泥水平衡盾构技术基础课件.ppt

1、 泥水盾构技术介绍泥水盾构技术介绍1 盾构技术基础内容1 1、盾构机概述（基本概念，历史与现状）盾构机概述（基本概念，历史与现状）2 2、盾构机的分类、盾构机的分类3 3、泥水盾构基本工作原理、泥水盾构基本工作原理4 4、泥水盾构机与配套设备、泥水盾构机与配套设备5 5、泥水平衡盾构施工、泥水平衡盾构施工6 6、关键技术问题、关键技术问题234567泥水盾构机泥水盾构机81、盾构概述（基本概念，历史与现状）1.1盾构基本概念n盾构机（Shield Machine, Tunnel Boring Machine，TBM） 也称为隧道掘进机。n综合配有各种不同的挖掘、顶进、转向、支护、排渣、衬砌、运

2、输机械，和自身配备的传感、测量与控制装置一起，形成一个完整的施工机械系统。 9n 盾构实际上是盾构机的简称。它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机具，自身设有保护外壳的暗挖隧道的机械。n以盾构为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构工法。n盾构工法的设想19世纪初产生于英国，已有200年的历史。n盾构工法问世以前隧道施工主要靠开挖法。但就城市隧道施工而言，开挖法存在受地形、地貌、环境条件的限制；开挖法给城市交通带来极大不便；开挖产生的地层沉降较大；施工机械的噪声和振动；施工对环境构成的污染等诸多不利因素。相对而言，盾构工法不存在这些缺陷，故受到人们的极大重视，并得以

3、迅速发展。n人们不仅开发了软土盾构工法，而且还开发了适于卵石地层等多种其它地层的盾构工法。此外，还在提高安全性、提高工程质量、缩短工期及降低成本等方面作了精心的研究和开发，并取得了较大的成功。目前盾构工法在城市隧道施工技术中已确立了稳固的统治地位，且已成为一种必不可少的通用隧道施工技术。101.2 盾构发展历史1806, Brunel shield1806, Brunel shield1118世纪未英国人提出在伦敦地下修建横贯泰晤士河隧道的构想，并对具体的掘削工法和使用机械等问题做了讨论。到1798年开始着手希望实现这个构思，但由于竖井挖不到预定的深度，故计划受挫。但横贯泰晤士河隧道的设想与日

4、俱增，4年后Torevix决定由另一地点建造连结两岸的隧道，随后工程再次开工。施工中克服了种种困难，当掘进到最后30m时，开挖面急剧浸水隧道被水淹没，横贯泰晤士河的设想再次破灭，工程从开工到被迫终止用了5年时间。横贯泰晤士河的计划在以后10年中未见显著进展。121818年Brunel观察了小虫腐蚀木船底板成洞的经过，从而得到启示，在此基础上提出了盾构工法，并取得了专利。这就是所谓的开放型手掘盾构的原型。Brunel对自己的新工法非常自信，并于1823年拟定了伦敦泰晤士河两岸的另一条道路隧道的计划。随后，这个计划由当时的国会确认，工程于1825年动工。隧道长458m，隧道断面为11.4m6.8m

5、。工程进展顺利，但因地层下沉，致使工程被迫中止。但Brunel并没有因此而灰心失望，他总结了失败的教训，对盾构做了7年的改进，后于1834年工程再次开工，又经过7年的精心施工，终于在1841年贯通隧道。Brunel在该隧道中采用的是方形铸铁框盾构。自Brunel向泰晤士河隧道挑战到隧道峻工前后经历了20个春秋，Brunel经过不懈的努力，克服了种种困难，终于最后取得了胜利。此时，他已是72岁的老人。Brunel对盾构工法的贡献极为卓著，这是后人的一致公论。131825/43, Brunel shield141825/43, Brunel shield151882, Thames Irrupti

6、on water161876, mechanised shield17n自Brunel的方形盾构以后，盾构技术又经过了23年的改进，到1869年建造横贯泰晤士河上的第二条隧道，首次采用圆形断面，外径2.18m,长402m，这项工程由Burlow和Great两人负责。Great采用了新开发的圆形盾构，使用铸铁扇形管片直到隧道掘削结束未出任何事故。随后Great在1887年南伦敦铁道隧道施工中使用了盾构和气压组合工法获得成功，这为现在的盾构工法奠定了基础。从起初Torevix反复失败和受挫折，到引出Brunel的盾构工法，及进而改进成为Great的盾构工法前后经过80年的漫长岁月。 181904/

