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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。
盾构技术特点、分类及适用范围国培学员: S1.盾构法盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。
盾构掘进机的特点:盾构掘进机（简称盾构）是地面下暗挖施工隧道的专用工程机械, 具有一个可以移动的钢结构外壳(盾壳), 内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置, 可以进行开挖、支护、衬砌等多种作业一体化施工, 广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程建设。
目前, 在欧美等工业发达国家使用盾构机进行施工的城市隧道占90%以上。
2、现代盾构掘进机集液压、机电控制、测控、计算机、材料等各类技术于一体, 属于技术密集型产品, 其生产主要集中在日本、德国、英国、美国、加拿大等少数发达国家, 其中又以德国、美国、日本技术最为先进。
盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行, 工艺技术要求高、综合性强（土建、机械)。
盾构施工技术的优缺点:优点:a）具有良好的隐蔽性；b）掘进速度快且施工费用不受埋置深度大而影响；c）适宜在不同颗粒条件下的土层中施工, 尤其在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性；d）多车道的隧道可做到分期施工, 分期运营, 可减少一次性投资。
缺点:a）盾构施工是不可后退的；b）盾构是一种价格昂贵、针对性很强的专用施工机械, 对于每一条用盾构法施工的隧道, 必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造, 一般不能简单的倒用到其它隧道工程中重复使用；3、c）对隧道曲线半径过小或隧道顶部覆土太浅时, 施工困难较大, 而且不够安全, 特别是饱和含水松软土层, 在隧道上方一定范围内地表沉陷尚难完全防止, 拼装衬砌时对衬砌整体防水技术要求很高。
4、盾构施工技术先在隧道的一端建造竖井或基坑, 以供盾构安装就位。
盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发, 在地层中沿着设计轴线, 向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。
盾构机的分类-回复盾构机是一种用于地下工程中隧道开挖的专业设备。
根据不同的应用需求和工程要求，盾构机可以分为多个分类。
本文将一步一步回答关于盾构机分类的问题，以帮助读者更好地了解盾构机的应用领域和特点。
第一步：盾构机按照使用环境分类盾构机根据使用环境的不同，可以分为两类：土压平衡盾构机（Earth Pressure Balance Shield Machine，简称EPB盾构机）和水压平衡盾构机（Slurry Shield Machine）。
1. 土压平衡盾构机（EPB盾构机）：适用于软弱土壤、黏土和含水量较高的地层中的隧道开挖。
它利用盾构机内部的土压平衡系统，通过给予前方土体与盾构机内部土体较为相等的土压力来平衡地下水压力，以实现隧道的稳定开挖。
EPB盾构机广泛应用于城市地铁、水利工程、下水道建设等领域。
2. 水压平衡盾构机：适用于含有大量水分和较坚硬地层的隧道开挖。
它采用密闭的工作环境和水压平衡系统，能够在开挖过程中有效控制地下水位和地下水压力，保证隧道的安全稳定推进。
水压平衡盾构机通常用于河床、湖底隧道等水下工程。
第二步：盾构机按照施工方式分类盾构机也可以根据施工方式的不同进行分类，这将影响到盾构机的结构和工作原理。
1. 轮式盾构机：使用装有刀盘和轴承的切削头，通过切削地层并将地层推到井口，由提升机将土壤抛到地面上。
该类型盾构机适用于地层坚硬、粉状颗粒较少的隧道工程。
2. 双层或多层盾构机：具有更高的推力和更大的切削力，适用于较大断面的隧道工程，如大型地铁隧道、水利隧道等。
3. 泥水平衡盾构机：利用注入泥浆来平衡土压力，从而实现稳定的隧道开挖。
泥水平衡盾构机适用于含有较高水分和粉质黏土的地层。
