m／s时 m／s时 刀盘主驱动方式特点对比 土压平衡盾构不宜小于16 式中 但必须对盾构区间地质勘探得非常清楚 F 刀盘添加剂喷口的数量及位置应根据地质条件 可配置渣石处理装置 4.3.2 刀盘结构的强度和刚度应满足工程要求 盾构选型主要依据工程地质及水文条件 黏土等松散地层 控制地面沉降的角度来看 ——推进阻力的总和(kN) ——开挖面的支撑压力(kN) 盾构一般配置有铰接装置 添加剂注入压力 可燃及有害气体等 粉土和黏性土地层宜采用辐条式结构或开口率较大的面板式结构 2 松散沙层 各动作应准确可靠 开挖仓内的土压力与开挖面的土压力之间产生压力降 盾构掘进管理系统应与导向系统实现数据交互 能有效地控制地面沉降 4.3.13 4.3.5 平移 复合地层宜采用面板式结构 刀盘是盾构的关键部件 ) 衬砌结构形式及分度参数等 0 后闸门应具有紧急关闭功能 推进液压缸 6 2 刀盘主驱动方式特点对比见表2 主动铰接与推进液压缸配合使用 单位kN／m ) 地下水位 z 如果采用土压平衡式盾构施工 直接控制型泥水循环系统结构简单 刀盘主驱动形式主要分为两种 总推力应根据推进阻力的总和及所需的安全系数确定 除锁紧动作外的其余六种动作与管片的六个自由度相对应 淤泥质粉土 地中障碍物 1 主要制约因素是隧道渣土排放需要较长的管道 转速应可调 砂土 漂石 m／s时 4 3 防止施工过程中产生的废弃物 T——刀盘装备总扭矩(kN·m) 隧道线路和结构设计要求 盾构施工过程中应注重对环境的保护 刀盘应符合下列规定 渣土从开挖面进入开挖仓时没有土压力的衰减 盾构直径和掘进速度等确定 可靠性有所下降 4 7 α F 开挖面土压等于测量土压 含漂石 土压平衡盾构主要适用于粉土 最大推力应大于前后壳体姿态变化引起的阻力 泥水循环系统有直接控制和间接控制两种类型 4.3.10 以及施工安全 4 刀盘应具有较大的转速范围 -4 m／s～1.0×10 液压驱动具有良好的抗冲击能力和过载保护性能 刀盘转速宜达到2.5r／min以上 卵石时 扭矩突变情况较少的地层 弃浆量大 切削效果 且含水量很少时 α——扭矩系数 地下管线情况 4 主要考虑切削土体阻力及附加阻力 粉砂层等地层的施工 工程造价较高 α＝α -7 确保区间地层不含大于排浆口直径的卵砾石 建筑限界 泥浆中的悬浮或半悬浮状态的细土颗粒不能完全分离出来 盾构主机和后配套设备结构应满足导向系统的安装和通视要求 螺旋输送机的结构和尺寸应根据工程地质和水文地质条件 ——土质系数 盾构选型与配置应适用 在风化岩及软硬不均地层或上软下硬地层掘进时 管片拼装机 0 铰接形式主要有被动铰接和主动铰接两种 盾构选型的主要方法包括地层渗透系数法 螺旋输送机出渣会发生大量“喷涌”现象 周边环境条件 最小曲线半径及地下障碍物情况等确定 2 从保持工作面的稳定 掘进里程等确定 不易粘结和堵塞 既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水平衡盾构 刀盘面板应采取耐磨措施 螺旋输送机“土塞效应”难以形成 直接影响刀盘的使用寿命 4.3.7 砾石粗砂地层宜选用泥水平衡盾构施工 ×α 隧道线路及结构设计文件 较低的能源消耗 同时要特别注意大粒径卵砾石地层 开挖的渣土进入盾构机上第一个排浆泵之前预先经过破碎机 2 盾构施工段工程地质的复杂性主要反映在基础地质(主要是围岩岩性)和工程地质特性的多变方面 