盾構(gòu)法施工的特點及盾構(gòu)機選型

盾構(gòu)法施工的特點及盾構(gòu)機選型

盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

2017年3月盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

匯報提綱一

盾構(gòu)的起源及發(fā)展概述

二

盾構(gòu)法施工的特點

三

盾構(gòu)法施工工藝流程

四

盾構(gòu)機工作原理簡介

五

盾構(gòu)機選型2盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室3一

盾構(gòu)的起源及發(fā)展概述盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室1.盾構(gòu)的起源和發(fā)展

1818年，法國的工程師布魯諾爾(M.I.Brune1)受船蛆鉆孔原理的啟發(fā)，最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的設(shè)想，布魯諾爾是盾構(gòu)隧道的發(fā)明人，并于1825年在倫敦泰晤士河下構(gòu)筑出世界首條矩形盾構(gòu)工法隧道。在此后一百多年間里，因盾構(gòu)機掘進速度快、質(zhì)量優(yōu)、對周圍環(huán)境影響小、施工安全性相對較高等優(yōu)點，相繼在美、法、德、日和蘇聯(lián)等發(fā)達國家獲得了廣泛應(yīng)用，盾構(gòu)制造設(shè)計技術(shù)和盾構(gòu)工法也隨之日趨成熟。盾構(gòu)法隧道首創(chuàng)者布魯諾爾（M.I.Brunel）

4盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

1825年，馬克?布魯諾爾第一次在倫敦泰晤士河下用一個斷面高6.8m，

寬11.4m的矩形盾構(gòu)修建第一條盾構(gòu)法隧道。

矩形盾構(gòu)由多個鄰接的框架組成，每一個框架分成若干個工作艙，每

個艙可容納一個工人獨立工作并對工人起到保護作用。

每個工作艙都牢固地裝在盾殼上，當掘進完一段隧道后，由螺桿將鞍

型框架向前推進，緊接著后部砌磚。

施工中遇到了坍方和水淹，1828年1月12日，第一次出現(xiàn)洪水停工,

在

經(jīng)歷了5次特大洪水后，歷經(jīng)18年直到1843年才完成了這條全長458m

的隧道。（6人）5盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

1869年，英國人詹尼斯?亨利?格瑞海德（Janes

Heary

Greathead）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（Janes

Heary

Greathead）開發(fā)了液體

支撐隧道工作面的盾構(gòu)，通過液體流，土料以泥漿的形成排出。

（泥

水盾構(gòu)的雛形）6泥水盾構(gòu)的雛形圓形盾構(gòu)盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

第一個機械化盾構(gòu)的專利是1876年英國人約翰?荻克英森?布倫敦（John

Dickinson

Brunton）和姬奧基?布倫敦（George

Brunton）申請的專利。

這臺盾構(gòu)采用了半球形旋轉(zhuǎn)刀盤，開挖土碴落入徑向裝在刀盤上的料

斗中，料斗將土碴轉(zhuǎn)運到皮帶輸送機上。

1896年，英國人普萊斯（Price）開發(fā)了一種幅條式刀盤機械化盾構(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，在幅條式刀盤上裝有切削工具，

刀盤通過一根長軸由電機驅(qū)動。7盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

1896年，德國人哈姬（Haag）在柏林為第一臺德國盾構(gòu)申請了專利。

這是一臺用液體支撐隧道工作面并把開挖倉密封作為壓力倉的盾構(gòu)。

1964年英國摩特·亥（Mott·Hay）和安德森（Anderson）及約翰·巴勒特

（John·Bartlett）申請了泥水加壓平衡盾構(gòu)的專利。

1967年第一臺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，

這臺盾構(gòu)由三菱公司制造，其直徑3.1m。8盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

1974年第一臺土壓平衡盾構(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。9盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室國外盾構(gòu)經(jīng)歷了四個發(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、高智能化為特色的第四代盾構(gòu)。10盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室一、手掘式盾構(gòu)11

日本三菱10.92m手掘式盾構(gòu)

該盾構(gòu)具有液壓式伸縮工作擱架和用于機械支撐工作面的胸板，可由上而下進行開挖，并按順序調(diào)換正面支撐千斤頂。開挖出來的土從下半部用皮帶運輸機裝入出土車，其開挖土方量為全部隧道排土量。手掘式盾構(gòu)形成的斷面，既可以是圓形，也可以是矩形或馬蹄形盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室12手掘式盾構(gòu)特點（1）適用范圍廣，從砂性土到粘性土地層均能適用。（2）由于正面是敞開的，便于觀察地層和清除障礙，易于糾偏，但若遇正面坍方，會危及人身及工程安全。（3）盾構(gòu)造價低廉，發(fā)生故障也少，但掘進速度較低、效率低、勞動強度大、噪聲大、勞務(wù)費用高。

目前，由于不依靠輔助施工的閉

胸式盾構(gòu)的廣泛使用，除個別特

殊場合（如采用機械化或半機械

化盾構(gòu)掘進不經(jīng)濟的短程隧道、

開挖面有巨大礫石等障礙物）和

部分發(fā)展中國家外，手掘式盾構(gòu)

已基本被淘汰。

倫敦泰晤士河‐布魯諾爾盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室二、機械式、氣壓式盾構(gòu)13

與手掘式盾構(gòu)相比，機械式盾構(gòu)造價高，不宜用于短隧道。機械式盾構(gòu)與手掘式盾構(gòu)主要用于開挖面以自穩(wěn)的洪積地層中；對開挖不易自穩(wěn)的沖積地層也應(yīng)結(jié)合壓氣施工、地下降水、注漿加固等輔助工法使用，目前也已基本被淘汰。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室三、閉胸式盾構(gòu)14

主要以泥水式、土壓式盾構(gòu)為代表的第三代盾構(gòu)盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室四、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)15

φ17.52

m土壓盾構(gòu)

美國西雅圖正在修建一條長2.8

Km的超大直徑地下道路隧道，把原高架道路改為地下道路，為上下雙層二來二去四車道隧道。盾構(gòu)隧道直徑為φ16.5

m，采用了日本日立造船公司制造的φ17.52

m土壓盾構(gòu)掘進施工，該盾構(gòu)是世界最大土壓平衡盾構(gòu)。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室16φ17.6

m泥水平衡盾構(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)

