TBM、盾構(gòu)施工技術(shù)1、TBM、盾構(gòu)簡(jiǎn)介2、不同類型盾構(gòu)的工作原理及基本構(gòu)造3、工程地質(zhì)與盾構(gòu)選型4、盾構(gòu)施工5、北京地下直徑線工程簡(jiǎn)介目錄一、TBM、盾構(gòu)簡(jiǎn)介常用隧道施工方法明挖法礦山法掘進(jìn)機(jī)（TunnelBoringMachine）常用隧道施工方法TBM硬巖掘進(jìn)機(jī)盾構(gòu)TBM歷史簡(jiǎn)介巖石隧道掘進(jìn)機(jī)法是利用巖石隧道掘進(jìn)機(jī)在巖石地層中暗挖隧道的一種施工方法。所謂巖石地層是指該地層有硬巖、軟巖、風(fēng)化巖、破碎巖等類，在其中開(kāi)挖的隧道稱為巖石隧道。施工時(shí)所使用機(jī)械通常稱為巖石隧道掘進(jìn)機(jī)，英文名稱是TunnelBoringMachine．簡(jiǎn)稱TBM。在中國(guó)，由于行業(yè)部門的習(xí)慣，也稱之為全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)或隧道掘進(jìn)機(jī)或簡(jiǎn)稱掘進(jìn)機(jī)。按巖石的破碎方式，大致分為擠壓破碎式與切削破碎式。TBM歷史簡(jiǎn)介1852年，一臺(tái)蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（RTM）或隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)，在花崗巖中試用，未獲成功。羅賓斯掘進(jìn)機(jī)制造廠最早于1947年研制和生產(chǎn)的原始型掘進(jìn)機(jī)是在煤層中使用的，但后來(lái)也用在頁(yè)巖中開(kāi)挖隧道。在這兩臺(tái)掘進(jìn)機(jī)上，第一次使用了盤形刀具作為對(duì)巖體破碎工具并得到較好的效果。TBM歷史簡(jiǎn)介1953年，制造了一臺(tái)直徑為7．85m全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（fullfacetunnelboringmachine），是利用回轉(zhuǎn)刀盤開(kāi)挖（同時(shí)破碎及掘進(jìn)）隧道的整個(gè)斷面的專用機(jī)械總稱。這臺(tái)掘進(jìn)機(jī)被認(rèn)為是十九世紀(jì)未以來(lái)的第一臺(tái)巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（照片1）。中國(guó)巖石掘進(jìn)機(jī)發(fā)展歷史年表（年）發(fā)展過(guò)程中概況1966中國(guó)第一臺(tái)掘進(jìn)機(jī)，是上海水工機(jī)械廠設(shè)計(jì)制造的。它是為云南下關(guān)西洱河水電站引水隧道進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，直徑3.5m。該隧道埋設(shè)于地層巖性系花崗片麻巖、石灰?guī)r，抗壓強(qiáng)度100～180Mpa，最高月進(jìn)尺48.5m。1969廣州市機(jī)電工業(yè)局研制的掘進(jìn)機(jī)直徑為4m，為廣西桂林的隧道工程的施工而提供。隧道掘進(jìn)長(zhǎng)度245m。隧道通過(guò)地層為巖性系花崗巖、石灰?guī)r，抗壓強(qiáng)度30～240Mpa，最高月進(jìn)尺20m。1970第三臺(tái)掘進(jìn)機(jī)在西安煤礦機(jī)械廠制造出廠，直徑3.5m，掘進(jìn)長(zhǎng)度669m。地質(zhì)系石灰?guī)r，抗壓強(qiáng)度56～160Mpa，最高月進(jìn)尺179m。1977上海水工機(jī)械廠設(shè)計(jì)制造的SJ－58型機(jī)曾于同年的4月至1978年4月在云南西洱水電站水工隧道中進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，掘進(jìn)長(zhǎng)度247.63m，直徑為5.8m。通過(guò)地層為巖性花崗片麻巖，石灰?guī)r抗壓強(qiáng)度100～180Mpa，最高月尺31.7m。1980萍鄉(xiāng)礦務(wù)局研制了兩臺(tái)直徑3m的掘進(jìn)機(jī)，應(yīng)用于萍鄉(xiāng)煤礦河北遷西南觀洞，掘進(jìn)長(zhǎng)度分別為695和240m。通過(guò)地層為巖性石灰?guī)rf=6～8，最高月進(jìn)尺分別為301m和224m。1981對(duì)SJ－58型機(jī)進(jìn)行了一次比較全面徹底的修改設(shè)計(jì)和加工制造的新掘進(jìn)機(jī)，應(yīng)用于河北新王莊引灤入津遷西，直徑5.8m的掘進(jìn)機(jī)長(zhǎng)度1444.5m，1983年3月隧道貫通。通過(guò)地層為巖性白云質(zhì)矽質(zhì)灰?guī)r含燧石結(jié)核及條帶，f=5～6抗壓強(qiáng)度80～160Mpa。最高月進(jìn)尺202m，月平均進(jìn)尺92m的成績(jī)。中國(guó)巖石掘進(jìn)機(jī)發(fā)展歷史年表19833月～12月，廣州市機(jī)電工業(yè)局、鐵道兵、撫順礦務(wù)局、上海水工機(jī)械廠研制四臺(tái)直徑2.5~5.5m的掘進(jìn)機(jī)1985中國(guó)從美國(guó)引進(jìn)了羅賓斯公司大型掘進(jìn)機(jī)，直徑為φ10.8m，用來(lái)開(kāi)挖施工引水隧道總長(zhǎng)度約10km，掘進(jìn)機(jī)遇到巖石地層系石灰?guī)r，抗壓強(qiáng)度150MPa，施工時(shí)最高月進(jìn)尺150m，這是我國(guó)第一條采用大斷面的巖石掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工的隧道。1991甘肅省引大（大通河）入秦（秦王川）大型跨流域灌溉工程中30A隧道全長(zhǎng)11.649km，由意大利CMC公司和中國(guó)華水水電工程公司組成聯(lián)合企業(yè)采用套筒式（鉸接盾構(gòu)型）巖石掘進(jìn)機(jī)（TBM），掘進(jìn)機(jī)直徑5.53m，隧道砼襯直徑φ4.8m1995陜西秦嶺隧道引進(jìn)兩臺(tái)德國(guó)威爾待公司全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)TB808E，直徑φ8.8m2002新疆引水工程引進(jìn)德國(guó)海瑞克公司一臺(tái)全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)2003遼寧大伙房水庫(kù)引進(jìn)一臺(tái)威爾特公司TB803E全斷面掘進(jìn)機(jī)，兩臺(tái)美國(guó)羅賓斯公司的全斷面掘進(jìn)機(jī)，直徑φ8m….…TBM掘進(jìn)機(jī)的施工特點(diǎn)利用掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖隧道與常規(guī)的鉆爆法相比，主要有以下特點(diǎn)：

1．掘進(jìn)效率高。

2．掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖施工質(zhì)量好，且超挖量少。

3．對(duì)巖石的擾動(dòng)小。掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖施工可以大大改善開(kāi)挖面的施工條件，而且周圍巖層穩(wěn)定性較好，從而保證了施工人員的健康和安全。

4．掘進(jìn)機(jī)對(duì)多變的地質(zhì)條件（斷層、破碎帶、擠壓帶、涌水及堅(jiān)硬巖石等）的適應(yīng)性較差。但近年來(lái)隨著技術(shù)進(jìn)步，采用了盾構(gòu)外殼保護(hù)型的掘進(jìn)機(jī)，施工既可以在軟弱和多變的地層中掘進(jìn)又能在中硬巖層中開(kāi)挖施工。