7、08, 9.35m19n19世纪末到20世纪中叶盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本、苏联等国，并得以不同程度的发展。n美国于1892年最先开发了封闭式盾构；n同年法国巴黎使用混凝土管片建造了下水道隧道；n1896年1899年德国使用钢管片建造了柏林隧道；1913年德国建造了断面为马蹄形的易北河隧道；n1917年日本采用盾构工法建造国铁羽越线，后因地质条件差而停止使用；n1931年苏联用英制盾构建造了莫斯科地铁隧道，施工中使用了化学注浆和冻结工法；1939年日本采用手掘圆形盾构建造了直径7m的关门隧道；1948年苏联建造了列宁格勒地铁隧道；n1954年中国阜新建造2.6m的圆形盾构疏水隧道；

8、1957年中国北京建造了2m、2.6m的盾构下水道隧道；1957年日本采用封闭式盾构建造东京地铁隧道。n总之在这5060年的时间里盾构工法虽然也有进步，但这一时期的特点是盾构工法在世界各国得以推广普及。202122n2020世纪世纪60806080年代盾构工法继续发展完善，成年代盾构工法继续发展完善，成绩显著绩显著。n1960年英国伦敦开始使用滚筒式挖掘机；n同年美国纽约最先使用油压千斤顶盾构；n1964年日本埼玉隧道中最先使用泥水盾构；n1969年日本在东京首次实施泥水加压盾构施工；n1972年日本开发土压盾构成功；1975年日本推出泥土加压盾构成功；1978年日本开发高浓度泥水盾构成功；1

9、981年日本开发气泡盾构成功；1982年日本开发ECL工法成功；1988年日本开发泥水式双圆搭接盾构工法成功；1989年日本开发HV工法、注浆盾构工法成功。总之这一时期的特点是开发了多种新型盾构工法，以泥水式、土压式盾构工法为主。 23n1990年2003年这一段时间里盾构工法的技术进步极为显著。归纳起来有以下几个特点：n 盾构隧道长距离化、大直径化n 盾构多样化n 施工自动化 241.3 我国盾构应用情况n1.盾构台数多。现有各类盾构机150多台n2.盾构种类齐全。土压平衡式，泥水平衡式，双护盾式，硬岩，复合式盾构直径大、小均有，最大为15.4米，目前世界最大。n3.盾构适应地质范围不断扩大

10、。n4.盾构应用范围广，地铁，铁路，公路，水利，观光，市政，燃气等。得到广泛认可。n5.盾构施工技术水平提高。252.盾构机的分类与选型n一般将全断面隧道掘进机器(TBM)分为三类：即盾构机（shield machine）、岩石掘进机（tunnel boring machine,TBM）和顶管掘进机(pipe jacking machine)。这三种机器原理基本相似。随着科学技术的发展和机器的不断改进，盾构机与TBM的差别越来越小。n人工开挖式；机械开挖式n敞开式；密闭式n土压平衡式；泥水平衡式n软土盾构；硬岩盾构n现代盾构机主要分为土压平衡式、泥水平衡式、硬岩式、复合式等类型。262728S

11、lurryEPBSandKrnungslinie400,006Grain Diameter d in mmMassenanteile der Krner d in %der Gesamtmenge00,0011030200,0020,020,060,2SiltSchlmmkornClayFein-7060508090100Mittel-600,62,06,060,020,0100908070Gravel50403020100SiebkornGrob-Fein-Mittel-Grob-Fein-Mittel-Grob-Grain Size DistributionGrain Size Distr

12、ibutionFoamPermeabilityPermeabilityTunnelling Equipment10110- 110- 210- 310- 410- 510- 610- 710- 810- 910- 1010- 1110- 12CobblesCoarse gravelMedium gravelFine gravelCoarse sandMedium sandFine sandSandy, Silty claySiltClayEPBSlurry /HydroPermeability Factor k (m/s)盾构机选型依据盾构机选型依据29泥水平衡式盾构 土压平衡式盾构 1、适应

13、土层 中细砂、粗砂和砂砾石等各类软土地层 砂、粉砂和粘土等各类软土地层 2、工作面稳定 通过注入适当压力的泥浆来支承开挖面的土压力和水压 通过改良充满土舱的开挖土并保持适当的压力来支承开挖面的土压力和水压 3、压力波动敏感程度及地表沉降 1.泥水中，压力波动敏感，即泥水压力传递速度快而均匀2.开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周边土体的干扰减少，从而地面沉降量的控制精度提高 1.因为原状土的塑流性较差，相对泥水压力波动敏感度较差即土压力传递速度较慢2.开挖面平衡土压力的控制精度相对较低，对开挖面周边土体的干扰较大，从而对地面沉降量的控制精度降低 4、刀盘及刀具寿命切削面及土仓中充满泥水，对