我國香港屯門—赤蠟角長

4.2km海底公路隧道工程（隧

底水壓達0.5MPa）再次打破盾

構(gòu)直徑記錄。這臺混合盾構(gòu)直

徑為17.6m，該盾構(gòu)是目前世界最大泥水平衡盾構(gòu)擬建的白令海峽海底隧道長103

Km，可以從俄羅斯的西伯利亞連接美國的阿拉斯加。海底隧道將包括一條高速鐵路和一條高速公路、多條輸油管道，海底隧道將由俄羅斯和美國、加拿大共同修建，擬采用φ19.2

m盾構(gòu)掘進機施工。隧道建成后將形成從倫敦到紐約跨越四分之三個地球的終極鐵路盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室2.我國盾構(gòu)機的發(fā)展歷程

我國盾構(gòu)的開發(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。17盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

1965年3月，江南造船廠制造了2臺直徑5.8m的網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)。

1966年5月，中國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。18盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

1986年，中鐵隧道集團開始研制半斷面插刀盾構(gòu)，并成功用于修建北

京地鐵復(fù)興門折返線。

半斷面插刀盾構(gòu)在盾構(gòu)殼體和尾板的保護下，進行地鐵隧道上半斷面

的開挖。19盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

1987年，上海隧道股份研制了一臺φ4.35m加泥式土壓平衡盾構(gòu)

。

1990年，上海地鐵1號線工程全線開工，18km區(qū)間隧道采用7臺由法國

FCB公司制造的φ6.34m土壓平衡盾構(gòu)。20盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

1996年，上海延安東路隧道南線工程，總長1300m，采用從日本引進

的11.22m泥水加壓平衡盾構(gòu)施工。21盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

2001年，國家科技部將盾構(gòu)國產(chǎn)化列入國家“863”計劃。

2004年7月15日，中鐵隧道集團研制的刀盤及刀具、液壓系統(tǒng)成功用于

上海地鐵2號線進行工業(yè)試驗

。

2004年10月下旬，上海隧道工程股份有限公司制造了一臺φ

6.3m土壓

平衡盾構(gòu)（先行號）應(yīng)用于上海地鐵二號線西延伸隧道工程。22先行號土壓盾構(gòu)中鐵隧道集團研制的上海地鐵2號線刀盤盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

2005年12月，中鐵隧道集團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號線19標頤和園～圓明

園區(qū)間。23北京地鐵刀盤盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

中鐵隧道集團有限公司承擔了國家863課題“大直徑泥水盾構(gòu)消化吸收

與設(shè)計”，完成了國外大直徑泥水盾構(gòu)技術(shù)的消化吸收，

設(shè)計了9m

的泥水盾構(gòu)，完成了泥水盾構(gòu)控制系統(tǒng)模擬試驗臺的設(shè)計和制造，模

擬盾構(gòu)直徑為2.5m，是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國內(nèi)唯一的實物模擬盾構(gòu)

試驗平臺。24盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

2008年4月，中鐵隧道集團完成863課題“復(fù)合盾構(gòu)樣機的研制”，成

功研制了國內(nèi)首臺復(fù)合盾構(gòu)。25盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室尤其值得一提的是，隨著盾構(gòu)制造技術(shù)的發(fā)展和隧道施工技術(shù)水平的提高我國在大直徑的盾構(gòu)建設(shè)中積累了豐富的經(jīng)驗：

上海上中路隧采用了1臺φ14.89m泥水盾構(gòu)；

上海長江隧道采用了2臺φ15.43m泥水盾構(gòu)；

南京緯七路長江隧道采用2臺φ14.9m泥水盾構(gòu)；

上海外灘道路隧道采用1臺φ14.27m土壓盾構(gòu)；

杭州錢江隧道采用1臺φ15.43m泥水盾構(gòu)；

上海長江西路隧道采用1臺φ15.43m泥水盾構(gòu)；

上海虹梅南路隧道采用1臺φ14.9m泥水盾構(gòu)；

南京緯三路長江隧道采用2臺φ14.9m泥水盾構(gòu)；

揚州瘦西湖隧道采用1臺φ14.9m泥水盾構(gòu)；

汕頭蘇埃通道工程采用2臺φ

15.06m泥水盾構(gòu)26盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室27盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室3.我國盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展情況及面臨問題

城市化進程的不斷推進促進了我國盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，截止2015年，全國39個城市正在建設(shè)地鐵。保守估計截止至21世紀中葉，中國至少有20個城市將逐步建成多平面多層次的城市高速交通網(wǎng)絡(luò)

北京、上海、廣州等城市在已經(jīng)開通運營多條地鐵線的基礎(chǔ)上，仍以每年數(shù)百億元的投資速度推進。以北京市為例，北京市城市軌道交通2020年線網(wǎng)由30條線組成，總長度為1177公里；遠景年線網(wǎng)由35條線路組成，總長度1524公里；2015～2021年將建設(shè)12個項目，總長度262.9公里，計劃總投資為2122.8億元。28盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室（1）盾構(gòu)裝備制造領(lǐng)域

在巨大的盾構(gòu)市場需求拉動下，國內(nèi)盾構(gòu)制造企業(yè)迅速崛起。

國內(nèi)已有中鐵工程裝備集團有限公司（簡稱“中鐵裝備”）、中國鐵

建重工有限公司（簡稱“鐵建重工”）、上海隧道工程股份有限公司

機械制造分公司（簡稱“上海隧道”）、中交天和機械有限公司（簡

稱“中交天和”）、北方重工、三一重工、大連重工-起重、二重、廣

重、北京華隧通、首鋼、天地重工、杭州鍋爐廠、上海滬東廠、上海

重型機器廠、資陽南車集團、江蘇凱宮隧道、安徽凱盛重工、重慶大

安重型鋼結(jié)構(gòu)公司等近30家企業(yè)涉足盾構(gòu)制造業(yè)。

其中最具競爭優(yōu)勢的是中鐵裝備、鐵建重工、上海隧道、中交天和4家

企業(yè)29盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

中鐵裝備：盾構(gòu)年產(chǎn)100臺套，先后被列入國家火炬計劃高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，