5．掘進(jìn)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，由于掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)材料的要求較高，零部件的耐久性要求高。因而制造的價(jià)格較高在施工之前就需要花大量資金購(gòu)買部件和制造機(jī)器，因此對(duì)工程建設(shè)投資就高。盾構(gòu)簡(jiǎn)史1803年，法國(guó)工程師布魯諾爾（MareIsambardBrunel）在倫敦從船蛀在船板上蛀孔，再用分泌物涂在孔的四周中得到啟示，發(fā)現(xiàn)了盾構(gòu)法掘進(jìn)隧道的原理。布魯諾爾構(gòu)想的盾構(gòu)機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)由不同的單元格組成，每一個(gè)單元格可容納一個(gè)工人獨(dú)立工作并對(duì)工人起到保護(hù)作用。采用的方法是將所有的單元格都被牢靠地裝在盾殼上。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)了兩種施工方法：一種是當(dāng)一段隧道挖完后，整個(gè)盾殼由液壓千斤頂借助后靠向前推進(jìn)；另一種方法是每一個(gè)單元格能單獨(dú)地向前推進(jìn)。第一種施工法后來(lái)被采用，并得到推廣應(yīng)用，演變?yōu)槌墒斓亩軜?gòu)法，目前所有的封閉式盾構(gòu)都是基于第一種方法。此后，布魯諾爾逐步完善了盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)，設(shè)計(jì)成封閉式盾殼用全斷面螺旋式開(kāi)挖，襯砌緊隨其后的。它可以被認(rèn)為是土壓平衡盾構(gòu)（EPBShield）的先行者。1882年1月12日泰晤士河底隧道施工時(shí)涌入水布魯諾爾注冊(cè)專利的盾構(gòu)，18061825年～1843年盾構(gòu)簡(jiǎn)史1825年，馬克?布魯諾爾第一次在倫敦泰晤士河下用一個(gè)斷面高6.8m，寬11.4m的矩形盾構(gòu)修建了第一條盾構(gòu)法隧道。由于開(kāi)始時(shí)，沒(méi)有掌握抵制泥水涌入隧道的方法，隧道施工因被淹而停工。1828年1月12日，第一次出現(xiàn)洪水停工倫敦地下鐵道公司的Callodam曾向布魯諾爾提出采用壓縮空氣的建議，然而布魯諾爾未采納。在經(jīng)歷了5次特大洪水后，直到1843年才完成了這條全長(zhǎng)458m的隧道。（18年）盾構(gòu)簡(jiǎn)史1869年，英國(guó)人詹尼斯?亨利?格瑞海德（JanesHearyGreathead）用圓形盾構(gòu)再次在泰晤士河底修建了一條外徑為2.18m，長(zhǎng)402m的隧道，并第一次采用了鑄鐵管片。1874年，詹尼斯?亨利?格瑞海德（JanesHearyGreathead）開(kāi)發(fā)了液體支撐隧道工作面的盾構(gòu)，通過(guò)液體流，土料以泥漿的形成排出。盾構(gòu)簡(jiǎn)史1886年，詹尼斯?亨利?格瑞海德（JanesHearyGreathead）在倫敦地下施工中將壓縮空氣方法與盾構(gòu)掘進(jìn)相結(jié)合使用。壓縮空氣在盾構(gòu)掘進(jìn)中的使用，標(biāo)志著在承壓水地層中掘進(jìn)隧道的一個(gè)重大進(jìn)步，填補(bǔ)了隧道施工的空白，促進(jìn)了盾構(gòu)在世界范圍內(nèi)的進(jìn)一步推廣。壓縮空氣盾構(gòu)的原理是空氣壓力與地下水的靜水壓力保持平衡，因此也稱為“氣壓平衡盾構(gòu)”，但空氣壓力不能直接抵抗土壓，土壓由自然或機(jī)械的支撐承受。壓縮空氣的壓力應(yīng)高于或等于隧道工作面底部的水壓，由于水壓是有明顯的梯度的，因此，在頂部過(guò)剩的壓力會(huì)使空氣進(jìn)入地層，當(dāng)土壤顆粒由于氣流失去平衡時(shí)，覆土層較淺的隧道工作面就有泄露而引起“噴發(fā)”，并可能引起災(zāi)難性的后果。盾構(gòu)簡(jiǎn)史第一個(gè)機(jī)械化盾構(gòu)的專利是1876年英國(guó)人約翰?荻克英森?布倫敦（JohnDickinsonBrunton）和姬奧基?布倫敦（GeorgeBrunton）申請(qǐng)的專利。這臺(tái)盾構(gòu)采用了半球形旋轉(zhuǎn)刀盤，開(kāi)挖土碴落入徑向裝在刀盤上的料斗中，料斗將土碴轉(zhuǎn)運(yùn)到皮帶輸送機(jī)上。

1896年，英國(guó)人普萊斯（Price）開(kāi)發(fā)了一種幅條式刀盤機(jī)械化盾構(gòu)，并于1897年起成功地應(yīng)用在倫敦的粘土地層施工中。它第一次將格瑞海德圓形盾構(gòu)與旋轉(zhuǎn)刀盤結(jié)合在一起，在4個(gè)幅條式刀盤上裝有切削工具，刀盤通過(guò)一根長(zhǎng)軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。盾構(gòu)簡(jiǎn)史1896年，德國(guó)人哈姬（Haag）在柏林為第一臺(tái)德國(guó)盾構(gòu)申請(qǐng)了專利。這是一臺(tái)用液體支撐隧道工作面并把開(kāi)挖倉(cāng)密封作為壓力倉(cāng)的盾構(gòu)。1964年英國(guó)摩特·亥（Mott·Hay）和安德森（Anderson）及約翰·巴勒特（John·Bartlett）申請(qǐng)了泥水加壓平衡盾構(gòu)的專利。但由于英國(guó)當(dāng)時(shí)缺乏能適合促進(jìn)這種技術(shù)的隧道工程，這種技術(shù)的發(fā)展受到了限制。盾構(gòu)簡(jiǎn)史1967年第一臺(tái)用刀盤切削土體和水力出碴的泥水盾構(gòu)在日本投入使用，這臺(tái)盾構(gòu)由三菱公司制造，其直徑為3.1m。1974年，德國(guó)Wayss&Freytag公司開(kāi)發(fā)了德國(guó)的第一臺(tái)泥水盾構(gòu)，并在德國(guó)漢堡使用。1974年第一臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)在日本東京使用，該盾構(gòu)由日本IHI（石川島播磨）公司制造，其外徑為3.72m。1985年，Wayss&.Freytag公司和Herrenknecht公司申請(qǐng)了一臺(tái)稱之為“混合盾構(gòu)”的組合盾構(gòu)專利。該混合盾構(gòu)隧道掘進(jìn)系統(tǒng)的基本機(jī)器如圖所示，它是Wayss＆Freytag公司專利的液力盾構(gòu)，采用了獨(dú)特的沉浸墻／壓力艙壁布置。通過(guò)旋轉(zhuǎn)喂料器可以轉(zhuǎn)換到土壓平衡模式或壓縮空氣模式?；旌隙軜?gòu)的專利至今主要用在泥漿模式下。

