大长度是由推进油缸活塞的长度决定的。一个掘进循环完成后，挖掘工作中止，机器向前移动，同时，另有一套支撑系统用来保持撑靴式掘进机的稳定性。 撑靴式硬岩掘进机工作

4、效率的高低基本上由安装围岩支护材料所需时间的长短而决定。撑靴式硬岩掘进机使用的安全支撑措施与传统的隧道开挖所使用的措施一样，即：岩石锚杆、钢筋网、喷射混凝土，同时还有掘进机自身的支撑以及尤其适用于该种情况的钢拱架进行支护。使用撑靴式掘进机，即使紧靠刀盘后面，也可以全面进行围岩支护，即在被称作L1的工作区域进行支护。钢环拼装机(2)、锚杆钻机(3)或钢筋网拼装机(4)等可以用于安装支护材料。喷射混凝土和管片安装则在后配套区域进行。,盾体(1)；液压推进油缸(2)；环管片(3)；刀盘(4)；边刮刀(5)；皮带输送机(6) 。,单护盾硬岩掘进机,属于敞开式护盾机型。在隧道掘进机中，通常所说的敞开式护

5、盾是指掘进机在隧道掌子面区域没有封闭的压力补偿系统，也就是说，没有开挖仓。单护盾硬岩掘进机通常用于脆性围岩或软岩地层中。该类型的设备在硬岩工程中有着广泛的应用。 机器在盾体(1)锥形钢结构的保护下自动向前掘进。为了能够向前推进，单护盾隧道掘进机通过液压推进油缸(2)支撑在已安装好的最后一环管片(3)上。刀盘(4)上安装了硬岩滚刀，这些滚刀在刀盘上转动，切削隧道掌子面的岩石。在滚刀后面一点的位置安装有边刮刀(5)。刀盘切削下来的石渣掉落到边刮刀内，经由皮带输送机(6)输送到地面。 与其它全断面开挖设备相比，单护盾掘进机的掘进扭矩能够非常准确的计算出来。除其它参数，扭矩与滚刀贯入度以及它们与围岩的

6、接触面积有非常密切的关系。,前盾(1)；刀盘(2)；撑靴(3)；安装衬砌管片(5)；辅助推进油缸(4)；,双护盾隧道掘进机,从隧道掘进操作方面来讲，双护盾硬岩掘进机属于最复杂的掘进机类型。撑靴理念与管片安装操作的完美结合，使双护盾掘进机能轻松适应任何地质情况。因此，该设备是用于含有断层的硬岩地层中理想的隧道掘进设备。 主要特征是位于设备前面部分的前盾(1)可以伸长，这样刀盘(2)也可以随之伸长。掘进过程中的反作用力(扭矩和轴向、纵向的力)通过位于掘进机中盾区域伸出来的撑靴(3)分散施加到围岩上。由于这些反作用力已被分散，管片安装机可以在掘进过程中同时安装衬砌管片(5)，从而保障高效的隧道开挖作

7、业。这是传统开挖模式无法实现的。掘完一个行程后，撑靴缩回，掘进机的后面部分通过辅助推进油缸(4)的作用向前推进。该转换过程仅持续几分钟时间，之后，下一个掘进循环又开始进行。 但连续掘进只能在稳定的围岩状况下实现，因为撑靴需要支撑在围岩上。如果双护盾掘进机遇到含有断层的地质状况，伸缩前盾就将缩回。整个掘进机将只依靠支撑在隧道衬砌管片(5)上的辅助推进油缸(4)向前推进。这种掘进模式是“非连续性”的，因为在该过程中，如同使用传统的盾构机一样，只有安装了衬砌管片之后，才能通过推进油缸实现掘进。,在不稳定的砂砾地层或混合地层中，设备以混合式盾构机的模式工作。在这种模式下，开挖仓内完全充满了悬浮液，而压

8、力腔(4)则位于分隔挡板(1)后面，悬浮液由压缩气垫(12)和压力挡板(2)支撑。气压通过一个空气调节设备(10+11)自动控制，防止隧道掌子面发生浆液喷爆和渣土进仓。开挖仓(3)和分隔挡板后面调压腔内悬浮液之间的压力调节通过连通管(5)进行。进泥管(9)把新鲜悬浮液输送到开挖仓 。而排泥管(6)则把格栅(13)后面开挖仓内的悬浮液输送出去。通过调压腔内的输浆管(8)和排浆管(7)连续冲刷连通管下方，以避免渣土沉积。 在稳定的地质状况中，如硬岩或密实的粘性地层中，像小型的AVN设备一样，盾构机以泥水模式工作，无需使用压缩空气支撑。把压缩空气供气管和排气管封闭住，并通过开挖仓把调压腔内的排气管、