工信部品牌培育示范企業(yè)，以及河南省10家創(chuàng)新方法示范企業(yè)，50家

重點培育的裝備制造企業(yè)，盾構(gòu)TBM市場占有率連續(xù)3年保持國內(nèi)第一，

建有“河南省盾構(gòu)成套裝備工程技術(shù)研究中心，”參與建設(shè)“盾構(gòu)及

掘進技術(shù)國家重點實驗室”。30盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

鐵建重工：盾構(gòu)年產(chǎn)100臺套，在湖南長沙、株洲、四川隆昌、甘肅蘭

州、新疆烏魯木齊等地建立了多個制造基地，在長沙、北京、蘭州等

地建立了11個研究院，先后多次承擔和參與國家“863”計劃、國家科

技支撐計劃項目、國家重點新產(chǎn)品計劃及多個省市科技重大專項，率

先在隧道裝備行業(yè)中通過國家級企業(yè)技術(shù)中心認定，組建了“國家級

企業(yè)技術(shù)中心”和湖南省地下掘進裝備工程技術(shù)研究中心”。31盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

中交天和：中國交通建設(shè)有限公司成員公司，2010年4月建址江蘇常熟，

具備年產(chǎn)盾構(gòu)40臺套的生產(chǎn)能力；江蘇省高速技術(shù)企業(yè)，建有“江蘇

省盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)工程技術(shù)研究中心”。

北方重工：盾構(gòu)年產(chǎn)50臺套，2007年并購法國NFM公司后，成為跨國

經(jīng)營企業(yè)，建有“全斷面掘進機國家重點實驗室”。32盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室（2）盾構(gòu)施工領(lǐng)域

在國內(nèi)盾構(gòu)施工領(lǐng)域中，中鐵隧道集團有限公司是國內(nèi)盾構(gòu)機保有數(shù)

量和涉及制造商最多、種類最齊全的專業(yè)集團，使用的盾構(gòu)主要有中

鐵裝備、海瑞克、NFM、小松、羅威特、維爾特、鐵建重工等品牌。

中鐵隧道集團有限公司盾構(gòu)包括用于武漢長江公路隧道；北京鐵路地

下直徑線隧道；廣深港鐵路客運專線獅子洋隧道使用的大直徑泥水盾

構(gòu)；長株潭城際鐵路湘江隧道使用的大直徑土壓平衡盾構(gòu)；北京、廣

州、深圳、成都、重慶、長沙、武漢、西安、鄭州、杭州、天津、沈

陽等城市地鐵使用的土壓平衡盾構(gòu)或泥水盾構(gòu)等。

中鐵隧道集團有限公司目前各品牌盾構(gòu)保有共計70臺（不含TBM）。33盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室34（3）盾構(gòu)行業(yè)發(fā)展面臨問題

20世紀60~80年代盾構(gòu)工法逐漸發(fā)展完善，國際上產(chǎn)生了多種新型盾構(gòu)工法，并以泥水式、土壓式盾構(gòu)工法為主。這期間國內(nèi)盾構(gòu)技術(shù)也獲得了快速發(fā)展，部分技術(shù)指標接近或達到國際同類水平。雖然我國的隧道及地下工程建設(shè)取得了很大的成就，但在環(huán)境保護、地下空間資源開發(fā)的管理、施工管理信息化水平、盾構(gòu)基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化研究和盾構(gòu)前沿技術(shù)研究方面存在一些亟待解決的問題，具體表現(xiàn)在：

（1）地下空間資源開發(fā)管理問題突出，地下空間資源開發(fā)建設(shè)沒有統(tǒng)一

規(guī)劃。

（2）盾構(gòu)相關(guān)基礎(chǔ)理論知識薄弱，缺乏準確可靠的理論分析計算方法和

模型。

（3）缺乏系統(tǒng)的符合中國國情的設(shè)備適應(yīng)性設(shè)計理論。

（4）整體裝備水平低，關(guān)鍵零部件及軟件系統(tǒng)無法自主加工（或開發(fā)）。

（5）信息化建設(shè)水平落后。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室354.盾構(gòu)機的分類

按斷面形狀分類

盾構(gòu)根據(jù)其斷面形狀可分為：單圓盾構(gòu)、復(fù)圓盾構(gòu)（多圓盾構(gòu)）、非圓盾構(gòu)。其中復(fù)圓盾構(gòu)可分為雙圓盾構(gòu)和三圓盾構(gòu)。非圓盾構(gòu)可分為橢圓形盾構(gòu)、矩形盾構(gòu)、馬蹄形盾構(gòu)、半圓形盾構(gòu)。復(fù)圓盾構(gòu)和非圓盾構(gòu)統(tǒng)稱為“異形盾構(gòu)”盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

中鐵工程裝備集團有限公司為蒙華鐵路白城隧道制造的馬蹄形盾構(gòu)，

盾構(gòu)刀盤呈倒“U”形，遠觀形似馬蹄而因此得名。該臺馬蹄形盾構(gòu)刀

盤高10.95

m、寬11.9

m。36構(gòu)盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室37盾構(gòu)直徑4.盾構(gòu)機的分類

0.2~2m

2~4.2m

4.2~7m

7~12m12m以上微型盾構(gòu)小型盾構(gòu)

一般的城市中型盾構(gòu)

地鐵

長株潭城際大型盾構(gòu)

鐵路

佛莞城際鐵超大型盾

路新獅子洋

隧道現(xiàn)在也有將φ14m的盾構(gòu)機叫作大直徑盾構(gòu)機，將φ（16~17）m級的叫作超大直徑盾構(gòu)機盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室佛莞城際鐵路項目泥水盾構(gòu)，開挖直徑13.6m38盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室日本東京灣海底隧道工程

世界上第一個直徑大于φ14m的超大直徑盾構(gòu)隧道工程是日本東京灣的海底道路隧道工程。隧道長9.4

Km，采用8臺φ14.14

m泥水盾構(gòu)掘進施工，于1996年竣工39東京灣道路隧道φ14.14

m泥水盾構(gòu)盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室40

4.盾構(gòu)機的分類

按支護地層的形式分類

盾構(gòu)按支護地層的形式分類，主要分為自然支護式、機械支護式、壓縮空氣支護式、泥漿支護式，土壓平衡支護式五種類型。4.盾構(gòu)機的分類

按開挖面與作業(yè)室之間隔板構(gòu)造分類41

土壓平衡式：適用于含水量和顆粒度組成比較適中，開挖面土砂可直接

流入土倉及螺旋輸送機內(nèi)，形成壓力梯度，維持開挖面穩(wěn)定；

加泥式土壓平衡盾構(gòu)：針對砂粒含量較多而不具有流動性的土層，需添

加水、泡沫、膨潤土等材料進行土體改良，改善渣土流塑性。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室4.盾構(gòu)機的分類