混合盾構(gòu)專利（Wayss&Freytag）異形盾構(gòu)：1986年日本研制世界上第一臺(tái)雙圓泥水加壓式盾構(gòu)，又稱雙頭型泥水盾構(gòu)或雙連體泥水盾構(gòu),這臺(tái)雙圓泥水加壓式盾構(gòu)是由兩個(gè)直徑7.42m的盾構(gòu)組合而成，盾構(gòu)橫向總寬度為12.19m，刀盤呈半重疊狀。1988年用于日本新建京葉線的京橋雙線隧道施工，長(zhǎng)度約620m。盾構(gòu)簡(jiǎn)史盾構(gòu)簡(jiǎn)史-日本1917年，日本引進(jìn)盾構(gòu)施工技術(shù)，是歐美國(guó)家以外第一個(gè)引進(jìn)盾構(gòu)法的國(guó)家。1963年，土壓平衡盾構(gòu)首先由日本SatoKogyo公司開(kāi)發(fā)出來(lái)。土壓平衡盾構(gòu)的開(kāi)發(fā)比泥水盾構(gòu)要晚得多，開(kāi)發(fā)土壓平衡盾構(gòu)是因?yàn)樵谌毡驹S多大城市中對(duì)環(huán)境有嚴(yán)格的規(guī)定及法律。土壓平衡盾構(gòu)的出現(xiàn)，迅速在日本大城市的地下鐵道、上下水道、電力通訊設(shè)施的隧道工程中得到了大量的應(yīng)用。1967年第一臺(tái)用刀盤切削土體和水力出碴的泥水盾構(gòu)在日本投入使用，這臺(tái)盾構(gòu)由三菱公司制造，其直徑為3.1m。1974年第一臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)在日本東京使用，該盾構(gòu)由日本IHI（石川島播磨）公司制造，其外徑為3.72m。1992年，日本研制成世界上第一臺(tái)三圓泥水加壓式盾構(gòu)。目前日本已經(jīng)制造使用的各類型盾構(gòu)達(dá)數(shù)千臺(tái)，頗具規(guī)模的盾構(gòu)制造廠有三菱、川崎、IHI、小松、日立等，其盾構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、施工技術(shù)、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)化等在國(guó)際盾構(gòu)領(lǐng)域占據(jù)十分重要的位置。盾構(gòu)簡(jiǎn)史國(guó)外盾構(gòu)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：一是以Brunel盾構(gòu)為代表的手掘式盾構(gòu)；二是以機(jī)械式、氣壓式盾構(gòu)為代表的第二代盾構(gòu)；三是以閉胸式盾構(gòu)為代表（泥水式、土壓式）的第三代盾構(gòu)；四是以大直徑、大推力、大扭矩、高智能化、多樣化為特色的第四代盾構(gòu)。手掘式盾構(gòu)機(jī)械式、氣壓式盾構(gòu)閉胸式盾構(gòu)大直徑、大推力、大扭矩、高智能化、多樣化為特色的第四代盾構(gòu)

14.14m泥水盾構(gòu)易北河第四隧道施工用泥水盾構(gòu)武漢長(zhǎng)江公路隧道中國(guó)盾構(gòu)簡(jiǎn)史我國(guó)盾構(gòu)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用始于1953年，東北阜新煤礦用手掘式盾構(gòu)修建了直徑2.6m的疏水巷道。1957年，北京下水道工程曾經(jīng)設(shè)想使用盾甲法，采用直徑2m或2.6m的盾構(gòu)進(jìn)行施工，由于種種原因未能實(shí)施。1959年，用液體泥水支撐隧道工作面的想法由噶登納成功地試用于一條直徑為3.35m的排污隧道。1962年2月，中國(guó)上海隧道建設(shè)公司開(kāi)始啟動(dòng)塘橋試驗(yàn)隧道工程。試驗(yàn)獲得成功，采集了大量盾構(gòu)法隧道數(shù)據(jù)資料。

中國(guó)盾構(gòu)簡(jiǎn)史1965年3月，江南造船廠制造了2臺(tái)直徑5.8m的網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)。1966年5月，中國(guó)第一條水底公路隧道——上海打浦路越江公路隧道工程由江南造船廠制造的直徑10.22m網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)施工1987年，上海市南站過(guò)江電纜隧道工程，成功應(yīng)用我國(guó)第一臺(tái)直徑4.35m加泥式土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。1995年，北京地鐵復(fù)八線成功應(yīng)用一臺(tái)北京地鐵建設(shè)公司和鐵道部隧道局自行研制的半斷面插刀式盾構(gòu)中國(guó)盾構(gòu)簡(jiǎn)史1990年，上海地鐵1號(hào)線工程全線開(kāi)工，18km區(qū)間隧道采用7臺(tái)由法國(guó)FCB公司制造的6.34m土壓平衡盾構(gòu)1996年，上海延安東路隧道南線工程，總長(zhǎng)1300m，采用從日本引進(jìn)的11.22m泥水加壓平衡盾構(gòu)施工。中國(guó)盾構(gòu)簡(jiǎn)史2000年2月，廣州地鐵2號(hào)線海珠廣場(chǎng)至江南新村區(qū)間隧道采用上海隧道股份改制的兩臺(tái)直徑6.14m復(fù)合型土壓平衡盾構(gòu)，在珠江底風(fēng)化巖地層中掘進(jìn)。2000年4月，北京地鐵5號(hào)線工程進(jìn)行區(qū)間隧道盾構(gòu)掘進(jìn)試驗(yàn)工程，引進(jìn)一臺(tái)德國(guó)海瑞克公司的土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。南京地鐵1號(hào)線區(qū)間隧道也選用三臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。2001年5月，廣州地鐵2號(hào)線開(kāi)始引進(jìn)德國(guó)海瑞克公司的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，使用獲得巨大成功。相應(yīng)的各類盾構(gòu)配套施工技術(shù)也逐步得以發(fā)展和成熟。至此，盾構(gòu)施工技術(shù)開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)在地鐵建設(shè)和其它領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。盾構(gòu)現(xiàn)狀類型多樣化：向大型、微型尺寸發(fā)展：最大直徑15.4米（上海崇明島越海隧道），最小0.2米，目前有60%以上是土壓平衡盾構(gòu)。施工進(jìn)度水平：根據(jù)不同類型的盾構(gòu)，施工進(jìn)度水平不同，最大進(jìn)度的統(tǒng)計(jì)可能要算是英國(guó)西思羅機(jī)場(chǎng)（swot）2.91米的直徑的泄洪隧道，最大施工日進(jìn)度72米，平均日進(jìn)度50米。全世界有大約12個(gè)知名的盾構(gòu)主機(jī)生產(chǎn)廠商，包括德國(guó)的三家；法國(guó)一家；美國(guó)和加拿大各一家；日本六家；日本真正開(kāi)始應(yīng)用盾構(gòu)也不超過(guò)40年時(shí)間，但發(fā)展迅猛，迄今為止已經(jīng)有超過(guò)5000臺(tái)盾構(gòu)投入使用。當(dāng)然，制造盾構(gòu)的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只這些廠家。上海隧道股份機(jī)械廠已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)日系盾構(gòu)機(jī)，主要應(yīng)用于上海、南京一帶的軟土隧道施工。上海隧道股份機(jī)械廠還可以獨(dú)立設(shè)計(jì)制造管片模具。做為國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)扶持項(xiàng)目之一，中鐵隧道集團(tuán)、上海隧道股份有限公司已開(kāi)始國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)的研制，中鐵隧道集團(tuán)已和日本小松、德國(guó)威爾特公司合做生產(chǎn)了一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)、一臺(tái)全斷面硬巖TBM。德國(guó)海瑞克公司已在廣州建立分廠，并和大連重工合作生產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)德國(guó)威爾特公司已和沈陽(yáng)重工合作生產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)及TBM。日本三菱、小松及石川島已和上海造船廠、滬東造船廠等合作生產(chǎn)多臺(tái)盾構(gòu)機(jī)后幾年的盾構(gòu)廠家：中鐵軌道、中鐵隧道裝備、秦皇島天業(yè)通聯(lián)、三一重工、武漢天地、中交天河、成都南車集團(tuán)、羅賓斯……國(guó)內(nèi)盾構(gòu)制造現(xiàn)狀先行號(hào)土壓盾構(gòu)2、國(guó)內(nèi)盾構(gòu)的發(fā)展歷程

——國(guó)家“863”計(jì)劃2001年，國(guó)家科技部將盾構(gòu)國(guó)產(chǎn)化列入國(guó)家“863”計(jì)劃。2004年7月15日，中鐵隧道集團(tuán)研制的刀盤及刀具、液壓系統(tǒng)成功用于上海地鐵2號(hào)線進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。2004年10月下旬，上海隧道工程股份有限公司成功制造了一臺(tái)

