盾构机选型要点及盾构施工条件与现场布置_百科_资讯

一盾构类型与适用条件

（一）盾构类型

（1）按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式，机械支护式，压缩空气支护式，泥浆支护式，土压平衡支护式5种类型。

（2）按开挖面是否封闭划分，可分为密闭式和敞开式两类。按平衡开挖面土压与水压的原理不同，密闭式盾构又可分为土压式（常用泥土压式）和水泥式两种。敞开式盾构按开挖方式划分，可分为手掘式，半机械式和机械开挖式三种。

（3）按盾构的断面形状划分，有圆形和异型盾构两类，其中异型盾构主要有多圆形，马蹄形，类矩形和矩形，目前在国内轨道交通建设中，已有双圆马蹄形，矩形和类矩形盾构应用。

（二）盾构机的刀盘配置

盾构的刀盘主要有刀盘体，刀具，磨损检测器，搅拌棒，泡沫及膨润土管路等零部件组成，刀盘体由钢结构焊接而成，刀具可分为：滚刀，切刀，边缘刮刃，仿形刀，保径刀，先行刀，中心刀等。

刀盘是机械化盾构的掘削部件，刀盘结构应根据地质适应性的要求进行设计，以适合围岩条件，并保证开挖面稳定的前提下，提高掘进速度，刀盘设计时，应充分考虑刀盘的结构形式，支撑方式，开口率，开口大小和分布，刀具的布置等因素

刀盘具有三大功能：

（1）开挖功能。刀盘旋转时，刀具切削隧道开挖面土体，对开挖面的岩土层进行开挖，开挖后的渣土通过刀盘的开口进入土仓。

（2）稳定功能。支持开挖面，具有稳定开挖面的功能

（3）搅拌功能。对于土压平衡盾构，刀盘对土仓内的渣土进行搅拌，使渣土具有一定的塑性，流动性并在一定程度上避免形成“泥饼”的作用。

盾构的刀盘结构形式与工程地质情况有着密切的关系。不同的地层应采用不同的刀盘结构形式；土压平衡盾构的刀盘有两种形式-面板式和辐条式

（1）面板式刀盘开口率相对较小，面板直接支撑面，有挡土功能，有利于切削面稳定，但在开挖黏土层时，易发生黏土粘附面板表面影响开挖效率的情况，防止措施是注入改良材料等。

（2）辐条式刀盘开口率大，土砂流动顺畅，不易堵塞，土仓压力能有效改善作用于开挖面，但一般不能安装滚刀，且中途换刀安全性较差。

（三）各种盾构对地质条件的适用性

当前，土压平衡盾构与泥水加压盾构已经成为盾构法隧道施工使用最多的盾构，两种盾构。

1. 土压平衡盾构

（1）土压平衡盾构，简称EPB盾构。土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土。依靠推进千斤顶的推力给土仓内开挖土渣加压，使土压作用于开挖面以使其稳定。土压平衡盾构的支护材料是土壤本身。土压平衡盾构由盾壳，刀盘，刀盘驱动，螺旋输送机，皮带输送机，管片安装机，人仓，液压系统等组成。

（2）土压平衡盾构的工作原理如下：刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的渣车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围地层的土压，承受地下水的水压，并将地下水阻隔在盾壳外面。掘进，排土，预制管片拼装等作业在盾壳的掩护下进行。

（3）地质平衡盾构主要应用在粘稠土壤中，该类型土壤含黏土，粉质黏土或淤土，具有低渗透性。这种土质在螺旋输送机内压缩形成防水土塞，使土仓和螺旋输送机内部产生土压力，来平衡掌子面的土压力和水压力。

土压平衡盾构用开挖出的土料作为支撑开挖面稳定的介质，对作为支撑介质的土料，要求其具有良好的塑性变形，软稠度，内摩擦角小及渗透率小。除软黏土外，一般土壤不完全具有这种特性，需进行改良。改良的方法通常为：加水，膨润土，黏土，CMC（羧甲基纤维素钠），聚合物或泡沫等。根据土质情况选用。

2泥水加压盾构

（1）泥水加压盾构也称泥水加压平衡盾构，简称SPB盾构。泥水盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，装备刀盘及输送泥浆的送排泥管和推进盾构的推进油缸，在地面上还配有泥水处理设备。

（2）泥水盾构的构成，除了具有：刀盘驱动系统，推进系统，管片拼装系统，盾尾密封系统，液压系统，电气系统，同步注浆系统，外加剂注入等土压平衡盾构具有的系统外，还具有以下系统：

1）可调整泥浆物理性质，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统；

2）综合管理排泥状态，泥水压力及泥水处理设备运转状况的综合管理系统；

3）泥水分离处理系统。

（3）泥水平衡盾构的开挖面支护原理；

泥水盾构利用循环悬浮液的体积对泥浆压力进行调节和控制，采用膨润土悬浮液（俗称泥浆）作为支护材料。开挖面的稳定是将泥浆送入泥水室内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，在输送开挖面。

（4）地质适应范围

泥水盾构最初是在冲粘和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用。由于泥水对开挖面的作用明显，因此在软弱的淤泥质土层，松动的砂土层，砂砾层，卵石砂砾层，砂砾和坚硬土的互层等地层中均适用。目前，泥水加压盾构工法对地层的适用范围不断扩大，即使处于恶化的施工环境和存在地下水的不良条件下，由于有相应的处理方法，因而几乎适应所有地层。