按按施工環(huán)境分類

按施工環(huán)境，可分為軟土盾構(gòu)和復(fù)合盾構(gòu)兩類。其中：

1）軟土盾構(gòu)：是指適用于未固結(jié)成巖的軟土、某些半固結(jié)成巖及全風化和強風化圍巖條件下的一類盾構(gòu)，其主要特點是刀盤僅安裝切削軟土用的切刀和刮刀，無需滾刀。

2）復(fù)合盾構(gòu)：是指既適用于軟土、又適用于硬巖的一類盾構(gòu)，主要用于既有軟土又有硬巖的復(fù)雜地層，其主要特點是刀盤既安裝有用于軟土切削的切刀和刮刀，又安裝有破碎硬巖的滾刀，或安裝有破碎砂卵石和漂石的撕裂刀42盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室4.盾構(gòu)機的分類

目前，敞開式和半敞開式盾構(gòu)已逐步被淘汰，應(yīng)用最廣的是泥水盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)。43手掘式網(wǎng)格式機械式半機械式盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室4.盾構(gòu)機的分類44土壓平衡盾構(gòu)機泥水平衡盾構(gòu)機盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室455.

盾構(gòu)發(fā)展新技術(shù)介紹

20世紀80年代后，盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的主流主要從兩個方面延伸“一方面是針對城市地下空間利用率問題，開發(fā)出不同幾何形狀的異形盾構(gòu)；另外一方面是針對地層復(fù)雜多變問題，研究能適合不同地層的多功能盾構(gòu)技術(shù)”。（1）自由斷面盾構(gòu)扇動臂行星刀盤鋼外殼盾尾同步注漿裝置管片拼裝機管片尾部止水板主刀盤

人孔人孔伸縮裝置盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室465.

盾構(gòu)發(fā)展新技術(shù)介紹

自由斷面盾構(gòu)法是在一個普通圓形盾構(gòu)主刀盤的外側(cè)設(shè)置數(shù)個規(guī)

模比主刀盤小的行星刀盤。隨主刀盤的旋轉(zhuǎn)行星刀盤在外圍作自轉(zhuǎn)的

同時繞主刀盤公轉(zhuǎn)，行星刀盤公轉(zhuǎn)的軌道由行星刀盤扇動臂的扇動角

度確定。通過對行星刀盤扇動臂的調(diào)節(jié)可開挖各種非圓形斷面的隧道。

也就是說，通過對行星刀盤公轉(zhuǎn)軌道的設(shè)計可選擇如矩形斷面，橢圓

形斷面，馬蹄形斷面等非圓形斷面。此盾構(gòu)法尤其適用于地下空間受

限制的如穿梭于既成管線和水道之間的中小型隧道工程。馬蹄形斷面盾構(gòu)盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室475.

盾構(gòu)發(fā)展新技術(shù)介紹（2）偏心多軸盾構(gòu)曲柄軸曲柄軸轉(zhuǎn)動中心刀架驅(qū)動軸

刀片

固定軸旋轉(zhuǎn)式傳送帶

刀架

固定軸

驅(qū)動軸

刀片旋轉(zhuǎn)式傳送帶

偏心盾構(gòu)的原理示意圖偏心多軸盾構(gòu)采用多根主軸，垂直于主軸方向固定一組曲柄軸，在曲柄軸上再安裝刀架。運轉(zhuǎn)主軸刀架將在同一平面內(nèi)作圓弧運動，被開挖的斷面接近于刀架的形狀。因此，可根據(jù)隧道斷面形狀要求設(shè)計刀架是矩形，圓形，圓環(huán)形，橢圓形或馬蹄形盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室485.

盾構(gòu)發(fā)展新技術(shù)介紹（3）MF（Multi‐Face）盾構(gòu)

MF盾構(gòu)由多個圓形斷面的一部分

錯位重合而成，可同時開挖多個圓形

斷面的盾構(gòu)法。隧道有效面積較開挖

面積相等的單圓斷面而言要大，是一

種較為經(jīng)濟合理的斷面形式。2個或

多個大小不同的圓形斷面通過一定規(guī)

則的疊合可提供任意斷面形式的隧道，

在隧道線路規(guī)劃時對線形的選擇有更多的靈活性。上下空間受限制情況下則可選擇橫向疊合式。MF盾構(gòu)法更適用于地鐵車站，共同溝和地下停車場等大斷面隧道的開挖。MF盾構(gòu)的原理示意圖

橫向MF盾構(gòu)法隧道

已建隧道/管線縱向MF盾構(gòu)法隧道

<縱向MF盾構(gòu)法>

已建隧道/管線<橫向MF盾構(gòu)法>49

構(gòu)機產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，達到螺旋式推進的目的。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

鉸接改向

螺旋HV盾構(gòu)法是將幾個圓形斷面根據(jù)需要進行組合，以開挖多種隧道斷面形式的一種特殊施工方法。HV施工法可同時開挖多條隧道，推進方式有螺旋式推進和讓其中某一個斷面從中獨立出去的分叉式推進兩種方式?？筛鶕?jù)隧道的施工條件和用途在地下自由的掘進和改變隧道斷面形式和走向。其施工原理主要是采用了一種叉式鉸接改向裝置。這種裝置可使盾構(gòu)前端各自沿著相反的方向旋轉(zhuǎn)，以改變盾構(gòu)的推進方向。利用這種鉸接裝置可使盾

5.

盾構(gòu)發(fā)展新技術(shù)介紹（4）HV盾構(gòu)

螺旋50日本球形盾構(gòu)

5.

盾構(gòu)發(fā)展新技術(shù)介紹（5）球體盾構(gòu)

球體盾構(gòu)是利用球體本身可自由旋轉(zhuǎn)的特點，將一球體內(nèi)藏于先行主機盾構(gòu)的內(nèi)部，在球體內(nèi)部又設(shè)計一個后續(xù)次機盾構(gòu)。先行盾構(gòu)完成前期開挖后，利用球體的旋轉(zhuǎn)改變隧道的推進方向，進行后期隧道的開挖。

（a）

豎向工作井開挖

（b）球體旋轉(zhuǎn)盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室（c）橫向隧道開挖515.

