盾构的种类及选型.doc

第四章 盾构的种类及选型4.1 盾构机的种类盾构的分类方法较多，可按盾构切削断面的形状；盾构自身构造的特征、尺寸的大小、功能；挖掘土体的方式；掘削面的挡土形式；稳定掘削面的加压方式；施工方法；适用土质的状况等多种方式分类见表 4.11. 按挖掘土体的方式分类按挖掘土体的方式，盾构可分手掘式盾构、半机械式盾构及机械式盾构三种① 手掘式盾构：即掘削和出土均靠人工操作进行的方式② 半机械盾构：即大部分掘削和出土作业由机械装置完成，但另一部分仍靠人工完成③ 机械式盾构：即掘削和出土等作业均由机械装备完成2. 按掘削面的挡土形式分类按掘削面的挡土形式，盾构可分为开放式、部分开放式、封闭式三种① 开放式：即掘削面敞开，并可直接看到掘削面的掘削方式② 部分开放式：即掘削面不完全敞开，而是部分敞开的掘削方式③ 封闭式：即掘削面封闭不能直接看到掘削面， 而是靠各种装置间接地掌握掘削面的方式3. 按加压稳定掘削面的形式分类按加压稳定掘削面的形式，盾构可分为压气式、泥水加压式，削土加压式，加水式，加泥式，泥浆式六种①压气式：即向掘削面施加压缩空气，用该气压稳定掘削面②泥水加压式：即用外加泥水向掘削面加压稳定掘削面。

③削土加压式（也称土压平衡式） ：即用掘削下来的土体的土压稳定掘削面④加水式：即向掘削面注入高压水，通过该水压稳定掘削面⑤泥浆式：即向掘削面注入高浓度泥浆（ ＝ 1.4g/cm 3）靠泥浆压力稳定掘削面⑥加泥式： 即向掘削面注入润滑性泥土， 使之与掘削下来的砂卵混合， 由该混合泥土对掘削面加压稳定掘削面4. 组合分类法这种分类方式是把 2、3 两种分类方式组合起来命名分类的方法（见表 4.2 ）这种分类法目前使用较为普遍， 是隧道标准规范盾构篇中推荐的分类法 这种方式的实质是看盾构机中是否存在分隔掘削面和作业舱的隔板全开放式盾构不设隔板， 其特点是掘削面敞开 掘削土体的形式可为手掘式、 半机械式、机械式三种 这种盾构适于掘削面可以自立的地层中适用 掘削面缺乏自立性时， 可用压气等辅助工法防止掘削面坍落稳定掘削面部分开放式盾构， 即隔板上开有取出掘削土砂出口的盾构， 即网格式盾构也称挤压式盾构第4章 1341. 挖掘方式分类表 4.1 盾构分类表2. 挡土方式分类 3. 稳定掘削面的加压方式分类全开放式4. 组合命名分类手掘式半机械式机械式手掘式半机械式机械式5. 断面形状分类半圆形单圆形圆形双圆搭接形三圆搭接形矩形非圆形 马蹄形椭圆形第 4 章压气式泥水加压式开放式削土加压式部分开放式加水加压式封闭式泥浆加压式加泥加压式6. 尺寸大小分类 7. 施工方法分类超小型盾构小型盾构中型盾构 二次衬砌法盾构工法大型盾构 一次衬砌法盾构工法 （ECL工法）特大型盾构超特大型盾构盾构 部分开放式封闭式135网格式泥水＋面板泥水式泥水＋辐条掘削土＋面板土压式土压式 掘削土＋辐条泥土式掘削土＋添加材＋面板泥土式掘削土＋添加材＋辐条掘削土＋泥浆＋面板泥浆式掘削土＋泥浆＋辐条8. 适用土质分类软土盾构硬土层、岩层盾构复合盾构封闭式盾构是一种设置封闭隔板的机械式盾构。

掘削土砂是从位于掘削面和隔板之间的土舱内取出的，利用外加泥水压或者泥土压与掘削面上的土压平衡来维持掘削面的稳定，所以封闭式有泥水平衡式和土压平衡式两种 进而土压平衡式又可分为真正的土压平衡式和加泥平衡式；加泥平衡式又分为加泥和加泥浆两种平衡方式表 4.2盾构组合命名分类法盾构前方构造形式掘削面稳定机构掘削土 +面板土压掘削土 +幅条土压式掘削土 +添加材 +面板封闭型泥土掘削土 +添加材 +幅条盾泥水式泥水 +面板泥水 +幅条部分开放开型网格式隔板手掘式前檐挡土装置构开放型前檐全面开放型半机械式挡土装置面板机械式幅条5. 按盾构切削断面形状分类按盾构切削断面形状，盾构可分为圆形、非圆形两大类圆形又可分为单圆形、半圆形、双圆搭接形、三圆搭接形非圆形又分为马蹄形、矩形（长方形、正方形、凹、凸矩形）、椭圆形（纵向椭圆形、横向椭圆形） 6. 按盾构机的尺寸大小分类按盾构机的尺寸大小， 盾构机可分为超小型、 小型、中型、 大型、特大型、 超特大型超小型盾构系指 D（直径）≤ 1m的盾构，小型盾构系指 1m＜ D≤ 3.5m 的盾构，中型盾构系指 3.5m＜ D≤6m的盾构，大型盾构系指 6m＜ D≤ 14m的盾构，特大型盾构系指 14m＜ D≤17m 的盾构，超特大型盾构系指 D＞ 17m的盾构7. 按施工方法分类按施工方法分类盾构可分为二次衬砌盾构，一次衬砌盾构（ ECL 工法）。