9、供气管和连通管中的空气排出去，这时，混合式盾构模式就转换为泥水盾构模式。 该转换工作同样可以在地下进行。转换之后，调压腔就仅处于常压下，因为连通管已被封闭。这时，对隧道掌子面的支撑就仅由泵入泵出循环管路的膨润土悬浮液来承担。,在不稳定的砂砾地层或混合地层中，设备以混合式盾构机的模式工作。在这种模式下，开挖仓内完全充满了悬浮液，而压力腔(4)则位于分隔挡板(1)后面，悬浮液由压缩气垫(12)和压力挡板(2)支撑。气压通过一个空气调节设备(10+11)自动控制，防止隧道掌子面发生浆液喷爆和渣土进仓。开挖仓(3)和分隔挡板后面调压腔内悬浮液之间的压力调节通过连通管(5)进行。进泥管(9)把新鲜悬浮液

10、输送到开挖仓 。而排泥管(6)则把格栅(13)后面开挖仓内的悬浮液输送出去。通过调压腔内的输浆管(8)和排浆管(7)连续冲刷连通管下方，以避免渣土沉积。 在稳定的地质状况中，如硬岩或密实的粘性地层中，像小型的AVN设备一样，盾构机以泥水模式工作，无需使用压缩空气支撑。把压缩空气供气管和排气管封闭住，并通过开挖仓把调压腔内的排气管、供气管和连通管中的空气排出去，这时，混合式盾构模式就转换为泥水盾构模式。 该转换工作同样可以在地下进行。转换之后，调压腔就仅处于常压下，因为连通管已被封闭。这时，对隧道掌子面的支撑就仅由泵入泵出循环管路的膨润土悬浮液来承担。,部分断面隧道掘进机适用的地质状况较为广泛，

11、可用于各种直径的隧道开挖作业。该类型的设备直接由操作手控制，操作简便、易于掌握以及能广泛使用。另外，设备的安装和使用都较为经济。 海瑞克部分断面隧道掘进机性能优越，功能齐全。快速的刀具更换速度充分展示了其优越性能。铲斗和铣挖头可以安装在主体设备上进行挖掘工作；其更换简单而快捷。依据隧道直径和开挖长度的不同，可以选择以顶管方式或者安装管片方式来进行隧道衬砌。目前的设备开挖直径都涵盖在设备的标准开挖范围内。另外，海瑞克公司还可以根据客户要求为项目定制专门的设备。,铲斗式,大量实践证明，使用铲斗在松散地层中进行开挖是有效而成功的。根据地层的特性，可以在设备上安装挖掘铲、齿形铲斗或液压锤等挖掘工具。而

12、且，更换这些挖掘工具的操作简单而快捷。 挖掘的渣土通过输送皮带或刮斗输送机来运送。,铣挖式（巷道掘进机）,使用这种技术，设备可在无侧限抗压强度达到80Mpa的围岩中作业，隧道的开挖非常经济。挖掘工作通过一纵向切削刀盘进行，刀盘上安装有圆轴型的凿具。挖掘的渣土通过回转螺旋输送机向外输送。,刀盘（1）；刀盘旋转的盾体区域称为开挖仓（2）；压力挡板（3）；推进油缸（4）；螺旋输送机（5）；管片安装机（6）；预应力钢筋混凝土管片（7）。,土压平衡式盾构,当盾构机在不稳定的地层中掘进时，可以通过制造支撑压力来防止隧道掌子面失稳情况的发生。使用土压平衡盾构机开挖，刀盘（1）开挖下来的粘性土体用来支撑掌子面