盾構(gòu)發(fā)展新技術(shù)介紹（6）雙圓盾構(gòu)

雙圓盾構(gòu)屬于MF盾構(gòu)工法的一種，以2只圓形盾構(gòu)機的切削刀盤，

前后錯開，并使一部分重疊，構(gòu)筑多圓形斷面的隧道工法，對圓形進行

各種組合，可以構(gòu)筑多種斷面的隧道，而雙圓盾構(gòu)工法是利用泥水加壓

盾構(gòu)的切削器輪輻形狀，將2個切削器用同一個平面內(nèi)的齒輪裝配成盾構(gòu)

機來筑造隧道的工法，鄰接的切削器不產(chǎn)生接觸沖突，相互之間按相反

的方向旋轉(zhuǎn)，進行同步控制盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室52二

盾構(gòu)法施工的特點盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室531.盾構(gòu)法施工概述

盾構(gòu)法施工是指使用盾構(gòu)機在地下掘進，在護盾的保護下，在機內(nèi)安

全的進行開挖和襯砌作業(yè)，從而構(gòu)筑成隧道的施工方法。

盾構(gòu)施工法是由穩(wěn)定開挖面、盾構(gòu)機挖掘和襯砌三大部分組成。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室2.土壓平衡盾構(gòu)施工工法

土壓平衡盾構(gòu)施工工法就是采用土壓平衡盾構(gòu)進行隧道施工的方法。

工序原理：

由刀盤切削下來的土體進入土倉后由螺旋輸送機排出，同時渣土在螺旋輸送機內(nèi)形成壓力梯降，以穩(wěn)定土倉壓力，使開挖面保持穩(wěn)定；

盾構(gòu)機向前推進的同時，螺旋輸送機排土，使排土量等于開挖量，即可使開挖面始終保持穩(wěn)定。排土量通過調(diào)節(jié)螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速和出土閘門的開度予以控制。

從螺旋輸送機出來的渣土通過皮帶機輸送轉(zhuǎn)運，皮帶將渣土卸到下方的渣土車。渣土車通過電瓶車牽引運至盾構(gòu)隧道豎井，通過地面上的門吊將渣車吊到地面，并將渣土卸在渣坑內(nèi)，使用挖掘機將渣土裝至自卸卡車外運。掘進作業(yè)完成后進行管片拼裝，管片拼裝完成后再進行掘進作業(yè)，依次循環(huán)，直至完成隧道施工。54盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

3.泥水平衡盾構(gòu)施工工法

泥水平衡盾構(gòu)施工工法就是采用泥水平衡盾構(gòu)進行隧道施工的方法。

工序原理：送泥泵從設(shè)置在地面上的調(diào)漿池抽取泥水（水與膨潤土的混合物），經(jīng)送泥管送入到泥水盾構(gòu)的泥水倉；

在泥水倉內(nèi)，充滿壓力的泥水灌入地層若干厘米，使膨潤土嵌入到土粒間的縫隙，形成一層“泥膜”，從而使開挖面的土層變得穩(wěn)定和不透水。通過泥水盾構(gòu)刀盤的旋轉(zhuǎn)，將開挖面的泥膜切削下來，與泥水倉內(nèi)的膨潤土漿液混合后，通過排泥泵和中繼泵，經(jīng)由排泥管送至地面的泥水分離站，泥水分離站將開挖的渣土從膨潤土漿液中分離出來，分離后的泥水進行質(zhì)量調(diào)整后循環(huán)使用，再通過送泥泵送入盾構(gòu)的泥水倉。55盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室4.盾構(gòu)法施工的優(yōu)點一、盾構(gòu)法隧道施工不受地面自然條件的影響

在盾構(gòu)支護下進行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航運、潮汐、季節(jié)、氣候等條件的影響，能較經(jīng)濟合理地保證隧道安全施工。

如上海長江隧道、南京長江隧道等在建設(shè)時不影響航道的通行，天氣情況對盾構(gòu)施工組織影響不大，便于合理安排工期。蘇埃通道工程附近有汕頭國際集裝箱碼頭，施工時不影響碼頭正常運行。56盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室二、盾構(gòu)法施工隧道機械化、自動化程度高

盾構(gòu)的推進、出土、襯砌拼裝等可實行自動化、智能化和施工遠程控制信息化，掘進速度較快，施工勞動強度較低。57盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室1）信息化的監(jiān)控方式58

天津地下直徑線盾構(gòu)施工采用了當時國內(nèi)最先進的信息化技術(shù)，能夠遠程監(jiān)控盾構(gòu)機的各種掘進參數(shù)，及時調(diào)整和優(yōu)化，對于整個工程的安全和質(zhì)量控制，起到了很好的輔助作用。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室59控制盒地面監(jiān)控計算機2）精確的激光導向系統(tǒng)

盾構(gòu)采用先進的VMT激光導向系統(tǒng)來控制隧道的掘進方向，這在隧道的

方向控制上也是比較前沿的高端技術(shù)。在激光導向系統(tǒng)的引導下，廣

深港獅子洋隧道實現(xiàn)雙向掘進、盾構(gòu)機洞中對接，縮短了盾構(gòu)工期，

降低了施工成本。

調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器打印機盾構(gòu)主控室管

片激光全站儀ELS

靶激光定位儀工業(yè)計算機黃盒子顯示屏盾構(gòu)機推進油缸盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室60盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室3）盾構(gòu)施工遠程信息化管理系統(tǒng)61盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室62三、地面人文自然景觀受到良好的保護，周圍環(huán)境不受盾構(gòu)施工干擾

揚州瘦西湖隧道穿越瘦西湖風景區(qū)（AAAAA級景區(qū)）

該工程位于揚州市5A級瘦西湖景區(qū)核心地段，穿越瘦西湖和宋夾城河兩

個水系，東側(cè)連接瘦西湖路、漕河路，西側(cè)接揚子江北路、楊柳青路，主

線隧道全長2630米,包括盾構(gòu)段1275米,匝道518米，接線道路2277米和風塔

等。設(shè)計為單管雙層雙向四車道,設(shè)計車速60公里/小時。采用一臺直徑

14.93米的泥水平衡盾構(gòu)機進行盾構(gòu)掘進施工。工程穿越全斷面硬塑粘土

地層，該地質(zhì)條件在泥水平衡盾構(gòu)施工領(lǐng)域尚屬首次。

63盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室64

天津地鐵3號線穿越瓷房子（價值連城的“中國古瓷博物館”）盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室作為國內(nèi)首個采用單管雙層六車道橫斷面隧道工程，上海外灘通道工程南起南外灘老太平路，下穿外灘歷史建筑保護區(qū)，盾構(gòu)段全長1098m，采用日本三菱公司設(shè)計制造的Ф14.270m土壓平衡盾構(gòu)進行施工。65盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室四、施工時能夠降低對周邊環(huán)境的影響，滿足“綠色、文明”的施工理念