4. 机械盾构机：采用机械切割头进行地层的开挖，并通过转运系统将土壤从切削头后方搬运到井口。
该类型盾构机适用于各种地质条件的隧道工程。
第三步：盾构机按照切削头类型分类盾构机还可以按照切削头的类型进行分类，不同类型的切削头适用于不同的地层和工程要求。
盾构机选型的方法和步骤盾构机是隧道施工中的重要设备，正确的选型对于工程的顺利实施至关重要。
以下为盾构机选型的方法和步骤：1.确定隧道类型首先需要确定隧道工程的类型。
根据隧道的设计要求，可以分为交通隧道、水利隧道、市政隧道等。
不同类型的隧道对盾构机的需求和性能要求不同。
2.确定隧道尺寸根据隧道的设计要求，需要确定隧道的尺寸。
这包括隧道的直径、长度以及曲率半径等。
盾构机的尺寸必须与隧道尺寸相匹配，以满足施工要求。
3.确定地质条件地质条件是选择盾构机的重要因素之一。
需要对工程场地的地质条件进行详细勘察和分析，包括土质类型、地下水位、岩石强度等。
根据地质条件，选择适合的盾构机和刀具。
4.确定推进速度推进速度是盾构机的重要参数之一。
需要根据隧道施工的要求和盾构机的性能，确定合适的推进速度。
推进速度过快可能导致盾构机控制难度增加，过慢则可能影响施工效率。
5.确定出土方式盾构机在挖掘过程中需要将土石运出隧道。
根据工程需要和场地条件，可以选择不同的出土方式，如机械出土、水力出土等。
选择合适的出土方式有助于提高施工效率和质量。
6.确定控制系统控制系统是盾构机的核心部分之一。
需要根据盾构机的性能和施工要求，选择合适的控制系统。
控制系统应具有稳定性、可靠性和灵活性等特点，能够实现对盾构机的精确控制。
7.确定辅助系统辅助系统是盾构机的重要组成部分，包括注浆系统、通风系统、照明系统等。
需要根据隧道施工的要求和场地条件，选择合适的辅助系统，以提高施工效率和质量。
8.确定刀具和盾构材料最后需要确定盾构机的刀具和材料。
刀具的类型和数量应根据地质条件和隧道尺寸来确定。
同时，盾构机的材料也应根据工程需要和场地条件进行选择，如钢铁、合金等。
综上所述，盾构机的选型需要综合考虑隧道类型、尺寸、地质条件、推进速度、出土方式、控制系统、辅助系统和刀具及盾构材料等多个方面因素。
只有在全面了解并分析这些因素后，才能选择出最适合工程需求的盾构机，从而确保隧道施工的顺利进行和质量要求的达成。
隧道施工盾构的分类及盾构机选型【摘要】盾构是在软岩和土体中进行隧道施工的专门机具，使用盾构机开挖隧道的方法称为盾构法。
盾构法隧道前进是依靠设在盾尾的一组千斤顶克服盾构机重和周围土体产生的正面和侧壁的摩阻力，千斤顶支撑在已拼装好的环形隧道衬砌上，每拼装一环管片，千斤顶向前推进一个衬砌环间宽度。
【关键词】隧道；施工；盾构；分类；盾构机；选型
盾构是在软岩和土体中进行隧道施工的专门机具，使用盾构机开挖隧道的方法称为盾构法。
盾构法隧道前进是依靠设在盾尾的一组千斤顶克服盾构机重和周围土体产生的正面和侧壁的摩阻力，千斤顶支撑在已拼装好的环形隧道衬砌上，每拼装一环管片，千斤顶向前推进一个衬砌环间宽度。
1 盾构机分类
1.1 手掘式盾构
手掘式盾构构造简单，配套设备较少，因而造价低。
其开挖面可以根据地质条件全部敞开，也可以采取正面支撑随开挖随支撑。
在某些疏散的砂性地层，还可以按照土的摩擦角将开挖面分为几层，这时，就把盾构称为棚式盾构。
手掘式盾构的主要优点：正面是敞开的，施工人员随时可以观察地层变化情况，及时采取应付措施；当在地层中遇到桩、孤石等地下障碍物时，比较容易处理；可以向需要方向超挖，容易进行盾构纠偏，也便于在隧道的曲线段施工；造价低，结构设备简单，易
制造。
它的主要缺点有：在含水地层中，当开挖面出现渗水、流砂时，必须辅以降水、气压或地层加固等措施；工作面若发生塌方和沼气爆炸事故时，易引起危及人身及工程安全的事故；劳动强度大，效率低、进速慢，在大直径盾构中尤为突出。
手掘式盾构尽管有上述不少缺点，但由于简单易行，目前在地质条件较好的工程中仍广泛应用。
1.2 挤压式盾构
挤压式盾构分为全挤压及半挤压两种,前者是将手掘式盾构的
开挖工作面用胸板封闭起来，把土层挡在胸板外，这样就比较安全可靠，没有水、砂涌入及土体坍塌的危险，并省去了出土工序；后者是在封闭上局部开孔，当盾构推进时，土体从孔中挤入盾构，装车外运，劳动条件比手掘式盾构大为改善，效率也成倍提高。
挤压式盾构仅适用于软可塑的粘土层，适用范围比较狭窄。
全挤压施工由于有较大隆起变形，只能用于空阔的地段或河底、海滩等处;半挤压施工虽然能在城市房屋、街道下进行，但对地层扰动大，地面变形也很难避免，这是挤压式盾构的缺点。