14、刀具、刀盘起到一定的润滑作用，摩擦阻力与土压盾构相比要小，因而相对土压盾构而言，其刀具、刀盘的寿命要长，刀盘驱动扭矩小 刀盘与开挖面的摩擦力大，土仓中土碴与添加材料搅拌阻力也大，故其刀具、刀盘的寿命比泥水盾构要短，刀盘驱动扭矩比泥水盾构大 泥水平衡式盾构机与土压平衡盾构机工作特点对比表泥水平衡式盾构机与土压平衡盾构机工作特点对比表 305、盾构推力 由于泥浆的作用，土层对盾壳的阻力小，盾构推进力比土压盾构小。 土层对盾壳的阻力大，盾构推进力比泥水盾构大 6、控制地表沉降原理 控制泥浆质量、压力及推进速度、保持进、排泥量的动态平衡 保持土舱压力、控制推进速度、维持切削量与出土量相等 7、泥土输送

15、方式 泥水管道输送，输送速度快而连续 螺旋输送机出土，土箱运输，输送间断不连续 8、输送处理设备及其场地 需要较大规模的泥水处理设备及设置的场地 泥土出土使用场地较小 9、耐水压性 靠处理后的泥水在开挖面形成的泥膜和泥水压力抵抗水压，耐水压性优 靠土舱压力及改良后的泥土不透水性抵抗水压，耐水性良 10、推进效率 掘削下来的碴土转换成泥水通过管道输送，减少了电机车的运输量，辅助工作少，故效率比土压平衡盾构高 土箱的来回输送增加了电机车的运输工作量和运输时间，施工速度减慢 11、隧洞内环境 由于采用封闭管道输送废土，没有出碴矿车，无碴土散落，环境良好 需矿车运送碴土，碴土有可能散落，相对而言，环境

16、较差 12、工程成本 增加了泥水制作、输送及泥水分离设备，设备及运转费用较土压平衡高 减少了泥水处理设备，只需配置添加剂注入设备即可，设备及运行费用较低泥水平衡式盾构机与土压平衡盾构机工作特点对比表泥水平衡式盾构机与土压平衡盾构机工作特点对比表 31地层情况与盾构选型的关系 不同类型的盾构对地层有一定的适应范围，土压平衡式盾构较适应于粉细颗粒地层，使切削的碴土易获得塑性流动性和不透水性。而泥水平衡式盾构机较适应于较粗颗粒地层及水压较高的地层，通过泥浆在砂土地层形成泥膜，以保持开挖面的稳定。两种盾构机的适应范围见地层颗粒粒径分布与盾构机选型关系图。Seite 2April 20045N. Zub

17、er Yellow River Project.1234567891011121. Zeile bleibt immer freiEPB Methods土土压压平平衡衡区区间间Mixshield Methods泥泥水水盾盾构构区区间间60,020.06,02,00,60,20,060,020,0060,0020,0011009040302010080706050Sieve SizeFineClaySiltSandGravelMediumMediumCoarseFineCoarseFineMediumCoarseGrain diameter d (mm)粒粒径径直直径径 MMSieve resi

18、due in weight %EPB / Mixshield Range.粒粒径径分分布布与与盾盾构构选选型型图图Portion of grains d in % of the total amount32地层渗透性、水压与盾构机选型的关系 地层渗透系数是盾构机选型另一个重要的因素。根据国外的施工经验，两种盾构机对于地层渗水性能适应范围见下图。其中渗透系数1107m/s是个分界点，大于此系数宜选用泥水平衡式盾构机，小于此系数宜选用土压平衡式盾构机。粉细砂粉细砂卵石层卵石层粗砂砾层粗砂砾层中细砂砾层中细砂砾层粉细砾层粉细砾层粗砂粗砂泥砂泥砂粘土粘土地层渗水性与盾构选型地层渗水性与盾构选型-10泥

19、水盾构泥水盾构土压平衡盾构土压平衡盾构透水系数透水系数(m/s)(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 地层渗透系数与盾构选型关系示意图地层渗透系数与盾构选型关系示意图333、泥水平衡式盾构原理34泥水平衡盾构机的工作原理泥水平衡盾构机的工作原理进泥管排泥管气压调节管开挖泥水舱气压调节舱35泥水盾构机的泥水循环系统泥水盾构机的泥水循环系统 泥水分离系统泥水分离系统 添加剂 调浆调浆 进浆池进浆池 进浆泵进浆泵 P1.1 排浆泵排浆泵 P2.2 排浆泵排浆泵 P2.1 后配套区域后配套区域 进浆线路 排浆线

20、路 36泥水盾构气垫工作原理泥水盾构气垫工作原理n泥浆性能指标粘度25s30sPH值 710相对密度1.2可渗比14-16析水量小于5%n通过加压把泥浆中的悬浮颗粒挤压到开挖的掌子面上,形成一层泥膜,使开挖面不易坍塌,也就是所谓的 “泥浆护壁原理”37开挖仓分隔仓板气垫人闸承压隔板38泥水加压平衡盾构机的技术优势泥水加压平衡盾构机的技术优势泥水加压平衡盾构机的操作（气泡调节原理）有如下优点：泥水加压平衡盾构机的操作（气泡调节原理）有如下优点：n在不稳定的、混合土层中能够安全地进行隧道开挖掘进在不稳定的、混合土层中能够安全地进行隧道开挖掘进n能够在高压状态下安全地进行隧道开挖掘进能够在高压状态下