6.3m土壓平衡盾構(gòu)（先行號(hào)）應(yīng)用于上海地鐵二號(hào)線西延伸隧道工程。中鐵隧道集團(tuán)研制的上海地鐵刀盤2、國(guó)內(nèi)盾構(gòu)的發(fā)展歷程

——國(guó)家“863”計(jì)劃2005年12月，中鐵隧道集團(tuán)又研制出了適用于北京地鐵砂礫復(fù)雜地層的土壓平衡盾構(gòu)刀盤，并成功應(yīng)用于北京地鐵4號(hào)線19標(biāo)頤和園～圓明園區(qū)間。北京地鐵刀盤2、國(guó)內(nèi)盾構(gòu)的發(fā)展歷程

——國(guó)家“863”計(jì)劃◆大直徑泥水盾構(gòu)消化吸收與設(shè)計(jì)是國(guó)家“863”計(jì)劃重大專項(xiàng)課題，完成了國(guó)外大直徑泥水盾構(gòu)技術(shù)消化吸收；完成了

9m泥水盾構(gòu)設(shè)計(jì)工作；完成了泥水盾構(gòu)控制系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)和制造，模擬盾構(gòu)直徑為

2.5m，是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)內(nèi)唯一的實(shí)物模擬盾構(gòu)試驗(yàn)平臺(tái)。TBM簡(jiǎn)介TBM、掘進(jìn)機(jī)是利用回轉(zhuǎn)刀盤上的滾刀對(duì)巖石進(jìn)行擠壓破碎或切割巖面來(lái)進(jìn)行隧道開(kāi)挖的。全斷面敞開(kāi)式硬巖掘進(jìn)機(jī)主要由刀盤、護(hù)盾、內(nèi)外凱、主驅(qū)動(dòng)、控制部分、激光導(dǎo)向系統(tǒng)、輔助設(shè)備及后配套系統(tǒng)組成，主機(jī)用于開(kāi)挖破巖、裝碴、支護(hù)；后配套系統(tǒng)用于出碴、初期支護(hù)。高度集成了機(jī)械、電子、液壓及控制等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，具備自動(dòng)控制推力模式、自動(dòng)控制扭矩模式和手動(dòng)控制三種控制方式。主機(jī)配備有掘進(jìn)系統(tǒng)、支護(hù)系統(tǒng)，后配套配備有噴漿系統(tǒng)、出碴皮帶機(jī)系統(tǒng)、空壓機(jī)、供水設(shè)備等，施工中發(fā)揮其同步作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)，可連續(xù)完成掘進(jìn)，初期支護(hù)，仰拱塊安裝，風(fēng)、水、電延伸和自行軌道鋪設(shè)等作業(yè)。施工全過(guò)程采用電腦PLC程序控制，實(shí)現(xiàn)了無(wú)爆破、無(wú)振動(dòng)、無(wú)粉塵的工廠化快速掘進(jìn)。TBM簡(jiǎn)介－單護(hù)盾TBM秦嶺TBM直徑8.8m德國(guó)Wirth公司遼寧大伙房水庫(kù)TBM直徑8.0m美國(guó)羅賓斯公司TBM簡(jiǎn)介－單護(hù)盾TBMTBM簡(jiǎn)介－單護(hù)盾TBMRobins單護(hù)盾TBM主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖TBM簡(jiǎn)介－單護(hù)盾TBMRobins單護(hù)盾TBM主機(jī)結(jié)構(gòu)俯視圖19inch(483mm)and20inch(508mm)15.5inch(394mm)17inch(432mm)(SameBearingas17”)TBM簡(jiǎn)介－刀具TBM簡(jiǎn)介－掌子面TBM簡(jiǎn)介－破碎巖石支護(hù)TBM簡(jiǎn)介－雙護(hù)盾TBMTBM簡(jiǎn)介－雙護(hù)盾TBMTBM簡(jiǎn)介－雙護(hù)盾TBMTBM簡(jiǎn)介－雙護(hù)盾TBM雙護(hù)盾TBM的特點(diǎn)及工作原理1.特點(diǎn)（1）開(kāi)挖與襯砌同步，采用管片支護(hù)，支護(hù)速度快，隧道一次成型；（2）硬巖掘進(jìn)的適應(yīng)性同敞開(kāi)式，軟弱圍巖能采用單護(hù)盾模式掘進(jìn)，比敞開(kāi)式有更好的適應(yīng)性。與敞開(kāi)式TBM相比，對(duì)地質(zhì)變化的適應(yīng)能力更強(qiáng)。（3）設(shè)備與人員處于TBM殼體的保護(hù)下，安全性好。2工作原理（1）圍巖破碎，采用單護(hù)盾模式掘進(jìn)（類似于盾構(gòu)）；（2）圍巖條件好，采用雙護(hù)盾模式掘進(jìn)，開(kāi)挖與襯砌同步。

雙護(hù)盾TBM工作原理圖TBM簡(jiǎn)介－雙護(hù)盾TBMTBM簡(jiǎn)介－雙護(hù)盾TBM二、不同類型的盾構(gòu)工作原理及基本構(gòu)造盾構(gòu)機(jī)的分類A類盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)類型及功能盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)類型及功能土壓平衡盾構(gòu)原理利用盾構(gòu)施加于開(kāi)挖艙內(nèi)渣土的壓力平衡開(kāi)挖面水土壓力土壓平衡盾構(gòu)原理土壓平衡盾構(gòu)渣土壓力分布圖1刀盤2開(kāi)挖艙3主驅(qū)動(dòng)軸4減速器5驅(qū)動(dòng)馬達(dá)11電機(jī)12主電控柜13ELS激光靶14推進(jìn)缸15閘門16螺旋輸送機(jī)出料門17液壓絞盤18碴車6螺旋輸送機(jī)7螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)8調(diào)向油缸9鉸接密封10油箱AABBCCA-AXB-BC-CX11121212151816111212312745891014131617151811176110865EPB盾構(gòu)主機(jī)結(jié)構(gòu)刀盤切口環(huán)支撐環(huán)盾尾盾尾密封盾尾密封推進(jìn)缸主軸承主驅(qū)動(dòng)人員艙管片安裝機(jī)EPB主機(jī)結(jié)構(gòu)圖（二）EPB總體結(jié)構(gòu)圖土壓平衡盾構(gòu)主機(jī)結(jié)構(gòu)刀盤主軸承螺旋輸送機(jī)管片安裝機(jī)鉸接密封盾尾盾尾密封管片前體中體主驅(qū)動(dòng)皮帶輸送機(jī)人員艙堆進(jìn)缸土壓平衡盾構(gòu)結(jié)構(gòu)刀盤土壓平衡盾構(gòu)結(jié)構(gòu)前體土壓平衡盾構(gòu)結(jié)構(gòu)前體土壓平衡盾構(gòu)結(jié)構(gòu)中體土壓平衡盾構(gòu)結(jié)構(gòu)盾尾

土壓平衡盾構(gòu)結(jié)構(gòu)盾尾密封

盾尾密封同步注漿孔土壓平衡盾構(gòu)結(jié)構(gòu)人員艙土壓平衡盾構(gòu)結(jié)構(gòu)螺旋輸送機(jī)

土壓平衡盾構(gòu)結(jié)構(gòu)管片安裝機(jī)

