盾构选型及参数计算方法

盾构选型及参数计算方法

1.1、序言

盾构是一种专门用于隧道工程的大型高科技综合施工设备，它具有一个可以移动的钢结构外壳（盾壳），盾构内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置，进行土层开挖、碴土排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作，使隧道结构施工一次完成。它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，从松散软土、淤泥到硬岩都可应用，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～10倍。较长地下工程的工期对经济效益和生态环境等方面有着重大影响，而且隧道工程掘进工作面又常常受到很多限制，面对进度、安全、环保、效益等这些问题，使用盾构机无疑是最好的选择。些外，对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采用盾构法施工，也具有十分明显的技术和经济优势。

采用盾构法施工，盾构的选型及配置是隧道施工中关键环节之一，盾构选型应根据工程地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。盾构的选型及配置是一种综合性技术，涉及地质、工程、机械、电气及控制等方面。

1.2盾构机选型主要原则

1.2.1盾构的选型依据

盾构选型主要应考虑以下几个因素：

1）工程地质、水文条件及施工场地大小。

2）业主招标文件中的要求。

3）管片设计尺寸与分块角度。

4）盾构的先进性、适应性与经济性。

5）盾构机厂家的信誉与业绩。

6）盾构机能否按期到达现场。

1.2.2 盾构的型式

1）敞开式型盾构

敞开式型盾构是指盾构内施工人员可以直接和开挖面土层接触，对开挖面工况进行观察，直接排除开挖面发生的故障。这种盾构适用于能自立和较稳定的土层施工，对不稳定的土层一般要辅以气压或降水，使土层保持稳定，以防止开挖面坍塌。有人工开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。

2）部分敞开式型盾构

部分敞开式型盾构是在盾构切口环在正面安装挤压胸板或网格切削装置，支护开挖面土层，即形成挤压盾构或网格盾构，施工人员可以直接观察开挖面土层工况，开挖土体通过网格孔或挤压胸板闸门进入盾构。根据以往大量工程经验，通常都将挤压胸板和网格切削装置组合在一起安装在盾构上，形成网格挤压盾构。这种盾构适用于不能自立、流动性在的松软粘性土层、尤其是对隧道沿线地面变形无严格要求的工程。当盾构采用网格开挖时，应将安装在网格后面的挤压胸板部分或大部分拆除，利用网格孔对土层的摩擦力或粘结力对开挖面土层进行支护，当盾构向前推进时（一般是盾构穿越江湖、海底或沼泽地区），应将挤压胸板装上，盾构向前推进时，可将土体全部

排挤在外面，不进入盾构；另外也可根据具体情况和盾构推力在大小和方向控制要求，选择和操纵挤压闸门控制一定的进土量，以使盾构顺利掘进。

有时在网格装置和挤压板后面加装一道隔舱板形成一道泥土舱，然后向泥土舱注水并与弃土搅拌形成泥浆，再通过管道将弃土泥浆排往地面，可进一步提高施工效率，改善隧道内施工环境。

3）封闭型盾构

封闭型是在盾构切口环和支承环之间增设一道密封隔舱板，在开挖面的土层和密封隔舱板之间形成密封泥土舱，盾构施工时，通过对密封泥土舱中的压力进行控制，使其与开挖面土层水、土压力保持平衡，从而使开挖面土层保持稳定。施工人员不能直接观察开挖面土层工况，而是通过各种检测传感装置进行显示自动控制。封闭型盾构主要有泥水加压式和土压平衡式两大类型。

（1）泥水加压盾构

在盾构内设一道密封隔舱板，在隔舱板与开挖面土层之间形成密封泥水舱，在泥水舱内充以压力泥浆支护开挖面土层，利用泥浆压力平衡开挖面土层水、土压力，并在土的表面形成一层不透水的泥膜，同时泥浆中的细微粘粒在极短时间内渗入土层，有利于增强土层自立能力。由刀盘开挖下的泥土经刀盘切削搅拌和搅拌机搅拌后，形成浓稠泥浆，用管道排送到地面处理场，再通过分离处理排除土碴，余下浆液经浓度、比重调整后又重新送入盾构循环使用。

泥水加压盾构适用于土层范围很广，从软弱粘土、砂土到砂砾都可适用。对一些特定条件下的工程，如大量含水砂砾，无粘聚力、极不稳定土层和覆土浅的工程，尤其是超大直径和对地表变形要求高的工程都能显示其优越性。另外对有些场地较宽、有丰富水源和较好排放条件或泥浆仅需作简单沉淀处理排放的工程，这种方法可较大地降低施工成本。

泥水加压盾构刀盘，多使用面板式结构，进土槽口宽度应按土质而定，一般槽口宽应小于排泥管口径，以免大块石堵塞管道，刀盘开口率一般在8%～10%左右。

采用泥水加压盾构施工，不需辅以其它（气压、降水）工艺来稳定开挖面土层，其施工质量好、效率高、安全可靠。然而它需要一套技术较复杂的泥水分离处理设备，投资较高，占地面积大，尤其是在城市施工困难较大。

（2）土压平衡式盾构

在盾构密封泥土舱内利用开挖下的泥土直接支护开挖面土层，既具有泥土加压盾构的优点，又消除了复杂的泥水分离处理设施，受到工程界的普遍重视。土压平衡式盾构可根据不同的地质条件采取不同的技术措施，设计成不同的类型，能适应从松软粘性土到砂砾土层范围各种土层内各种土层施工。

a）普通型的土压平衡式盾构

普通型的土压平衡式盾构适用于松软粘性土，由刀盘切削下的泥土进入泥土舱，再通过螺旋输送机向后排出。由于经过刀盘切削和扰

动，会增加泥土的塑流性，在受到刀盘切削和螺旋输送机传送后也会变得更为松软，使泥土舱内的土压力能均匀传递。通过调节螺旋输送机转速或调节盾构推进速度，调节密封泥土舱内的土压力，并使其接近开挖面静止土压，保持开挖面土层的稳定。

普通型土压平衡式盾构一般使用面板式刀盘，进土槽口宽在200～500㎜左右，刀盘开口率约为20%～40%。另外在螺旋输送机排土口装有排土闸门，有利于控制泥土舱内土压和控制排土量。

b）加泥型的土压平式衡盾构

当泥土含砂量超过一定限度时，土和砂的流动性就差，靠刀盘切削扰动，难以使泥土达到足够的塑流状态，有时会压密固结，产生拱效应。当地下水量丰富时，通过螺旋输送机的泥土，就不能起到止水作用，无法进行施工。此时，应在普通型土压平衡式盾构基础上增加特殊泥浆压注系统，即形成加泥型的土压式平衡盾构。对刀盘面板、泥土舱和螺旋输送机注入特殊粘土泥浆材料，再通过刀盘开挖搅拌作用，使之与开挖下来的泥土混合，使其转变为流动性好和不透水性泥土，符合土压平衡式盾构施工要求，符合土压平衡式盾构施工要求。为了降低刀盘传动功率和减小泥土移动阻力，加泥型土压平衡式盾构刀盘为有幅条的开放式结构，开口面积接近100%，并在刀盘背面安装能伸出来若干能对土砂搅拌的叶片，以便对土砂进行强力搅拌，使其变成具有塑流性和不透水性的泥土。另外，要求注入浓度、粘性更高的泥浆材料才能改变土砂的功能时，往往难以用刀盘搅拌达到目的，这将大大增加刀盘和螺旋输送机的机械负荷，造成盾构施工困

难。此时应注入发泡剂代替泥浆材料，因为发泡剂材料比重小、搅拌负荷轻，可使刀盘扭矩降低50%左右。盾构排出土砂中的泡沫会随时时间自然消失，有时在泥土中加入消泡剂，可加速泡沫的消失，保持良好的作业环境。

c）加水型土压平衡式盾构

在砂层、砂砾层透水性较大的土层中，还可以采用加水型土压平衡盾构。这种盾构是在普通型土压平衡式盾构基础上，在螺旋输送机的排土口接上一个排土调整箱，在排土调整箱中注入压力水，并使其与开挖面土层地下水压保持平衡。经过螺旋输送机将弃土排入调整箱内与压力水混合后形成泥浆，再通过管道向地面排送。开挖面的土压，仍由密封的泥土舱内土压来平衡。盾构掘进时，刀盘不停地对土层进行开挖和搅拌，使密封的泥土舱内的土砂处于均匀状态，土砂颗粒之间的空隙被水填满，减少了土砂颗粒之间有效应力，增加了流动性，从而能顺畅地通过螺旋输送机送入排土调整箱。在调整箱内通过搅拌混合，向地面处理场排放。

加水型土压平衡盾构的泥水排放系统与泥水加压盾构相似，但注入的主要是清水，无粘粒材料，无需对注入的水进行浓度、比重控制，泥水分离处理设备和工艺也大为简化。这种盾构刀盘一般使用面板式结构，进土槽口尺寸可根据土体中砾石最大尺寸来决定，刀盘开口率一般在20%～60%左右。

d）泥浆型土压平衡式盾构

这种盾构适用于土质松软、透水性、易于崩塌的积水砂砾层覆土较浅、泥水易喷出地面和易产生地表变形的极差地层的施工。这种盾构具有土压平衡盾构和泥水加压盾构的纺织系统双重特征。盾构掘进时，应向盾构内注入高浓度泥浆，通过搅拌，使土砂混合成泥土，并充满泥土舱，支护开挖面。由于从螺旋输送机的排土口装上一个旋转排土器既可保持泥土舱内土压的稳定，又可不断地从压力区无压区内顺利排出。但从排土器排出的泥土呈泥浆状，不能用排送干土方式，排送向地面，同时泥浆浓度较高，无法通过管道排出，从螺旋输送机排出的泥土，是在泥浆槽中经水稀释后再以流体形式通过管道排往地面。

