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1、会计学1盾构交流盾构交流(jioli)第一页，共54页。一、土压平衡盾构简介二、土压平衡盾构工作原理三、土压平衡盾构结构四、与泥水盾构/TBM的区别目 录第1页/共54页第二页，共54页。第2页/共54页第三页，共54页。土压平衡盾构的发展基于挤压(j y)式盾构和泥水盾构，始于日本，20世纪70年代初，第一台土压平衡盾构由日本设计制造，直径3.72m。1985年国内第一次引进土压平衡盾构，直径4.33m，1987年国内首台土压平衡盾构研制成功，直径4.35m。（一）发展(fzhn)概况第3页/共54页第四页，共54页。（二）类型(lixng)及模式 为适应各种不同(b tn)类型地层及盾构工
2、作方式的不同(b tn)，盾构主要有以下四种类型、四种模式：四种模式：敞开式；半敞开式；土压平衡(pnghng)式；气压式。四种类型：硬岩盾构机（TBM）；软岩盾构机；软土盾构机；混合型盾构机。第4页/共54页第五页，共54页。施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施,节省技术措施费,并对环境无污染；根据土压变化调整出土和盾构推进速度,易达到工作面的稳定(wndng),减少了地表变形；对掘进土量能形成自动控制管理,机械自动化程度高、施工速度快。（三）土压平衡(pnghng)盾构特点第5页/共54页第六页，共54页。第6页/共54页第七页，共54页。土压平衡盾构掘进机是利用安装在盾构最前面的全断面
3、切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面(hu mian)的贮留密封仓内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，刀盘旋转切削泥土通过刀盘开口被压进土舱，通过螺旋机转到皮带机上，然后输送到碴车里。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，承受周围土层的土压和水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。（一）工作(gngzu)原理第7页/共54页第八页，共54页。盾构千斤顶的推力通过承压隔板传递到土舱内的泥土浆上，由泥土浆的压力作用于开挖面，以抵消(dxio)开挖面处的地下水压
4、和土压，形成平衡从而保持开挖面的稳定。（二）土压平衡(pnghng)原理土仓压力土仓压力(yl)=(yl)=地下水压地下水压+土土压压第8页/共54页第九页，共54页。（三）土仓压力(yl)控制因素增大(zn d)/减小推进速度增大(zn d)/减少碴土排量地下水压/土压第9页/共54页第十页，共54页。（四）土仓压力对地表(dbio)的影响压力(yl)过小地表沉降压力过大地表(dbio)隆起第10页/共54页第十一页，共54页。房屋(fngw)开裂地表(dbio)下沉防洪堤坍塌(tnt)第11页/共54页第十二页，共54页。第12页/共54页第十三页，共54页。按结构分：主机(zhj)和后配
5、套。按功能分：控制系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、管片运输及拼装系统、注浆系统、注脂系统、碴土改良系统、供电系统等。土压平衡(pnghng)盾构组成 1.刀盘；2.主轴承；3.推进(tujn)油缸；4.人舱；5.螺旋机；6.管片安装机；7.排土闸门；8.管片小车；9.管片吊机；10.皮带机第13页/共54页第十四页，共54页。（一）盾构主机(zhj)主机由刀盘、前体、中体、盾尾、螺旋(luxun)输送机、管片安装机等几大部分组成。第14页/共54页第十五页，共54页。（1）刀盘辐条(ftio)面板式面板(min bn)式辐条(ftio)式主要作用：切削和支撑第15页/共54页第十六页，共
