(完整版)不同地质条件下的盾构选型

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 freiEPB Methods土压平衡区间Slurry Methods泥水盾构区间60,020.06,02,00,60,20,060,020,0060,0020,0011009040302010080706050Sieve Size Fine Clay Silt Sand Gravel Medium Medium Coarse Fine Coarse Fine Medium CoarseGrain 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。

盾构机类型和选用原则
盾构机是一种用于隧道挖掘的工程机械，根据不同的工程需求和地质条件，盾构机可以分为以下几种类型：
1. 泥水式盾构机：适用于软弱的土层或泥水地层，通过泥水压力平衡掌子面的水土压力。

2. 土压平衡式盾构机：适用于粘性土层或砂土质地层，通过土压力平衡掌子面的水土压力。

3. 硬岩盾构机：适用于坚硬的岩石地层，通过刀具切割岩石实现掘进。

4. 混合式盾构机：适用于地质条件复杂的地层，可以同时使用泥水式和土压平衡式两种方式进行掘进。

在选用盾构机时，需要考虑以下原则：
1. 地质条件：根据隧道穿越的地质条件，选择适合的盾构机类型。

2. 工程规模：根据隧道的长度、直径和曲率等工程规模，选择适当的盾构机尺寸和性能。

3. 施工环境：考虑施工现场的环境条件，如地下水位、周边建筑物等，选择适合的盾构机类型。

4. 工程进度：根据工程进度要求，选择能够满足施工进度的盾构机。

5. 经济效益：综合考虑盾构机的购置成本、运行成本和维护成本等因素，选择经济效益最佳的盾构机。

选用合适的盾构机对于隧道工程的顺利进行和施工质量至关重要，需要根据具体情况进行综合考虑和决策。

每一个城市都有其特定地质条件，城市地下空间开发与地质及水文条件密不可分。

隧道施工会针对地质条件选择具有针对性的盾构机，以确保施工安全性与经济性。

刀盘刀具作为盾构机上的关键部件，其设计选型要求会更高、更严谨。

本文将结合已有的设计及国内施工经验，探讨在不同地质条件下刀具选用情况。

1 刀具的原理及分类目前盾构机刀盘按其适应地质一般分为软土刀盘、复合刀盘及硬岩刀盘。

刀盘的掘进施工最终都是靠刀具来完成，刀具按切削原理一般分为滚压刀具及切（刮）削刀具。

滚压刀具的工作原理主要是依靠刀具推力来冲击挤压岩层；再加上刀具旋转扭矩连续滚压破岩，这类刀具在掘进过程中会随刀盘一起公转，同时自身还绕刀轴进行自转。

滚压类刀具对岩石作用力大，常用于硬岩或大直径圆砾地层隧道掘进中，也可用于复合地层，主要分为单刃滚刀、双刃滚刀和三刃滚刀等。

切削刀具的工作原理主要是盾构机向前推进的同时刀具随刀盘旋转，刀刃不断嵌入土体并对开挖面土体产生轴向剪切力和径向切削力，分为切刀、中心鱼尾刀、撕裂刀、先行刀、保径刀和边刮刀等形式；此类刀具一般用于软土地层及软岩地层中，或用于硬岩及复合地层辅助切削中。

2　工程地质条件的主要形式及分类我国幅员辽阔，地下条件复杂多样，工程隧道施工前期科学合理地对项目地质条件进行分析必不可少。

根据目前已知地质研究及勘探情况，我国隧道施工地质条件主要分为以下几种。

第一，软土地层，主要由各种沙土、粘土、粉土、填土和淤泥等按照不同比例组合而成，此种地层在我国上海、浙江以及江苏等长三角地区分布较多。

第二，复合地层，主要由岩石、圆砾、碎石及其他各种软土中的两种或多种组合而成，此种地层在我国分布较广，比较典型地区有武汉、长沙和广州等地。

第三，硬岩地层，主要以较硬的岩石为主，由一种或多种岩石以不同强度及固体形状组合而成，此种地层主要出现在我国四川、重庆等山岭隧道中。

第四，其他特殊地质条件，如溶洞，膨胀土（吸水膨胀、失水收缩）、湿陷性土（黄土）、冻土（冻胀、融陷）和大孤石等特殊地理环境或区域下形成的、具有特殊性质的地质。

盾构机选型标准(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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～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。

不同地质条件下的盾构选型(2007-11-15 16:54:24)标签：知识/探索一剑倚天外盾构选型分类：技术论坛1 盾构的“类型”盾构的“类型”是指与特定的盾构施工环境，特别是与特定的基础地质、工程地质和水文地质特征相匹配的盾构的种类。