这种泥浆型土压平衡盾构机的泥土舱的泥浆供入系统和排出系统是两个回路，所以从泥浆排出系统操作所造成的压力波动，对泥土舱内支护压力无大影响，使盾构操作控制更为简便。

这种泥浆型土压平衡盾构机通常采用面板结构，进土槽宽度可按土层中最大砾石尺寸决定。刀盘开口率一般在40%～60%左右。由于泥浆型土压平衡盾构多用于巨砾土层，因此排土多采用带式螺旋输送机，可比同样大小中心轴式螺旋输送机排出的石块粒径大一倍左右。

（3）复合型盾构（盾构掘进机）

采用盾构掘进长距离隧道，会遇到复杂多变的地质条件，往往用一种类型的盾构难以完成施工任务，因此出现了复合型盾构。

所谓复合型盾构，就是在软土盾构的刀盘上安装切削岩层的各式刀具，有的还在盾构内安装碎石机，这种硬岩开挖工具与软土隧道盾

构机械相结合，能在硬岩和软土地层交替作业。复合型盾构刀盘上安装的刀具，应根据不同岩层条件而定。

软土地层：主要采用割刀。安装在刀盘进土槽口两侧。

硬岩地层：主要采用盘式滚刀，对于更坚硬的地层，应安装牙轮形和镶嵌碳化钨珠形的滚轮刀。

软硬混合交替夹层：应采用不同形式的刮刀取代滚刀，其开挖方法是刮下块状石块，使其对软塑土层更有效地进行开挖。

上述各种刀具，应能相互调换，以便随岩层的变化进行有效选择。

复合型盾构主要有以下三种类型：

a）泥水加压型复合盾构

以泥水加压盾构为基型，与硬岩开挖技术相结合，对大块卵石、块石应在盾构内安装碎石机。当盾构地软土层施工时，可按封闭型泥水加压盾构进行施工；当遇到硬岩地层施工时，在刀盘上安装不同的硬岩切削刀具即能快速转换成敞开型机械盾构施工，而碴土排送仍采用水力管道排送。

b）土压平衡型复合盾构

以土压平衡盾构为基础，与硬岩开挖技术相结合，当盾构在软土层施工时，可按封闭型土压平衡盾构进行施工；而当遇到硬岩地层施工时，在刀盘上安装不同刀具就能快速转换成敞开型机械盾构施工，为了排送尺寸较大的石块，可选用带式螺旋输送机。

c）敞开型复合盾构

以普通机械开挖盾构为基型，与硬岩开挖技术相结合，施工时只要根据遇到的不同土层条件，及时转换安装适当的刀具，就能使施工继续进行。

由于盾构掘进机，适应性较广，主要以它为例。

1.3盾构掘进机的工况的转换

盾构掘进机具有土压平衡状态和非土压平衡状态两种工况，能够适应软、硬两种地层的施工。根据地质情况，能够实现两种工作状态的互换。盾构掘进机从非平衡状态向土压平衡状态下的过渡：根据地质超前预报的信息，在前方遇到围岩不稳定的软土地带、断层带及涌水几率较高的地段时，及时关闭螺旋输送机的闸门，在盾构掘进机的密封隔板与开挖面形成的密封碴舱和螺旋输送机内充满刀盘切削下来的碴土，在盾构掘进机推进油缸的推动作用下，给泥土仓内的碴土施加压力，通过控制出土量，保持泥土仓的土压力与开挖面的土压相平衡，从而起到稳定开挖面地层，防止地表变形的作用，来实现从非土压平衡状态向土压平衡状态的转换。

盾构掘进机从平衡状态向非土压平衡状态下的过渡：在岩石稳定性好的地段，盾构掘进机可以在非土压平衡下进行隧道施工，不需要维持泥土仓的压力来稳定开挖面，可排空碴仓，此时因为碴仓内没有土压力，盾构掘进机有较高的掘进速度并且易于操作。

1.4、盾构掘进机的功能描述

1.4.1、推进特点

1）土压平衡盾构的推进

盾构掘进机具有土压平衡功能，在通过地层断裂带及工作面不稳定时，可以建立土压平衡，确保工程安全和工程质量；

土压平衡盾构适应在残积层、全风化层、强风化层等软弱围岩中进行掘进，根据碴土的塑性和流动性，在刀盘前和土仓内注入膨润土、高浓度泥浆、发泡剂等，与刀盘切削下来的岩土在土仓内进行搅拌，使其变为塑性的土体，通过控制掘进速度和调节螺旋机的转速两个方面来控制出土量，以调整切削腔室的土压的稳定，达到保持开挖面的稳定和控制地面沉降的目的，土仓内的土压力需在施工中根据地面的沉降量不断修正，土压力过小会引起地表沉降，土压力过大会引起地表隆起。

2）非土压平衡盾构的推进

当工作面岩土稳定时，也可以加大排土量，排空泥土仓的土碴，在泥土仓的压力处于不平衡状态下进行正常掘进。

非土压平衡盾构适应于在中风化层、微风化层等硬岩中进行掘进，因岩石的稳定性好，尤其是微风化层天然单轴极限抗压强度最高达44.6~45.8 MPa，盾构可以在非土压平衡状态下进行隧道施工，不需要靠泥土仓的压力来稳定开挖面，可将土仓内的碴土排空，用管片衬砌背后及时注浆的方法来控制地面沉降。盾构主要依靠盘形滚刀来破碎岩石，滚刀在盾构掘进机的推进作用下压入岩体，碾碎岩石。滚刀在刀盘上按螺旋线排列，使得在整个工作面上的岩石均被破碎。

在掘进的同时，注入泥浆及添加剂，一方面泥水可降低切割岩石的摩擦力，减小刀盘扭矩，同时也起到辅助破岩的作用。

当切削刀盘旋转开挖，盾构掘进机有一个自然趋势滚向相反的方向，为确保盾构掘进机的稳定，在盾构掘进机的前部设有一对撑靴，当在开挖较硬的地层而出现滚动时，将撑靴伸出，撑在隧道周边上，它能抵抗这种滚动趋势。

3）盾构掘进机在软、硬不均断面地层中的推进

盾构掘进机在穿越残积层、全风化层与微风化层的混合断面时，盾构掘进机姿态可能会向软弱地层的方向偏移。可以采取将偏移方向的推进油缸的工作油压提高，同时降低相反方向推进油缸的工作油压，使盾构的掘进机推进力形成纠偏力矩，依此来调整盾构掘进机的姿态。

4)盾构掘进机穿越断层带的推进

比如，在广州火车站至三元里站区间，走马岗断裂带在隧道底部通过；在越秀公园附近有一广从断裂带，这些断裂破碎带富水性较好，施工时可能出现涌水现象，在该段地层中，采用土压平衡工况掘进是非常可靠的。

5）盾构掘进机穿越火车站的推进

比如，盾构掘进机在穿越广州火车站时，为保障铁路不减速的运行安全，主要应满足轨道的沉降要求。可以采取以下措施：a）在铁路两侧设沉降观测点，进行跟踪测量，及时通知开挖面优化盾构掘进参数，切实保证开挖面的土压平衡，使土仓压力波动控制在最小的幅度，尽可能减少盾构掘进机对周围土体的扰动。

b）采用及时和二次注浆，及时对管片衬砌盾尾间隙进行充填注浆， 10m后再进行补压浆。

c）在穿越铁路时，进行管片外2～3m的径向压力劈裂注浆；控制地层沉降引起的轨道下沉，保证列车安全运行。

1.5.主要机构的功能描述

此次投标选用的是盾构掘进机，主要由盾壳、刀盘、推进系统、螺旋输送机、盾尾密封、铰接装置、管片拼装机、撑靴、后配套设备等机构组成。

1）盾壳

盾壳是一个用厚钢板焊接的圆柱形筒体，是盾构受力支撑的主体结构。其作用：

（1）承受地下水、土压力，盾构千斤顶的推力及各种施工荷载；（2）支承和安装各类机电设备及管片；

（3）保护操作人员的安全。

盾壳沿长度方向分切口环、支承环、盾尾三部分。盾尾后端安装有盾尾密封。

2）刀盘

刀盘用来开挖土体，同时具有搅拌泥土的功能。刀盘是幅条式结构，几十把盘形滚刀以螺旋线布置在幅条上，能够全断面的破碎围岩。滚刀设计成背装式，实现在泥土仓内对损坏的滚刀进行更换，消除了在盾构掘进机刀盘前端维修保养刀具的危险。切割刀对称安装在幅条的两侧，刀盘用螺栓、螺母固定，可以更换。

装在泥土仓内的压力传感器，可以使操作人员随时察看舱内的土压力，以便及时并准确地调整开挖参数。

比如，广州地铁二号线越秀公园站～三元里站盾构法施工地段既有软土，又有硬岩，还有软土和硬岩的混合断面的地质特点，我们采用盘形滚刀和割刀组合布置的刀盘。这种方式的刀盘具有较强的地质适应能力，割刀用以开挖砂土层、粘土和强风化岩层等软弱围岩，盘形滚刀则用来对较硬的中、微风化岩层进行全断面破碎开挖。