13、，而不像通过其他开挖方式的盾构机，其掌子面依靠另外的介质支撑。刀盘旋转的盾体区域称为开挖仓（2），它通过压力挡板（3）与常压下的盾体区域分开。 刀盘旋转，带动刀具挖掘土壤。挖掘下来的土壤通过刀盘开口进入开挖仓，与开挖仓内已有的粘性土浆混合。推进油缸（4）的推力通过压力挡板传给开挖仓内土体，从而保证开挖面的稳定。当开挖仓内的土体不再受外部土压力和水压力压紧时，就达到了土压平衡。 开挖仓内的渣土通过螺旋输送机（5）输送出去。渣土输送量由螺旋速度和上部螺旋输送机驱动器的开口十字架控制。螺旋输送机把渣土输送到第一段输送皮带上，再转运到反转皮带上。当皮带反方向输送时，渣土被倾倒进入运输渣车中。 隧道通常

14、使用预应力钢筋混凝土管片（7）进行衬砌。管片在常压下通过管片安装机（6）安装在盾体区域的压力舱壁后面，然后临时用螺栓固定。砂浆经由盾尾上的注浆口或直接通过管片上的开口连续注入管片外面和围岩之间的空隙。,混合式盾构机: 分隔挡板(1); 压力挡板(2); 开挖仓(3)；压力腔(4); 连通管(5) ; 排泥管(6); 排浆管(7)；输浆管(8); 进泥管(9); 空气调节设备(10+11);压缩气垫(12);格栅(13); 。,混合式盾构机:,在不稳定的砂砾地层或混合地层中，设备以混合式盾构机的模式工作。在这种模式下，开挖仓内完全充满了悬浮液，而压力腔(4)则位于分隔挡板(1)后面，悬浮液由压缩

15、气垫(12)和压力挡板(2)支撑。气压通过一个空气调节设备(10+11)自动控制，防止隧道掌子面发生浆液喷爆和渣土进仓。开挖仓(3)和分隔挡板后面调压腔内悬浮液之间的压力调节通过连通管(5)进行。进泥管(9)把新鲜悬浮液输送到开挖仓 。而排泥管(6)则把格栅(13)后面开挖仓内的悬浮液输送出去。通过调压腔内的输浆管(8)和排浆管(7)连续冲刷连通管下方，以避免渣土沉积。 在稳定的地质状况中，如硬岩或密实的粘性地层中，像小型的AVN设备一样，盾构机以泥水模式工作，无需使用压缩空气支撑。把压缩空气供气管和排气管封闭住，并通过开挖仓把调压腔内的排气管、供气管和连通管中的空气排出去，这时，混合式盾构模

16、式就转换为泥水盾构模式。 该转换工作同样可以在地下进行。转换之后，调压腔就仅处于常压下，因为连通管已被封闭。这时，对隧道掌子面的支撑就仅由泵入泵出循环管路的膨润土悬浮液来承担。,混合式盾构机,用于隧道掌子面不稳定的砂砾质地层或混合地层中施工。刀盘（1）在膨润土悬浮液中旋转，松动隧道掌子面的土体。挖掘的渣土与膨润土悬浮液混合。刀盘旋转的盾体区域称为开挖仓(2)，它通过压力挡板（3）与常压下的盾体区域分开。 气垫调压舱把输送管(4)输入的膨润土悬浮液通过气垫(5)运送到开挖仓内与土压和水压达到平衡，避免土壤失控渗透或发生隧道掌子面失稳情况。开挖仓内的支撑压力不是由悬浮液压力直接控制，而是由一个压缩

17、气垫(5)控制。因此，刀盘后面的开挖仓被一个称为分隔挡板(6)的钢板分隔成两个区域。分隔挡板(6)和压力挡板之间的区域称为调压/工作舱。 当隧道掌子面前面的盾体区域完全充满悬浮液时，分隔挡板后面悬浮液的液位还不到机器中轴线的位置，所以要通过压缩气垫提供超压，精确地控制目标压力值。气垫压力则通过一个压缩空气控制系统控制。这样泥浆输送管路的不规则性能够被准确、迅速的控制。开挖的渣土与膨润土悬浮液混合后，经由泥浆输送管道被泵入地面的泥水分离站。为防止泥浆输送管路发生堵塞，并保证排渣泵的顺利运行，回浆管前端有一个筛选大石块和土块的格栅，阻止大块的物料进入管道。 隧道通常使用钢筋预应力混凝土管片（7）进