维修保养相对简单 变频电机驱动设备费用高 刀盘主驱动是刀盘的动力系统 隧道埋深 ——后配套拖车的拖拉力(kN) 刀盘主驱动应符合下列规定 1 以及施工质量和安全 同时土仓压力波动大 系统复杂 辐条式刀盘渣土流动顺畅 2 高灵敏度软土 刀盘扭矩计算可按下式计算 ——盾体的摩擦阻力(kN) 刀盘的结构和刀具等应满足地质条件和工程要求等 α 控制沉降要求 因此管片拼装机各动作需准确可靠 变频电机驱动适用于较为单一地质 工程周边的建(构)筑物状况 隧道线路及结构设计条件包括 因此两种驱动方式在盾构上都得到广泛的使用 在特殊施工环境中 砂卵石地层宜选用土压平衡盾构 4.3.5 系统配备的最小推力应按下式计算 刀盘转速应根据地质条件和施工要求确定 4.3.9 盾构总推力可按下列经验计算公式复核 3 采用泥水平衡盾构还可以降低地质变化差异大造成的施工风险 切刀和刮刀等切削类刀具一般适用于砂 泥水平衡盾构一般采用面板式刀盘 2 特别是在江河湖等水域 注浆系统应具备物料注入速度和注入压力调节功能 当地质为一般性土砂 易粘结和易堵塞 4.3.8 应根据地质条件 D——刀盘外径(m) 管片的拼装精度主要依靠拼装机的调整性能 以及上软下硬的地层中施工时 在复合地层施工时 土压平衡盾构根据工程地质可选用面板式或辐条式刀盘 但是具有较高的传动效率 地层颗粒级配法 采用的辅助施工方法 如地层有全断面硬岩 环境和施工要求等确定主驱动形式 当地层渗透系数大于1.0×10 当地层的渗透系数为1.0×10 ——盾尾与管片间的摩擦阻力(kN) 1 刀盘结构形式应适应地质条件 这样对施工非常不利 横摇和偏转七种动作能力 地下水位 可采用带式螺旋式输送机 渣土改良系统和注浆系统等 刀盘驱动主轴承密封应根据覆土厚度 仰俯 泥水循环系统应根据地质和施工条件等确定 少有堵塞问题 对于渗水系数较大的地层 会对周围环境造成影响 4.3.11 粉质黏土 因此在区间地层中含有大块卵砾石时 3 式中 螺旋输送机 开挖直径 相反的情况则选择泥水平衡盾构比较合适 如果采用泥水平衡式盾构施工 盾构选型与配置 并结合以往施工经验等方面因素综合判断 A——开挖断面面积(m 4.3.1 τ——安全系数 4.3.6 4.3 掘进里程 4.3 1 经济 4.3.6 还应具备环号计算 每环注浆量等基本统计分析功能 式中 4.3.3 渣土进入开挖仓不顺畅 4.3.12 有可能造成围岩失稳而坍塌 通常会选用土压平衡盾构 拼装机必须把管片精确定位 1 道路交通状况 刀具配置是盾构刀具设计中非常重要的内容 施工安全是盾构选型时的一项极其重要的因素 1 并对不同选择进行风险分析后择其优者 推进液压缸应采取分区控制 升降 F 其质量和性能直接影响土体开挖效率 岩石强度较大时应配置滚刀 液压驱动能够适应所有地质 最大坡度) F′——单位推力(开挖面单位面积的推力 面板式刀盘与辐条式刀盘的特点对比见表1 工程地质及水文地质条件包括 粗砂 环境条件包括 每组铰接液压缸应具备行程监测功能 可靠性高 有利于小半径曲线隧道掘进过程中纠偏及掘进姿态控制 被动铰接的铰接油缸只承受尾盾的摩擦阻力 F 刀盘转速主要选用低速 刀盘主驱动形式应根据地质和环境要求确定 α 对泥水平衡盾构而言 当地质为较大颗粒砂砾和块石 泥水循环系统 管片拼装机应具有锁紧 其破碎机设在气垫仓内 变频电机驱动和液压驱动 环保和工期要求 主动铰接可使刀盘回退 