一建機電實務課件

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一級建造師市政實務知識點：盾構機選型要點

一、盾構類型與適用條件

(一)盾構類型

(1)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5種類型(見圖1K31-1)。

(2)按開挖面是否封閉劃分，可分為密閉式和敞開式兩類。按平衡開挖面土壓與水壓的原理不同，密閉式盾構又可分為土壓式(常用泥土壓式)和泥水式兩種。敞開式盾構按開挖方式劃分，可分為手掘式、半機械挖掘式和機械挖掘式三種

(3)按盾構的斷面形狀劃分，有圓形和異型盾構兩類，其中異型盾構主要有多圓形、馬蹄形、類矩形和矩形，目前在國內軌道交通建設中，已有雙圓馬蹄形、矩形和類矩形盾構應用。

(二)盾構機的刀盤配置

盾構的刀盤主要由刀盤體、刀具、磨損檢測器、攪拌棒、泡沫及膨潤土管路等零部件組成。刀盤體由鋼結構焊接而成，刀具可分為：滾刀、切刀、邊緣刮刀、仿形刀、保徑刀、先行刀、中心刀等。

刀盤是機械化盾構的掘削部件，刀盤結構應根據地質適應性的要求進行設計，以適合圍巖條件，并保證開挖面穩定的前提下，提高掘進速度。刀盤設計時，應充分考慮刀盤的結構形式、支承方式、開口率、開口大小和分布、刀具的布置等因素。

(三)各種盾構對地質條件的適用性

當前，土壓平衡盾構與泥水加壓盾構已經成為盾構法隧道施工使用最多的盾構。

1. 土壓平衡盾構

(1)土壓平衡盾構(Earth Pressure Balance Shield)，簡稱EPB盾構。土壓平衡盾構是在機械式盾構的前部設置隔板，使土倉和排土用的螺旋輸送機內充滿切削下來的泥土，依靠推進千斤頂的推力給土倉內的開挖土渣加壓，使土壓作用于開挖面以使其穩定。土壓平衡盾構的支護材料是土壤本身。土壓平衡盾構由盾殼、刀盤、刀盤驅動、螺旋輸送機、皮帶輸送機、管片安裝機、人倉、液壓系統等組成。

(2)土壓平衡盾構的工作原理如下：刀盤旋轉切削開挖面的泥土，破碎的泥土通過刀盤開口進入土倉，泥土落到土倉底部后，通過螺旋輸送機運到皮帶輸送機上，然后輸送到停在軌道上的渣車上。盾構在推進油缸的推力作用下向前推進。盾殼對挖掘出的還未襯砌的隧道起著臨時支護作用，承受周圍地層的土壓、承受地下水的水壓，并將地下水阻隔在盾殼外面。掘進、排土、預制管片拼裝等作業在盾殼的掩護下進行。

(3)地質適應范圍：

土壓平衡盾構主要應用在黏稠土壤中，該類型土壤富含黏土、粉質黏土或淤土，具有低滲透性。這種土質在螺旋輸送機內壓縮形成防水土塞，使土倉和螺旋輸送機內部產生土壓力，來平衡掌子面的土壓力和水壓力。

土壓平衡盾構用開挖出的土料作為支撐開挖面穩定的介質，對作為支撐介質的土料，要求其具有良好的塑性變形、軟稠度、內摩擦角小及滲透率小。除軟黏土外，一般土壤不完全具有這種特性，需進行改良。改良的方法通常為，加水、膨潤土、黏土、 CMC(羧甲基纖維素鈉)、聚合物或泡沫等，根據土質情況選用。

2. 泥水加壓盾構

(1)泥水加壓盾構也稱泥水加壓平衡盾構(Slurry Pressure Balance Shield)，簡稱SPB盾構。 泥水盾構是在機械式盾構的前部設置隔板，裝備刀盤及輸送泥漿的送排泥管和推進盾構的推進油缸，在地面上還配有泥水處理設備。

(2)泥水盾構的構成，除了具有：刀盤驅動系統、推進系統、管片拼裝系統、盾尾密封系統、液壓系統、電氣系統、同步注漿系統、外加劑注入等土壓平衡盾構具有的系統外，還具有以下系統：

1)可調整泥漿物理性質，并將其送至開挖面，保持開挖面穩定的泥水循環系統;

2)綜合管理排泥狀態、泥水壓力及泥水處理設備運轉狀況的綜合管理系統;

3)泥水分離處理系統。

(3)泥水平衡盾構的開挖面支護原理：

泥水盾構利用循環懸浮液的體積對泥漿壓力進行調節和控制，采用膨潤土懸浮液(俗稱泥漿)作為支護材料。開挖面的穩定是將泥漿送入泥水室內，在開挖面上用泥漿形成不透水的泥膜，通過該泥膜的張力保持水壓力，以平衡作用于開挖面的土壓力和水壓力。開挖的土砂以泥漿形式輸送到地面，通過泥水處理設備進行分離，分離后的泥水進行質量調整，再輸送到開挖面。

(4)地質適應范圍：

泥水盾構最初是在沖積黏土和洪積砂土交錯出現的特殊地層中使用，由于泥水對開挖面的作用明顯，因此在軟弱的淤泥質土層、松動的砂土層、砂礫層、卵石砂礫層、砂礫和堅硬土的互層等地層中均適用。目前，泥水加壓盾構工法對地層的適用范圍不斷擴大，即使處于惡化的施工環境和存在地下水等的不良條件下，由于有相應的處理方法，因而幾乎能適應所有的地層。

二、盾構選型依據與原則

(一)選型依據

盾構選型依據應包括下列內容：

(1)工程地質和水文地質勘察報告。

(2)隧道線路及結構設計文件。

(3)施工安全、工程環境風險因素、場地條件、環保要求。

(4)施工環境及其保護要求。

(5)工期條件。

(6)輔助施工方法。

(7)類似工程施工經驗。

(二)選型的基本原則

1.適用性原則

盾構的斷面形狀與外形尺寸適用于隧道斷面形狀與外形尺寸，種類與性能要適用工程地質與水文地質條件、隧道埋深、地下障礙物、地下構筑物與地面建筑物安全需要、地表隆沉要求等使用條件。若所選盾構不能充分滿足上述使用條件，應增加相應的輔助工法，如壓氣工法、注漿工法等。

由于盾構具有較長使用壽命，可用于多項施工工程，因此應根據使用壽命期內預計的常用使用條件或最不利使用條件選型，以便具有較廣泛的適用性。

2.技術先進性原則

技術先進性有兩方面含義：一是不同種類盾構技術先進性不同，二是同一種類盾構由于設備配置的差異與功能的差異而技術先進性不同。

選擇技術先進的盾構，一方面為了更好地適應建設單位當前及今后的工程施工要求，提高施工單位的市場競爭力;另一方面在合理使用壽命期內保持技術先進性。

技術先進性要以可靠性為前提，要選擇經過工程實踐驗證、可靠性高的先進技術。

3.經濟合理性原則

經濟合理性是指，所選擇的盾構及其輔助工法用于工程項目施工，在滿足施工安全、質量標準、環境保護要求和工期要求的前提下，其綜合施工成本合理。

(三)盾構選型的配置要求

三、盾構選型的基本程序

盾構選型應遵循基本原則，采取科學的方法，經過策劃、調查、可行性研究、綜合比選評價等步驟，按照可行的程序進行。

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