18、行衬砌。管片在常压下通过管片安装机（8）在压力挡板后面的盾体区域安装，然后用螺栓固定。砂浆经由盾尾上的注浆口或直接通过管片上的吊装孔连续注入管片外表面和围岩之间的空隙。,单、双层衬砌,衬砌工作在隧道推进刚刚完成而隧道仍然处于盾体保护状态下时使用环形钢筋预应力混凝土管片进行支护即所谓的“衬砌”。衬砌管片的几何形状各式各样。通常，衬砌管片用螺栓临时固定。隧道衬砌既可以是防水性的也可以是非防水性的。 衬砌管片由遥控的管片安装机采用机械式或以真空吸盘抓取装置进行拼装作业，安装到隧道内。然后，专业的操作人员用螺栓连接、固定管片。管片外表面和隧道之间的环缝将连续不断的注入砂浆或豆粒石充填空隙来稳固隧道。这

19、时，推进油缸将顶在新安装的管片上，开始进行下一个循环的推进。 整环管片通常是契形的，从而可以适应最小约150米的曲线半径隧道施工。 管环上最窄的地方通常是在所谓的封顶块上。最后安装的楔形封顶块连接并封闭整环管片，同时，形成各管片之间的相互支撑。封顶块管片可以通过槽沟和舌片或凸轮和栓销进行调整。端面为平面的衬砌管片，其设计较其它形状的管片设计简单。管片端面之间使用木质垫片可以对管片起到一定的保护作用 衬砌管片通常是单层防水管片，但也可能是双层管片，其中，内层是用混凝土在现场浇注的。封顶块管片的尺寸要根据地层静力状况或机械条件来决定。 单层隧道管片衬砌对预制的预应力混凝土管片具尺寸精度要求极高。这

20、对预应力混凝土管片的生产和生产管片的模具提出了很高的要求。盾构隧道的使用效果和使用年限很大程度上取决于衬砌管片的质量。这是由于在单层衬砌的隧道中，其压力承载和隧道防水这两个功能都是由隧道衬砌决定的，而隧道衬砌的主体即混凝土管片。如果是双层隧道衬砌，压力承载和防水这两个功能则由外层的衬砌管片和内层的现场浇注混凝土这两层衬砌共同承担。,在稳定围岩地层中，使用撑靴式硬岩掘进机可以实现高效率的隧道掘进，但是这在很大程度上也取决于围岩支护所需要的时间。 介于护盾和撑靴之间的所谓的L1* 工作区域 是一个安全支护区域，钢环拼装机、独立操控的岩石锚杆钻机和钢筋网拼装机等围岩支护设备都布置在该区。 混凝土喷浆

21、通过锚喷设备和管片拼装在后配套区域进行。除了钢拱架和钢筋网支护外，在撑靴模式中，混凝土锚喷也是最重要的围岩支护措施之一。干或湿的混凝土以压缩空气承载的方式通过特殊操作设备得以压缩并固定在衬砌表面上。混凝土中加入的添加剂可以调整混凝土的初凝时间、粘结性和固结性。也就是说，衬砌可以在支护后接着马上进行，并紧紧粘结在围岩上。喷射混凝土这种衬砌方法非常灵活，在各种条件、各种尺寸的隧道作业中即使是仅开挖部分断面的工程，都比较容易随条件的改变而进行调整。喷也是最重要的围岩支护措施之一。干或湿的混凝土以压缩空气承载的方式通过特殊操作设备得以压缩并固定在衬砌表面上。混凝土中加入的添加剂可以调整混凝土的初凝时间

22、、粘结性和固结性。也就是说，衬砌可以在支护后接着马上进行，并紧紧粘结在围岩上。喷射混凝土这种衬砌方法非常灵活，在各种条件、各种尺寸的隧道作业中即使是仅开挖部分断面的工程，都比较容易随条件的改变而进行调整。,液体式运渣 当设备在渗水性较高的砂质和（松散）砂砾质混合地层中掘进时，挖掘的渣土通常由液体输送系统运送。这种情况下，通常用水或膨润土浆液作为运输介质帮助渣土的运输。 机械式运渣 当设备在渗水性较低的粘性土壤中掘进时（例如颗粒较细的壤土或粘土），挖掘的渣土本身就是用作支撑介质，这也是为何其必须具备延展塑性或流动性的原因。这种特性可能是是土壤天然所具备的，亦可通过添加泡沫或聚合剂来获取。,粘土用