3）刀盘驱动系统

刀盘驱动系统用以驱动刀盘旋转，对土体进行挤压和切削。主要由大轴承、大齿圈、密封圈、减速器及马达等组成。

刀盘用高强度螺栓与大齿圈连接，大齿圈即为大轴承的回转环，马达带动减速器输出轴上的小齿轮，小齿轮与大齿圈啮合，从而驱动刀盘旋转。大轴承既承受刀盘的自重，又承受盾构掘进机的推进力，是盾构掘进机的主要组成部件。为了获得最大的主轴承寿命，设置有密封装置，密封由加压润滑油系统来润滑。

盾构掘进机在开挖软弱围岩时，采用高扭矩，低转速的工况；当盾构切削硬岩时，增大流量，采用低扭矩、高转速的工况。

4）铰接装置

比如，广州地铁二号线越秀公园站～三元里站盾构法施工地段的线形条件：最小平面曲线半径为350m，最小竖曲线半径2000m，为了使盾构掘进机适应曲线段的推进，能够灵活转向，把盾掘进机设计成

铰接式，从而易于转弯，减小曲线超挖量；并能减少顶进时管片的偏压，提高隧道施工质量，也易于对掘进方向随时进行修正。

铰接装置使盾构掘进机分成前后两段，两段之间通过铰接千斤顶操作，可使盾构掘进机前后两段绕铰接中心沿圆弧面上下、左右回转，满足盾构掘进机顺利转弯和坡度的要求，使盾构掘进机转弯方便，减少曲线超挖量及对土体的扰动。

盾构掘进机铰接处设有机械限位，以保证盾构掘进机推进时前后节绝对不会脱开，并保证达到设计转角位移要求。铰接装置设内外两道密封，以防泥水进入。

5）人行闸门

在盾构掘进机密封隔板处设有一道人行闸门，闸门处有一气压仓。在土压平衡工况下施工需要进入泥土密封仓内排除障碍或调换切削刀具时，先将泥土仓内充以压缩空气，用以疏干并支护开挖面土体，然后人员再通过气压仓的加、减压过渡而出入泥土仓。

6）推进系统

盾构掘进机是通过沿支承环周边布置的盾构掘进机千斤顶支撑

在已安装好的管片衬砌上所产生的反作用力而前进的。为了不使千斤顶端部承受管片的集中荷载，造成偏心荷重，支座设计成铰接式，并设置支板均匀地将力传递到管片的环面上。

把盾构千斤顶分成掘进机若干扇区，每个扇区由一只电磁比例减压阀控制，用来调节各组扇区千斤顶的工作压力，从而纠正或控制盾构推进的方向，使符合设计轴线的要求。

7）撑靴

撑靴的主要作用是防止盾构掘进机的滚动。当切削刀盘旋转对硬岩切削开挖时，机器有一个滚向相反的方向自然趋势，尤其是在硬岩地层中，盾壳构的外壳与洞壁之间的摩擦力较小，这种滚动更加明显，在盾构掘进机前部设有一对撑靴，可能出现较大滚动时，将撑靴伸出，撑在隧道壁上，它能产生抵抗这种滚动的反力矩。撑靴主要是由支撑靴板、支撑油缸和支撑座组成。不需要时，可以收回撑靴。

8）泥浆及添加剂的注入机构

为了改善开挖下来的碴土的塑性化流动，注入设备必须将足够数量的泥浆及添加剂注到适当的位置。泥浆及添加剂的注入机构主要由搅拌土箱、压注泵组、输送管路、注入口组成。

穿越软土时，在泥土仓内加注泥浆或发泡剂等添加剂，可以改善碴土的和易性，确保螺旋输送机的出土顺畅，有效地调节土仓内的压力。

当盾构掘进机穿越较硬的岩层时，泥水可降低刀盘面板与岩土摩擦力，减小刀盘扭矩，同时起到冷却滚刀，延长刀头的寿命和辅助破岩的作用。

9）螺旋输送机

螺旋输送机的主要功能是：一是排土；二是通过调节转速控制出土量，保持密封仓内土压稳定；三是螺旋输送机为密闭式的输送装置，可防止水渗漏到盾构内。

螺旋输送机由螺旋叶片、外壳、排土闸门等部件组成。螺旋输送机变速可逆转。泥土入口端装在盾构泥土舱底部，穿过密封隔板固定，倾斜安装。螺旋输送机出碴口安装滑动式闸门，用以防水。

螺旋输送机为可伸缩式，当在土压平衡状态时，泥土具有可塑性，螺旋输送机的叶片和集料斗缩回，泥土可顺利排出；在非土压平衡状态时为便于集料，螺旋输送机叶片和集料斗向前伸出。

由于螺旋输送机能排出岩碴的最大粒径是有限的，为防止螺旋输送机被卡死，采用二次破碎的方式，对进入泥土舱内大的石块进行破碎，以适应裂隙发育的硬岩地层。

10）密封盾尾

密封盾尾，用以防止地层中的泥土、泥水、地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾的间隙中漏入盾构。由三道钢丝刷和一道弹簧钢板组成。在每两道密封之间注入密封材料、油脂等，作为防高压水措施，以提高密封效果，并可减少钢丝刷密封件与隧道管片外表面之间的磨擦，延长密封件的寿命。

11）背衬充填与注浆系统

采用盾构法施工的隧道，是沿着盾构掘进机的外壳进行开挖的，而作为衬砌的管片则是在盾尾组装起来的，所以当盾构掘进机推进时，围岩与管片间由于盾尾的抽脱及超挖等原因就形成了空隙，这一空隙如不加处理地搁置，不可避免的上面的围岩要向下沉降，其结果是发生波及地表的地面沉陷，严重的会危及地表建筑物的安全，因此，及时地进行背衬充填与注浆可以起到压实松动的围岩,以防地表沉

陷，提高隧道防水性，防止管片漏水，将管片与围岩一体化，确保管片衬砌的稳定。

12）管片拼装机构

拼装机的功能是安全且迅速地把管片组装成所定形式，它具有伸缩臂、夹具前后移动以及臂回转的功能。

拼装机回转由马达驱动；管片的轴向平移和封顶块的轴向移动，由平移千斤顶操作夹持器来完成；管片的提升由液压油泵操纵。这些液压缸和马达由一个独立的液压泵站供油，简化了管线布置，避免了管线的机械运动。

由于管片的自重造成管片安装位置不准确，严重影响下一环管片的安装和管片环的受力状态，为此，在组装管片时，可用真圆度保持器对管片进行位置矫正，保持管片的真圆度。真圆度保持器具有前后移动和径向顶压的功能。

1.6、盾构机的主要性能

用于西班牙马德里工程的盾构机

地质：石灰石、泥灰岩、粘土;刀盘切削直径φ6140mm ;

抗压强度350～1050Kg/cm2（35MPa～105MPa）;

刀盘扭矩：154 t·m；推力：584t 。

用于美国尤克利得隧道工程的盾构机

地质：页岩、粘土 ;

刀盘切削直径：φ5970mm ；抗压强度：141Kg/cm2（14.1MPa）；

刀盘扭矩：111 t·m；推力：2268t

用于新加坡隧道工程的盾构掘进机

地质：砂岩、泥岩、粘土、冲积土;

刀盘直径：φ6550mm；

刀盘功率：945Kw; 掘进速度18～83m/周

用于英格兰某工程的盾构掘进机

地质：砂岩、石灰石、淤泥、粘土;

刀盘直径：φ7350mm; 掘进速度：7.5～37.5m/周

1.7方案实例

针对工程标段的地质条件、线路条件、周边环境以及施工、工期要求，我们先后同罗宾斯、川崎、海瑞克、小松等盾构生产厂家进行多次技术交谈，他们所提供的设备方案，都选用了复合式盾构掘进机，其结构特点如表3-4所示。

盾构掘进机结构特点比较表3-4

从盾构掘进机的使用实例，对比各盾构掘进机生产厂家提供的方案，综合我们自己进行的盾构性能对比和盾构掘进机参数的计算，选刀盘与

切削原

理 采用混合型刀盘，其上安装了

用于岩石切割的盘型滚刀和用

于软土开挖的切刀，其中17吋

的盘型滚刀37个，切刀与边刀

共84把。当开挖面处于岩层时，盾构以敞口开挖方式进行切削推进。当开挖面处于软土和不稳定地层时，则以保持开挖面

稳定的土压平衡方式进行切削

开挖。

混合型刀盘，其上安装了17吋的正滚刀35把，15.5吋的中心刀、边刀、超挖刀各2把，切刀48

把，切削原理同左。 混合型刀盘，其上安装了17吋的单刃盘刀25把，双刃盘刀8把，切刀140把，边刀17把，切削原理同左。 混合型刀盘，其上安装了17吋的双刃盘刀21把，切刀64把，边刀8把，超挖刀1把，切削原理同左。 螺旋输

