中交路桥建设有限公司 北京地铁17号线工程土建施工03合同段项目部
盾构设备的管理及使用
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目录
一、 前言 .............................................................................................................. 4
二、 盾构技术的发展.......................................................................................... 4 三、 盾构机分类.................................................................................................. 4 四、 土压平衡盾构机工作原理.......................................................................... 6 五、 土压平衡盾构机结构介绍.......................................................................... 7
5.1刀盘 ......................................................................................................... 7 5.2盾体 ......................................................................................................... 8 5.3推进系统 ................................................................................................. 9 5.4螺旋输送机系统 ................................................................................... 10 5.5皮带输送机系统 ................................................................................... 10 5.6管片拼装机系统 ................................................................................... 10 5.7超挖刀系统 ........................................................................................... 11 5.8集中润滑系统 ....................................................................................... 11 5.9盾尾密封油脂系统 ............................................................................... 11 5.10同步注浆系统 ..................................................................................... 12 5.11管片吊运系统 ..................................................................................... 12 5.12人行闸 ................................................................................................. 12 5.13数据采集系统 ..................................................................................... 12 六、 盾构机选型................................................................................................ 12
6.1盾构机选型重要意义 ........................................................................... 12 6.2盾构机选型影响因素分析 ................................................................... 13 6.3盾构法对主要地层的适应性分析及选型要求 ................................... 14 6.4土压盾构的使用范围拓展 ................................................................... 15 6.5盾构机选型的计算依据 ....................................................................... 15 七、 土压盾构法施工关键技术........................................................................ 16
7.1端头加工措施 ....................................................................................... 16 7.2土压盾构工作面稳定控制技术 ........................................................... 16 7.3渣土改良技术 ....................................................................................... 18
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7.4背衬注浆 ............................................................................................... 19 7.5盾构隧道施工穿越既有构筑物 ........................................................... 21 7.6风险管理 ............................................................................................... 23 八、 土压盾构法隧道施 工组织的关键.......................................................... 25
8.1垂直运输提升系统 ............................................................................... 25 8.2水平运输系统 ....................................................................................... 25 8.3工序调度组织 ....................................................................................... 25 8.4合理到位的激励 ................................................................................... 25 8.5轨道铺设质量与养护 ........................................................................... 25 8.6盾构的工前筹备是风险事前控制的关键 ........................................... 25 8.7始发与到达是盾构施工风险控制的永恒主题 ................................... 25 8.8推进阶段中线偏差、刀具更换、动态参数调整是关键 ................... 26 8.9管片安装是盾构最后的质量体现 ....................................................... 26
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一、前言
在我国，习惯上将用于软土地层的称为盾构，将用于岩石地层的称为TBM。 盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构（局部气压、全局气压），机械式盾构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。
盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。
二、盾构技术的发展
1818年布鲁内尔观察小虫腐蚀木船底板成洞，提出盾构工法，并取得专利。1825年泰晤士河水底（隧道11.4X6.8）矩形盾构，两次被水淹，1835年改良后于1843年完工。
1874年格瑞海德发现并开发了液体支撑工作面的盾构，以泥浆形式出土；1887年Great使用盾构和气压组合工法施工隧道获得成功，为现在的盾构工法奠定了基础
19世纪末到20世纪中叶盾构工法相继传入美、法、德、日等国家。1963年日本佐藤公司开发形成土压盾构，1974年IHI设计首台土压平衡盾构，3.72外径；
我国首条盾构掘进机施工的隧道——1956年东北阜新煤矿疏水隧道，直径2.6m，采用手掘盾构。1965年上海 5.8m网格挤压盾构；1966年10.2同网格挤压盾构。
20世纪60～80年代随着机械、液压、气压、密封技术的进步以及计算机、测量技术的发展，更职能化的多功能实现的复合式盾构机诸如气泡式、泥水式、复合土压式盾构相继问世并成为主流。
三、盾构机分类
按掘进机的头部形状分：刀盘式、网格式、手掘式、插刀式；
按盾构机的工作面稳定支撑方式：敞开式、泥水盾构、土压盾构、气压盾构
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（现在气压式多与土压形成复合式多功能）；
按盾构机的盾壳的数量分：单护盾、双护盾；
按盾构机机体与推进机构是联合一体还是分成二部分：整机式、分体式。 现在主要使用的盾构井有泥水式盾构机、土压平衡式盾构机。泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。
图3-1土压平衡式盾构机示意图