盾构

盾构的分类及其工作原理盾构作为一种现代化的隧道掘进技术，广泛应用于隧道建设和地下管网工程中。

它的分类和工作原理是大家在学习和了解盾构技术时必须掌握的基础知识。

一、盾构的分类根据盾构机的工作原理和结构特点，盾构可分为以下几类：1. 土压平衡盾构：土压平衡盾构是最常见的一种盾构类型，适用于稳定的软土和黏土层。

其工作原理是通过对盾构机前部施加适当的土压力来平衡管道周围土层的压力，保持隧道面的稳定。

土压平衡盾构一般配备有刀盘，刀盘上装有刀具，能够切削和推进土层。

2. 水压平衡盾构：水压平衡盾构主要用于软土层、淤泥和水下地层的掘进。

其工作原理是通过在盾构机前部与周围水压力相等的水力平衡，来消除土层和水的差异压力，保持隧道面的稳定。

水压平衡盾构一般需要在盾构机前部设置压力室，通过泥浆注入来维持水力平衡。

3. 双层壳体盾构：双层壳体盾构是一种特殊的盾构类型，它结合了土压平衡盾构和水压平衡盾构的优点，适用于不同地层的掘进。

双层壳体盾构的前部设有泥浆注入区和土压平衡区，可以根据不同地层的要求进行调整和切换。

4. 泥水平衡盾构：泥水平衡盾构主要用于稠密的粉质土和泥质土的掘进。

其工作原理是通过在盾构机前部注入泥浆来平衡土层的压力，同时利用泥浆的密度控制土层的稳定性。

泥水平衡盾构适用于较敏感的地层，能够减小地层沉降和地面沉降的风险。

二、盾构的工作原理盾构机的工作原理可以简单概括为：切削土层、推进管片、注浆补偿和排土运输。

1. 切削土层：盾构机前部的刀盘装有刀具，可以切削土层。

盾构机在掘进过程中，通过转动刀盘和推进盾构机来切削和破碎土层，实现隧道的掘进。

2. 推进管片：盾构机在切削土层的同时，还需要推进管片来支撑和构建隧道。

盾构机后部设有一个推进系统，可以将管片逐个推进到切削区域，并与前部的土层形成一环环的支护结构。

3. 注浆补偿：在盾构机掘进过程中，为了保持隧道的稳定，需要通过注浆来补偿土层的失去。

注浆可以填充土层中的空隙，增加土层的支撑能力，同时还可以降低地下水位和地层的沉降风险。

盾构-正文在软土和软岩地层中修建隧道时，用盾构法进行开挖和衬砌拼装的专用机械设备(图1), 其外壳通常为圆筒形的装配式或焊接式金属结构，也有配合隧道使用要求而做成矩形、马蹄形或半圆形等外形的。