23、水 砂土用泥浆（膨润土） 砾石，破碎,通过泥浆环路实现连续出渣,当设备在渗水性较高的砂质和砂砾质（非粘性）混合地层中掘进时，挖掘的渣土通常由液体输送系统运送。这种情况下，通常用水或膨润土浆液作为运输介质帮助渣土运输。掘进机进泥管的进泥泵从始发井把运输介质泵送到隧道掌子面。运输介质在掌子面稳定下来，支撑掌子面，并与挖掘的渣土混合。 挖掘的渣土和运输介质混合，通过排泥管排出开挖仓，输送到泥水分离站。为防止泥浆管堵塞，任何大粒的石块或异物都将被开挖仓中的碎石机粉碎后才进入排泥管。排泥管前面有一个格栅，用来阻止大颗粒物料进入排泥管。 在泥水分离站，网筛、旋流分离器和离心分离器（如需要）等把介质和泥水分

24、离开来。有效的分离是指经过处理的大量介质可以重新用于输送循环。 如果泥土所含粘性颗粒较多，水通常可作为合适的介质。但是，如果土壤为砂砾质土壤，仅含有或不含粘性颗粒，并较为致密，较大的泥块仍然可以在管道底部沉淀，引起堵塞。如果是这种土壤，经常需要把土壤浸入一种能生成粘性液体的悬浮液中，来降低土壤颗粒内部的紧密性。 这种粘性悬浮液就是膨润土，一种吸收性粘土和水的混合液。它具有触变特性，能够在掘进过程中稳定隧道掌子面。另外，它与挖掘下来的渣土混合，通过泥水管道运输出去，不会对设备造成伤害。运输介质的选择取决于许多因素，与项目的特点有很大关系，不能简单决定。,隧道掘进机挖掘下来的渣土物料可以进一步通过

25、皮带输送机、轨道运输车辆、运送卡车从隧道中运输出去，或在渣土中添加适当液体，然后通过泥浆泵泵送，从泥浆管道输送出去。 这与硬岩掘进中的情况相似。挖掘下来的石渣经由刀盘上边刮刀上的导向槽流入刀盘中心，然后输送到皮带机上。然后石渣通过皮带机、轨道运输车或卡车等运送出隧道。隧道外的固定连续皮带机甚至可以把挖掘下来的渣土直接运送到附近的弃渣场，从而减少工地现场的运输活动，并减少噪音。,土压支撑 土体不稳定时，需要向掌子面上提供支撑压力来平衡土体和地下水对刀盘产生的压力，避免掌子面发生坍塌。 泥浆压力支撑 土体不稳定时，需要向掌子面提供支撑压力来平衡周围压力，避免掌子面发生坍塌。支撑压力用来抵抗土体和地

26、下水的压力，防止土壤不受控制进入掌子面而导致的失稳。 机械支撑/ 压缩空气支撑 在敞开式开挖过程中，部分断面隧道掘进设备开挖掌子面时不能利用支撑介质来形成支撑压力。因此，只能通过其他方法来支撑周围土体并防止设备遭受地下水的侵入。,以渣土为介质，实现简单而有效的安全支撑。,在所有不稳定的土层中，需要向掌子面上提供支撑压力来平衡土体和地下水对刀盘产生的压力，以避免隧道掌子面发生坍塌。在土压平衡式盾构机的作业过程中，刀盘挖掘下来的泥土将被用作支撑隧道掌子面的介质。刀盘旋转，带动刀具松动掌子面的土体，挖掘下来的泥土通过刀盘开口进入开挖仓与塑性土混合。 支撑压力通过压力挡板从推进油缸上传递到土层中，阻止

27、不受控制的泥土从隧道掌子面进入到开挖仓内。当开挖仓中的土体不再受到外部的土压和水压挤压时，内外压力就达到了平衡。螺旋输送机将支撑压力从超压降低到常压。支撑压力由螺旋输送机输送速度和螺旋输送机上部开口控制。作为支撑介质土壤必须具备以下条件：良好的塑性、具有流动性、较低的内摩擦和较低的渗水性。 用作介质的理想土质是含有较多粘土、肥土或淤泥的粘结性土壤。通过土体改良，即对土壤性质进行改进，可以扩大土压平衡技术的使用范围：向土仓中注入泡沫和/或聚合剂，非粘性土或细砂或粗砂砾的性质将得到改良，变得适合作为支撑介质用于土压平衡的掘进技术中。,以渣土为介质，实现简单而有效的安全支撑。,在所有不稳定的土层中，