根据施工环境，隧道掘进机的“类型”分为软土盾构、硬岩掘进机(TBM)、复合盾构三类。

因此，盾构的“类型”分为软土盾构和复合盾构两类。

软土盾构是指适用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条件下的一类盾构。

软土盾构的主要特点是刀盘仅安装切刀和刮刀，无需滚刀。

复合盾构是指既适用于软土、又适用于硬岩的一类盾构，主要用于既有软土又有硬岩的复杂地层施工。

复合盾构的主要特点是刀盘既安装有切刀和刮刀，又安装有滚刀。

2 盾构的“机型”" 盾构的“机型”是指在根据工程地质和水文地质条件，盾构所采用的最有效的开挖面支护形式。

" 盾构按支护地层的形式主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥水支护式、土压平衡支护式五种机型。

" 目前应用最广的是土压平衡盾构(土压平衡支护式)和泥水盾构(泥水支护式)两种机型。

3 盾构的“模式”" 盾构的“模式”是指在一定“型”的基础上，根据特定的盾构施工环境，盾构所采用的最有效的“出碴进料”方式。

" “模式”是盾构的一种操作方式。

" 土压平衡盾构的“模式”可分为敞开式、半敞开式、闭胸式三种。

" 泥水盾构的“模式”可分为泥水平衡模式(也称直接控制模式)和气压复合模式(也称间接控制模式或D模式)两种。

实例：广州地铁复合式土压平衡盾构" 广州地铁复合式土压平衡盾构具有三种模式，即:敞开式、半敞开式（加气模式）、闭胸式(土压平衡模式) 。

广州地铁复合式土压盾构的敞开模式" 在掌子面足够稳定并且涌水能够被控制时，采用“敞开模式作业。

" 在敞开模式下，刀具切削开挖面土体，切削土进入土仓，通过位于土仓底部的螺旋输送机将碴土排出。

第1章.第2章.第3章.第4章.第5章.第6章.第7章.第8章.第9章.第10章.盾构、配套设备与管模10.1.盾构机选型10.1.1.选型原则盾构机的性能及其对地质条件的适应性是盾构隧道施工成败的关键。

本合同段盾构区间工程的盾构机选型按照性能可靠、技术先进、经济适用相统一的原则，依据招标文件、颐和园站－圆明园站和圆明园站－成府路站区间岩土工程勘察报告等资料，并参考国内外已有盾构工程实例及相关的技术规范进行。

10.1.2.选型依据盾构机选型具体依据如下：（1）本合同段盾构工程施工条件隧道长度：3032+2044.286单线延米；线路间距：8～19m；隧道覆土厚度最小：6m，最大：15.4m；平面最小曲线半径：350m；最大坡度：20.801‰；隧道衬砌管片内径：5400mm 外径：6000mm（2）工程施工环境特点本工程施工环境具有如下特点对盾构机施工有一定的影响：本合同段区间隧道沿线地下管线、建（构）筑物密集。

颐和园－圆明园区间线路下穿颐和园、圆明园，与万泉河高架桥相交；圆明园～成府路站区间线路通过成府小学、化工研究院，下穿万泉河。

区间线路与万泉河高架桥相交时，隧道外轮廓与桩基距离最小为5m，下穿圆明园一座池塘时覆土厚度仅6m，万泉河底部区域隧道覆土厚度为9m。

本合同段区间线路主要沿颐和园路、清华西路布置，与中关村北大街相交，所经道路尤其是中关村北大街交通繁忙、车流量大。

（3）区间地质特点本合同段区间隧道穿越地层主要有粉质粘土、粉土层，局部夹有砂层、卵石圆砾等。

具体的地质统计表见表10-1-1和图10-1-1。

10.1.3. 本工程地质特点对盾构机功能的要求针对以上工程地质条件及特点，盾构应具备以下功能： （1）盾构机对地层条件的适应性要求本合同段隧道地层主要由粉质粘土、粉土层、卵石圆砾层组成，局部夹有砂层，所以盾构对软土地层的适应性应是重点考虑的问题。

盾构在软土地段的施工时应重点考虑以下功能：具备土压平衡掘进功能； 足够的推力和刀盘驱动扭矩； 良好的加泥、加泡沫等碴土改良能力； 合理的刀盘及刀具设计； 具有完善的防喷涌功能； 能够有效防止中心泥饼的生成； 较好的人员仓条件；圆明园－成府路站区间颐和园－圆明园站区间图10-1-1 盾构区间隧道洞身主要地质比例图超前地质钻探及管片壁后同步注浆功能。