二次衬砌盾构工法：即盾构推进后先拼装管片，然后再作内衬（二次衬砌）也就是通常的方法一次衬砌盾构工法：即盾构推进的同时现场浇注混凝土衬砌（略去拼装管片的工序）工法也称 ECL工法8. 按适用土分类按适用土质，盾构可分为软土盾构、硬岩盾构及复合盾构软土盾构：即切削软土的盾构，硬岩盾构：即掘削硬岩的盾构，复合盾构：既可切削软土，又能掘削硬岩的盾构，4.2 全敞式盾构机第4章 136前面业已指出， 全敞式盾构机的特点是掘削面呈敞露状态， 故挖掘状态是干状态， 所以出土效率高这种形式的盾构可据其机械化程度的差异，进而分成人工式、半机械式、机械式三种全敞开式盾构机适用于掘削面自稳性好的地层（如洪积层压砂、砂砾、固结粉砂及粘土） 对自稳性差的冲积地层（如冲积层中的砂层、粉砂层及粘土层）而言，应辅以压气、降水、注浆加固等措施，以便确保掘削面的稳定这里就这种盾构的三种形式（人工式、半机械式、机械式）分别作一简单介绍 人工式盾构机人工掘削盾构机的构造如图 4.1 所示因为手工掘削盾构机的前面是敞开的， 所以盾构机的顶部装有防止掘削面顶端坍落的活动前檐和使其伸缩的千斤顶 掘削面上每隔 2～3m设一道工作平台，即分割间隔为 2～3m。

另外，在支承环柱上安装有正面支承千斤顶掘削从上往下， 掘削时按顺序调换正面支承千斤顶， 掘削下来的土砂从下部通过皮带传输机输给出土台车掘削工具多为鹤嘴锄、风镐、铁锹等图 4.1 手掘式盾构机该盾构机对于途中存在障碍物、 断面形状特殊及短距离等情形均较适合 与封闭式盾构相比，价格便宜 20～40%图 4.2 示出是掘进距离 70m，有障碍物的人工式盾构工程的施工示意图图 4.2 手掘式盾构工法实例示意图 半机械式盾构机第4章 137半机械式盾构是在敞开式人工式盾构机的基础上安装掘土机械和出土装置， 以替代人工作业掘土装置有铲斗、掘削头及两者兼备等三种形式，详见图 4.3 具体装备形式如下：（ 1）铲斗、掘削头等装置设在掘削面的下部 2）铲斗装在掘削面的上半部，掘削头装在下半部 3）掘削头装在掘削面的中心 4）铲斗装在掘削面的中心选择哪种形式可据土质状况、掘削面的自立程度、保证操作人员安全等条件选择图 4.3 掘削铲斗装入装置构成形式图图 4.4 半机械盾构构造图第4章 138图 4.4 示出的是铲斗式半机械盾构的构造图半机械式盾构由铲斗、铲斗千斤顶、臂架、臂千斤顶、主机架等部件组成掘土作业由铲斗千斤顶（ 2 只）和机架千斤顶控制，铲斗可作上下、左右及旋转运动。

掘削时操作人员可直接观察掘削状况盾构的顶部与人工式盾构相同，装有活动前檐和正面支承千斤顶等部件 机械式盾构机机械式盾构的构造如图 4.5 所示盾构机的前端装有旋转刀盘， 故掘削能力大增 掘削下来的土砂由装在掘削刀盘上的旋转铲斗，经过斜槽送到螺旋输送机由于掘削和排土连续进行，故工期缩短，作业人员减少图 4.5 机械式盾构的构造4.3 挤压盾构1 工作原理当敞开式盾构在地质条件很差的 N < 5 的冲积粉砂土、粘土层中掘进时，由于土体的流塑性大的原因，往往发生土体从掘削面流入盾构内舱的现象，即引起掘削面坍塌，导致掘削无法正常进行这种场合下可在盾构（机内）靠近掘削面的地方设置一道隔板（该隔板上设有多个大小（面积）可调的土砂排放口）把掘削面封闭起来这种封闭后的盾构从正面看上去隔板上存在着许多网格（见照片 4.1 ） , 故此得名网格盾构照片 4.1 网格式盾构机实物照片网格盾构的工作原理如下：当盾构的推进千斤顶发力把盾构切口环挤入前方地层时，由于掘削面上的土体受到挤压， 故发。