盾构的种类较多，但其基本构造均由壳体、推进设备、衬砌拼装机等组成。

盾构壳体沿盾构长度方向分为切口环、支承环和盾尾三部分。

前面是切口环，设有刃口，施工时切入土层，具有开挖和支撑土体的功能。

其长度在手掘式盾构中，应考虑掩护工人开挖地层的安全和方便,一般为1.2～2.5米左右。

在机械化盾构中，只考虑容纳开挖机具。

中部为支承环,是盾构的主要受力结构,盾壳的外荷载均由其承受。

在小盾构中是一个刚度较大的圆环结构，在大中型盾构中则是一个钢制构架。

推动盾构前进的千斤顶均设置在支承环的内周。

在大中型盾构中通常把液压动力设备、配电盘、盾构操纵台等均安装在支承环的空间内。

支承环的长度决定于盾构千斤顶的长度，它又与衬砌环的宽度有关，一般比最大衬砌环宽度长0.2～0.3米，约为1.8～2.2米。

后部为盾尾，是由盾构外壳钢板延长构成，在盾尾的掩护下拼装隧道衬砌。

盾尾末端设有盾尾密封装置，以防止泥水和注浆材料从盾尾与衬砌之间的空隙内流入。

目前，普遍采用的盾尾密封装置有钢丝刷型和橡胶型两种。

盾尾长度应保证盾构千斤顶活塞杆缩回后，能掩护1.5～2.5环衬砌宽度加千斤顶的顶铁厚度和0.1～0.2米的余量。

切口环、支承环和盾尾长度之和为盾构长度。

盾构的内径应比隧道衬砌外径略大，其空隙一般为衬砌外径的0.8％左右。

盾构长度与直径之比(L/D)称为盾构灵敏度。

它与盾构操纵的灵活性有着很大影响，其值越小，盾构操作越灵活，一般小盾构(D ＝2～3米)的灵敏度约为1.5左右；中型盾构(D＝3～6米)约为 1.0左右；大盾构（D＞6.0米）约为 0.75左右。

常用的盾构直径约在3.0～10.0米之间。

至80年代初,世界上最大的盾构为直径12.84米的手掘式盾构。

盾构的分类和适用范围
机械式盾构是目前应用最广泛的一种盾构，其主要特点是采用机械化设备完成开挖、支护和出土等工作，具有高效、安全、稳定等优点。

机械式盾构可以分为硬岩盾构和软土盾构两种，适用于不同的地质条件。

硬岩盾构主要用于岩石层、砂岩层等较硬的地层，采用切削头子进行开挖，支护方式多采用钢壳、压力注浆等方式。

软土盾构主要用于软土、淤泥等较软的地层，采用挤压式、平衡式等开挖方式，支护方式多采用预制管片、钢筋混凝土衬砌等方式。

2.土压平衡式盾构
土压平衡式盾构是一种适用于软土、淤泥等地层的机械式盾构，其主要特点是在开挖面前方设置压实板，通过调节前后、左右、上下三个方向的压力，使开挖面前方的土体形成一个平衡状态，从而达到减小地表沉降、减小地下水涌入、减小地下水位降低等效果。

该种盾构适用于软土、淤泥等地层，但对地层的稳定性要求较高，需要进行严格的地质勘察和设计。

3.泥水平衡式盾构
泥水平衡式盾构是一种适用于淤泥、软土、黏土等地层的机械式盾构，其主要特点是在开挖面前方设置泥浆注入系统，通过注入泥浆来平衡土体的水压，从而达到减小地表沉降、减小地下水涌入、减小地下水位降低等效果。

该种盾构适用于淤泥、软土、黏土等地层，但对地层的稳定性要求较高，需要进行严格的地质勘察和设计。

总之，不同类型的盾构适用于不同的地质条件和工程要求，选择合适的盾构类型对于保障工程质量和安全至关重要。

盾构构造
盾构是一个钢质的筒状壳体，共分三部分，前部为切削环，中部为支撑环，尾部为衬砌环，如图8-26所示1．切削环
切削环位于盾构的最前端，其前面为挖土工作面，对工作面具有支撑作用。

同时切削环也可作为一种保护罩，是容纳作业人员挖土或安装挖掘设备的部位。

为了便于切土及减少对地层的扰动，在它的前端通常做成刃口型。

盾构开挖分开放式和密封式。

当土质稳定，无地下水，可用开放式；而对松散的粉细砂，液化土等不稳定土层时，应采用封闭式盾构；当需要对工作面支撑，可采用气压盾构或泥水加压盾构，这时在切削环与支撑环之间设密封隔板分开。

2．支撑环
支撑环位于切削环之后，处于盾构中间部位，是盾构结构的主体，承受着作用在盾构壳上的大部分土压力，在它的内部，沿壳壁均匀地布置千斤顶，如图8-27所示。

大型盾构还将液压、动力设备、操作系统、衬砌机等均集中布置在支撑环中。

在中小型盾构中，也可把部分设备放在盾构后面的车架上。

3．衬砌环
衬砌环位于盾构结构的最后，它的主要作用是掩护衬砌块的拼装，并防止水、土及注浆材料从盾尾与衬砌块之间进入盾构内。

衬砌环应具有较强的密封性，其密封材料应耐磨损、耐撕裂并富有弹性。

常用的密封形式有单纯橡胶型、橡胶加弹簧钢板型、充气型和毛刷型，但效果均不理想，故在实际工程中可采用多道密封或可更换的密封装置。

盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

1简介2条件3特点优点缺点4施工步骤5施工工序▪土层开挖▪推进纠偏▪衬砌拼装▪衬砌压注6发展简介【shield tunnelling method】指的是利用盾构进行隧道开挖，衬砌等作业的施工方法。