28、需要向掌子面上提供支撑压力来平衡土体和地下水对刀盘产生的压力，以避免隧道掌子面发生坍塌。在土压平衡式盾构机的作业过程中，刀盘挖掘下来的泥土将被用作支撑隧道掌子面的介质。刀盘旋转，带动刀具松动掌子面的土体，挖掘下来的泥土通过刀盘开口进入开挖仓与塑性土混合。 支撑压力通过压力挡板从推进油缸上传递到土层中，阻止不受控制的泥土从隧道掌子面进入到开挖仓内。当开挖仓中的土体不再受到外部的土压和水压挤压时，内外压力就达到了平衡。螺旋输送机将支撑压力从超压降低到常压。支撑压力由螺旋输送机输送速度和螺旋输送机上部开口控制。作为支撑介质土壤必须具备以下条件：良好的塑性、具有流动性、较低的内摩擦和较低的渗水性。 用

29、作介质的理想土质是含有较多粘土、肥土或淤泥的粘结性土壤。通过土体改良，即对土壤性质进行改进，可以扩大土压平衡技术的使用范围：向土仓中注入泡沫和/或聚合剂，非粘性土或细砂或粗砂砾的性质将得到改良，变得适合作为支撑介质用于土压平衡的掘进技术中。,混合地层中的全方位控制。,在所有不稳定的地层中，都需要向掌子面提供支撑压力来抵抗土体和地下水的压力，防止土体不受控制进入掌子面或防止掌子面失稳。在泥水压力支撑的盾构机掘进中，通常使用膨润土悬浮液(一种膨胀性粘土和水的混合浆液)或水作介质来支撑不稳定掌子面。这种方法广泛使用在从细砂到粗砂砾等各种非粘性地层的施工中。 在泥土和悬浮液之间的界面产生一个渗入泥饼对

30、隧道开挖面进行支撑。同时，它封闭住泥土，防止地下水侵入。另外，如果盾构机出现故障而停机，该渗入泥饼将在掌子面形成一个密封膜，配合压缩空气的使用，工作人员就可以进入开挖仓进行检修工作。 在混合式盾构技术中，开挖仓中的支撑压力不是由悬浮液压力直接控制的，而是通过压力挡板和分隔挡板之间的一个压缩空气气垫控制。全自动的控制循环不间断的监控掌子面的压力并通过支撑介质产生平衡力，以确保压力控制的准确有效。这样，在不良的混合地层中，如果出现压力异常，能够很快实施补偿措施，从而保证设备和地面之间的较浅覆土不会引起地层下沉或隆起。 在泥水盾构技术中，支撑压力直接由悬浮液压力控制，即通过膨润土悬浮液泵入泵出泥浆循

31、环来控制。该技术只适用于不会突然发生压力异常的地质状况中。,混合地层中的全方位控制。,在所有不稳定的地层中，都需要向掌子面提供支撑压力来抵抗土体和地下水的压力，防止土体不受控制进入掌子面或防止掌子面失稳。在泥水压力支撑的盾构机掘进中，通常使用膨润土悬浮液(一种膨胀性粘土和水的混合浆液)或水作介质来支撑不稳定掌子面。这种方法广泛使用在从细砂到粗砂砾等各种非粘性地层的施工中。 在泥土和悬浮液之间的界面产生一个渗入泥饼对隧道开挖面进行支撑。同时，它封闭住泥土，防止地下水侵入。另外，如果盾构机出现故障而停机，该渗入泥饼将在掌子面形成一个密封膜，配合压缩空气的使用，工作人员就可以进入开挖仓进行检修工作。

32、 在混合式盾构技术中，开挖仓中的支撑压力不是由悬浮液压力直接控制的，而是通过压力挡板和分隔挡板之间的一个压缩空气气垫控制。全自动的控制循环不间断的监控掌子面的压力并通过支撑介质产生平衡力，以确保压力控制的准确有效。这样，在不良的混合地层中，如果出现压力异常，能够很快实施补偿措施，从而保证设备和地面之间的较浅覆土不会引起地层下沉或隆起。 在泥水盾构技术中，支撑压力直接由悬浮液压力控制，即通过膨润土悬浮液泵入泵出泥浆循环来控制。该技术只适用于不会突然发生压力异常的地质状况中。,敞开式隧道掘进设备的支撑方法。,在敞开式开挖过程中，部分断面隧道挖掘设备开挖掌子面时不能利用支撑介质来形成支撑压力。因此，