泥水平衡式盾構(gòu)的基本原理和特點(diǎn)1、泥水平衡式盾構(gòu)工作原理該型式盾構(gòu)是在機(jī)械式盾構(gòu)的刀盤的后側(cè)，設(shè)置一道封閉隔板，隔板與刀盤間的空間定名為泥水倉(cāng)。把水、粘土及其添加劑混合制成的泥水，經(jīng)輸送管道壓入泥水倉(cāng)，待泥水充滿整個(gè)泥水倉(cāng)，并具有一定壓力，形成泥水壓力室。通過(guò)泥水的加壓作用和壓力保持機(jī)構(gòu)，能夠維持開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀盤切削下來(lái)的土砂經(jīng)攪拌裝置攪拌后形成高濃度泥水，用流體輸送方式送到地面泥水分離系統(tǒng)，將碴土、水分離后重新送回泥水倉(cāng)，這就是泥水加壓平衡式盾構(gòu)法的主要特征。因?yàn)槭悄嗨畨毫κ咕蛳髅娣€(wěn)定平衡的，故得名泥水加壓平衡盾構(gòu)，簡(jiǎn)稱泥水盾構(gòu)。泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理進(jìn)泥管排泥管氣壓調(diào)節(jié)管開(kāi)挖泥水艙氣壓調(diào)節(jié)艙2、泥水盾構(gòu)施工的特點(diǎn)：在易發(fā)生流沙的地層中能穩(wěn)定開(kāi)挖面，可在正常大氣壓下施工作業(yè)；泥水傳遞速度快而且均勻，開(kāi)挖面平衡土壓力的控制精度高，對(duì)開(kāi)挖面周邊土體的干擾少，地面沉降量控制精度高；盾構(gòu)出土，減少了運(yùn)輸車輛，進(jìn)度快；刀盤、刀具磨損小，適合長(zhǎng)距離施工；刀盤所受扭矩小，更適合大直徑隧道施工；適用于軟弱的淤泥質(zhì)粘土層、松散的砂土層、沙礫層、卵石層和硬土的互層等地層。特別適用于地層含水量大、上方有水體的越江隧道和海底隧道。泥水盾構(gòu)分為英國(guó)體系、日本體系和德國(guó)體系。目前使用比較廣泛是日本體系和德國(guó)體系。日本體系為直接控制模式，由泥漿液體直接支護(hù)開(kāi)挖面并提供維持平衡壓力的盾構(gòu)，德國(guó)體系是間接控制式盾構(gòu)，其通過(guò)支護(hù)液體的壓力插入一個(gè)空氣緩沖層加以控制，即通過(guò)空氣緩沖層的壓力控制，間接控制開(kāi)挖面的壓力。兩種泥水盾構(gòu)的主要區(qū)別日本體系泥水盾構(gòu)的泥漿壓力，在循環(huán)掘進(jìn)時(shí)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)漿泵的轉(zhuǎn)速或者調(diào)整進(jìn)漿泵出口節(jié)流閥的開(kāi)口比值來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力控制的。因此掘進(jìn)速度、地層變化、掘進(jìn)深度及其掘進(jìn)長(zhǎng)度對(duì)壓力均有影響。調(diào)節(jié)泵的壓力是通過(guò)中心控制室的自動(dòng)調(diào)節(jié)完成。德國(guó)體系的空氣室的壓力是根據(jù)開(kāi)挖面需要的支護(hù)泥漿壓力設(shè)定的，空氣壓力可通過(guò)空氣控制閥使壓力保持恒定。同時(shí)由于空氣緩沖層的彈性作用，即使液位波動(dòng)或出現(xiàn)突然的泄漏，對(duì)土倉(cāng)壓力也無(wú)明顯影響。間接控制型泥水平衡盾構(gòu)與直接控制型相比，控制系統(tǒng)更為簡(jiǎn)化，對(duì)開(kāi)挖面土層支護(hù)更為穩(wěn)定，對(duì)地表沉陷的控制更為方便。泥水盾構(gòu)與土壓盾構(gòu)工作系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)上，有很多相同之處，這里以德國(guó)體系的泥水盾構(gòu)為例，介紹泥水盾構(gòu)特有的系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括盾構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單介紹、泥水平衡原理、泥水循環(huán)系統(tǒng)、氣體保壓系統(tǒng)、泥水處理系統(tǒng)等。1、泥水盾構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單介紹

泥水盾構(gòu)結(jié)構(gòu)主要包括刀盤、前體、中體、盾尾、主軸承、人倉(cāng)、安裝機(jī)軌道梁、管片安裝機(jī)和吊機(jī)、拖車結(jié)構(gòu)以及在拖車上布置的設(shè)備包括控制室、空壓機(jī)、電器設(shè)備、水泵水箱、泥漿管延伸裝置等。不同的盾構(gòu)廠家，其布置不同。泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)2134

1.半隔板2.工作艙3.氣墊層4.隔板泥水盾構(gòu)主機(jī)圖泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)切削刀盤刀盤驅(qū)動(dòng)馬達(dá)排漿泵操作控制臺(tái)推進(jìn)千斤頂環(huán)片拼裝機(jī)密封油脂裝置

氣鎖室

壓力夾艙

密封隔艙板

刀盤及切口環(huán)支撐環(huán)前端支撐環(huán)后端盾尾主機(jī)前體部分為兩個(gè)倉(cāng)室，分別是泥水倉(cāng)（或稱刀盤倉(cāng)）和氣墊倉(cāng)。其中泥水倉(cāng)掘進(jìn)時(shí)一般充滿泥水，氣墊倉(cāng)在掘進(jìn)時(shí)一般底部為泥水，上部為壓縮空氣。泥水倉(cāng)主要功能為切削渣土的攜帶，氣倉(cāng)的主要功能為儲(chǔ)存足夠體積的壓縮空氣，以保證壓力穩(wěn)定的需要。碎石機(jī)結(jié)構(gòu)：在氣倉(cāng)底部設(shè)置排漿口，在排漿口布置有專用的碎石結(jié)構(gòu)即碎石機(jī)，對(duì)大顆粒的巖石進(jìn)行破碎，避免大顆粒進(jìn)入泥漿循環(huán)系統(tǒng)損壞相應(yīng)部件。泥漿門結(jié)構(gòu)：泥漿門布置在泥水倉(cāng)和氣倉(cāng)之間的隔板底部，主要作用是通過(guò)泥漿門的關(guān)閉，將氣倉(cāng)和泥水倉(cāng)隔離，使作業(yè)人員能在長(zhǎng)壓下進(jìn)入氣倉(cāng)，在氣倉(cāng)里進(jìn)行維修或檢查等作業(yè)。泥漿門的布置位置有所不同，海瑞克和NFM有所不同。海瑞克的布置在氣倉(cāng)側(cè)，NFM公司的布置在泥水倉(cāng)內(nèi)。泥水循環(huán)系統(tǒng)泥水循環(huán)系統(tǒng)的控制包括泥漿循環(huán)模式的選擇泥漿循環(huán)參數(shù)選擇泥漿碎石處理管路延伸以及止?jié){處理等。泥漿循環(huán)模式介紹泥漿循環(huán)的方式包括旁通模式、開(kāi)挖模式、反循環(huán)模式、隔離模式和長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)模式。旁通模式

這個(gè)模式是待機(jī)模式，用于盾構(gòu)不進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)執(zhí)行其它功能。這個(gè)模式也用于當(dāng)盾構(gòu)從一種功能切換到另一種功能時(shí)。特別是，旁通功能是用于安裝管片襯砌環(huán)的情況。它使開(kāi)挖室被隔離。在旁通模式，各泥漿泵都根據(jù)泵的超載壓力和所要求的排渣流量所控制的轉(zhuǎn)速保持旋轉(zhuǎn)。由于此時(shí)開(kāi)挖室沒(méi)有泥漿的供給，因此理論上并不需要控制泥漿\氣墊界面液位。然而泥漿\氣墊界面的液位可能由于水從界面上流失或進(jìn)入而發(fā)生變動(dòng)。在這些情況下，可能需要補(bǔ)充泥漿（只要注入管道壓力許可的話）或排出泥漿以調(diào)整這個(gè)液位。開(kāi)挖模式：這個(gè)模式于開(kāi)挖時(shí)使用。根據(jù)氣墊室里泥漿的液位以及所要求的排渣流量，對(duì)伺服的泵P1.1和P2.1的轉(zhuǎn)速分別進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整P1.1泵的轉(zhuǎn)速用以校正泥漿\氣墊界面液位達(dá)到所要求的值，同時(shí)確保它沿程的下一個(gè)泵的超載壓力要大于所要求的凈吸壓頭。調(diào)整P2.2泵的轉(zhuǎn)速，用以校正排渣流量達(dá)到所要求的排渣模式的值，同時(shí)確保沿程的下一個(gè)泵的超載壓力要大于所要求的凈吸壓頭。P2.2泵的轉(zhuǎn)速必須能確保排渣的流體能被泵送到地面的分離廠。調(diào)整P2.2泵的轉(zhuǎn)速以便在泥漿分離廠入口處達(dá)到必要的壓力。反循環(huán)模式