21、安全地进行隧道开挖掘进n减少地面受到影响的危险性（沉降、超挖、坍塌等）减少地面受到影响的危险性（沉降、超挖、坍塌等）n对格栅对格栅/ /岩石破碎机区域的维保更加容易岩石破碎机区域的维保更加容易n泥水管路和保护格栅被堵塞的危险减小泥水管路和保护格栅被堵塞的危险减小n断电时（例如高压电缆延伸时）和泥水回路停止运转时断电时（例如高压电缆延伸时）和泥水回路停止运转时（管路延伸、进行维保等）有效的隧道掌子面压力支撑（管路延伸、进行维保等）有效的隧道掌子面压力支撑n减少大的障碍物减少大的障碍物( (漂石等漂石等) )进入排泥管、岩石破碎机的危险进入排泥管、岩石破碎机的危险n人员能够安全进入格栅人员能够安全

22、进入格栅/ /岩石破碎机区域进行维保工作岩石破碎机区域进行维保工作39404 4、泥水盾构机与配套设备、泥水盾构机与配套设备n4.1、盾构机:刀盘，刀具，主驱动，推进系统，泥水输送设备，管片拚装机，注浆设备，电气设备，液压系统，冷却系统，PLC，台车等。n4.2、泥水处理设备，轨道运输设备，垂直运输设备，通风系统，配电设备，其它辅助设备414.14.1穿黄盾构机基本参数穿黄盾构机基本参数隧道参数：隧道长度4,250m隧道外径/内径8,700mm /7,900mm管片宽度/重量1,600mm/最大6.5吨管片数量4A+2B+1K，搭接长度为2/3管片长度主部件名称主部件名称细目部件名称细目部件名

23、称参参 数数综述盾构类型泥水加压平衡式主机长10.97m盾构及后配套总重1166t42刀盘刀盘开挖直径开挖直径9,000mm（新滚刀（新滚刀: 9,030mm）类型类型中间支撑、闭式中间支撑、闭式旋转接头旋转接头1个个,用于膨润土、液压管、电气用于膨润土、液压管、电气线路线路中心冲刷装置中心冲刷装置1个个, 200m/h开口率开口率35先行刀先行刀27把，与刮刀高度差为把，与刮刀高度差为30mm齿刀齿刀6把，与刮刀高度差为把，与刮刀高度差为30mm刮刀刮刀76把（多个钨质嵌刃）把（多个钨质嵌刃）铲刀铲刀16把把仿形刀仿形刀1把，带软土刀具把，带软土刀具滚刀滚刀2把，双刃，把，双刃，17刮刀磨损

24、检测装置刮刀磨损检测装置3个个换刀方式换刀方式背装背装43刀盘驱动刀盘驱动驱动型式驱动型式电动变频驱动，实现同步调速电动变频驱动，实现同步调速主驱动类型主驱动类型中间支撑式中间支撑式主轴承寿命主轴承寿命10,000小时小时连接形式连接形式螺栓固定式螺栓固定式电机电机/总功率总功率10台台/1,100kW主轴承类型主轴承类型3排滚柱轴承排滚柱轴承密封形式密封形式4道外密封、道外密封、2道内密封道内密封外密封最大工作压力外密封最大工作压力6bar最大扭矩最大扭矩1/最大扭矩最大扭矩28,876kNm/5,547kNm脱困扭矩脱困扭矩9,467kNm旋转速度旋转速度/旋转方向旋转方向02.6rpm/

25、顺时针顺时针/逆时针逆时针碎石机碎石机驱动方式驱动方式液压液压 类型类型颚式颚式安装位置安装位置调压舱调压舱功率功率30kWkW最大破碎粒径最大破碎粒径500mm44盾体（包括盾尾）盾体（包括盾尾）前盾直径、钢板厚度前盾直径、钢板厚度9,000mm（不计耐磨层）（不计耐磨层）/ 80mm中盾直径、钢板厚度中盾直径、钢板厚度8,985mm/ 50mm压缩空气调节系统压缩空气调节系统2套（其中套（其中1套备用）套备用）调压舱的调压精度调压舱的调压精度0.1bar压力舱板压力舱板1个个分隔舱板分隔舱板1个个碎石机冲刷头碎石机冲刷头1个个前闸门前闸门1个（液压控制）个（液压控制）盾尾直径、钢板厚度盾尾