33、只能通过其他方法来支撑周围土体并防止设备遭受地下水的侵入。方法之一便是使用所谓的护板，它从盾体上部延伸出来。护板因应地层中的开挖角度而制，从而保证其与隧道掌子面持续接触。这样，就可以防止渣土从顶部落入机器内以及防止地面下沉。 另外，安装一横向平台可以用减小开挖角度。整个盾壳也可以设计成一个“支撑挡板系统”，由几块可以单独向前伸长的支撑板组成。这样可以保证开挖角度适应地质状况的变化。而且，前伸支撑板可以安装到系统上，需要时，通过液压动力压紧隧道掌子面来进一步稳定掌子面，以保证安全。 在含水地层中进行挖掘作业时，可以在部分断面隧道掘进设备上和部分隧道内使用压缩空气闸系统来防止地下水侵入。压缩空气系

34、统有两道控制循环，连续监测并自动调节需要的压力。,敞开式隧道掘进设备的支撑方法。,在敞开式开挖过程中，部分断面隧道挖掘设备开挖掌子面时不能利用支撑介质来形成支撑压力。因此，只能通过其他方法来支撑周围土体并防止设备遭受地下水的侵入。方法之一便是使用所谓的护板，它从盾体上部延伸出来。护板因应地层中的开挖角度而制，从而保证其与隧道掌子面持续接触。这样，就可以防止渣土从顶部落入机器内以及防止地面下沉。 另外，安装一横向平台可以用减小开挖角度。整个盾壳也可以设计成一个“支撑挡板系统”，由几块可以单独向前伸长的支撑板组成。这样可以保证开挖角度适应地质状况的变化。而且，前伸支撑板可以安装到系统上，需要时，通

35、过液压动力压紧隧道掌子面来进一步稳定掌子面，以保证安全。 在含水地层中进行挖掘作业时，可以在部分断面隧道掘进设备上和部分隧道内使用压缩空气闸系统来防止地下水侵入。压缩空气系统有两道控制循环，连续监测并自动调节需要的压力。,破岩选刀 护岩选盾 破碎带等特殊施工选辅助工法,地质勘察报告,隧道掘进和顶管掘进项目中，相关地质水文资料是项目设计和执行的基础。因此，对地质报告的专业评估 格外重要，因为地质评估中的信息是掘进设备设计的依据。 地质勘察报告是选择隧道掘进方法和刀具类型的基本依据。而选择适当的刀具是高效而经济地进行开挖的基本条件之一。 过往，土壤类型或土壤渗透系数决定了选择何种隧道掌子面支撑系统

36、（例如泥水平衡或土压平衡）。 随着化工工程领域添加剂（泡沫、聚合剂、表面活性剂）技术的不断革新，如何选用隧道掌子面的支撑方案变得更具有灵活性和适用性。所以，必须保证参与项目的所有人员对地质土层、各类添加剂和掘进设备之间的相互关系及作用有充分的理解。,对于设计隧道掘进设备而言，最重要的土壤和岩石力学参数包括： 岩石粒径分布曲线 地下水渗透性 密度限值 围岩/粘土矿物学特性 围岩等级 围岩硬度 除了对加工工艺的选择，刀盘设计对隧道掘进起着重要作用，也需特别注意。地质参数对于刀圈设计有着巨大影响。譬如在硬岩地层中，所使用的滚刀刀圈暴露在具有磨损性的地层中，容易被磨损和堵塞，这种情况类似于在粘性的松散

37、土体中使用刮刀。 海瑞克股份公司（Herrenknecht AG) 根据各项目的具体情况选择最适合的施工工艺和开挖技术，满足不同项目的具体要求。为了实现最佳的隧道掘进进度，即使在隧道掌子面通过泥水平衡支撑的情况下，在泥水分离站准备支撑介质、膨润土等工作也需要对地质状况有深度的理解。,对于设计隧道掘进设备而言，最重要的土壤和岩石力学参数包括： 岩石粒径分布曲线 地下水渗透性 密度限值 围岩/粘土矿物学特性 围岩等级 围岩硬度 除了对加工工艺的选择，刀盘设计对隧道掘进起着重要作用，也需特别注意。地质参数对于刀圈设计有着巨大影响。譬如在硬岩地层中，所使用的滚刀刀圈暴露在具有磨损性的地层中，容易被磨损