送机 螺旋输送机为中心轴式，进口

端位于泥土舱的底部，以利于排空土舱内的土碴。最大通过

粒径为300mm 。 螺旋输送机为中心轴

式，进口端不在底部，

当进行敞口开挖岩层

时，螺旋机和导料板即

可伸入泥土舱内，有利于岩碴的输出，并由螺旋机的中段出料口出碴。当处于软土和不稳

定地层时，螺旋机又缩

回原位，以利于泥土舱

内水、土压力的控制，

最大粒径250～300mm 。

螺旋机为带状式，其结构

较小，最大排出粒径可达450mm ，进口端位于泥土舱的底部，以利于排空舱内的土碴。

螺旋输送机为中心轴式，螺

杆可伸缩，当处于岩层时，螺杆伸入泥土舱内的底部，有利于岩碴的排出，有利于两种不同切削过程的转换。最大排出粒径为250mm 。 主要性

能参数 刀盘切削直径φ6200mm ，刀盘最大

转速3rpm ，刀盘扭矩（功率）5850KNm （900KW ）总推力3300T 刀盘切削直径φ6200mm ，

刀盘最大转速3rpm ，刀盘扭矩（功率）5732KNm （900KW ）,总推力3234

T 刀盘最大转速3.8rpm ，刀盘扭矩4876KNm 功率（9

00KW ）总推力3600T 刀盘切削直径φ6320mm ，刀

盘最大转速6rpm ，刀盘扭矩（功率）4860KNm （945KW ）

总推力3058T

取具有复合式性能的盾构掘进机，完全可以达到业主要求的沉降指标、工期要求，确保施工安全。盾构掘进机方案如图所示。

1.7.1盾构机直径的确定（计算盾尾间隙）

1）盾尾间隙的计算

盾尾间隙的计算（如右图）

D—管片外径 D=6000mm； L—盾尾端至第一环管片前端的距离L=1850mm； Ro—隧道曲线半径 Ro =350m；

R—隧道管片内侧曲线半径，

R= Ro－D/2=347m；

盾尾端部至第一环长度L；管片前端对应的圆心角φ；

φ=sin-1（L/R）= sin-1 （1.85/347）=0.3050

b—第一环管片前端相对于盾尾端部的移出量；

b=R（1－cosφ）=347×（1－cos0.3050）=0.005m=5mm

b=5mm是曲线半径350m时，管片在盾尾内的最小极限间隙值，考虑到管片本身的尺寸误差、拼装的精度、盾尾的偏移等，通常要在

盾构主要参数的计算和确定

盾构主要参数的计算和确定 1、盾构外径： 盾构外径D=管片外径D S+2(盾尾间隙δ+盾尾壳体厚度t) 盾尾间隙δ--为保证管片安装和修复蛇行,以及其他因素的最小富余量，一般取25—40mm; 结合五标地质取多少? 2、刀盘开挖直径： 软土地层，一般大于前盾0—10mm,砂卵石地层或硬岩地层，一般大于前顿外径30mm,五标刀盘开挖直径如何确定的? 3、盾壳长度 盾壳长度L=盾构灵敏度ξx盾构外径D 小型盾构D≤3.5M，ξ=1.2—1.5；中型3.5M＜D≤9M，ξ=0.8—1.2； 大型盾构D＞9M；ξ=0.7—0.8； 4、盾构重量 泥水盾构重量=（45---65）D2，由于本线路存在线下溶土洞的可能，再掘进中能否通过此核算，盾构主机是否沉陷？ 5、盾构推力 盾构总推力F e=安全储备系数AX盾构推进总阻力F d 安全储备系数A---一般取1.5---2.0。 盾构推进总阻力F d=盾壳与周边地层间阻力F1+刀盘面板推进阻力F2+管片与盾尾间摩擦力F3+ 切口环贯入地层阻力F4+转向阻力F5+牵引后配套拖车阻力F6 盾壳与周边地层间阻力F1计算中，静止土压力系数或土的粘聚力取盾体范围内的何点的？ 刀盘面板推进阻力F2，对于泥水盾构或土压盾构土仓压力如何确定的？ 管片与盾尾间摩擦力F3中，盾尾刷与管片的摩擦系数取偏大好吗？盾尾刷内的油脂压力如何定？ 计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？ 6、刀盘扭矩 刀盘设计扭矩T=刀盘切削扭矩T1+刀盘自重形成的轴承旋转反力矩T2+刀盘轴向推力形成的旋 转反力矩T3+主轴承密封装置摩擦力矩T4+刀盘前面摩擦扭矩T5+刀盘圆周摩擦反力矩T6+刀盘 背面摩擦力矩T7+刀盘开口槽的剪切力矩T8 刀盘切削扭矩T1中的切削土的抗压强度q u如何确定？ 刀盘轴向推力形成的旋转反力矩T3 计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？ ， 刀盘圆周摩擦反力矩T6计算中，土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？ 刀盘背面摩擦力矩T7中土仓压力P W如何确定？ 7、主驱动功率 主驱动工率储备系数一般为1.2---1.5，主驱动系统的效率η如何确定？ 8、推进系统功率 推进系统功率W f=功率储备系数A W X最大推力FX最大推进速度VX推进系统功率ηW 功率储备系数A W一般取1.2---1.5, 最大推力F、最大推进速度V如何定？ 推进系统功率ηW=推进泵的机械效率X推进泵的容积率X连轴器的效率 9、同步注浆能力 每环管片理论注浆量Q=0.25X(刀盘开挖直径D2—管片外径D S2)X管片长度L 推进一环的最短时间t=管片长度L/最大推进速度v 理论注浆能力q=每环管片理论注浆量Q/推进一环的最短时间t 额定注浆能力q p=地层的注浆系数λX理论注浆能力q/注浆泵效率η 地层的注浆系数λ因地层而变一般取1.5---1.8。

盾构选型分析

盾构选型分析 1.地质因素 1.1工程地质盾构选型分析 对于细颗粒含量多的地层，切削下来的渣土能形成不透水的塑流体，容易实现土压平衡，并且渣土输送简单，多选用土压平衡盾构，如果选用泥水平衡盾构则渣土分离困难。粗颗粒含量高的地层，切削下来的碴土为流体状，仅依靠大颗粒充满土仓来形成机械力支撑土体时，即使土仓充满也建立不了压力，因而不易实现土压平衡，同时螺旋机不能形成土塞，渣土输送困难，如果采用土压平衡盾构需要通过添加膨润土等添加剂对渣土进行改良，而采用泥水平衡盾构时渣土输送和分离相对简单，因此这种地层多采用泥水平衡盾构。一般来说当地层中的黏粒和粉粒总量达到40%以上时适宜选用土压盾构，反之则选用泥水盾构。地层 1. Zeile bleibt immer frei EPB Methods 土压平衡区间Slurry Methods 泥水盾构区间60,0 20.06,02,00,60,20,060,020,0060,0020,001100 90 40 30 20 10 080 70 60 50 Sieve Size Fine Clay Silt Sand Gravel Medium Medium Coarse Fine Coarse Fine Medium Coarse Grain diameter d (mm) 粒径直径MM EPB / Slurry Range.粒径分布与盾构选型图 土和砂质粘土夹层。 从地层看，基本属于泥水盾构适用范围，根据在以往的施工经验，也可以采用土压盾构。

1.2水文地质盾构选型分析 在地下水丰富的地层，泥水盾构依靠泥浆粘粒渗入开挖面形成泥膜隔离层，依靠泥浆与碴土混合液的压力，作用在泥膜上平衡开挖面压力，能够有效隔离地下水渗入土仓，使开挖面前方地层不因水位的下降而引起地表的前期沉降；土压盾构由于没有这种泥膜，对地下水的控制能力稍差一些，需要加入更多泡沫等添加剂对渣土进行改良，有时甚至需要昂贵的特种添加剂。 根据施工经验，当地层的渗透系数小于10-7m/s时，可选用土压平衡盾构;当渗透系数在10-7m/s到10-4m/s之间时，既可选用土压平衡盾构也可选用泥水盾构；当地层的渗透系数大于10-4m/s时，宜选用泥水盾构，如采用土压平衡盾构，开挖仓中添加剂将被稀释，水、砂、砂砾相互混合后，土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土，在螺旋机出碴门处易发生喷涌。 本区域是地中海岸含水区，地下水可能有海水补给。首先需要确定地层渗透系数，根据地层涌水量来确定盾构选择。涌水量大时适宜选用泥水盾构，如果选用土压盾构，将无法止水，造成掘进困难。 1.3 水土压力影响

盾构掘进主要参数计算方式

目录 1、纵坡 (1) 2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 (1) 2.1深埋隧道土压计算 (3) 2.2浅埋隧道的土压计算 (3) 2.2.1主动土压力与被动土压力 (3) 2.2.2主动土压力与被动土压力计算： (4) 2.3地下水压力计算 (4) 2.4案例题 (5) 2.4.1施工实例1 (5) 2.4.2施工实例2 (7) 3、盾构推力计算 (9) 4、盾构的扭矩计算 (9) 1、纵坡 隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离 如图所示：隧道纵坡=（200-100）/500=2‰ 注：规范要求长达隧道最小纵坡>=0.3%,最大纵坡=<3.0% 2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：

a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋)； b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力； c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力； d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力； e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑0.010～0.020Mpa 的压力值作为调整值来修正施工土压力； f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为： σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整 式中， σ初步设定－初步确定的盾构土仓土压力； σ水平侧向力－水平侧向力； σ水压力－地层水压力； σ调整－－修正施工土压力。 g、根据经验值和半经验公式进一步对初步设定的土压进行验证比较，无误时应用施工之中； h、根据地表的沉降监测结果，对施工土压力进行及时调整，得出比较合理的施工土压力值。