地层渗透系数法 由于受面板开口率的影响 刀盘最大设计转速应达到1.5r／min以上 ——稳定掘削扭矩系数 因而能对土压进行有效的管理 F 方便换刀 4.3.13 地面沉降很难控制 操作应安全方便 操作安全方便 并应具备掘进模式和旁通模式 通常需要开放盾构主控系统中PLC(可编程逻辑控制器)控制器的各变量地址或开放掘进管理系统中变量的数据结构表等实现与导向系统数据交互 4.3.2 间接控制型(气垫式)泥水盾构仍可适用 应采用面板式刀盘 可选用土压平衡盾构 盾构掘进管理系统除具备实时显示与存储盾构各种参数外 出土状况 可靠 使用泥水平衡盾构要比使用土压平衡盾构的效果好一些 硬岩地层不宜低于1250kN／m 3 5 各结构件均应处于安全可靠状态 从而使得开挖面的土压力不易控制 施工安全 线路平纵断面(最小曲线半径 4.3.4 管片拼装机的自由度应满足拼装要求 2 及需要昂贵的泥水处理设备 因此 确保大块的卵砾石预先经过破碎才进入排浆口 地层渗透性等 面板式刀盘与辐条式刀盘特点对比 盾构推进阻力的总和应按下式计算 采用面板式刀盘时 式中 噪声等对环境产生污染 盾构的壳体结构应能保证在其所承受的正常施工荷载作用下 盾构姿态靠推进液压缸控制 铰接装置 掘进速度和施工效率等 2 人舱和保压系统应满足作业人员开仓作业要求 对于渗透系数较小的隧道 2 刀盘开口率应能满足盾构掘进和出渣要求 所以铰接力小 可采用轴式螺旋输送机 先进 细砂地层既可选用泥水平衡盾构 刀盘结构 4.3.4 最大设计扭矩应满足地质条件和脱困要求 2 渣土在泥水仓内直接进入排浆口 宜选用泥水平衡盾构 刀盘开挖直径等确定 刀具的选型和配置应根据地质条件 在软弱围岩的地质情况下 4.3.10 表2 ×α 工程地质和水文地质勘察报告 -4 1 5 卵石 软硬混合地层 4.3.8 辅助施工方法 也可在土质改良后选用土压平衡盾构 地层颗粒级配法等 铰接装置应满足隧道轴线曲率半径的要求 -7 盾构选型依据应包括下列内容 因此 回转 当地层的渗透系数小于10 地层岩性及分布状况 间接控制型(气垫式)泥水循环系统的特征是设有气垫仓 盾构选型与配置 渣土改良系统和注浆系统应与地质条件相适应 4.3.1 F——盾构装备总推力(kN) 地层软硬程度 为方便相关单位对盾构进行远程管理 但刀盘转速较高时对软弱围岩的扰动较大 人舱宜采用并联双舱式 连续掘进长度 ——刀盘上刀具的推力(kN) 流量应连续可调 其大小受面板开口的影响不易确定 F 类似工程施工经验 配置应包括刀盘 刀盘转速和驱动主轴密封 在环境要求高的场合还应采用渣土压滤设备 ——支承系数 2 软土地层不宜低于1050kN／m 面板式刀盘的优点是通过刀盘的开口可以限制进入开挖仓的卵石粒径 为确保小半径曲线隧道顺利施工 每个分区液压缸应具备行程监测功能 由于渣土经刀盘面板的开口进入开挖仓 并形成足以压紧管片的接触压力 同时耗费大量的膨润土 工期条件 刀盘最大设计扭矩指刀盘机构所能提供的最大扭矩 施工环境及其保护要求 3 4.3.7 泥浆处理不彻底 但配置较大驱动功率时 2 2 辐条式刀盘对单一软土地层的适应性比面板式刀盘好 切削速度 存在密集的建(构)筑物 表1 盾构选型时应综合考虑 其配置是否适合应用工程的地质条件 按照螺旋轴的形式不同可以分为轴式螺旋输送机和带式螺旋输送机 由于没有面板的阻挡 当岩土中的粉粒和黏粒的总量达到40％以上时 1 4.3.9