不同地质条件下的盾构选型

一级建造师考试《市政工程》考点3：盾构机选型要点一、盾构类型与适用条件(一)盾构类型(1)按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式5种类型(见图1K413031-1)。

(2)按开挖面是否封闭划分，可分为密闭式和敞开式两类。

按平衡开挖面土压与水压的原理不同，密闭式盾构又可分为土压式(常用泥土压式)和泥水式两种。

敞开式盾构按开挖方式划分，可分为手掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种(3)按盾构的断面形状划分，有圆形和异型盾构两类，其中异型盾构主要有多圆形、马蹄形、类矩形和矩形，目前在国内轨道交通建设中，已有双圆马蹄形、矩形和类矩形盾构应用。

(二)盾构机的刀盘配置盾构的刀盘主要由刀盘体、刀具、磨损检测器、搅拌棒、泡沫及膨润土管路等零部件组成。

刀盘体由钢结构焊接而成，刀具可分为：滚刀、切刀、边缘刮刀、仿形刀、保径刀、先行刀、中心刀等。

刀盘是机械化盾构的掘削部件，刀盘结构应根据地质适应性的要求进行设计，以适合围岩条件，并保证开挖面稳定的前提下，提高掘进速度。

刀盘设计时，应充分考虑刀盘的结构形式、支承方式、开口率、开口大小和分布、刀具的布置等因素。

(三)各种盾构对地质条件的适用性当前，土压平衡盾构与泥水加压盾构已经成为盾构法隧道施工使用最多的盾构。

1.土压平衡盾构(1)土压平衡盾构(Earth Pressure Balance Shield)，简称EPB盾构。

土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠推进千斤顶的推力给土仓内的开挖土渣加压，使土压作用于开挖面以使其稳定。

土压平衡盾构的支护材料是土壤本身。

土压平衡盾构由盾壳、刀盘、刀盘驱动、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、人仓、液压系统等组成。

(2)土压平衡盾构的工作原理如下：刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的渣车上。

第二章盾构分类及选型隧道建设与盾构掘进机不可分离，所以盾构掘进机对各种地层的适应性非常重要。

1823年～1843年，世界上第一条人工开挖盾构隧道是由法国人Brunnel在伦敦泰晤士河下建成的，由于隧道掘进机与地层条件的不适应，长366m的隧道耗时达20年左右，隧道施工过程中遭遇了多次涌水，并付出了6个隧道工人生命的代价。

1991年6月29日贯通的长达49km（单条）英法海底隧道，耗时仅仅两年半，在如此短时内取得如此的成绩与隧道盾构正确选型密不可分。

英法海峡隧道法国侧隧道工程是在含水的白色白垩地层里施工，然后进入完全不渗透的兰色白垩地层里施工，然后进入完全不渗透的兰色白垩地层，选择了土压平衡盾构；而英国侧则根据地层的变化采用了通用型盾构。

前者掘进速率达1071m/mon，后者更是达到1487m/mon，说明该隧道的盾构选型是合适的。

1989开始动工建设的东京湾海底公路隧道全长15.1km，其中盾构隧道长9.1km，穿越的地层为软弱的冲积、洪积性土层，另外，该盾构隧道的一个最大特点是盾构必须能够承受 0.6MPa的水压，故采用8台直径14.14m的泥水式土压平衡盾构施工，东京湾隧道的成功建设也表明该类盾构的选择是合适的。

第一节盾构的构造一、盾构外形和材料1．盾构的外形作为一种保护人体的空间，隧道的形状因其使用要求不同、而造成盾构外形不同是理所当然的。

隧道掘进，无论盾构的形状如何，总是向轴线方向发展而成，所以，盾构的外形就是指盾构的断面形状。

从采用过的盾构来看，其外形有圆形、双圆、三圆、矩形、马蹄形、半圆形或与隧道断面相似的特殊形状等。

例如：将人行隧道筑成矩形，最大地利用了挖掘空间；将水利隧道筑成马蹄形，使流体的力学性能达到最佳状态；将穿山隧道筑成半圆形，可以使底边直接与公路连接等等。

但是，绝大多数盾构还是采用传统的圆形。

2．制造盾构的材料盾构在地下穿越，要承受水平载荷、垂直载荷和水压力，如果地面有构筑物，要承受这些附加载荷，盾构推进时，还要克服正面阻力，所以，盾构整体要求具有足够的强度和刚度。

盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路施工技术随着城市化进程的加速和人们出行需求的增加，铁路运输在现代社会中扮演着越来越重要的角色。

而在城市建设和改造过程中，隧道施工技术就显得尤为重要，尤其是在复杂地质条件下的盾构施工更是需要精密的技术和严谨的作业流程。

在盾构施工中，遇到上软下硬的泥岩地层时，施工难度更是加大。

如何有效应对盾构复杂线型上软下硬泥岩地层下穿运营铁路的施工技术，成为专业工程队伍所需要面对的重要问题。

一、地质特征分析1.上软下硬泥岩地层的特点上软下硬泥岩地层是指在地层深度较浅的表层为软岩，深层则为硬岩。

这种地质条件下，盾构施工所面临的挑战主要有两个方面：一是软岩层稳定性差，易发生塌陷和漏水等问题，对盾构机构成潜在威胁；二是硬岩层硬度大，抗力强，盾构机隧道掘进时会受到更大的阻力，增加了施工难度。

2.盾构施工中的挑战在上软下硬泥岩地层下穿运营铁路的盾构施工过程中，需要面对以下挑战：一是需要克服软岩层失稳引起的塌陷和漏水，保证盾构机的稳定性和施工安全；二是需要克服硬岩层的高抗阻力，确保盾构机的正常掘进，并有效管理掘进速度和控制土压力。

二、施工技术应对1.盾构机选型在面对上软下硬泥岩地层的施工条件下，盾构机的选型和性能显得尤为重要。

需要选用具有较大功率和扭矩的盾构机，并配备有合适的刀盘和刀具，以应对软硬岩层的不同状况。

盾构机的控制系统需要具备高智能化和精密化的功能，能够实时监测和调整施工参数，保证盾构机的稳定和安全。

2.巧妙的掘进策略在盾构复杂线型上软下硬泥岩地层施工中，制定合理的掘进策略显得尤为重要。

应根据实地勘察数据和地质条件，选择合适的盾构机掘进方案，包括掘进速度、土压力管理、刀具更换等。

对软硬岩层应有不同的掘进参数和技术手段，根据实际情况进行巧妙的掘进策略调整，确保掘进的顺利进行。

3.土压平衡控制在盾构施工中，土压平衡是一个至关重要的因素。

在面对上软下硬泥岩地层的情况下，需要严格控制土压力，防止因土压过大而导致的盾构机失稳或者地面沉降。

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。

盾构选型及参数计算⽅法盾构选型及参数计算⽅法1.1、序⾔盾构是⼀种专门⽤于隧道⼯程的⼤型⾼科技综合施⼯设备，它具有⼀个可以移动的钢结构外壳（盾壳），盾构内装有开挖、排⼟、拼装和推进等机械装置，进⾏⼟层开挖、碴⼟排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作，使隧道结构施⼯⼀次完成。

它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，从松散软⼟、淤泥到硬岩都可应⽤，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～10倍。

较长地下⼯程的⼯期对经济效益和⽣态环境等⽅⾯有着重⼤影响，⽽且隧道⼯程掘进⼯作⾯⼜常常受到很多限制，⾯对进度、安全、环保、效益等这些问题，使⽤盾构机⽆疑是最好的选择。

些外，对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采⽤盾构法施⼯，也具有⼗分明显的技术和经济优势。

采⽤盾构法施⼯，盾构的选型及配置是隧道施⼯中关键环节之⼀，盾构选型应根据⼯程地质⽔⽂情况、⼯期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。