這個(gè)模式使開(kāi)挖室里的泥漿逆向流動(dòng)。僅用于一些特別的情況，特別是在開(kāi)挖室內(nèi)發(fā)生阻塞，或用于清理盾構(gòu)內(nèi)的排渣管道。為了不讓泥漿充滿開(kāi)挖室，氣墊壓力與泥漿\氣墊界面液位的控制仍需維持。隔離模式

這個(gè)模式使隧道里的泥漿管道系統(tǒng)與地面系統(tǒng)處于完全隔離的狀態(tài)，但此時(shí)設(shè)在地面的分離廠和制備廠之間的回路仍保持連通。特別是，這種模式是用于隧道泥漿管道延伸時(shí)的情況。各排渣泵（P2.1，P2.2）停止運(yùn)轉(zhuǎn)。而P1.1仍保持運(yùn)行，以保持制備廠和分離廠之間回路的循環(huán)。始發(fā)井中的旁通閥V18控制著這個(gè)回路。長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)模式這個(gè)模式是自動(dòng)控制的。此時(shí)所有泵都停止運(yùn)轉(zhuǎn)。開(kāi)挖面壓力由壓縮氣回路來(lái)控制。當(dāng)氣墊室泥漿液位低于預(yù)定的低限時(shí)，便進(jìn)行校正。泥漿循環(huán)參數(shù)控制泥漿循環(huán)參數(shù)包括泥漿流量和液位、壓力、比重等，循環(huán)部件包括進(jìn)出泥漿泵、流量計(jì)、比重計(jì)、各種泥漿閥門等。對(duì)于不同廠家的盾構(gòu)的，其泥漿循環(huán)略有區(qū)別。泥漿循環(huán)的控制包括：流量和液位的控制泥漿壓力的控制比重的控制等。碎石機(jī)

為保證泥漿循環(huán)的順暢，對(duì)于大塊的石塊需要進(jìn)行破碎。在泥水盾構(gòu)的氣倉(cāng)底部，排漿管的入口處，一般布置有碎石機(jī)和隔柵。碎石機(jī)的動(dòng)作，海瑞克有兩種模式，即破碎模式和擺動(dòng)模式，破碎模式主要目的使對(duì)巖石進(jìn)行破碎，擺動(dòng)模式主要是對(duì)底部渣土的攪拌，避免淤塞進(jìn)漿口。

氣體保壓系統(tǒng)泥水盾構(gòu)的有一套氣體保壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)作用是專門提供壓力穩(wěn)定泥水倉(cāng)的壓力。這也是間接控制式泥水盾構(gòu)的主要特點(diǎn)。泥水倉(cāng)的壓力穩(wěn)定是直接關(guān)系到掌子面穩(wěn)定的重要因素，為保證工作面壓力的穩(wěn)定，泥水盾構(gòu)提供了一套專門的壓縮空氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)氣源一般由一臺(tái)空壓機(jī)提供。氣體通過(guò)空壓機(jī)出口上方的粗濾器，然后通過(guò)兩條獨(dú)立的管線分配到人閘和開(kāi)挖室。該系統(tǒng)布置了兩套獨(dú)立的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能根據(jù)設(shè)定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)氣倉(cāng)內(nèi)壓力，使氣倉(cāng)內(nèi)壓力一直穩(wěn)定在設(shè)定值。由于氣倉(cāng)和泥水倉(cāng)聯(lián)通，因此能夠穩(wěn)定泥水倉(cāng)的壓力在某一個(gè)設(shè)定值范圍內(nèi)。氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)目前是使用的一般是SAMSON公司產(chǎn)品。其原理為，當(dāng)壓力降低或升高，與設(shè)定值有偏差時(shí)，通過(guò)壓力的反饋，調(diào)整進(jìn)氣閥或者排氣閥，對(duì)氣倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)氣或排氣，使壓力逐漸升高或降低到設(shè)定壓力值，直至與設(shè)定值平衡。因?yàn)榫蜻M(jìn)時(shí)液位總是存在一定的波動(dòng)，其壓力有一定變化，SAMSON系統(tǒng)能根據(jù)壓力的反饋，及時(shí)對(duì)氣壓進(jìn)行調(diào)整。壓力調(diào)節(jié)器

進(jìn)排氣閥

一般氣倉(cāng)壓力一經(jīng)設(shè)定，一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)內(nèi)不再進(jìn)行調(diào)整，所以掘進(jìn)循環(huán)內(nèi)，刀盤壓力穩(wěn)定在某個(gè)恒定值。只有當(dāng)掘進(jìn)條件發(fā)生變化，需要調(diào)整掘進(jìn)壓力時(shí)，再對(duì)壓力調(diào)節(jié)器重新進(jìn)行壓力設(shè)定。氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能是保證泥水倉(cāng)的壓力，泥漿循環(huán)系統(tǒng)的功能是出渣。泥水處理系統(tǒng)泥水盾構(gòu)掘進(jìn)，其泥漿質(zhì)量是控制盾構(gòu)掘進(jìn)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，對(duì)于盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)回來(lái)的污漿，其性能不能滿足循環(huán)使用要求，為能夠保證掘進(jìn)質(zhì)量，需要對(duì)泥漿的比重、粘度、顆粒等進(jìn)行處理，其中泥水分離設(shè)備是對(duì)泥漿性能有最直接影響的設(shè)備泥水分離設(shè)備主要用于將含有渣土的泥水進(jìn)行分離，使渣土被分離脫水后，直接外運(yùn)，分離后的泥水經(jīng)過(guò)調(diào)整重新回到盾構(gòu)使用。泥水分離設(shè)備流程圖如下：脫水后的碴土返回盾構(gòu)循環(huán)使用盾構(gòu)機(jī)攜碴漿液第一步預(yù)篩分第二步（一級(jí)旋流）第三步（二級(jí)旋流）第四步（壓濾或離心分離）其處理過(guò)程為：盾構(gòu)機(jī)排出的污漿，由排泥泵送入泥漿分離站，經(jīng)過(guò)第一步預(yù)篩分器的粗篩振動(dòng)篩選后，將粒徑在3mm以上的渣料分離出來(lái)；篩余的泥漿由渣漿泵加壓，沿輸漿軟管從旋流除砂器進(jìn)漿口切向泵入，經(jīng)過(guò)旋流除砂器分選，74μm以上粒徑微細(xì)的泥砂由下端的沉砂嘴排除落入細(xì)篩；細(xì)篩脫水篩選后，干燥的細(xì)渣料分離出來(lái)；經(jīng)過(guò)篩選的泥漿經(jīng)渣漿泵泵送，循環(huán)再進(jìn)入二級(jí)旋流器，分選30μm以上的顆粒，由細(xì)篩脫水分離。分離后的泥漿進(jìn)入儲(chǔ)漿池，再經(jīng)過(guò)處理后進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)。分離后漿液，在必要的情況下，可以通過(guò)離心機(jī)、壓濾機(jī)或帶壓機(jī)分離出漿液中的更細(xì)的微粒，以確保滿足環(huán)境要求。對(duì)于不同廠家的設(shè)備或不同地質(zhì)，預(yù)篩、一級(jí)旋流和二級(jí)旋流的分選顆粒大小有所不同。比重的調(diào)整：盾構(gòu)持續(xù)掘進(jìn)時(shí)，因?yàn)榈貙又泻幸恍┠嗨蛛x設(shè)備分離不了的微細(xì)顆粒，該顆粒在漿液中累積，會(huì)導(dǎo)致漿液比重逐漸升高，此時(shí)需要對(duì)漿液比重進(jìn)行處理?；蛘邔?duì)漿液進(jìn)行部分丟棄補(bǔ)充新漿方式，或者采用更精細(xì)的分離設(shè)備對(duì)漿液中的微細(xì)顆粒進(jìn)行處理。粘度調(diào)整：為獲得高質(zhì)量漿液，需要對(duì)泥漿的粘度進(jìn)行調(diào)整。粘度的調(diào)整通過(guò)添加一些輔助材料的方式實(shí)現(xiàn)。漿液調(diào)整泥水盾構(gòu)機(jī)的泥水循環(huán)系統(tǒng)泥水循環(huán)示意圖泥水盾構(gòu)機(jī)泥水盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)示意三、盾構(gòu)選型盾構(gòu)選型盾構(gòu)選型的原則：適應(yīng)性，可靠性，經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)先進(jìn)性相統(tǒng)一盾構(gòu)機(jī)選型依據(jù)按其重要性排列如下：