城市地鐵、干線道路采用盾構(gòu)施工，避免了對地面交通的干擾，能夠有效控制渣土、泥漿的排放，施工場地占用較少，有效避免在城市中“開膛破肚”式的施工，是開發(fā)城市地下空間的有效方式。

鄭州紅專路下穿中州大道隧道工程采用矩形盾構(gòu)施工，施工期間主干道中州大道的交通基本不受影響，與其它施工方式相比降低了粉塵、噪音對周邊居民的影響。66盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室5.盾構(gòu)法施工的缺點

盾構(gòu)機造價昂貴，屬于非標設(shè)備，盾構(gòu)的拼裝、轉(zhuǎn)移等較復(fù)雜，建造

短于750m的隧道經(jīng)濟性差；（一次性投入的成本高）

需要隧道襯砌管片預(yù)制、運輸、襯砌、襯砌結(jié)構(gòu)防水及堵漏、施工測

量、場地布置、機械安裝等施工技術(shù)的配合；（系統(tǒng)工程協(xié)調(diào)復(fù)雜）

施工過程中斷面尺寸變化困難；（盾構(gòu)、管片已經(jīng)定型）

管片內(nèi)徑小于盾構(gòu)外徑，所以盾構(gòu)一旦開始施工，就無法后退

當隧道曲線半徑過小或隧道埋深較淺時，掘進較為困難；（不適合小

半徑掘進）直徑長度比小于1的盾構(gòu)盾體上有鉸接密封，便于小半徑掘進，大直徑盾構(gòu)（直徑大于12m），直徑長度比接近或大于1，無鉸接密封

在飽和含水的松軟地層中施工，地表沉陷風險較大；67盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室5.盾構(gòu)法施工的缺點

盾構(gòu)需要“量身定做”

設(shè)計難度大。盾構(gòu)是適合于某一區(qū)間隧道的專

用設(shè)備，必須根據(jù)施工隧道的斷面大小、埋深條件、圍巖的基本條件

進行設(shè)計、制造或改造。當將盾構(gòu)轉(zhuǎn)用于其它區(qū)間或其它隧道時，必

須考慮斷面大小、開挖面穩(wěn)定機理、圍巖粒徑大小等基本條件是否相

同。如有差異時還要進行針對性改造，以適應(yīng)其地質(zhì)條件。

區(qū)別于一般土木工程，盾構(gòu)施工對精度的要求非常之高。例如，管片

制作精度幾乎近似于機械制造精度；由于斷面不能隨意調(diào)整，對隧道

軸線偏離、管片拼裝精度也有很高要求。68適用地質(zhì)一般適用于從巖層到土層的所有地層，但對于某些特殊復(fù)雜地質(zhì)條件應(yīng)進行認真細致的分析和論證，包括但不限于如下幾種地層：整體性較好的硬巖地層、巖溶地層、高應(yīng)力擠壓破損地層、膨脹巖、含堅硬大塊石的土層、卵礫石層、高粘性土層或可能存在不明地下障礙物的地層等。地下水措施隧道埋深最小覆蓋深度一般大于隧道直徑；壓氣施工、泥水加壓施工要注意地表的噴涌。斷面形狀一般為圓形，使用特殊盾構(gòu)可以構(gòu)筑半圓形、復(fù)圓形和橢圓形等異形斷面隧道；一般難以在施工中期改變隧道斷面形狀。急轉(zhuǎn)彎施工在現(xiàn)有施工實例中，存在曲率半徑與盾構(gòu)外徑之比達到3的急轉(zhuǎn)彎隧道。對周圍影響接近既有建筑物（或結(jié)構(gòu)物）施工時，有時需要采用輔助施工措施；除豎井部外極少產(chǎn)生影響到交通的噪聲，且振動只發(fā)生在豎井口，可用防音墻處理。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室6.盾構(gòu)法施工的適用性分析69閉胸式盾構(gòu)一般不需要輔助措施，而敞開式盾構(gòu)需要輔助措施。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室70三

盾構(gòu)法施工工藝流程盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室始發(fā)井交付

使用盾構(gòu)機再次安裝、調(diào)試盾構(gòu)機再次

初始掘進盾構(gòu)托架就

位盾構(gòu)機到達

中間站

正常掘進盾構(gòu)機下井、

安裝、調(diào)試

正常掘進

盾構(gòu)機到達

終點站

試掘進負環(huán)拆除及

其它調(diào)整盾構(gòu)機解體

外運隧道清理準

備驗收711.盾構(gòu)總體施工流程盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室72盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室2.盾構(gòu)機掘進流程準備工作轉(zhuǎn)動刀盤啟動次級運輸系統(tǒng)（皮帶機或泥

漿環(huán)流系統(tǒng)）啟動推進千斤頂啟動首級運輸系統(tǒng)（螺旋機）或

泥漿環(huán)流出渣停止掘進安裝管片回填注漿準備下一環(huán)掘進73盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室74四

盾構(gòu)機工作原理簡介盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室1.土壓平衡盾構(gòu)

土壓平衡盾構(gòu)機（Earth

Pressure

Balance

Shield，簡稱EPB盾構(gòu)）是一種利用土倉壓力來平衡掌子面水土壓力的盾構(gòu)機，主要適用于粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉土、粉砂層等黏稠土層中施工。在掘進時，由刀盤切削下來的土體進入土倉后由螺旋輸送機輸出，在螺旋輸送機內(nèi)形成壓力梯降，保持土倉壓力穩(wěn)定，使開挖面土層處于穩(wěn)定。75土倉壓力=地下水壓力+掌子面土壓盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

土倉壓力動態(tài)平衡控制措施

控制盾構(gòu)機的推進速度和螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速，來分別控制進入土倉的渣土量和排出土倉的渣土量，最終控制土倉內(nèi)渣土的總量，實現(xiàn)土倉壓力與掌子面壓力的動態(tài)平衡。76盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

土壓平衡盾構(gòu)掘進模式

土壓平衡盾構(gòu)有三種掘進模式：敞開模式，局部氣壓模式和土壓平衡模式，每種模式具有各自特點和適用條件。77敞開模式局部氣壓模式土壓平衡模式盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室敞開式?

適用于能夠自穩(wěn)、地下水少的地層，刀盤切削下的渣土進入

土倉后即刻被螺旋輸送機排出，土倉基本處于清空狀態(tài)。以

滾刀破巖為主，推進時刀盤轉(zhuǎn)速高、扭矩低局部氣壓模式?