盾构机结构详解

盾构机技术讲座 一.盾构机结构（EPB总体结构图） 盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能，目前，盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用。其优点如下: 1. 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。 2. 能够经济合理地保证隧道安全施工。 3. 盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控制信息化。 4. 掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。 5. 地面环境不受盾构施工的干扰。 其缺点为： 1. 盾构机械造价较高。 2. 在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。 3. 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。 4. 设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。 盾构作为一种保护人体和设备的护体，其外形（断面形状）随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。（如：人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车）。而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及成本相对低廉，绝大部分盾构还是采用传统的圆形。 为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同，盾构机可分为三种类型、四种模式：

三种类型： （1）软土盾构机； （2）硬岩盾构机； （3）混合型盾构机。 四种模式： （4）开胸式； （5）半开胸式（半闭胸式、欠土压平衡式）； （6）闭胸式（土压平衡式）； （7）气压式。 软土盾构机适应于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩。刀盘只安装刮刀，无需滚刀。 硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整，只安装滚刀，不需要刮刀。 混合盾构机适应于以上两种情况，适应更为复杂多变的复合地层。可同时安装滚刀和刮刀。 气压盾构是在加气压状态下的施工模式，即可用于泥水加压式盾构机，也可用于土压平衡式盾构机。

盾构关键参数计算

第七节 关键参数的计算 1．地质力学参数选取 MCZ3-HG-063A 7-7-1，作为该标段盾32.5m ，盾构机壳体计算38.75m ，地下稳定水位2.5m 。 地质要素表 表7-7-1 隧道基本上在<4－1>、<5Z-2>和<6Z-2>地层中穿过，为相对的隔水地层。按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下： 2.盾构机的总推力校核计算： 土压平衡式盾构机的掘进总推力F ，由盾构与地层之间的摩擦阻力F 1、刀盘正面推进阻力F 2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F 3组成，即按公式 F=( F 1+F 2+F 3).K c 式中：K c ——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1 计算可按公式 F1= *D*L*C C —凝聚力，单位kN/m 2 ，查表7-7-1，

取C= 30.6kN/m2 L—盾壳长度，9.150m D—盾体外径，D=6.25m 得： F 1 =π*D*L*?C=3.14159?6.25?9.15?30.6 ＝ 5498 kN 2.2 水土压力计算 D——盾构壳体计算外径，取6.25m； L——盾构壳体长度，9.15m； p e1 ——盾构顶部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e1——盾构机拱顶受的水平土压；qf e1 ＝λ×p e1 p e2 ——盾构底部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e2——盾构底部的水平土压。qf e2 ＝λ×p e2 qf w1 ——盾构顶部的水压 qf w2 ——盾构底部的水压λ——侧压系数，取0.37； 计算qf e1 qf e2 qf w1 qf w2 p e1 ＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2 p e2 ＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8 ＝726.2 kN/m2 qfe1＝0.37×609.2 ＝225.4 kN/m2 qfe2＝0.37×726.2 ＝268.7 kN/m2 qf W1 ＝(32.5-2.5) ×9.8 ＝294 kN/m2 qf W2 ＝294+6.25×9.8 =355.3 kN/m2

盾构管片的选型和拼装2018.6

管片的选型和拼装（2018年6月） 一、管片的选型原则 1、管片选型符合隧道设计线路； 2、管片选型要适合盾构机的姿态； 3、管片选型尽量采用ABA的拼装型式； 说明： 1、管片选型如何符合隧道设计线路 根据隧道中线的平曲线和竖曲线的走向，管片分为标准环、左转弯、右转弯三类。直线上选标准环，左转曲线上选左转环，右转曲线上选右转环。其中转弯环数量的计算公式如下： θ=2γ=2*arctg（δ/D） 式中： θ——转弯环的偏转角 δ——转弯环的最大楔型量的一半 D——管片直径 每条曲线上的转弯环个数为 N=（α0+β）/θ 式中： α0——曲线上切线的转角 β——缓和曲线偏角 经计算本标段所需左转弯环131环，右转弯环131环。 根据圆心角的计算公式

α=180L/（πR） 式中： L——段线路中心线的长度 R——曲线半径 而θ=α，将之代入的到L=6.33m，所以在圆曲线上每隔6.33m一个转弯环（N=6.33/1.5=4.2环，即平均4.2环一个转弯环）。经过实际计算，在缓和曲线上，也近似于6m一个转弯环。 2、管片选型要符合盾构机的姿态 管片是在盾尾内拼装，所以不可避免的受到盾构机姿态的约制。管片平面尽量垂直于盾构机轴线，让盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上，这样使管片受力均匀，掘进时不会产生管片破损。同时也要兼顾管片与盾尾之间的间隙，避免盾构机与管片发生碰撞而破损管片。当因地质不均、推力不均等原因，使盾构机偏离线路设计轴线时，管片的选型要适宜盾构机的姿态，尤其在曲线段掘进时更要注意。 3、根据现有的管模数量和类型，及生产能力 现有管模四套，两套标准环管模，一套左转环管模，一套右转环管模，每套管模每天能生产两环管片。为了满足每天掘进8~9环的进度要求，用转弯环代替标准环，例如用一套左转环和一套右转环来代替两个标准环。 二、影响管片选型的因素 1、盾构机的盾尾间隙的影响 盾尾与管片之间的间隙叫盾尾间隙。 盾尾间隙是管片选型的一个重要的一个重要依据。如果盾尾间隙过

盾构关键参数计算

第七节关键参数的计算 1．地质力学参数选取 根据广州市轨道交通三号线详勘阶段汉溪～市桥 盾构段Ⅱ段的岩土工程勘察报告，汉溪站南～市桥站北 区间隧道中，左线及右线的工程地质纵断面图，选择右 线里程YCK21+037.233处地质钻孔编号为MCZ3-HG-063A 的相关地层数据，见地质剖面图7-7-1，作为该标段盾 构机选型关键参数设计和校核计算的依据。该段面地表 标高为27.41m，隧道拱顶埋深32.5m，盾构机壳体计算 外径6.25m，盾壳底部埋深38.75m，地下稳定水位2.5m。 其它地质要素如表7-7-1所示。 地质要素表表7-7-1 代号地层厚度S （m） 天然密度 ρ（g/cm3） 凝聚力 C（KPa） 底层深度 H（m） <4－1> 粉质粘性土12.0 1.95 20.3 12.0 <5Z-2> 硬塑状残积土13.0 1.88 26.0 25.0 <6Z-2> 全风化混合岩、块石土14.0 1.91 30.6 39.0 隧道基本上在<4－1>、<5Z-2>和<6Z-2>地层中穿过，为相对的隔水地层。按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下： 2.盾构机的总推力校核计算： 土压平衡式盾构机的掘进总推力F，由盾构与地层之间的摩擦阻力F 1 、刀盘正面推 进阻力F 2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F 3 组成，即按公式 F=( F 1 +F 2 +F 3 ).K c 式中：K c ——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1 计算可按公式 F1= *D*L*C C—凝聚力，单位kN/m2，查表7-7-1，

取C= 30.6kN/m2 L—盾壳长度，9.150m D—盾体外径，D=6.25m 得： F 1 =π*D*L*?C=3.14159?6.25?9.15?30.6 ＝ 5498 kN 2.2 水土压力计算 D——盾构壳体计算外径，取6.25m； L——盾构壳体长度，9.15m； p e1 ——盾构顶部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e1——盾构机拱顶受的水平土压；qf e1 ＝λ×p e1 p e2 ——盾构底部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。 qf e2——盾构底部的水平土压。qf e2 ＝λ×p e2 qf w1 ——盾构顶部的水压 qf w2 ——盾构底部的水压λ——侧压系数，取0.37； 计算qf e1 qf e2 qf w1 qf w2 p e1 ＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2 p e2 ＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8 ＝726.2 kN/m2 qfe1＝0.37×609.2 ＝225.4 kN/m2 qfe2＝0.37×726.2 ＝268.7 kN/m2 qf W1 ＝(32.5-2.5) ×9.8 ＝294 kN/m2 qf W2 ＝294+6.25×9.8 =355.3 kN/m2

(完整版)地铁盾构的选型和使用

地铁盾构的选型及现场管理和使用 一、概述 1、概念 盾构是一种用于隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有主机和辅助设备，既能支承地层的压力，又能在地层中整体掘进，进行土体开挖，碴土排运和管片安装等作业，使隧道一次成形的机械。 盾构是相对复杂的集机、电、液、传感、信息技术于一体的隧道施工专用工程机械，主要用于地铁、铁路、公路、市政、水电等工程。 盾构的工作原理就是一个钢结构组件依靠外壳支承，沿隧道轴线一边对土壤进行切削一边向前推进，在盾壳的保护下完成掘进、排碴、衬砌工作，最终贯通隧道。 盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌和壁后注浆三大要素组成。 盾构是根据工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等具体特征来“量身定做”的一种非标设备。盾构不同于常规设备，其核心技术不仅仅是设备本身的机电工业设计，还在于设备通过不同的设计如何满足工程地质施工的需求。因此，盾构的选型正确与否决定着盾构施工的成败。