6、54页。切削(qixio)刀具硬岩刀具(doj)分类切削(qixio)刀具齿刀切刀 球齿滚刀楔齿滚刀盘形滚刀辅助刀具超挖刀刮刀破岩刀具第16页/共54页第十七页，共54页。刀盘扭矩（1）盾构施工应将刀盘扭矩降低至一定范围内。刀盘扭矩过大或过小均不正常，刀盘扭矩过大会导致刀具、刀盘磨损严重并对周围土体带来较大的扰动，影响盾构正常掘进，而过小的刀盘扭矩会增加渣土改良费用，降低推进速度。（2）砂层和卵石地层中刀盘扭矩较大，应采用优质土体改良剂对土体进行改良，确保渣土的流塑性，降低刀盘扭矩，切不可降低土舱压力(yl)，进行欠压推进。（3）刀盘扭矩持续增大，可能是刀具磨损严重，应及时检查并更换刀具。（4
7、）刀盘扭矩大且推进速度低，可能是刀盘结泥饼，应及时进行处理。第17页/共54页第十八页，共54页。推力（1）在保证合理土压力和刀盘扭矩的前提下，可以通过增大或者降低盾构推力来加快或者减慢推进速度。当推力增大到一定程度(chngd)能够保证切削刀具全部贯入土体中，此时再增大推力不但不能加快推进速度，反而会增大刀盘扭矩，导致刀盘的过量磨损。（2）推力还应考虑盾构姿态和管片受力的影响。（3）推力过小，且推进速度快，可能是遇到了地质疏松区域或地层中存在空洞，应立即停工对地层进行探测。（4）推力过大，且无推进速度，可能是遇到障碍物，应立即停工对前方地层环境进行探测。第18页/共54页第十九页，共54页。
8、（2）前盾 前盾又称切口环，是开挖土仓和挡土的主要部分，位于盾构机的前端，结构为圆筒形，里面主要装有刀盘驱动(q dn)、人员舱、各种传感器及部件等。第19页/共54页第二十页，共54页。（3）中盾 中盾又称支撑环，是盾构承受推力作用(zuyng)的主要受力结构。中盾内沿周边布置有推进千斤顶、铰接油缸、管片拼装机和部分液压设备等。第20页/共54页第二十一页，共54页。（4）盾尾 盾尾主要用于掩护隧道(sudo)管片拼装工作及盾体尾部的密封，通过螺栓或铰接油缸与中盾相连，并装有铰接密封、注浆管路及油脂管道等。第21页/共54页第二十二页，共54页。（5）人舱 人舱是工作面与切削面之间的唯一通道
9、，主要用于在需要检查、更换刀具或维修刀盘及排除工作面异物(yw)等工作。分带压和常压两种工作模式。第22页/共54页第二十三页，共54页。（6）螺旋(luxun)机 螺旋输送机由筒体、伸缩油缸、液压马达、螺旋轴、出碴闸门等组成。主要有以下(yxi)功能：1）连续向外排碴，通过速度调整实现连续的动态土压平衡；2）排碴过程中形成土塞效应，维持土压稳定。第23页/共54页第二十四页，共54页。（7）管片(un pin)拼装机 管片安装机主要完成管片的安装，由油缸、行走梁、支承架、旋转架及抓举头等(tudng)组成。第24页/共54页第二十五页，共54页。（二）后配套(pi to)后配套主要包括设备桥
10、和拖车，每个拖车上都装有支持盾构前进和施工的装置，拖车通过设备桥与管片(un pin)拼装机的行走梁相接，跟随盾构机前进。第25页/共54页第二十六页，共54页。（1）控制系统(kn zh x tn)主要作用：实现各系统间通讯及连锁 实现各系统数据采集与处理 实现各系统参数(cnsh)调整与控制第26页/共54页第二十七页，共54页。（2）驱动(q dn)系统驱动类型：变频电机、一般电机、液压驱动。主要(zhyo)作用：刀盘旋转转向调整、转速调整。变频电机一般电机液压驱动驱动部外形尺寸中大小后续设备少少较多效率0.950.90.65转速微调控制好差好噪声小小大盾构温度低较低较高维护保养易易较复