26、直径、钢板厚度8,970mm/ 60mm盾尾类型盾尾类型固定式固定式钢丝刷密封数量钢丝刷密封数量4道道紧急膨胀密封数量紧急膨胀密封数量1道道油脂管，通径油脂管，通径30mm3 x 10条条注浆管，通径注浆管，通径50mm4条，集成在盾尾内条，集成在盾尾内注浆管，通径注浆管，通径30mm4条，集成在盾尾内条，集成在盾尾内注浆管，通径注浆管，通径10mm4条软管，分别位于条软管，分别位于30mm注浆管内注浆管内盾尾间隙盾尾间隙40mm45推进系统推进系统最大总推力最大总推力60,344kN油缸数量油缸数量2x14个，其中个，其中4个带有压力测量和内置个带有压力测量和内置的行程测量系统的行程测量系统

27、油缸尺寸油缸尺寸280/240mm 油缸行程油缸行程2,300mm工作压力工作压力50350 bar最大推进速度最大推进速度60mm/min最大回缩速度最大回缩速度1,600mm/min行程传感器测量精度行程传感器测量精度0.5mm压力传感器测量精度压力传感器测量精度0.1bar推进油缸分区数量推进油缸分区数量4区区人舱人舱舱室数量舱室数量2个个直径直径1,600mm容量容量3+2人人1付担架付担架舱门数量舱门数量4个个标准标准按欧洲安全标准按欧洲安全标准EN 12110设计设计工作压力工作压力6 bar测试压力测试压力6.75 bar46同步注浆系统同步注浆系统单液系统：单液系统：注浆泵数量

28、注浆泵数量2套套,KSP12 双活塞泵双活塞泵总能力总能力20m/h砂浆罐容量砂浆罐容量8m,带搅拌器带搅拌器最大注浆压力最大注浆压力30 bar压力传感器数量压力传感器数量4个个注浆管路注浆管路4条条双液系统：双液系统：A成分泵成分泵4 x Allweiler螺杆泵螺杆泵总能力总能力20m/hA成分罐成分罐8mB成分泵成分泵4 x Allweiler螺杆泵螺杆泵总能力总能力6m/hB成分罐成分罐1mB成分罐更换设备成分罐更换设备1台台压力传感器压力传感器44流量计流量计44注浆管路注浆管路4条条4条条47管片拼装机管片拼装机类型类型中心回转式，液压驱动中心回转式，液压驱动,CEN标准标准类型

29、类型中心回转式，液压驱动中心回转式，液压驱动,欧洲欧洲CEN标准标准额定起吊能力额定起吊能力72KN最大起吊能力最大起吊能力100KN抓取系统抓取系统真空吸盘式真空吸盘式驱动方式驱动方式液压液压自由度自由度6移动行程移动行程2,300mm，可以拆装最后安装的一环，可以拆装最后安装的一环管片和前两排盾尾密封刷管片和前两排盾尾密封刷旋转角度旋转角度+/-200o纵向移动速度纵向移动速度0-8m/min.控制方式控制方式无线遥控，和有线遥控（用于紧急状无线遥控，和有线遥控（用于紧急状况）况）控制调节方式控制调节方式比例阀调节比例阀调节旋转速度旋转速度0-1rpm 超前钻机安装位置和超前钻机安装位置和

30、接口接口与选定的钻机匹配与选定的钻机匹配48管片吊机管片吊机型式型式真空吸盘式真空吸盘式额定起吊能力额定起吊能力72kN最大起吊能力最大起吊能力100kN行走速度行走速度(变频调速）变频调速）040m/min提升速度（变频调速）提升速度（变频调速）010m/min控制方式控制方式有线控制有线控制导向系统导向系统型式型式SLS-APD精度精度2秒秒管片预选程序管片预选程序配备配备盾尾间隙自动测量系统盾尾间隙自动测量系统配备配备纠偏程序纠偏程序配备配备掘进偏差警示功能掘进偏差警示功能配备配备监视系统监视系统彩色摄像头数量彩色摄像头数量2台台彩色显示屏数量彩色显示屏数量1个个后配套后配套拖车数量拖车

31、数量3节节允许列车通过尺寸（宽允许列车通过尺寸（宽x高）高）1.8m x 2.8m49冷却水系统冷却水系统能力能力45m/h水管卷筒规格水管卷筒规格/数量数量DN80mm x 40m（水管长度）（水管长度）/2个个工业水罐工业水罐1个，个，5m3调节水罐调节水罐1个，个，1m3空气压缩机空气压缩机容量容量75kw，13.8m/min 8 bar储气罐储气罐1m噪音噪音68dB 油脂站油脂站盾尾油脂泵盾尾油脂泵1x 200LHBW油脂泵油脂泵1x 60L主驱动润滑油脂泵主驱动润滑油脂泵1x 200L排污系统排污系统潜水式排污泵潜水式排污泵一台，一台，50m/h，电机驱动，安装在，电机驱动，安装在