2、盾构的类型 盾构的类型是指与特定的施工环境、基础地质、工程地质和水文地质特征相匹配的盾构种类。 一般掘进机的类型分为软土盾构、硬岩掘进机（TBM）、复合盾构三种。软土盾构的特点是仅安装切削软土用的切刀和括刀，无需开岩的滚刀。TBM主要用于山岭隧道。复合盾构是指既适用于软土，又适应于硬岩的一类盾构，主要用于复杂地层的施工。地铁盾构就是一种复合盾构。主要特点是刀盘既安装用于软土切削的切刀和括刀，又安装破碎岩石的滚刀，或安装破碎砂卵石和漂石的撕裂刀。 复合盾构分为土压平衡盾构和泥水加压平衡盾构。 3、盾构的组成 地铁施工可供选择的复合盾构机机型只有两种，即土压平衡盾构机或泥水平衡盾构机。 一台盾构按外观结构形式分为刀盘部分、前盾、中盾、尾盾、后配套部分和辅助设备（管片和砂浆运输设备、泥水站等）。 土压平衡盾构由以下十一部分组成：⑴、刀盘（分为面板式、辐条式、复合式三种），⑵刀盘驱动（分为电机和液压两种），⑶刀盘支承（主轴承），⑷膨润土添加系统和泡沫系统，⑸螺旋输送机，⑹皮带输送机，⑺同步注浆系统，⑻盾尾密封系统，⑼管片安装机，⑽数据采集系统，⑾导向系

盾构选型及参数计算方法

盾构选型及参数计算方法 1.1、序言 盾构是一种专门用于隧道工程的大型高科技综合施工设备，它具有一个可以移动的钢结构外壳（盾壳），盾构内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置，进行土层开挖、碴土排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作，使隧道结构施工一次完成。它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，从松散软土、淤泥到硬岩都可应用，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～10倍。较长地下工程的工期对经济效益和生态环境等方面有着重大影响，而且隧道工程掘进工作面又常常受到很多限制，面对进度、安全、环保、效益等这些问题，使用盾构机无疑是最好的选择。些外，对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采用盾构法施工，也具有十分明显的技术和经济优势。 采用盾构法施工，盾构的选型及配置是隧道施工中关键环节之一，盾构选型应根据工程地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。盾构的选型及配置是一种综合性技术，涉及地质、工程、机械、电气及控制等方面。 1.2盾构机选型主要原则 1.2.1盾构的选型依据 盾构选型主要应考虑以下几个因素： 1）工程地质、水文条件及施工场地大小。 2）业主招标文件中的要求。

3）管片设计尺寸与分块角度。 4）盾构的先进性、适应性与经济性。 5）盾构机厂家的信誉与业绩。 6）盾构机能否按期到达现场。 1.2.2 盾构的型式 1）敞开式型盾构 敞开式型盾构是指盾构内施工人员可以直接和开挖面土层接触，对开挖面工况进行观察，直接排除开挖面发生的故障。这种盾构适用于能自立和较稳定的土层施工，对不稳定的土层一般要辅以气压或降水，使土层保持稳定，以防止开挖面坍塌。有人工开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。 2）部分敞开式型盾构 部分敞开式型盾构是在盾构切口环在正面安装挤压胸板或网格切削装置，支护开挖面土层，即形成挤压盾构或网格盾构，施工人员可以直接观察开挖面土层工况，开挖土体通过网格孔或挤压胸板闸门进入盾构。根据以往大量工程经验，通常都将挤压胸板和网格切削装置组合在一起安装在盾构上，形成网格挤压盾构。这种盾构适用于不能自立、流动性在的松软粘性土层、尤其是对隧道沿线地面变形无严格要求的工程。当盾构采用网格开挖时，应将安装在网格后面的挤压胸板部分或大部分拆除，利用网格孔对土层的摩擦力或粘结力对开挖面土层进行支护，当盾构向前推进时（一般是盾构穿越江湖、海底或沼泽地区），应将挤压胸板装上，盾构向前推进时，可将土体全部

盾构机的设计选型依据

盾构机的选型 盾构法以其具有较高的可靠性及对周边环境适应性强的特点而在国内外地铁建设中得到了广泛应用，盾构法涉及多门学科，专业性强，尤其是其施工过程完全是工厂化的流水作业，机械化、自动化程度高，其施工效率较其他方法非常明显的优势。在国内地铁工程中，我国上海市六十年代开始盾构法的试验研究工作，并随着城市建设的发展，特别是近几年来科学技术的进步，新技术、新工艺、新材料、新设备的发展广泛应用，盾构法施工技术也取得较大的发展，至今已使用过近五十余台盾构。配套施工技术也相应在逐步完善，工程规模和应用范围也相应扩大。 地铁施工条件复杂，涉及城市建筑、管线水网、交通环境、污染控制严格，盾构施工在城市地铁施工中越来越显出其无可比拟的优越性，但是城市施工的首先要保证的前提条件是，由施工造成的地面隆起和沉降不能超出限制标准，否则将破坏地面和其它建筑物，造成巨大的经济损失，甚至人员伤亡的严重后果。这是城市施工和山岭隧道施工的根本区别，同时也是盾构施工首先需要解决的技术和组织问题。在围岩状况不佳的地质条件下，采用土压平衡和泥水式盾构开挖能起到保证安全的作用。 盾构施工，首先需要决定盾构机的类型，盾构的形式取决于地质条件。按结构模式盾构机分为泥水式盾构、敞开式、土压平衡式盾构、硬岩盾构四类。 敞开式盾构用于整个地层稳定，透水率低，涌水能够不采取其它辅助措施则能被控制的区段。 硬岩盾构用于硬度较大，且能够自稳、涌水不大的岩石地层开挖。 土压平衡盾构和泥水式盾构都是利用控制推进的速度和出料的速度来使推进所产生的压力同掌子面的压力相平衡，从而达到维持掌子面稳定，继而维持地面沉降和隆起在控制范围内的作用。这两类盾构的最大区别是泥水式盾构需要有昂贵的泥浆制备和分离设备，将泥浆通过管路注入到盾构机混合仓内，与开挖下来的碴土进行混合，通过泥浆泵将混合后的碴土抽出到地面以后进行分离处理，泥浆再循环利用。而土压平衡盾构则不需要进行分离处理，只是在涌水较大，但透水率不超过一定数值，掌子面不稳的地段才需要使用土压平衡开挖模式，也不需要专门的分离设备进行碴土分离。 盾构设计选型的主要依据取决于如下几个因素：碴土的粘合系数，渗透系数。 盾构选型设计的一个重要依据，是碴土的渗透系数，按照盾构设计的理论，碴土的渗透

海瑞克盾构机基本参数

海瑞克土压6.3m盾构基本参数 名称技术参数备注 管片设计 外径6米 内径5．4米 管片宽度1．5米 数量5+1 盾体 前体 6.25x6.25x2.9米86.5吨 中体 6.24x6.24x2.58米80吨 前盾数量1个 中盾数量1个 直径6．25米不计耐磨堆焊层 长度(前体和中体) 4．68米螺栓连接并带密封盾构类型土压平衡 300米 盾构最小水平转弯 半径 最大工作压力3BAR 土压传感器(数量) 5个 气闸连接法兰1个 1个 螺旋输送机连接法 兰 盾尾 6.23x6.23x3.61米30吨 盾尾数量1个 型式绞接 长度3．61米 密封3排钢丝刷 注浆口4个DN50,单管 推进油缸液压 数量30个10组双缸+10组单缸分组数量4组 推力34 210KN 最大300BAR 行程2米 工作压力300BAR 伸出速度80mm/min 所有油缸 绞接油缸 类型被动式 数量14个 行程150 mm 刀盘 6.28x6.25x2.6米65吨 数量1个 形式装配有滚刀式 直径6．28米

旋转方向左/右 刀具配置4把17寸中心双刃滚刀，32把17寸单刃滚刀，28把齿刀（250 mm 宽），8组边刮刀（1组两把）。 8个 刀盘上泡沫喷嘴数 量 中心回转体1个 刀盘驱动 数量1个 形式液压驱动 液压马达数量9个 额定转矩6000KNm 最大脱困扭矩7150KNm 转速0~4.5转/分 功率945KW 3x315KW 主轴承形式固定式 人闸 数量1个 形式双仓 直径1．6米 工作压力3BAR 测试压力4．5BAR 额定人数（容纳）3+2 主仓/副仓 管片安装器 管片安装器及行走 5．0x4.0x3.8米22吨 梁 数量1个 形式中心回转式 抓紧系统机械式 自由度6个 旋转角度+/—200度比例控制 管片宽度1．2/1．5米 纵向移动行程2米比例控制 控制装置无线、有线控制 螺旋输送机 形式双螺旋转、有轴式 1号螺旋输送机13.4x1.2x1.4米23吨 长度13．4米 直径800mm 功率160KW 最大扭矩198 KNm 拖困扭矩225 KNm 转速1~22转/分无级调速 285方/时100%充满时 最大出土量（理论 值）

盾构机操作及参数控制

盾构机操作及参数控制 目前，住总集团大多采用德国海瑞克盾构机、日本小松及日立盾构机，现就其小松盾构机操作情况及参数控制作如下总结： 1 开机前准备 1) 检查延伸水管、电缆连接是否正常； 2) 检查供电是否正常； 3) 检查循环水压力是否正常； 4) 检查滤清器是否正常； 5) 检查皮带输送机、皮带是否正常； 6) 检查空压机运行是否正常； 7) 检查油箱油位是否正常； 8) 检查脂系统油位是否正常； 9) 检查泡沫原液液位是否正常； 10)检查注浆系统是否已准备好并运行正常； 11)检查后配套轨道是否正常； 12)检查出碴系统是否已准备就绪； 13)检查盾构操作面板状态：开机前应使螺旋输送机前门应处于开启状态，螺旋输送机的螺杆应伸出，管片安装模式应无效，无其它报警指示； 14)检查测量导向系统是否工作正常； 若以上检查存在问题，首先处理或解决问题，然后再准备开机。 15)请示技术负责人并记录有关盾构掘进所需要的相关参数，如掘进模式，土仓保持压力，线路数据，注浆压力等； 16)请示设备机修负责人并记录有关盾构掘进的设备参数； 17)若需要则根据技术负责人和设备机修负责人的指令修改盾构参数； 2 开机 1)确认外循环水已供应，启动内循环水泵； 2)确认空压机冷却水阀门处于打开状态，启动空压机； 3)根据工程要求选择盾尾油脂密封的控制模式，即选择采用行程控制还是采用压力控制模式；