11、杂第27页/共54页第二十八页，共54页。小齿轮 主密封(mfng)及油脂 刀盘支座(zh zu)盾构主体(zht)刀盘室 电机 轴承箱 主轴承 （3）主轴承润滑及密封系统第28页/共54页第二十九页，共54页。（4）推进(tujn)系统主要作用：实现主机(zhj)的向前推进 实现掘进速度的调整 实现盾构方向的调整下 部 上 部左 部 右 部第29页/共54页第三十页，共54页。（5）碴土改良(giling)系统主要作用：改善碴土流塑性，有利于碴土顺畅排出 降低碴土密实度并减小摩擦 拓宽(tu kun)盾构的适应范围第30页/共54页第三十一页，共54页。（6）注浆系统(xtng)主要作用：管
12、片壁后空隙填充，控制地表沉降 形成(xngchng)壁后屏障，形成(xngchng)防水层 稳定管片与周围岩体一体化第31页/共54页第三十二页，共54页。同步注浆和二次补浆（1）浆液适应性1.双液浆适用于有水地层和无水地层的盾构施工隧道。2.单液浆一般只适用于无水地层中施工的盾构隧道，对于有水地层，须有特殊的应对措施，确保浆液不被稀释(xsh)而影响浆液性质。3.惰性浆液初凝时间长、强度低，对地表沉降控制不利。4.同步注浆和二次补浆不宜采用同种性质的浆液。第32页/共54页第三十三页，共54页。（2）注浆参数、浆液质量1.同步注浆压力应与土舱内压力匹配，同步注浆压力过高，浆液沿着盾壳与土体的
13、空隙流至土舱中，造成浆液浪费，起不到有效的注浆效果，同步注浆压力过低，无法平衡管片上方水土压力，会导致地表沉降超标。2.二次补浆应以压力控制为准，补浆压力宜控制在0.35MPa0.45MPa，最高不高于0.5MPa。3.同步注浆量应根据盾构开挖(ki w)直径与管片外径之间空隙的体积V、地层特点及环境风险工程等级来确定。4.二次补浆频率应根据环境风险工程等级来确定。第33页/共54页第三十四页，共54页。（7）注脂系统(xtng)根据盾构使用、设计理念的不同而有所区别，总体来说盾构注脂系统包括根据盾构使用、设计理念的不同而有所区别，总体来说盾构注脂系统包括以下三种：以下三种：HBW HBW注脂
14、系统（黑油脂、主轴承密封注脂系统（黑油脂、主轴承密封(mfng)(mfng)）EP2 EP2注脂系统（黄油脂、主驱动各部件润滑）注脂系统（黄油脂、主驱动各部件润滑）盾尾密封盾尾密封(mfng)(mfng)注脂系统（白油脂、盾尾密封注脂系统（白油脂、盾尾密封(mfng)(mfng)）第34页/共54页第三十五页，共54页。（8）供电系统(n din x tn)主要作用(zuyng)：实现高压电缆延伸 实现动力系统供电 实现控制系统供电 实现照明及应及照明供电第35页/共54页第三十六页，共54页。（9）水循环、排污(pi w)系统主要作用:实现供排水管路延伸 实现各系统供水 实现各系统冷却(ln
15、gqu)实现施工污水排放第36页/共54页第三十七页，共54页。（10）空气(kngq)系统压缩空气：实现盾构各气动元件的供气 实现人仓内人呼吸(hx)用供气二次通风：实现通风管的延伸 实现施隧道内的通风效果，如降温、排尘等第37页/共54页第三十八页，共54页。（11）导向(do xin)系统主要作用：实现盾构方向的监控（水平(shupng)、竖直）实现盾体滚动角监控第38页/共54页第三十九页，共54页。盾构设备(shbi)主要参数的合理性 主要技术参数:刀盘开口率刀盘开口率刀具布置刀具布置额定扭矩及脱困扭矩额定扭矩及脱困扭矩同步注浆孔位置及注浆泵参数同步注浆孔位置及注浆泵参数土体改良系统
16、主入口位置土体改良系统主入口位置螺旋输送机型式及最大允许通螺旋输送机型式及最大允许通过粒径等过粒径等第39页/共54页第四十页，共54页。四、四、与泥水与泥水(n shu)(n shu)盾盾构的区别构的区别第40页/共54页第四十一页，共54页。（1）泥水平衡(pnghng)式盾构机工作原理泥水平衡盾构是通过支承环前面装置隔板的密封仓中，注入适当压力的泥浆使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，并由安装在正面的刀盘切削土体表层泥膜，与泥水混合后，形成高密度泥浆，由排浆泵及管道输送至地面处理(chl)，整个过程通过建立在地面中央控制室内的泥水平衡自动控制系统统一管理，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到