38、和堵塞，这种情况类似于在粘性的松散土体中使用刮刀。 海瑞克股份公司（Herrenknecht AG) 根据各项目的具体情况选择最适合的施工工艺和开挖技术，满足不同项目的具体要求。 为了实现最佳的隧道掘进进度，即使在隧道掌子面通过泥水平衡支撑的情况下，在泥水分离站准备支撑介质、膨润土等工作也需要对地质状况有深度的理解。,在顶管操作中，管道和顶进设备通过液压油缸顶进，从始发井向接收井钻进 。 根据管道的公称直径、地质状况、管材以及中继顶压站的数量，从始发井到目标井可以达到2000米或更长的距离。推进油缸到达顶端位置后将缩回，下一段管道被吊入始发井、完成安装然后被向前顶进。该过程循环往复，直至管道到

39、达目标井。隧道掘进设备将被运出竖井，备用于将来的项目。 非开挖隧道掘进方法好处很多，有利于保护环境、可缓解交通压力，并且不会给施工区域附近的居民生活带来较大影响。因为隧道掘进现场只需要几个工作井，不会给地面带来较大干扰。地面上的活动可如常进行： 无需挖开路面或用围挡隔开，不会造成交通堵塞； 地面干扰或工地车辆等保持在最低水平； 只在特定地点才需要降低地下水位，不会对环境造成较大影响； 杨尘和噪音保持在最低水平，不会给当地居民的生活带来大的影响； 不会危及历史性建筑； 排水管道和建筑物不会沉陷。,管棚支护技术大大增加了小型隧道开挖的应用范围。使用这种方法，隧道开挖将在预先顶进的钢管的保护下进行。

40、管棚法是开挖大直径、短距离隧道的最为安全有效的方法。 通常，管棚法运用于铁路下的隧道施工和新型地铁车站的建设中。在此类工程中的微型隧道作业将大规模进行。多数情况下，使用这种方法是采用钢管进行操作，即把钢管顶进地层中，围绕隧道建设区域形成一个“安全保护棚”。机器掘进一段不长的距离后，可以通过一个设计巧妙的闸门装置向后缩回到始发隧道中，这样，它就可以在相同的开挖面上展开另一段隧道的开挖作业。 根据地质状况，可以在钢管内放入冷冻设备来冷冻下面的地层，从而形成一个稳定的“水土保护体”。通过这种保护，就可以系统的进行隧道开挖和支护工作。按照工程的要求，顶进架可以连在一个水平和竖直移动平台上来方便进行大量

41、的钻孔作业。其主要优点是不会造成地层下沉，因而无需更改轨道系统的高度。,使用下沉式竖井掘进设备 建造的竖井，对竖井衬砌的精度、效率和安全性都有严格的要求。根据不同的项目要求，竖井的衬砌可以有多种方法例如使用预制混凝土管片、现浇混凝土、钢管片，或在不含水的土层中使用岩石锚杆、钢筋网或喷射混凝土浆等等。 竖井表面使用混凝土管片或在掘进同时现场浇注混凝土进行衬砌。单块的管片由吊机吊到沉井设备上的定位管片上，安装固定，相连成完整管环，然后通过油缸控制，施压下沉到衬砌位置，。这使得竖井最下面的耐压衬砌与下沉竖井能够同时完成。衬砌面的紧密度、管片质量以及标准建设所需的时间是竖井衬砌中需要考虑的主要因素。 与小型隧道掘进中的顶管操作原理一样，为减少竖井下沉引起的摩擦力，环面经过膨润土润滑系统润滑。如果使用钢管片进行衬砌，那么它们将在竖井深度达到0.7到1.0米后被吊入竖井，放到钢筒保护的环内，然后以液压顶升将其竖起，通过螺栓固定到前面安装的一环钢管片上，再经由专门的固定装置锚固到围岩上。围岩和钢管片之间的空隙