也稱為半敞開式，土倉內(nèi)保持2/3左右的渣土量，適用于具有

一定自穩(wěn)能力和地下水壓不太高的地層，防地下水滲入取決

于壓縮空氣的壓力，在上軟下硬地層施工時多采用此模式土壓平衡模式?

用于地層穩(wěn)定性不好或有較多地下水的軟質(zhì)巖層，根據(jù)前面

地層狀況，保持不同的土倉壓力78盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

渣土改良

渣土改良的目的：渣土具有好的流塑性、合適的稠度、較低的透水性和較小的摩擦阻力。

土體改良的方法：通過盾構(gòu)配置的專用裝置向刀盤前面、土倉及螺旋輸送機內(nèi)注入添加劑，如泡沫、膨潤土或聚合添加劑等79刀盤區(qū)域的泡沫噴射改良后的渣土盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室2.泥水平衡盾構(gòu)機

泥水平衡盾構(gòu)機（Slurry

Pressure

Balance

Shield，簡稱SPB盾構(gòu)）是一種通過控制泥水倉壓力來平衡掌子面水土壓力的盾構(gòu)機。適用于沖積形成的砂礫、砂、粉砂、黏土層、弱固結(jié)的土層以及含水率高開挖面不穩(wěn)定的地層；洪積形成的砂礫、砂、粉砂、黏土層以及含水率高、固結(jié)松散、易于發(fā)生涌水破壞的地層。80盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

分類

泥水盾構(gòu)按照其發(fā)展歷程分為日本歷程、英國歷程和德國歷程三種。目前，僅保留有日本和德國兩個主要發(fā)展體系。其中，以日本的泥水盾構(gòu)為基礎(chǔ)開發(fā)出了土壓平衡盾構(gòu)，而德國的泥水盾構(gòu)則導致混合型盾構(gòu)的開發(fā)。

按照控制開挖面泥漿方式的不同又可以分為二類：一種是日本體系的直接控制型；另一種是德國體系的間接控制型（氣壓復(fù)合控制型）。81刀盤送泥管攪拌器排泥管推進油缸盾尾管片安裝機日系：直接控制型該型盾構(gòu)在機械式盾構(gòu)的前部設(shè)置密封隔板，并配置刀盤和推進油缸；所述隔板與開挖面之間形成泥水艙，內(nèi)部充滿泥漿盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室82刀盤進泥管排泥管壓縮空氣

連通管

泥漿

泥模

形成

區(qū)地層

分類

間接控制型泥水盾構(gòu)在泥水艙內(nèi)插裝一道半隔板；在半隔板前充以壓力泥漿，在半隔板后盾構(gòu)軸心線以上部分充以壓縮空氣，以形成空氣緩沖層；氣壓作用在半隔板后面與泥漿的接觸面上；由于接觸面上氣、液具有相同壓力，因此只要調(diào)節(jié)空氣壓力，就可以確定和保持在開挖面上相應(yīng)的泥漿支護壓力

氣壓倉泥水室盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室83直接控制型泥水盾構(gòu)開挖倉內(nèi)的泥水壓力波動較大，一般在0.05~0.1MPa之間變化間接控制型泥水盾構(gòu)是通過調(diào)節(jié)氣墊倉壓縮空氣的壓力來控制泥水壓力，控制精度高，開挖倉內(nèi)的泥水壓力波動小，一般在0.01~0.02MPa之間變化。掌子面壓力的變化被迅速、準確的平衡，降低了對地層的擾動。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

泥水平衡原理

泥水穩(wěn)定掌子面的方法源于地下連續(xù)墻的泥漿護壁原理，其基本原理是通過在支撐環(huán)前面隔板的密封艙中，注入適當壓力的泥漿，在開挖面形成泥膜，支撐正面土體，并由安裝在正面的刀盤切削土體表面泥膜，與泥水混合后，形成高密度泥漿。84

當泥水壓力大于地下水壓力時，泥水按照達西定律滲入土體，形成與土壤間隙成一定比例的懸浮顆粒，這些顆粒被捕獲并積聚于土體與泥水的接觸區(qū)，逐漸形成泥膜。當泥膜抵抗力遠大于正面地層壓力時，產(chǎn)生泥水平衡效果。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室85泥膜的類型

泥皮泥膜泥水幾乎不滲透，只形成泥膜

無

泥

膜泥水全部滲透，不產(chǎn)生泥膜

滲透泥膜介于前二者之間，即滲透又形成泥膜86泥膜的類型泥皮泥膜

泥水幾乎不滲透，只形成

泥膜盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室泥皮泥膜：泥皮泥膜的建膜速度慢，密封性好，對泥漿指標變化的敏感度高，泥漿濾失量小，一般用于開挖面的靜態(tài)支護。缺點是失水易開裂和剝落。易形成在滲透系數(shù)小的黏性土層；盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室87泥膜的類型滲透泥膜介于前二者之間，即滲透又形成泥膜滲透泥膜：滲透泥膜的建膜速度快，對泥漿指標變化的敏感度低，適用于盾構(gòu)掘進中開挖面的動態(tài)支護，缺點是泥漿濾量大。易形成在砂質(zhì)土層中。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室88五

盾構(gòu)機選型1.盾構(gòu)機選型主要原則

盾構(gòu)的“型式”涉及盾構(gòu)的“型”和“操作模式”，其中：盾構(gòu)的“型”是指盾構(gòu)的類型和機型，是在施工前決定的；操作模式”則是在施工過程中根據(jù)具體的施工環(huán)境由操作人員實時決策的。盾構(gòu)選型應(yīng)從安全適應(yīng)性（也稱可靠性）、技術(shù)先進性、經(jīng)濟性等方面綜合考慮，所選擇的盾構(gòu)形式要能盡量減少輔助施工法并確保開挖面穩(wěn)定和適應(yīng)圍巖條件，同時還要綜合考慮以下因素：

（1）可以合理使用輔助施工法如降水法、氣壓法、凍結(jié)法和注漿法等；（2）滿足本工程隧道施工長度和線形的要求；（3）后配套設(shè)備、始發(fā)設(shè)施等能與盾構(gòu)的開挖能力配套；盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室1.盾構(gòu)機選型主要原則1）適用性原則

