单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械工程学院,1,第十四讲,大型施工机械盾构机部分,盾构机的分类及选型,主讲：郭京波 教授,11/16/2024,第十四讲大型施工机械盾构机部分 盾构机的分类及选型主,主要内容,1 盾构机分类,2 盾构机选型,3 盾构机选型举例,11/16/2024,主要内容10/9/2023,1,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,TBM,11/16/2024,1 盾构机分类(1)按掘削地层分类 双护盾TBM10/9,软土盾构,复合盾构,11/16/2024,软土盾构复合盾构10/9/2023,(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,11/16/2024,(2)按盾构机横截面形状分类10/9/2023,11/16/2024,10/9/2023,(3)按盾构机横截面的形状分类,超小型盾构 18m,11/16/2024,(3)按盾构机横截面的形状分类 10/9/2023,(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,11/16/2024,(4)按掘削面的敞开程度分类10/9/2023,(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,11/16/2024,(5)按掘土出土器械的机械化程度程度分类 手掘式盾构,(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,11/16/2024,(6)按掘削面的加压平衡方式分类 10/9/2023,(7)按刀盘运动形式分类,11/16/2024,(7)按刀盘运动形式分类 10/9/2023,(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,11/16/2024,(8)按盾构机特殊构造分类 10/9/2023,(9)按盾构机的功能、用途分类,11/16/2024,(9)按盾构机的功能、用途分类 10/9/2023,(,10)按盾构隧道衬砌施工方法分类,11/16/2024,(10)按盾构隧道衬砌施工方法分类 10/9/2023,(11)综合分类,11/16/2024,(11)综合分类10/9/2023,2 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,11/16/2024,2 盾构机选型 盾构掘进机选型依据 10/9/2023,盾构掘进机选型的一般程序,11/16/2024,盾构掘进机选型的一般程序 10/9/2023,不同地质条件下全断面掘进机选型,Slurry,EPB,粒径,分布曲线,40,0,006,颗粒直径,d,单位,mm,筛分通过率,d%,0,0,001,10,30,20,0,002,0,02,0,06,0,2,泥土粒径,70,60,50,80,90,100,60,0,6,2,0,6,0,60,0,20,0,100,90,80,70,50,40,30,20,10,0,筛分粒径,砂,粉质土,粘土,细,中粗,砾石,粗,细,中粗,粗,细,中粗,粗,Foam,11/16/2024,不同地质条件下全断面掘进机选型SlurryEPB粒径分布曲线,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,I,C,柔软,软,硬,0,25,坚硬,0,50,1,00,0,75,EPB,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,-2,10,-3,10,-4,10,-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/m,1,40,1,05,1,50,2,00,2,20,11/16/2024,不同地质条件下全断面掘进机选型 泡沫,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,11/16/2024,盾构掘进机选型的其他条件10/9/2023,二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.,武汉地铁的路线与地质,3 盾构机选型举例,11/16/2024,二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,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,11/16/2024,偏软地层导致的地表沉降3.2 本工程重点/难点10/9/,3.3,隧道管片参数,项 目,参 数,备注,管片类型,普通预制增强水泥管片安装衬砌，包括纵向封顶块,分块形式,5+1,个封顶块,外径,(O.D.),6.00 m,内径,(I.D.),5.40 m,厚度,300mm,管片宽度,1.5m,单片管片最大重量,约4t,11/16/2024,3.3 隧道管片参数项 目参 数备注管片类型普通,3.,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,：,6280 mm,前护盾直径：,6250 mm,主机长度：,约,9.0m,（含刀盘）,总长度包括后配套：,约,82,m,总重量包括后配套：,420 t,最小曲线半径：,250m,盾构机总体设计范围,最大掘进速率,8 cm/min,平均掘进速率,3.5 cm/min,管片平均安装时间,30,min/,环,管片宽度,1500 mm,根据上述计算每班次掘进速率,6,环,/8 hours,每日双班工作时掘进速率,12,环,/16 hours,11/16/2024,3.