32、管片拼装区域管片拼装区域隧道通风隧道通风风管储存箱数量风管储存箱数量2个，个，100m风管储存能力风管储存能力隧道里的风管直径隧道里的风管直径1,400mm二次通风二次通风风机风机1台，带消声器台，带消声器盾构机上的风管直径盾构机上的风管直径700mm通风速度通风速度0.5m/s（瑞典标准（瑞典标准SIA 196）通风能力通风能力90000m/h50泥水循环泥水循环送泥流量送泥流量1,000m3/h送泥密度送泥密度Max.1.10ton/m3送泥管直径（送泥管直径（TBM上）上）300mm排泥流量排泥流量1,100m3/h排泥密度排泥密度Max.1.28ton/m3排泥管直径（排泥管直径（TB

33、M上）上）300mm泥水舱压力传感器数量泥水舱压力传感器数量1个个调压舱压力传感器数量调压舱压力传感器数量1个个泥浆管延伸装置型式泥浆管延伸装置型式伸缩式伸缩式泥浆管延伸装置长度泥浆管延伸装置长度可延长可延长8m的泥浆管的泥浆管送泥泵送泥泵型号型号Warman 10/8 功率功率400kW数量数量2台台扬程扬程73m排量排量1,000m3/h允许通过的最大粒径允许通过的最大粒径180mm排泥泵排泥泵型号型号Warman 10/8 功率功率450kW数量数量3台台扬程扬程74m排量排量1,100m3/h允许通过的最大粒径允许通过的最大粒径180mm51电气系统电气系统初次电压初次电压10kV（+

34、/- 10%）二次电压二次电压400V变压器变压器一个，一个，2,500kVA，硅油型，硅油型系统保护等级系统保护等级IP55主轴承变频电机保护等级主轴承变频电机保护等级IP67泥浆泵变频电机保护等级泥浆泵变频电机保护等级IP67控制电压控制电压24V照明电压照明电压230V应急照明电压应急照明电压24V频率频率50Hz10KV高压电缆规格高压电缆规格/型号型号3120370/3或者或者3x95+3x50/352盾构机主要结构盾构机主要结构5354555657585960616263646566主轴承密封盾尾密封6768激光导向系统6970数据采集系统Unitronic YV L2/FIP O

35、utside and underground layingTunnelSPS S7 4000ModemPublictelephonePC / VISUPC/ ISAVMTPCI/MPIPC/ ISA MPIEthernetModemPublic telephoneHKHP LaserJet 5LPC Data acquisitionCOM2LPT 1PC/ ISAPCI/MPIModemModemVMT IIPC/ ISA Measuring + Tel.JELY.BD 20*2*0,5mm2RepeaterRepeaterMax. 1000mMPI/DPJobsite officeTBMJo

36、bsite telephone system71727374液压系统75注浆系统76后配套门架台车后配套门架台车77其它辅助装置78盾构机配套设备79配套设备80配配 套套 设设 备备8182838485865 5、泥水平衡盾构施工、泥水平衡盾构施工n5.15.1组装组装n5.25.2始发始发n5.35.3开挖，推进，泥水压力平衡开挖，推进，泥水压力平衡n5.45.4泥水输送，泥水处理，泥水输送，泥水处理，n5.55.5管片拚装，隧道防水管片拚装，隧道防水n5.65.6管片注浆，辅助工作管片注浆，辅助工作n5.75.7设备管理、维护保养与维修设备管理、维护保养与维修n5.85.8安全，质量，快

37、速，文明施工安全，质量，快速，文明施工875.2始发n安全始发要点：安全始发要点：n稳固土体，防止破除洞门时塌方；稳固土体，防止破除洞门时塌方；n 措施：加固、降水，冷冻。措施：加固、降水，冷冻。n止水；洞门密封，注浆止水；洞门密封，注浆n保持保持TBMTBM始发阶段的正确姿态。始发阶段的正确姿态。8889909192洞门止水装置安装洞门止水装置安装油脂注入孔固定螺栓铰链板帘布橡胶带钢丝刷部件名称序号洞门止水装置安装图内衬连续墙93n盾盾尾尾密密封封主主要要是是防防止止地地下下水水涌涌入入盾盾构构机机内。内。 94955.35.3开挖，推进，泥水压力平衡开挖，推进，泥水压力平衡n泥水压力管理n

38、泥水进出排量管理n刀盘扭矩变化n盾构机姿态管理n各种控制按钮操作顺序n各种异常情况处理96泥浆管理泥浆管理掘进开始掘进开始监视监视掘进终止掘进终止1. 1.输泥压力开挖面水压输泥压力开挖面水压2. 2.输泥排泥密度、粘度输泥排泥密度、粘度3. 3.偏差流量偏差流量4. 4.开挖土量开挖土量旁通运行旁通运行泥浆调整泥浆调整泥浆试验泥浆试验送排泥密度送排泥密度旁通正在运行旁通正在运行继续掘进继续掘进异常异常正常正常9798991001011021035.45.4泥水输送，泥水处理，泥水输送，泥水处理，104105盾构机掘进中排泥接力泵1065.55.5管片拚装，方向控制管片拚装，方向控制n管片生产