斷面形狀與外形尺寸應(yīng)適用于隧道斷面形狀與外形尺寸；

種類與性能應(yīng)適用工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、隧道埋深、地下障礙

物、地下構(gòu)筑物與地面建筑物安全需要、地表隆沉要求等使用條件；

考慮輔助工法以提高適用性。2）技術(shù)先進性原則

一是不同種類盾構(gòu)機技術(shù)先進性不同；

二是同一種類盾構(gòu)機由于設(shè)備配置的差異與功能的差異而技術(shù)先進

性不同3）經(jīng)濟合理性原則經(jīng)濟合理性原則是指在滿足施工安全、質(zhì)量標準、環(huán)境保護要求和工期要求的前提下，所選擇的盾構(gòu)機及其輔助工法用于工程項目的綜合施工成本合理。89盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室2.盾構(gòu)機選型依據(jù)盾構(gòu)機選型依據(jù)按其重要性排列如下：

土質(zhì)條件、巖性（抗壓、抗拉、粒徑、成層等各項參數(shù)）

開挖面穩(wěn)定（自立性能）

隧道埋深、地下水位

設(shè)計隧道的斷面

環(huán)境條件、沿線場地（附近管線和建筑物及其結(jié)構(gòu)特性）

襯砌類型

工期

造價

宜用的輔助工法

設(shè)計路線、線性、坡度

電氣等其他設(shè)備條件90高

各

因

素

的

重

要

性低2.盾構(gòu)機選型依據(jù)1）依據(jù)地層滲透系數(shù)選型91

通常當?shù)貙拥臐B透系數(shù)小于10‐7m/s時，可以選用土壓平衡盾構(gòu)；當

地層的滲透系數(shù)在10‐7m/s和10‐4m/s之間時，即可以選用土壓平衡盾構(gòu)也

可以選用泥水式盾構(gòu)；當?shù)貙拥臐B水系數(shù)大于10‐4m/s時，宜選用泥水盾

構(gòu)。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

滲透系數(shù)較大的隧道采用土壓平衡盾構(gòu)施工時，螺旋輸送機“土塞效

應(yīng)”難以形成，螺旋輸送機出渣會經(jīng)常發(fā)生噴涌現(xiàn)象，這對施工是非

常不利的，會直接導致土艙壓力大幅波動，不利于控制地面沉降，如

果采用帶氣墊加壓式泥水盾構(gòu)，泥水艙的壓力波動范圍就可以控制在

很小的范圍內(nèi)，一般氣墊加壓式泥水盾構(gòu)壓力控制精度在0.05bar左右。

滲透系數(shù)較小的隧道，如果采用泥水盾構(gòu)施工，主要不利因素是隧道

渣土排放需要較長的管道，同時需要昂貴的泥水分離設(shè)備，在環(huán)境要

求高的場合還必須采用渣土壓濾設(shè)備，同時耗費大量的膨潤土，工程

造價較高。（難以進行泥水分離）92盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室2.盾構(gòu)機選型依據(jù)2）依據(jù)隧道圍巖的顆粒級配關(guān)系選型93

卵石礫石粗砂區(qū)為泥水盾構(gòu)適用的顆粒級配范圍，細砂淤泥粘土區(qū)為土壓平衡盾構(gòu)適用的顆粒級配范圍。盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室

粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉土、粉砂層等黏稠地層的細顆粒含量多，

渣土易形成不透水的流塑體，容易充滿土倉的每個位置，便于在土倉

中建立壓力，來平衡掌子面的水土壓力；

卵石、礫石、粗砂、細砂地層有利于泥漿中細小顆粒的滲透，便于在

掌子面建立一層不透水的泥膜，泥水壓力作用在泥膜上來平衡掌子面

水土壓力。94盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室2.盾構(gòu)機選型依據(jù)3）依據(jù)地下水壓進行選型

水壓大于0.3MPa時，宜采用泥水平衡盾構(gòu)。若此時采用土壓平衡盾

構(gòu)，螺旋輸送機難以形成有效的土塞效應(yīng)，在其排土閘門處易發(fā)生

噴涌現(xiàn)象，引起土倉壓力下降，導致開挖面坍塌；

水壓大于0.3MPa時，若因地質(zhì)原因需采用土壓平衡盾構(gòu)，則需要增

加螺旋輸送機的長度，或采用二級螺旋輸送機，或采用保壓泵。95盾構(gòu)機土質(zhì)敞開式密閉式手掘式半機械挖掘式機械挖掘式泥土壓式泥水式分類土質(zhì)N值適用性注意點適用性注意點適用性注意點適用性注意點適用性注意點沖擊黏性土腐殖土0×××△地層變形△地層變形粉土、黏土0-2△地層變形××○○砂質(zhì)粉土、砂質(zhì)黏土0-5△地層變形××○○5-10△地層變形△地層變形△地層變形○○盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室3.典型地層對應(yīng)的盾構(gòu)機類型96符號○表示原則上適用;△表示必須進行輔助工法、輔助設(shè)備等充分論證后適用;×表示原則上不適用盾構(gòu)機土質(zhì)敞開式密閉式手掘式半機械挖掘式機械挖掘式泥土壓式泥水式分類土質(zhì)N值適用性注意點適用性注意點適用性注意點適用性注意點適用性注意點洪積黏性土粉質(zhì)黏土黏土10-20○△泥土堵塞○○黏質(zhì)粉土、黏土15-25○○○○○25以上△開挖機械○○○○軟巖黏土巖、泥巖50以上×△地下水壓○○刀具磨損○刀具磨損砂質(zhì)土混有粉土黏土的砂△地下水壓△地下水壓△地下水壓○○松散砂△地下水壓×△地下水壓○○密實砂30以上△地下水壓△地下水壓△地下水壓○○盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室3.典型地層對應(yīng)的盾構(gòu)機類型97盾構(gòu)機土質(zhì)敞開式密閉式手掘式半機械挖掘式機械挖掘式泥土壓式泥水式分類土質(zhì)N值適用性注意點適用性注意點適用性注意點適用性注意點適用性注意點砂礫、卵石松散砂礫△地下水壓△地下水壓△地下水壓○○固結(jié)砂礫40以上△地下水壓△地下水壓△刀盤與刀具磨損、地下水壓○刀具磨損○刀具磨損混有卵石的砂礫—△人員安全、地下水壓△地下水壓超挖量△刀盤與刀具磨損、地下水壓○刀具磨損△刀具選擇送泥對策卵石、巨礫—△礫石破碎、地下水壓△地下水壓超挖量△△刀具與螺旋機選擇△礫石破碎送泥對策3.典型地層對