用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。

盾构是一种带有护罩的专用设备，利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。

盾构是1874年发明，首先用的是气压盾构。

开挖英国伦敦泰晤士河水底隧道。

[1] 盾构机掘进的出碴方式有机械式和水力式，以水力式居多。

水力盾构在工作面处有一个注满膨润土液的密封室。

澎润土液既用于平衡土压力和地下水压力，又用作输送排出土体的介质。

盾构既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。

盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。

它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。

大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。

盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。

例如深圳地铁一期工程初步设计有三处采用盾构法施工，即罗湖-国贸区间，皇岗-福民区间，福民-金田区间。

这几处均为软土地段，且具备盾构法施工的基本条件。

2条件在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即，1、线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；2、隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m且不小于盾构直径；[2]3、相对均质的地质条件；4、如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m；5、从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。

盾构技术手册盾构技术手册一、盾构技术概述1.1 盾构技术的定义1.2 盾构技术的应用领域1.3 盾构技术的发展历程二、盾构机械系统2.1 盾构机械的组成部分2.1.1 盾构机的刀具系统2.1.2 盾构机的推进系统2.1.3 盾构机的支撑系统2.1.4 盾构机的控制系统2.2 盾构机的工作原理2.2.1 盾构机的推进原理2.2.2 盾构机的土层稳定原理三、盾构隧道设计3.1 盾构隧道的工程准备3.1.1 勘察与设计前的准备工作 3.1.2 盾构隧道的设计参数3.2 盾构隧道的设计方法3.2.1 盾构隧道的地质条件划分 3.2.2 盾构隧道的衬砌设计3.2.3 盾构隧道的排水与防水设计四、盾构施工管理4.1 盾构施工组织与管理4.1.1 盾构施工的组织体系4.1.2 盾构施工的施工方案4.2 盾构施工的施工工艺4.2.1 盾构施工的洞口开挖工艺 4.2.2 盾构施工的土层处理工艺4.2.3 盾构施工的顶管与衬砌工艺五、盾构风险与安全管理5.1 盾构施工风险分析5.1.1 盾构施工的地质风险5.1.2 盾构施工的机械风险5.1.3 盾构施工的环境风险5.2 盾构施工的安全管理5.2.1 盾构施工的安全管理制度5.2.2 盾构施工的事故预防与应急处理六、附件附件一、盾构机械技术参数表附件二、盾构隧道设计图纸附件三、盾构施工安全操作手册法律名词及注释1、法律名词A：法律A的定义及解释2、法律名词B：法律B的定义及解释本文档涉及附件：附件一、盾构机械技术参数表附件二、盾构隧道设计图纸附件三、盾构施工安全操作手册。