4)在“报警系统”界面，检查是否存在当前错误报警，若有，首先处理； 5)将面版的螺旋输送机转速调节旋扭、刀盘转速调节旋扭、推进油缸压力调节旋扭、盾构推进速度旋扭等调至最小位； 6)启动前后液压泵站冷却循环泵，并注意泵启动是否正常，包括其启动声音及振动情况等。以下每一个泵启动情况均需注意其启动情况； 7)依次启动润滑脂泵（EP2）、齿轮油泵、HBW 泵、内循环水泵； 8)依次启动推进泵及辅助泵； 9)选择手动或半自动或自动方式启动泡沫系统； 10)启动盾尾油脂密封泵，并选择自动位；至此，盾构的动力部分已启动完毕，下面根据不同的工序进一步进行说明。 3掘进 1)启动皮带输送机 2)启动刀盘 根据测量系统面版上显示的盾构目前旋转状态选择盾构旋向按钮，一般选择能够纠正盾构转向的旋转方向； 选择刀盘启动按扭，当启动绿色按钮常亮后。并慢慢右旋刀盘转速控制旋钮，使刀盘转速逐渐稳定在 2rpm 左右。严禁旋转旋钮过快，以免造成过大机械冲击，损机械设备。此时注意主驱动扭矩变化，若因扭矩过高而使刀盘启动停止，则先把电位器旋钮左旋至最小再重新启动； 3)启动螺旋输送机 慢慢开启螺旋输送机的后门； 启动螺旋输送机按钮，并逐渐增大螺旋输送机的转速； 4)按下推进按钮，并根据 ZED 屏幕上指示的盾构姿态调整四组油缸的压力至适当的值，并逐渐增大推进系统的整体推进速度； 5)至此盾构开始掘进； 4土仓压力调整 1)如果开挖地层自稳定性较好采用敞开式掘进，则不用调正压力，以较大开挖速度为原则； 2) 如果开挖地层有一定的自稳性而采用半敞开式掘进，则注意调节螺旋输送机的转速，使土仓内保持一定的渣土量，一般约保持 2/3左右的渣土。

盾构选型

盾构选型 盾构选型包括盾构机选型与衬砌选型两个方面。 1.盾构的种类与选型 盾构机是一种用钢板作成圆筒形结构的活动支撑,是通过软弱、含水地层,特别在海底、河底、城市内修建隧道的一种施工机械。在盾构的支护下,可安全地进行掘进和衬砌。盾构施工法是使用盾构机在地下掘进,边防止开挖面土砂崩塌边在机内安全地进行开挖作业和衬砌作业从而构筑成隧道的施工方法。因此,盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。一般地,按开挖面与作业室之间隔墙构造可分为敞式、半开敞式及密封式三种。密封式又可分为泥水加压式盾构和土压平衡式盾构。 泥水加压式盾构,是在切削刀盘后方设隔墙将盾构封闭起来,压力泥水送入此隔墙与掌子面之间的所谓泥水室,用泥水压力形成承压面,以抵抗地层水压,防止开挖面的塌方。用切削刀盘进行开挖,切削下来的砂土经搅拌机搅拌成泥浆,由泥浆泵经排泥管道抽出,输送到地面泥水处理场。一面切削,一面用千斤顶向前推进盾体,至一个衬砌管片宽度时,用盾尾拼装机进行管片安装。泥水加压盾构有盾尾的漏水以及难以确认开挖面状态及刀具磨耗等确点,还需要较大的泥水处理场地。泥水加压盾构对于不稳定的软弱地层或地下水位高,含水砂层,粘土以及冲积层以及洪积层等流动性高的土质,使用效果较好。泥水加压平衡盾构具有土层适应性强、对周围土体影响小、施工机械化程度高等优点。根据日本的实践,在砂层中进行大断面、长距离推进

的盾构机,大多采用泥水加压式盾构机。实践证明,掘进断面越大,用泥水加压式盾构机的效果越好。泥水加压式盾构机除在控制开挖面稳定以减少地面沉降方面较为有利外,还在减少刀头磨损、适应长距离推进方面显示出优越性。 土压平衡盾构是在切削刀架及螺旋输送机内部充填的土砂所产生的压力与开挖面的土压保持平衡。施工中一边掘进,一边控制推进千斤顶推力、推进速度、刀盘和螺旋输送机回转扭矩、速度以及闸门千斤顶的开口度,使之不断与开挖面的土压保持平衡。有软稠度的粘质粉土和粉砂是最适合使用土压平衡式盾构机的土层。根据土层的稠度,有时不需要水或只需要加很少量的水。通过搅拌装置在开挖室内的搅拌,即使十分粘着的土层也能变成塑性的泥浆。 盾构机的种类很多,施工时盾构机的选择是否合适,直接影响到工程的经济性、安全性以及可靠性等。影响盾构机选择的因素主要有土质条件(土的强度、软硬程度、土的颗粒级配、石英的含量、是否含有砂砾和大卵石等)、地下水的含量、隧道长度和线形、后续设备与盾构机的配套能力、工作环境以及有无辅助工法等。盾构机的合理选择要保证开挖面的稳定性,要具有良好的掘进性能,要结合衬砌的类型防止渗漏和坍塌,而且还要与配套系统具有紧凑的配合关系。另外,以盾构机选型为核心的整个系统的经济性也是不可忽视的。图1表示了以盾构选型为核心的各因素的影响关系及其相互作用。

盾构机选型标准

1、盾构机选型依据 地铁区间，线路总长：隧道埋深9～13米。 隧道洞身大部分处于残积层中，局部地段穿越花岗岩、辉绿岩全、强风化带或断层破碎带，结构松散，易软化、变形，产生坍塌。花岗岩层面起伏大，存在差异风化现象。 地下水按赋存条件分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，砂层中具承压性。主要补给来源为大气降水。地下水埋深5.2～8.4米。 盾构隧道内径：5400mm，管片厚度：300mm，隧道外径：6000mm。标准管片宽度：1200mm，分块数：6块。 本盾构隧道区间采用两台盾构机。盾构机由站西端下井始发，推进至站东站起吊出井。 隧道地质情况、工程要求、环境保护要求、经济比较、地面施工场地大小等因素是盾构选型的基本依据。根据国内外盾构施工经验与实例，我们认为，盾构机的选型必须满足以下几个要求： 必须确保开挖空间的安全和稳定支护； 保证隧道土体开挖顺利； 保证永久隧道衬砌的安装质量； 保证隧道开挖碴土的清除； 确保盾构机械的作业可靠性和作业效率； 保证地面沉降量在要求范围内； 满足施工场地及环保要求。 2、不同开挖模式的工作原理 2.1 盾构机的型式与工作特点 目前世界上流行的盾构机按开挖模式主要可以分为两大类：敞开式与密闭式。 敞开式指盾构机的开挖面与机内的工作室间无隔板或隔板的某处设置可调节开口面积的出土口。开挖面基本依靠开挖土体的自立保持稳定。敞开式适用于

地层条件简单、自立性好且无地下水的地层。 密闭式盾构机是在盾构机的开挖面与机内的工作室间设置隔板，刀盘旋转将开挖下来的碴土送入开挖面和隔板间的刀盘腔内，由泥水压力或土压或气压提供足以使开挖面保持稳定的压力。密闭式盾构机适用于地层变化复杂、自立条件较差、地下水较丰富的地层，因为采用密闭式掘进可以有效地保证开挖面的自立与稳定，保证施工安全。 密闭式盾构机主要分为泥水平衡式、土压平衡式两类，代表了不同的出土方式和不同工作面土体平衡方式的特点，但适用地质与范围有一定的区别。 泥水平衡式盾构机是在盾构机的前部设置隔板，装备刀盘面板、输送泥浆的送排泥管和推进盾构机的盾构千斤顶。在地面上还配有分离排出泥浆的泥浆处理设备。开挖面的稳定是将泥浆送入泥浆室内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜保持水压力，以对抗作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的碴土以泥浆形式输送到地面，通过处理设备离析为土粒和泥水，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。泥浆处理设备设在地面，需占用较大的施工场地。另外泥水式盾构机及其配套系统价格较高。 土压平衡式盾构机是在盾构机的前部设置隔板，隔板与刀盘之间形成一个用于土压平衡、碴土搅拌、碴土排出的碴土仓。装配有各种刀具的刀盘不断旋转切削土体，切削下来的碴土通过刀盘进料槽进入碴土仓。碴土仓内和排土用的螺旋输送机内充满开挖碴土，依靠盾构机千斤顶的推力给土仓内的开挖土砂加压，使碴土仓的土压作用于刀盘开挖面以使其稳定。土压式盾构机占用场地较小，价格较低。 土压平衡式盾构机又可分为纯土压平衡式与加泥型土压平衡式。 纯土压平衡式盾构机单纯依靠开挖下来的碴土压力稳定开挖面。这种盾构机较适用于开挖含砂量小的塑性流动性软粘土。 加泥型土压平衡盾构机装备有注入添加材料促进开挖砂土塑性流动的机构。对于含砂量、含水量较大的土层，盾构机的加泥装置可以根据土质，选用泡沫、膨润土、高吸水树脂等添加材料，将其注入开挖面和泥土仓。通过搅拌机构将添加材料与开挖下来的碴土强力搅拌，将开挖碴土变成具有可塑性、流动性、防渗性的泥土，这种泥土充满土仓和螺旋输送机内。当土仓内压力小于开挖面压力时，