·土質(zhì)條件、巖性（抗壓強(qiáng)度、粒徑、成層等各參數(shù)）

·開(kāi)挖面穩(wěn)定（自立性能）

·隧道埋深、地下水位

·環(huán)境條件、沿線場(chǎng)地（附近管線和建構(gòu)筑物及其結(jié)構(gòu)特性）

·工期

·造價(jià)

·宜用的輔助工法

·設(shè)計(jì)路線、線形、坡度

·電氣等其它設(shè)備條件盾構(gòu)選型地質(zhì)條件的影響根據(jù)地質(zhì)條件選擇盾構(gòu)機(jī)類型砂質(zhì)土類自立性能較差的地層，應(yīng)使用密閉型的盾構(gòu)施工。若為地下水較豐富且透水性較好的砂質(zhì)土，則應(yīng)優(yōu)先考慮使用泥水平衡盾構(gòu)；對(duì)粘性土，則可首先考慮土壓平衡盾構(gòu)。砂礫和軟巖等強(qiáng)度較高的地層自立性能較好，應(yīng)考慮半機(jī)械式或敞口機(jī)械式盾構(gòu)施工。對(duì)軟硬不均、或巖石強(qiáng)度較大的地層，應(yīng)考慮復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)。巖石強(qiáng)度高時(shí)，應(yīng)考慮選擇布置滾刀的硬巖刀盤。針對(duì)地下水條件，若其壓力值較高（大于0.1MPa），就應(yīng)優(yōu)先考慮使用密封型的盾構(gòu)，以保證工程的安全，條件許可也可采用降水或氣壓等輔助方法。對(duì)于礫徑較小的地層，可以考慮各種盾構(gòu)的使用。若礫徑較大，除自立性能較好的地層可考慮采用手掘式或半機(jī)械式盾構(gòu)外，－般應(yīng)使用土壓平衡盾構(gòu)，若需采用泥水平衡盾構(gòu)的話，須增加一個(gè)鱷式碎石機(jī)，在輸出泥漿前，先將大石塊粉碎。相同條件下，盾構(gòu)復(fù)雜，操作困難，造價(jià)高，反之，盾構(gòu)簡(jiǎn)單，制造使用方便，造價(jià)低盾構(gòu)選型地質(zhì)條件的影響水文地質(zhì)對(duì)盾構(gòu)造型的影響地下水壓水量大地層滲水系數(shù)粉細(xì)砂卵石層粗砂礫層中細(xì)砂礫層粉細(xì)礫層粗砂泥砂粘土地層滲水性與盾構(gòu)選型-10泥水盾構(gòu)土壓平衡盾構(gòu)透水系數(shù)(m/s)-1-10-1-10-2-10-3-10-4-10-5-10-6-10-7-10-8-10-9-10-10-10-11

地層滲透系數(shù)與盾構(gòu)選型關(guān)系示意圖盾構(gòu)選型其它影響盾構(gòu)選型的因素工期制約條件

因?yàn)槭志蚴脚c半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)使用人工較多，機(jī)械化程度低，所以施工進(jìn)度慢。其余各類型盾構(gòu)機(jī)因?yàn)槎际菣C(jī)械化掘進(jìn)和運(yùn)輸，平均掘進(jìn)速度比前者快。造價(jià)制約因素

一般敞口式盾構(gòu)機(jī)的造價(jià)比密閉式盾構(gòu)機(jī)低，主要原因是敞口式盾構(gòu)機(jī)個(gè)象密閉式盾構(gòu)機(jī)那樣有復(fù)雜的后配套系統(tǒng)，在地質(zhì)條件允許的情況下，從降低造價(jià)考慮，宜優(yōu)先選用敞口式盾構(gòu)機(jī)。同樣，泥水盾構(gòu)的綜合工程造價(jià)一般大于土壓平衡盾構(gòu)。環(huán)境因素的制約

敞口型的盾構(gòu)機(jī)引起的地表沉降大于網(wǎng)格式盾構(gòu)，更大于密閉式的掘進(jìn)機(jī)。基地條件的制約

泥水平衡式的掘進(jìn)機(jī)必須配套大型的泥漿處理和循環(huán)系統(tǒng)，若需使用泥水平衡盾構(gòu)開(kāi)挖隧道，就必須具備較大的地面空間。設(shè)計(jì)線路、平面豎向曲線形狀的制約若隧道轉(zhuǎn)彎曲率半徑太小，就需考慮使用中間鉸接的盾構(gòu)。以增加施工中轉(zhuǎn)彎的靈活性盾構(gòu)選型其它影響盾構(gòu)選型的因素隧道斷面的因素

因泥水盾構(gòu)所需的刀盤驅(qū)動(dòng)扭矩較土壓平衡小，所以泥水盾構(gòu)的直徑可以做的大一些。一般情況下直徑超過(guò)10m的盾構(gòu)采用泥水盾構(gòu)的較多。Herrenknecht公司生產(chǎn)盾構(gòu)直徑與盾構(gòu)類型關(guān)系圖盾構(gòu)選型盾構(gòu)適應(yīng)性擴(kuò)展隨著盾構(gòu)新技術(shù)的不斷發(fā)展，不同類型的盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性得到了極大的擴(kuò)展，適應(yīng)性較強(qiáng)的復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。通過(guò)向土壓平衡盾構(gòu)開(kāi)挖面加注泡沫或膨潤(rùn)土進(jìn)行碴土改良，或者增加保壓泵碴裝置，可以使土壓平衡盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)砂層、高水壓地層的施工。在泥水盾構(gòu)上安裝螺旋輸送機(jī)即所謂的混合式盾構(gòu)，也可以使泥水盾構(gòu)在敞開(kāi)式或半敞開(kāi)式模式下掘進(jìn)。所以盾構(gòu)的選型應(yīng)該綜合各方面的因素，所選擇的盾構(gòu)類型應(yīng)能適應(yīng)工程的絕大部分地段，并且其它局部的特殊地段能通過(guò)特殊的手段得以解決。不同類型盾構(gòu)機(jī)地質(zhì)適應(yīng)性盾構(gòu)選型其它盾構(gòu)其它部件的選型與配置刀盤、刀具主軸承密封盾尾密封注漿系統(tǒng)渣土改良系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)后配套系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)盾構(gòu)選型刀盤刀具盾構(gòu)選型刀盤刀具主軸承密封盾尾密封盾構(gòu)選型其它二、泥水處理系統(tǒng)選泥水系統(tǒng)：盾構(gòu)選型其它盾構(gòu)選型管片及管模盾構(gòu)區(qū)間各地層、巖性所占比例盾構(gòu)區(qū)間各地層、巖性所占比例盾構(gòu)區(qū)間工程地質(zhì)統(tǒng)計(jì)盾構(gòu)選型北京地下直徑線盾構(gòu)選型盾構(gòu)選型北京地下直徑線盾構(gòu)選型地質(zhì)條件：穩(wěn)定性差，穿越95％卵石土地層，局部有粉土、中砂、和粉砂存在。卵石土地層具有一定自穩(wěn)能力，但在地下水的影響下也會(huì)產(chǎn)生坍塌局部存在大粒徑卵石（φ280mm），可能卡螺旋輸送機(jī)，采用泥水盾構(gòu)可以用破碎機(jī)處理地下水影響長(zhǎng)距離穿越大埋深富水地段，最大覆土厚度35米地層滲水系數(shù)達(dá)1.74×10-3m/s隧道斷面大盾構(gòu)直徑達(dá)11.5m以上，宜采用泥水盾構(gòu)施工環(huán)境復(fù)雜地面重要建構(gòu)筑物多，地面沉降控制要求高。泥水盾構(gòu)優(yōu)于土壓平衡盾構(gòu)施工場(chǎng)地因素盾構(gòu)選型北京地下直徑線盾構(gòu)選型粉細(xì)砂卵石層粗砂礫層中細(xì)砂礫層粉細(xì)礫層粗砂泥砂粘土地層滲水性與盾構(gòu)選型-10泥水盾構(gòu)土壓平衡盾構(gòu)透水系數(shù)(m/s)-1-10-1-10-2-10-3-10-4-10-5-10-6-10-7-10-8-10-9-10-10-10-11