39、、运输、喂片器管片生产、运输、喂片器n管片防水条与衬垫管片防水条与衬垫n管片清洁（真空吸盘）管片清洁（真空吸盘）n管片拚装顺序管片拚装顺序n管片拚装定位管片拚装定位n管片螺栓紧固管片螺栓紧固n防止管片破损防止管片破损107108109110111管片拼装管片拼装机真空吸盘通用管片112113外衬管片横剖面示意图外衬管片横剖面示意图一环管片剖视图一环管片剖视图114管片尺寸1617.4/1582.6楔形量：33.8mmn4A+2B+1K，搭接长度为2/3管片长度115盾构机姿态与 DTA关系TBM-Position graphical TBM-Position, numericalProject

40、 Tunnel AxisALTU ValuesDate & TimeDialog BoxFunction KeysTendency DTA /CCTunnel circle116K K 片片 位置选择位置选择117程序计算管片拚装位置程序计算管片拚装位置Expected negativ gap118纠偏曲线：缓纠，常纠纠偏曲线：缓纠，常纠CCRFinished TunnelDTA盾构机Tunnelling Machine纠偏曲线Azimuth of TBMRing Build Sequence for Correction Curve119n在选择管片位置时，有两个参数需要考虑，一个是盾尾间隙

41、的保证；另一个是管片平面走向趋势。管片趋势相关的参数有：推进油缸行程，铰接油缸行程，管片平面位置。由此我们就可以得到管片走向趋势：nCH(水平走向趋势)=Fb-Fdn CV(垂直走向趋势)=Fa-Fcn管片平面位置 n Pa Aa Fa n Pd Pb Ad Ab Fd Fb n n Pc Ac Fc n 推进油缸行程 铰接油缸行程 管片平面位置 n其中：Fa=Pa-Aa Fb=Pb-Ab Fc=Pc-Ac Fd=Pd-Adn当我们用管片的不同楔形量来使CH、CV为0时，管片平面就与盾构机前进平面重合，此时盾构机的千斤顶受力情况最好，便于整个掘进工序，当楔形量不能使CH与CV同时为0时，应尽量

42、使其中一个保持最小，使盾构机能获得最大的推进力，并使侧向分力减小，便于盾构机遵循预定线路前进。因此，应优先考虑管片趋势。120盾尾间隙测得的盾尾间隙 = 50mm管片密封刷保护板25mm盾尾25mm121管片与盾尾相接触测得的盾尾间隙 = 25mm管片盾尾密封保护板25mm盾尾0mm122n 盾尾间隙对选择管片位置的影响n不同点位的选择，可以控制盾尾间隙，由于在盾尾后部设有一圈加强环，可以保持盾尾保圆度，另外还可以作为一道止水环，防止泥水进入盾尾密封刷内。加强环高度为45mm，而且盾构机在不同的线路上总是有一定的偏移量，因此盾尾间隙要保持在45mm以上，否则会使加强环挤压管片造成碎裂，并防碍了

43、掘进时方向的控制。由于管片类型不同，对盾尾间隙可以起到调节作用，我们把盾尾分成11个点位。例如：当F块位于3点位置时，就可以将3点位置上的盾尾间隙减小，而9点钟位置间隙得到最大补偿。n 11 1 n 10 2 n 9 3 K n 8 4n 7 5 n当前进线路为小半径曲线时，一侧盾尾间隙会变得很小，而且始终这样。出于对盾尾间隙的考虑，我们选择的管片位置有时很不利于盾构机的掘进，使得千斤顶平面与管片平面有很大的一个夹角，由于这个原因会导致管片发生挤碎现象，造成盾构机的控制上的困难。当管片经常发生碎裂时，我们就要通过控制盾构机的线路来使间隙得到平衡，从而选择最适合的点位。123管环拼装位置nVMT

44、导向系统、管片位置计算程序依据上一环管环的位置、DTA进行计算，分析判断本环管片位置应该如何确定。n上一环管环的位置可从以下几个方面得到：n（1）TBM的实际位置和姿态（从VMT中得到）n（2）在盾尾中已拼装的管片的位置可从以下两个方面得知：n量出顶在上一环管片上的主推力千斤顶伸长量n已拼装的管片和盾尾的内景之间的距离（盾尾间隙）n当已知以上的各种数据的后，便可开始选择管环的类型。n程序早参考上一环管环（参考管环），从可能的与之相接的管环类型中选出与当前条件最为适宜的管环类型。n程序会依次假设选择每一种可能的管环并评价选择每种管环对以下几个方面的影响：n（1）将来期望得到的盾尾间隙n（2）推力