盾构机总体参数（方案）盾构机总体设计范围及主要尺寸盾,3.,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,：,2.0 rpm 低速转动,：,1.0 rpm,刀盘扭矩常用最大：,5,844 kN-m 高速转动,：,2,922 kN-m,脱困扭矩,7,000 kN-m,盾构机千斤顶,总推力,38,500 kN,单位面积推力：,1,255 kN/,数量,1,750kN22根,最大伸长速度,8.0 cm/min,铰接装置,总推力,24,000 kN,数量,2,000kN12根,铰接操作,全方向（上下、左右、倾斜方向）,11/16/2024,3.主要机械性能（方案）刀盘驱动10/9/2023,3.,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：,110 kw,）,排土量,280 m3/h,（最大排出粒径：,250mm500mmL,）,直径,700mm,（带轴式螺旋机）,转速,1.0,24 rpm,驱动扭矩,常用最大：,55.7 kN-m 脱困时最大,：,65,0 kN-m,管片拼装装置,形 式,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,11/16/2024,3.主要机械性能（方案）螺旋出渣机驱动10/9/2023,防止粘土附着对策,（）,在刀盘进土口位置装备高压水喷射管,11/16/2024,防止粘土附着对策（）在刀盘进土口位置装备高压水喷,防止粘土附着对策,（）,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,11/16/2024,防止粘土附着对策（）扩大刀盘中央部分的开口，重视,防止粘土附着对策,（）,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,11/16/2024,防止粘土附着对策（）在土仓内隔壁上装备前后滑动式固定搅拌翼,防止粘土附着对策,（）,装备在刀盘内侧可以覆盖整个区域的搅拌翼,11/16/2024,防止粘土附着对策（）装备在刀盘内侧可以覆盖整个区域的搅拌翼,防止粘土附着对策,（）,固定土仓隔壁中心部分，防止转动脚中心部分泥土堵塞,11/16/2024,防止粘土附着对策（）固定土仓隔壁中心部分，防止转动脚中心部,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,11/16/2024,泥浆注入口的配置 刀盘面板前面,对应复合地层的刀具配置,11/16/2024,对应复合地层的刀具配置10/9/2023,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,30,2,50Mpa,则应适用滚刀进行掘进,11/16/2024,复合地层的刀具装备与对策 可更换滚刀与强化先行刮刀10/9,滚刀的形状与特点,尺寸,：,17,英寸,允许磨损量,：,20 mm,允许负荷,：,250 kN,允许线速度,：,150 m/min,材质,：,特殊工具钢,转动力,：,70 N,m,11/16/2024,滚刀的形状与特点尺寸 ：17英寸,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,板,11/16/2024,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,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,11/16/2024,刀盘驱动部土砂密封特点10/9/2023,铰接构造,铰接装置,总推力,24,000 kN,数量,2,000kN12,根,铰接方向,全方向,（,上下,、,左右,、,倾斜方向,）,11/16/2024,铰接构造铰接装置10/9/2023,铰接密封,形式,：,型密封,2,段,、,灰尘密封,1,段,耐压,：,1.0 Mpa,润滑,：,自动供脂,11/16/2024,铰接密封形式：型密封2 段、灰尘密封1 段10/,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,：,0.4 Mpa,11/16/2024,盾尾密封形式：3段金属刷10/9/2023,螺旋出渣机的特点,驱动方式,液压驱动方式,（,装备动力,：,110 kw,）,出土量,280 m3/h,（,最大排出粒径,：,250mm500mmL,）,直径,700mm,（,带轴式出渣机,）,转速,1.0,24 rpm,驱动扭矩,常用最大,：,55.7 kN-m,脱困时最大,：,65,0 kN-m,前端部,耐磨对策,（,套筒与螺旋桨硬化堆焊,）,11/16/2024,螺旋出渣机的特点驱动方式液压驱动方式（装备动力：,螺旋机防止水喷涌对策（旋转出渣机,）,11/16/2024,螺旋机防止水喷涌对策（旋转出渣机）10/9/2023,螺旋机更换零件及特点,更换零件,螺旋机前部套筒,：,2,层套筒,（,更换修补,）,前部螺旋机,：,可分割结构,11/16/2024,螺旋机更换零件