17、洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。第41页/共54页第四十二页，共54页。（2）泥水平衡(pnghng)式盾构机特点在易发生流砂的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业(zuy)，无需用气压法施工；泥水压力传递速度快而均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周边土体的干扰少，地面沉降量的控制精度高；盾构出土由泥水管道输送，速度快而连续；减少了电机车的运输量，施工进度快；刀具、刀盘磨损小，易于长距离盾构施工；刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道的施工；需要较大规模的泥水处理设备及设置泥水处理设备的场地。第42页/共54页第四十三页，共54页。第43页/共54页第四十四页，共54页。第44页
18、/共54页第四十五页，共54页。第45页/共54页第四十六页，共54页。单护盾TBM护盾；液压推进油缸；管片(un pin)；刀盘；装渣斗；皮带输送机第46页/共54页第四十七页，共54页。双护盾TBM可伸缩护盾；刀盘；活动(hu dng)支撑鞋；辅助推进油缸；管片第47页/共54页第四十八页，共54页。敞开式TBM支撑鞋；钢支架(zhji)举升器；锚杆安装机构；钢筋网举升器第48页/共54页第四十九页，共54页。1TBM施工(sh gng)主要流程2施工(sh gng)准备全断面开挖与出渣外层管片式衬砌或初期支护TBM前推管片外灌浆或二次衬砌3开敞式TBM循环作业流程4STEP 1:作业开始
19、。主支撑前位撑紧洞壁，后支撑腿提起。刀盘转动，推进油缸伸出，TBM前部前移一个作业行程5STEP 2:准备换步。刀盘停转，后支撑腿抵住仰拱承重6STEP 3:主支撑回缩。推进油缸回缩将自由态主支撑前拉回位7STEP 4:主支撑回位后伸出支撑鞋抵紧岩壁，后支撑提起，TBM定位找正，坡道上必要时先定坡度。8STEP 5:返回第一步，TBM准备下一循环掘进。第49页/共54页第五十页，共54页。三、TBM适用范围1.一般只适用于圆形断面隧道。2.开挖隧道直径1.812m之间，以直径36m最为成熟。3.一次性连续开挖长度不宜短于1km，也不宜长于10km，以38km最佳。4.适用于中硬岩层，岩石单轴抗
20、压强度介于20250MPa，尤以50100MPa最佳。5.地质条件对TBM掘进效率影响很大。在良好岩层中月进尺可达500600m，而在破碎岩层中只有(zhyu)100m左右，在塌陷、涌水、暗河地段甚至需停机处理。6.选用TBM开挖隧道应尽量避开复杂不良岩层。第50页/共54页第五十一页，共54页。部分现场施工情况无法通过盾构施工实时监控系统进行监控，必须靠人工进行巡视，发现现场存在的问题(wnt)：管片拼装情况 同步注浆浆液质量 盾尾漏浆情况 周边建构筑情况 盾构始发接收洞门、反力架、洞门密封等情况 盾构开舱检修及换刀情况第51页/共54页第五十二页，共54页。成形隧道中的管片错台：环向错台：15mm；径向错台：10mm；错台率3%以下；椭圆(tuyun)度0.6%D；隧道轴线偏差100mm；（D=隧道外直径）管片完整度；是否存在破损、缺角、蜂窝麻面等情况管片环向、径向是否有渗漏水情况；对正在拼装中的管片检查环向止水橡胶等防水措施是否完整。对已进行过二次注浆的管片，检查管片拼装孔与环缝之间是否有渗漏水情况。现场现场(xinchng)检检查：查：第52页/共54页第五十三页，共54页。谢谢谢谢(xi xie)(xi xie)大家！大家！第53页/共54页第五十四页，共54页。