盾构知识点总结一、盾构的基本原理盾构机是一种专门设计用于地下隧道开挖的设备，它通常由推进系统、掘进系统、土压平衡系统、注浆系统、排土系统、控制系统等组成。

盾构机的基本原理是通过在地下挖掘同时安装隧道衬砌或其他结构物，从而实现地下隧道的开挖和建设。

在工程现场，盾构机通常通过液压系统驱动，利用刀盘或刀盘刀具对地下土壤进行切削，然后将挖掘的土壤通过土压平衡或压力泥浆的方式排出隧道外。

隧道衬砌则通过推进系统安装到地下的开挖部位，从而形成完整的隧道结构。

二、盾构的分类盾构机可以根据其工作原理、结构特点以及适用范围等不同进行分类。

常见的盾构分类有以下几种：1. 按照工作原理分类：盾构机主要分为开式盾构机和闭式盾构机两种。

开式盾构是指在整个开挖过程中，土壤和水可以随着刀盘的转动自由流动，不需要采取特殊措施排出，一般用于稳定的土质条件下的隧道开挖。

闭式盾构则是指在开挖过程中通过压力泥浆或土压平衡的方式来控制土壤流动，适用于不稳定的土质条件下的隧道开挖。

2. 按照结构特点分类：盾构机可以分为硬岩盾构和软土盾构两种。

硬岩盾构主要适用于坚硬岩石层下的隧道开挖，其刀盘一般采用碳化钎头等硬质合金材料制成；软土盾构则适用于松软土质条件下的隧道开挖，其刀盘一般采用刀片、刀架等结构较为复杂的装置。

3. 按照适用范围分类：盾构机可以分为地铁盾构、道路盾构、排水管道盾构等不同种类，针对具体的工程需求进行设计和定制。

三、盾构的优点在地下隧道建设中，盾构机具有以下几大优点：1. 高效性：盾构机可以实现连续不间断的隧道开挖和衬砌施工，大大提高了开挖速度和工程进度。

2. 精准性：盾构机的开挖过程受到严格的控制和监测，可以保证隧道的准确尺寸和优质质量。

3. 安全性：盾构机工作过程中不会对地表造成破坏，减少了施工对周边环境和建筑物的影响，同时也降低了工人的工作风险。

4. 环保性：盾构机在工作过程中可以控制和处理排出的土壤和水，减少了对环境的污染，有利于城市生态环境的保护。

盾构支护形式盾构支护是指在盾构掘进过程中，为了保证隧道的稳定和安全，采取的一系列措施和方法。

盾构支护形式多种多样，根据不同的地质条件和工程要求，可以选择不同的支护形式。

一、盾构掘进过程中的支护形式1. 土压平衡盾构支护土压平衡盾构是一种常见的盾构掘进方式，其特点是在掘进过程中，通过注入液压油或水泥浆等物质，形成与地层土体相等或略高于土体压力的土压平衡，从而保持隧道的稳定。

在土压平衡盾构掘进过程中，常采用预制混凝土管片作为初始支护，然后再进行二次衬砌。

2. 水压平衡盾构支护水压平衡盾构是在盾构掘进过程中，通过注入高压水来平衡地下水压力，以减小地层土体的变形和沉降。

水压平衡盾构支护适用于地下水位较高、土体较软的地层。

在水压平衡盾构掘进过程中，常采用预制钢筋混凝土管片作为初始支护，然后再进行二次衬砌。

3. 混凝土搅拌桩支护混凝土搅拌桩支护是一种常用的盾构支护形式。

在掘进过程中，通过在盾构前端注入混凝土浆液，并通过旋转搅拌桩来形成一定直径的桩体，从而起到支撑和固结地层的作用。

混凝土搅拌桩支护适用于较软土层和松散砂层等地质条件。

4. 钢壳支护钢壳支护是一种常见的盾构支护形式，其特点是在掘进过程中，通过在盾构前端安装钢壳来保护隧道周围的地层。

钢壳支护适用于较硬岩石和稳定的地层，可以有效防止地层塌方和地面沉降。

二、盾构掘进后的支护形式1. 预制混凝土管片二次衬砌预制混凝土管片是一种常用的盾构掘进后的二次衬砌材料。

在掘进过程中，先进行初始支护，然后再进行预制混凝土管片的二次衬砌。

预制混凝土管片具有强度高、稳定性好等优点，可以有效保证隧道的稳定和安全。

2. 钢筋混凝土二次衬砌钢筋混凝土是一种常用的盾构掘进后的二次衬砌材料。

在掘进过程中，先进行初始支护，然后再进行钢筋混凝土的二次衬砌。

钢筋混凝土具有强度高、耐久性好等特点，可以有效增强隧道结构的承载能力。

3. 聚合物喷射衬砌聚合物喷射衬砌是一种常见的盾构掘进后的支护形式。