盾构关键参数计算

第七节关键参数的计算 1. 地质力学参数选取 根据广州市轨道交通三号线详勘阶段汉溪～市桥 盾构段Ⅱ段的岩土工程勘察报告，汉溪站南～市桥站北 区间隧道中，左线及右线的工程地质纵断面图，选择右 线里程YCK21+037.233 处地质钻孔编号为 MCZ3-HG-063A 的相关地层数据，见地质剖面图7-7-1 ， 作为该标段盾构机选型关键参数设计和校核计算的依 据。该段面地表标高为27.41m ，隧道拱顶埋深32.5m ，图7-7-1 计算断面地质剖面图盾构机壳体计算外径 6.25m ，盾壳底部埋深38.75m ，地下稳定水位 2.5m 。其它地质要素如表7-7-1 所示。 代号地层地质要素表 厚度S 天然密度凝聚力C 表7-7-1 底层深度（m）ρ（g/cm 3）（KPa ）H（m） <4 －粉质粘性土 12.0 1.95 20.3 12.0 1> <5Z-2> 硬塑状残积土13.0 1.88 26.0 25.0 <6Z-2> 全风化混合岩、块石土14.0 1.91 30.6 39.0 隧道基本上在<4－1>、<5Z-2> 和<6Z-2> 地层中穿过，为相对的隔水地层。按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下：

2. 盾构机的总推力校核计算： 土压平衡式盾构机的掘进总推力F，由盾构与地层之间的摩擦阻力F1、刀盘正面推进阻力F2 、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F3 组成，即按公式 F=( F 1 +F 2+F 3).K c 式中：K c——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1 计算可按公式 F1= *D*L*C C—凝聚力，单位kN/m 2 ，查表7-7-1 ， 取C= 30.6kN/m 2 L—盾壳长度，9.150m D—盾体外径，D=6.25m 得：F1= *D*L* C=3.14159 6.25 9.15 30.6 ＝5498 kN 2.2 水土压力计算D— —盾构壳体计算外径，取 6.25m ； L——盾构壳体长度，9.15m ； p e1——盾构顶部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天 然密度ρ值计算。 qf e1——盾构机拱顶受的水平土压；qf e1 ＝λ×p e1 p e2——盾构底部的垂直土压。按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天 然密度ρ值计算。

盾构机参数

随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，其中土压平衡式盾构机在上海、南京、广州等地铁施工中有着较为出色的表现，笔者以日本小松公司Φ6340盾构机为例，结合施工中的一点经验与理解，对其控制原理和参数设置等做简要总结。 控制原理 土压平衡式盾构机的土压控制是PID自动调节控制，切削刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先设定值时，土仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。 土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进中的土压进行实时监视，土压计监测到的数值传送到PLC，PLC计算出测量值与设定值之间的差值E，通过PID 控制，自动调整螺旋机转速，使E值趋向于零，当E值大于零时，PLC发出指令，增加螺旋机转速，提高出土量直至土仓内土压重新达到新的平衡状态，反之当E值小于零时，PLC 会降低螺旋机转速，以减少偏差。以保持土仓内土压平衡，使盾构机正常掘进。 主要参数 抽样周期：PID 演算处理的时间间隔，周期越短，动作越连续，但增加了单位时间的处理次数，因此PID以外的控制变慢，不需要细微变动时，可延长周期。 过滤系数：用来除去输入模拟值上的高频成分，数值越大，则过滤效果越强，系统反应也就越迟钝。 比例常数P:为了提高系统灵敏度，使土压保持在一定范围，把计测值与设定值的差值E 乘以一个系数，所得结果再与目标值相比较，这个系数就是比例常数P，P 值越大，调控效果越好。 积分时间I：系统引入比例常数后，PLC调控螺旋机的输出操作量mv=P*E, 也就是偏差被放大了P倍，这样当系统产生偏差时，可能会使螺旋机转速突然增大或减小了许多，形成超调现象，于是又反过来调整，这就引起螺旋机转速忽大忽小，形成振荡。为了消除振荡，引入积分环节，使操作量mv 在积分时间内逐渐完成，即螺旋机转速平稳变化，直到消除偏差。积分时间越小，调控效果越好。 微分时间：根据偏差变化率de/dt 的大小，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，可以克服因积分时间太长而使恢复滞后的缺点。 参数设定 参数设置分为两步，第一步是在设备组装完毕，无负荷的状态下进行的一次调试，第二步是在掘进开始，土层稳定后，根据土层状况和操作习惯进行的微调。 1、无负荷调试 （1）比例系数P，首先不执行 I和D，I调至数值上限，D设定为 0,这样系统只执行比例动作P，变动土压目标值，制造约0.01 － 0.03Mpa 的系统偏差,接下来逐渐增大 P 值，使螺旋机转速逐渐增大，当 P 值上升到一定值时，螺旋机的旋转速度会出现大幅度地反复升降，即系统形成振荡，我们把出现振荡时P 值的 85% － 90% 设定为系统的比例系数。 （2）积分时间I，比例系数确定后，调节积分时间I，变动土压目标值，制造一个系统偏差，观察螺旋机回转速度以怎样的速度变化，继续加一定的偏差时，系统向偏差减小的方向增加或减小操作量，操作量的变化程度随积分时间I的变化而变化，此时可以根据操作人员的操作习惯来确定积分时间，一般来说，I在数值上为P值的70% 左右。 （3）微分时间D，在盾构机PID 控制中，管理对象是土仓内的土压，如果掘进速度一定，则土压与切削土量减排土量之差的时间累积成正比，另一方面，系统的控制对象是螺旋机转速，而螺旋机转速同单位时间的排土量成正比，这样从系统输入来看，系统的输出是

盾构分类及选型

第二章盾构分类及选型 隧道建设与盾构掘进机不可分离，所以盾构掘进机对各种地层的适应性非常重要。1823年～1843年，世界上第一条人工开挖盾构隧道是由法国人Brunnel在伦敦泰晤士河下建成的，由于隧道掘进机与地层条件的不适应，长366m的隧道耗时达20年左右，隧道施工过程中遭遇了多次涌水，并付出了6个隧道工人生命的代价。 1991年6月29日贯通的长达49km（单条）英法海底隧道，耗时仅仅两年半，在如此短时内取得如此的成绩与隧道盾构正确选型密不可分。英法海峡隧道法国侧隧道工程是在含水的白色白垩地层里施工，然后进入完全不渗透的兰色白垩地层里施工，然后进入完全不渗透的兰色白垩地层，选择了土压平衡盾构；而英国侧则根据地层的变化采用了通用型盾构。前者掘进速率达1071m/mon，后者更是达到1487m/mon，说明该隧道的盾构选型是合适的。 1989开始动工建设的东京湾海底公路隧道全长15.1km，其中盾构隧道长9.1km，穿越的地层为软弱的冲积、洪积性土层，另外，该盾构隧道的一个最大特点是盾构必须能够承受 0.6MPa的水压，故采用8台直径14.14m的泥水式土压平衡盾构施工，东京湾隧道的成功建设也表明该类盾构的选择是合适的。 第一节盾构的构造 一、盾构外形和材料 1．盾构的外形 作为一种保护人体的空间，隧道的形状因其使用要求不同、而造成盾构外形不同是理所当然的。隧道掘进，无论盾构的形状如何，总是向轴线方向发展而成，所以，盾构的外形就是指盾构的断面形状。从采用过的盾构来看，其外形有圆形、双圆、三圆、矩形、马蹄形、半圆形或与隧道断面相似的特殊形状等。例如：将人行隧道筑成矩形，最大地利用了挖掘空间；将水利隧道筑成马蹄形，使流体的力学性能达到最佳状态；将穿山隧道筑成半圆形，可以使底边直接与公路连接等等。但是，绝大多数盾构还是采用传统的圆形。 2．制造盾构的材料 盾构在地下穿越，要承受水平载荷、垂直载荷和水压力，如果地面有构筑物，要承受这些附加载荷，盾构推进时，还要克服正面阻力，所以，盾构整体要求具有足够的强度和刚度。盾构主要用钢板成型制成。钢板间连接可采用焊接和铆接两种方法，大型盾构考虑到水平运输和垂直吊装的困难，可制成分体式，到现场进行就位拼装，部件的连接一般采用定位销定位，高强度螺栓联接，最后焊接成型的方法。盾构壳体可有单层厚板或多层薄板制作而成。 二、盾构的基本构造 盾构种类繁多，从盾构在施工中的功能而言，其基本构造主要分为盾构壳体、推进系统、拼装系统三大部分。 图2-1-1 盾构基本构造示意图 1．盾构壳体 所有盾构的形式，其本体从工作面开始均可分为切口环、支承环和盾尾三部分，借以外壳钢板联成整体。 （1）切口环