网格式盾构是一种介于半挤压和手掘式之间的盾构形式。
这种盾构在开挖面装有钢制的开口格栅，称为网格。
当盾构停止推进时，网格起到挡土作用，有效地防止了开挖面坍塌。
这种盾构对土体的挤压作用比挤压式盾构小些。
网格式盾构也只适用于软可塑的粘性土层，地层含水时，尚需辅以降水、气压等措施。
1.3 半机械式盾构
半机械式盾构系在手掘式盾构正面装上挖土机械来代替人工开挖。
根据地层条件，可以安装反伊挖土机或螺旋切削机。
如果土质坚硬，可安装软岩掘进机的切削头子。
半机械式盾构的适用范围基本上和手掘式一样，其优缺点除可减轻工人劳动强度外，均与手掘式相似。
机械式盾构是手掘式盾构的切口部分，安装与盾构直径同样大小的大刀盘,以实现全断面切削开挖。
若地层能够自立或采取辅助措施后能自立，可用开胸机械式盾构。
2 盾构机选型
盾构机选型的关键在于针对地质及环境特点，选择经济合理的盾构机断面形状、刀盘刀具硬度、扭矩、工作面支承、开挖和运输设施、盾压的压浆工艺，既能在正常的地质条件下快速方便施工，又能在复杂困难的地段具有应变能力。
进行盾构选型之前，必须掌握沿线详细地质和水文资料，弄清设备土层垂直向及水平向分布，以及各类土的工程特点、土层中所含沼气状况。
还必须通过室内试验了解土的颗粒级配、含砂量、含粘土、砂土量，土体的含水量、液限、流限、塑限,土体的孔隙比、渗透系数、干湿容重、不排水抗剪强度、内摩擦角、标准贯入度、灵敏度、压缩系数和内聚力等，这些对盾构法隧道的施工设计都是必要的。
勘探中还必须了解地层中透水层、隔水层、承压水层分布及层相，査清透流体，土层中水径流、紊流速度。
敞胸式人工、半机械或机械化盾构主要适用于干燥、土体整体性、自主性好、无需支撑的开挖面,不产生坍塌。
手工和半机械化盾构劳动强度高，速度慢，一旦出现灾害性地质状况，如地下涌水、沼气、软断层等，处理不当，易产生事故。
但此种盾构机造价低，安装使用方便,在地层中建短距离隧道还是可以的，尤其使用敞胸手工或半机械化盾构，对以达到较好的经济效益。
网格盾构主要用于软弱可塑的粘土、淤泥质粘土地层、对环境保护不甚严格的郊区和旷野。
泥水加压盾构最初用在冲积粘土和沉积砂土层的地层中开挖隧道，由于泥水对开挖面土体有明显作用，稍后被推广应用于软弱淤泥质土层、砂土层、砾砂层、卵石砾砂层、砾砂及坚硬土层等地层中施工隧道，并明显地表现出对土层的适应性较强，便于自动化操作等优点。
实践表明，泥水加压盾构不很适合于疏松的卵石层和坚硬土层，因在松散的卵石层中施工时，泥水压力并不稳定;而在坚硬的粘土层中开挖时，粘土常会在刀盘和进土槽口上粘附，使施工变得麻烦。
此外，在粘土含量很高的粘土层中施工时，有泥水分离成本高、代价大的缺点。
一般认为,在砂性土为主的沉积层中，以及在不需要作泥水分离的工程中，采用泥水加压盾构较为有利;在某些对地表沉降要求较高的取段，也可优先考虑采用泥水加压盾构。
在工程地质条件方面，这类盾构适用的情况为：1、细粒土的含有率在粒径累积曲线10%以上；2、砾石的含有率在粒径累积曲线60%以上。
土压平衡盾构是70年代由日本首先研制和应用的，也是在泥水加压盾构问世后诞生的一类盾构施工新技术，其适用范围大致与泥水加压盾构相同。
土压平衡盾构更适合在软弱冲积粘土层中施作隧道或顶管。
用于砂土或铄石层掘进时，只需加进适当的粘土或泥桨，也完全能使开挖面稳定。
与泥水加压盾构相比，可省去分离泥水和土砂的设备，因而土压平衡盾构的出现是盾构法技术的一大进步。
土压平衡盾构尤其适用于施作城市地下隧道，并有地面沉降易于控制，对周围环境影响较小等显著优点。
加泥式土压平衡盾构主要用于软弱粘土层、易坍塌的含水砂层及混有卵石的砂砾层等地层中的隧道施工，根据工艺特点大致分为泥土加压盾构、沉浆加压盾构、加水式土压平衡盾构、高浓度泥水加压盾构、密闭型机械加泥式盾构等种类。
加水式土压平衡盾构主要用于含水砂砾和砂土地层中隧道的开挖。
高浓度泥水加压式盾构主要适用于松软、渗透系数大的含水砂土及砂砾等易坍塌的地层，在覆土浅，可引起冒顶或难以控制地表沉降的地层中更需要选用。
这类盾构机将泥水注入开挖面，在密封舱内与切削土混合成高浓度泥水,用于平衡开挖面的水土压力。
参考文献
[1] 王芳，土木工程概论 [m].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2] 刘嘉惠，建筑施工技术 [m].北京：中国建筑工业出版社，2010.。