地層滲透系數(shù)與盾構(gòu)選型關(guān)系示意圖序號(hào)項(xiàng)目泥水盾構(gòu)復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)1適用地層適用于粘土－砂卵地層，泥水壓力穩(wěn)定。加入添加劑后，可廣泛適用于粘土－砂卵地層，但地下水豐富的高水位地層，有噴涌和坍塌的危險(xiǎn)。對(duì)有水地層效率較低2工作面穩(wěn)定通過(guò)泥漿全封閉及流量的管理通過(guò)泥漿及排（進(jìn)）土量的控制3止水性是在完全封閉的條件下，故不會(huì)噴涌通過(guò)土砂管理及加入添加劑，可防止噴發(fā)，但比泥水盾構(gòu)差，且有水時(shí)施工效率很低4用電功率盾構(gòu)機(jī)部分稍小，但輸泥泵用電較大盾構(gòu)機(jī)部分稍大，總體稍小5施工組織泥漿循環(huán)分離費(fèi)時(shí)，泥漿管理難度大。加入合適的添加劑后增加流動(dòng)性和止水性，可提高掘進(jìn)效率，添加劑管理容易6排土設(shè)備采用排泥管及排泥泵將碴土輸送到地面采用螺旋輸送機(jī)進(jìn)行排土7環(huán)境保護(hù)地表沉降容易控制，易于保護(hù)周圍環(huán)境掘進(jìn)中控制好排（進(jìn)）土量，及時(shí)注漿等措施可控制地面沉降，但不易控制8環(huán)保進(jìn)行泥土分離，無(wú)排土公害，不易分離的含膨潤(rùn)土廢漿影響環(huán)境較小9設(shè)備費(fèi)配置泥漿分離設(shè)備費(fèi)用高費(fèi)用略低盾構(gòu)選型北京地下直徑線盾構(gòu)選型綜合上述各種因素在北京地下直徑線工程中宜選用泥水盾構(gòu)盾構(gòu)選型北京地下直徑線盾構(gòu)選型五、北京地下直徑線盾構(gòu)洞門加固及洞門密封盾構(gòu)組裝調(diào)試盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)掘進(jìn)掘進(jìn)模式的選擇掘進(jìn)參數(shù)的選擇管片選型管片安裝同步注漿與二次注漿渣土運(yùn)輸管線延伸施工測(cè)量及監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)通過(guò)車站盾構(gòu)到達(dá)盾構(gòu)施工主要工序盾構(gòu)施工土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)模式土壓平衡盾構(gòu)可以有三種掘進(jìn)模式敞開(kāi)模式半敞開(kāi)模式土壓平衡模式盾構(gòu)施工土壓平衡盾構(gòu)敞開(kāi)模式適用于能夠自穩(wěn)、地下水少的地層（如含水量低的9號(hào)地層）特點(diǎn)：類似敞開(kāi)式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)切削下來(lái)的渣土進(jìn)入土倉(cāng)內(nèi)即刻被螺旋輸送機(jī)排除，土倉(cāng)內(nèi)僅有極少量的渣土，土倉(cāng)基本處于清空狀態(tài)，由于土倉(cāng)內(nèi)壓力為大氣壓，故不能支撐開(kāi)挖面地層和防止地下水滲入。皮帶機(jī)螺旋輸送機(jī)人員倉(cāng)盾構(gòu)施工土壓平衡盾構(gòu)半敞開(kāi)模式適用于具有一定自穩(wěn)能力和地下水壓力不太高的地層特點(diǎn)：其防止地下水滲入的效果主要取決于壓縮空氣的壓力。掘進(jìn)中土倉(cāng)內(nèi)的碴土未充滿土倉(cāng)，尚有一定的空間，通過(guò)向土倉(cāng)內(nèi)輸入壓縮空氣與碴土共同支撐開(kāi)挖面和防止地下水滲入。壓縮空氣螺旋輸送機(jī)皮帶機(jī)盾構(gòu)施工土壓平衡盾構(gòu)土壓平衡模式適用于不能穩(wěn)定的軟土和富水地層特點(diǎn)：土壓平衡模式是將刀盤切削下來(lái)的碴土充滿土倉(cāng)，并通過(guò)推進(jìn)操作產(chǎn)生與土壓力和水壓力相平衡的土倉(cāng)壓力來(lái)穩(wěn)定開(kāi)挖面地層和防止地下水的滲入。泡沫螺旋輸送機(jī)皮帶機(jī)盾構(gòu)施工土壓平衡盾構(gòu)壓力控制

土倉(cāng)壓力控制因素圖增大/減小推進(jìn)速度增大/減小螺旋輸送機(jī)排放速度地下水壓土壓盾構(gòu)施工土壓平衡盾構(gòu)三種模式的關(guān)系敞開(kāi)模式半敞開(kāi)模式土壓平衡模式盾構(gòu)施工土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)選擇掘進(jìn)模式推力扭矩及刀盤轉(zhuǎn)速速度行程狀態(tài)溫度電量泡沫注入?yún)?shù)注漿參數(shù)方向盾構(gòu)施工土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程管片安裝過(guò)程盾構(gòu)施工泥水盾構(gòu)掘進(jìn)模式

泥水平衡模式復(fù)合模式泥水盾構(gòu)的兩種掘進(jìn)模式圖中藍(lán)色管線為進(jìn)漿管、綠色為排漿管泥水平衡模式適用于常規(guī)的地質(zhì)情況下，如：砂層、粘土層、巖石層等等。復(fù)合模式適用于一些特殊地段，如：含水率高的砂層、砂礫層、斷層、破碎帶、對(duì)沉降要求較高的地段等等。管片模具：管片生產(chǎn)場(chǎng)地管片生產(chǎn)資源盾構(gòu)施工管片生產(chǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)SLST采用自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的必要性導(dǎo)向系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前位置，實(shí)時(shí)提供盾構(gòu)姿態(tài)，是主司機(jī)控制掘進(jìn)方向的依據(jù).主要為VMT公司的SLS-T系統(tǒng)、NFM公司的PPS系統(tǒng)及日本盾構(gòu)的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。基本原理相同。LASERTargetBoard2TargetBoard1MONITORINDUSTRIALPCPurposebuiltfortunnelconditionsTBMControlCabin電子全站儀后視YELLOWBOXARTICULATIONRAMEXTENSIONMEASUREMENTG1G2G4G3G...nMAINRAMEXTENSIONMEASUREMENTV1V2V4V3V...nCONTROLLERUNIT-SLUMTAIL-SKINCLEARANCEMEASUREMENTDisto1Disto2Disto4Disto3Disto5MODEMLI