二盾构选型依据与原则

（一）选型依据

盾构选型依据应包括下列内容；

（1）工程地质和水文地质勘察报告

（2）隧道线路及结构设计文件

（3）断面大小

（4）施工安全，工程环境风险因素，场地条件，环保要求。

（5）施工环境及其保护要求

（6）工期条件

（7）辅助施工方法

（8）类似工程施工经验

（二）选型的基本原则

1. 适用性原则

盾构的断面形状与外形尺寸适用于隧道断面形状与外形尺寸，种类与性能要适用工程地质与水文地质条件，隧道埋深，地下障碍物，地下构筑物与地面建筑物安全需要，地表隆沉要求等使用条件或最不利使用条件选型，以便具有较广泛的适用性。

2. 技术先进性原则

技术先进性有两方面含义：一是不同种类盾构技术先进性不同，二是同一种类盾构由于设备配置的差异与功能的差异而技术先进性不同。

选择技术先进的盾构，一方面为了更好地适应建设单位当前及今后的工程施工要求，提高施工单位的市场竞争力；另一方面在合理使用寿命期内保持技术先进性。

技术先进性要以可靠性为前提，要选择经过工程实践验证，可靠性高的先进技术。

3. 经济合理性原则

经济合理性是指，所选择的盾构及其辅助工法用于工程项目施工，在满足施工安全，质量标准，环境保护要求和工期要求的前提下，其综合施工成本合理。

（三）盾构选型的配置要求

三盾构选型的基本程序

盾构选型应遵循基本原则，采取科学的方法，经过策划，调查，可行性研究，综合比选评价等步骤，按照可行的程序进行。

盾构施工条件与现场布置

一盾构法施工条件

（一）盾构法施工适用条件与施工准备

（1）适用的地层范围：除硬岩外相对均质的地质条件，应该注意的是，广州等地区已经有采用复合盾构施工软硬不均地层的成功经验。

（2）隧道埋深：隧道应有足够的埋深，覆土深度不宜小于1D（洞径）。采用压气施工法和泥水加压盾构时，隧道覆土太浅，有冒顶的可能性；覆土最大也有限制，取决于盾构对地下水的抵御能力和衬砌的防水性能。

（3）地下水防治；采用密闭式盾构时，除了始发和接收区以及开仓换刀时需要之外，一般不需要辅助工法。

（4）截面形状；标准形状为圆形，也可采用异形截面

（5）截面大小：除地铁盾构常用的6~7m左右的直径外，在上海地铁和北京地铁有分别应用应用直径11.58m和10.22m泥水盾构同时建造地铁上，下行线的实例，在北京地区也有应用直径10.22m土压平衡盾构同时建造地铁上，下行线的实例。目前，国内，在软土地区施工直径15.43m的大型泥水盾构技术已经非常成熟。

（6）急转弯施工：有曲线半径/盾构外径之比3~5的施工实例。

（7）对环境的影响：接近既有建（构）筑物施工时，有时需要辅助措施；除工作井部分外，对道路交通影响小，震动，噪声一般限制在工作井洞口附近，可用隔音墙防护。

（二）施工准备

1）前期调查

1. 施工前，应对施工地段的工程地质和水文地质情况进行调查，必要时应补充地质勘察。

2. 对工程影响范围内地面建（构）筑物应进行现场踏勘和调查，对需加固或基础托换的建（构）筑物应进行详细调查，必要时应进行鉴定，并应提前左右施工方案。

3. 对工程影响范围内的地下障碍物，地下构筑物及地下管线等应进行调查，必要时进行探查

4. 对工程所在地的环境保护要求，应进行工程环境调查。

5.盾构设备用电引入条件调查。

2）技术准备

隧道施工前，应具备下列材料：

1. 工程地质和水文地质勘察报告

2. 隧道沿线环境，建（构）筑物，地下管线和障碍物等的调查情况。

3. 施工所需的设计图纸资料和工程技术要求文件

4. 工程施工有关合同文件

5. 施工组织设计

6. 拟使用盾构的相关资料

3）工作井位置和施工方法选择

采用盾构法施工时，一般需在盾构掘进的始端和终端设置工作井，按工作井的用途，分为盾构始发井和接收工作井，而在竣工后多被用作地铁车站，排水，通风等永久性结构，工作井位置选择要考虑不影响地面社会交通，对附近居民的噪声和振动影响较少，且能满足施工生产组织的需要。工作井应根据地质条件和环境条件，应选择安全经济和对周边影响小的施工方法，通常采用明挖法施工。

4）工作井断面尺寸确定

始发工作井平面尺寸应根据盾构安装的施工要求来确定。井壁上设有盾构始发洞口，井内设有盾构基座和反力架。始发工作井的长度应大于盾构主机长度3m,宽度应大于盾构直径3m以上。接收工作井的平面内净尺寸应满足盾构接收，解体和调头的要求；始发，接收工作井的井底板低于始发和到达洞门底标高，并应满足相关装置安装和拆卸所需的最小作业空间要求。始发工作井尺寸应满足电瓶车出土吊装及管片吊装和人员下井楼梯安装的要求。

5）掘进前准备

盾构设备组装调试完成，开始掘进施工前，应完成下列工作；

（1）复核各工作井井位里程及坐标，洞门钢环制作精度和安装后的高程和坐标。

（2）盾构基座，负环管片和反力架等设施及定向测量数据的检查验收

（3）管片及辅助材料储备

（4）盾构掘进施工的各类报表

（5）洞口土体加固和洞门密封止水装置检查验收

二盾构施工现场布置

（一）施工现场布置基本要求

（1）施工现场布置应根据合同工期和施工进度的要求，在规定的施工区域内正确处理施工期间所需各项设施之间的空间关系。

（2）在施工用地范围内，对施工现场的道路交通，材料仓库，材料堆场，临时房屋，大型施工设备，集土（泥）坑，拌浆系统，临时水电管线，消防器材垂直运输设备等作出合理的规划布置。

（二）施工现场平面布置与施工设施设置