45、油缸伸长量的预测差值n（3）相对DTA潜在的偏移量124n在管环拼装之前，在下面的几个位置要采集2种数据：n（1）12，3，6，9点位置的推力油缸的伸长量（VMT提供）n（2）盾尾间隙，管环的外缘和TBM盾尾内部之间的距离。（12，3，6，9点4个位置）n可以人工确定、调整管片拚装顺序。可以人工确定、调整管片拚装顺序。125Taper 楔楔形形量量CV垂直垂直41200-20-41-41-2002041CH水平水平1031513110-10-30-51-10-31管片管片型式型式U-1U-2U-3U-4U-5U-7U-8U-9U-10U-11Ring n1U-11U-10U-9U-8U-7U-

46、5U-4U-3U-2U-1U-1U-2U-3U-4U-5U-7U-8U-9U-10U-11Ring n126北京地下直径线管片拚装位置n隧道衬砌环共分为9块，6块标准块（A型管片）、2块邻接块（B型管片）、1块封顶块（K型管片），n转弯环左右宽度最大差距为50mm为了调节隧道的方向，安装转弯环时，需要把K块安装在不同的位置。nK块共有10个安装点位，对应不同点位，两种转弯环对隧道的调整方向各不相同。127通用楔形管片衬砌环有以下特点：n拼装速度快，适用于自动化拼装。拼装速度快，适用于自动化拼装。n管片定位精确高，且通过管片不同的旋转角度实现曲管片定位精确高，且通过管片不同的旋转角度实现曲线拟合

47、，可避免曲线拟合误差积累，隧道轴线空间误线拟合，可避免曲线拟合误差积累，隧道轴线空间误差可控制在差可控制在5mm5mm以内，满足曲线拟合误差的要求。从以内，满足曲线拟合误差的要求。从而提高了管片的拼装质量。同时由于避免盾构掘进施而提高了管片的拼装质量。同时由于避免盾构掘进施工误差积累，减少了掘进超欠挖，有利于对地表沉降工误差积累，减少了掘进超欠挖，有利于对地表沉降的控制。的控制。n不需设计专用的转弯环，钢模数量总体上有所减少，不需设计专用的转弯环，钢模数量总体上有所减少，而且该管片结构简单，钢筋可均匀排布，可按钢筋笼而且该管片结构简单，钢筋可均匀排布，可按钢筋笼方式组装，钢筋入模容易，从而使管

48、片制造既容易且方式组装，钢筋入模容易，从而使管片制造既容易且经济。经济。n与传统工法相比，该管片具备制作费用低，便于贮存、与传统工法相比，该管片具备制作费用低，便于贮存、运输及施工管理，拼装迅速，缩短了工期，从而降低运输及施工管理，拼装迅速，缩短了工期，从而降低工程建设成本。工程建设成本。 128n直线的拟合实际上是通过管片有规律地旋转组合来实现的。按初始环重复出现的位置可分为A-B-A和A-B-C两种形式。n理论线路n管片环方向矢量1221ABAhn其中1+2=180，、1、2为管片方向矢量与旋转面的夹角n线路拟合原理图（平面投影）线路拟合原理图（平面投影）n从图可以看出，在初始环一定，即角

49、一定的情况下，直线的拟合只需找出1即可。一般情况下，只要1和180-1都是最小旋转角的整数倍就可以进行拟合。在1角已知后，就可以通过图2.4.5中的方向矢量圆锥求出管片环需要旋转的角度角，在2时由于与1的关系，管片环的旋转角可以为180+和180-，由于需要抵消垂直ADO2平面的位移影响，旋转角就只能取180+。所以在直线段时管片环的布置可以采用00180+和0180+0两种形式。1221ABAh129根据管片设计和推进油缸确定可拚装根据管片设计和推进油缸确定可拚装的点位的点位130管片设计与推进油缸的关系1315.65.6管片注浆，辅助工作管片注浆，辅助工作n盾构的外径大于管片的直径，在管片

50、与土体之间的空盾构的外径大于管片的直径，在管片与土体之间的空隙，采用同步注浆及时填充这些空隙，减少地面沉降隙，采用同步注浆及时填充这些空隙，减少地面沉降和控制隧道上浮。和控制隧道上浮。n参数控制参数控制: : 注浆压力、注浆量，保证填充效果。注浆压力、注浆量，保证填充效果。 n注浆压力：注浆压力：一般为比外部水土压力大一般为比外部水土压力大20kpa20kpa，并根据实，并根据实际情况进行调整。际情况进行调整。n注浆量：注浆量：实际的注浆量为理论建筑空隙的实际的注浆量为理论建筑空隙的150150200%200%。（根据沉降要求、浆液、信息反馈确定）（根据沉降要求、浆液、信息反馈确定）n 各个注