盾构的选型及配置是⼀种综合性技术，涉及地质、⼯程、机械、电⽓及控制等⽅⾯。

1.2盾构机选型主要原则1.2.1盾构的选型依据盾构选型主要应考虑以下⼏个因素：1）⼯程地质、⽔⽂条件及施⼯场地⼤⼩。

2）业主招标⽂件中的要求。

3）管⽚设计尺⼨与分块⾓度。

4）盾构的先进性、适应性与经济性。

5）盾构机⼚家的信誉与业绩。

6）盾构机能否按期到达现场。

1.2.2 盾构的型式1）敞开式型盾构敞开式型盾构是指盾构内施⼯⼈员可以直接和开挖⾯⼟层接触，对开挖⾯⼯况进⾏观察，直接排除开挖⾯发⽣的故障。

这种盾构适⽤于能⾃⽴和较稳定的⼟层施⼯，对不稳定的⼟层⼀般要辅以⽓压或降⽔，使⼟层保持稳定，以防⽌开挖⾯坍塌。

有⼈⼯开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。

2）部分敞开式型盾构部分敞开式型盾构是在盾构切⼝环在正⾯安装挤压胸板或⽹格切削装置，⽀护开挖⾯⼟层，即形成挤压盾构或⽹格盾构，施⼯⼈员可以直接观察开挖⾯⼟层⼯况，开挖⼟体通过⽹格孔或挤压胸板闸门进⼊盾构。

北京站至北京西站地下直径线工程ZJX-2标不同地层条件下的盾构操作作业指导书文件编号：拟制：苏清贵审核：批准：生效日期：2008年3月1日中国中铁隧道集团有限公司北京铁路地下直径线一工区1、目的规范操作程序，指导现场施工；确保盾构机掘进的安全使用；确保盾构掘进施工的质量，提高盾构机掘进速度；提高成洞隧道产品的质量，创优质工程。

2、适用范围本指导书适用于北京地下铁路直径线工程所采用的Φ11.97m泥水加压平衡式盾构。

盾构段（里程DK4+700.0～DK6+780.0段）3、工程地质在建线路在里程DK4+700.0～DK6+780.0段采用盾构法施工，本段线路围岩以圆砾卵石层为主，加粘性土薄层和砂土透镜体。

本段最大粒径可达300mm以上，微风化，勘察对碎石土样进行了破碎试验和颗粒分析试验，破碎值7-7.2%；沿线主要围岩情况：地表有呈松散状态的人工填土，主要为粉细砂、粘质粉土和房渣土，稍密～中密，稍湿～湿，含砖渣、石块等。

该层厚度一般为2.0～8.4m；上部为第四纪全新世冲洪积层，褐黄色，中密，湿，属中低压缩性土，含云母、氧化铁，呈透镜体状分布；中部为粉质粘土层，褐黄色，硬塑为主，局部可塑，属中压缩性土，含氧化铁、有机质、姜石；下部基岩为卵石层，杂色，密实，湿～饱和，一般粒径20~60mm，最大粒径150mm，>20mm的颗粒含量约占总重的65%，亚圆形，中粗砂充填，砾石主要成份为辉绿岩、砂岩等。

4、编制依据（1）本项目工程概况（2）本项目工程地质、水文地质情况（3）用于本项目的泥水气压平衡盾构机技术资料（4）集团公司、二处有限公司相关施工规定（5）以往盾构施工技术经验5、盾构始发段的掘进盾构在始发段推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。

同时，检查盾构是否与始发台、洞门发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构安全的向前推进。

5.1始发时盾构推进参数的控制5.2始发时盾构姿态的控制盾构在始发台上向前推进时，一般通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。

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。

盾构机选型方案范文一、背景介绍随着城市化进程的加快，地下空间的利用变得越来越普遍，盾构机广泛应用于地铁、隧道等工程中。

在选择盾构机类型时，需要综合考虑施工工程条件、地质情况、施工周期等因素。

二、盾构机选型因素1.盾构机直径：盾构机直径应根据隧道设计要求确定。

直径较小的盾构机适用于地下维修、水管隧道等工程，直径较大的盾构机适用于地铁、隧道等大型工程。

2.地质条件：地质条件是选择盾构机类型的重要因素之一、如地下有软土、沙土等地质情况，选择压力平衡式盾构机；如地下有硬岩、岩层等地质情况，选择土压平衡式盾构机或开挖式盾构机。

3.施工工程条件：施工工程条件包括施工地面空间、施工时间限制、施工环境等因素。

如果施工空间有限，可以选择小型盾构机；如果需要快速施工，可以选择高性能盾构机；如果施工环境恶劣，可以选择特殊材质的盾构机。

4.施工周期：施工周期直接影响了盾构机的选型。

如施工周期较短，可以选择高效盾构机；如施工周期较长，可以选择自适应盾构机，能够适应不同地质条件。

5.维护保养成本：盾构机的维护保养成本也是选择盾构机的重要因素之一、通常来说，市场上成熟的盾构机品牌维护成本较低，而一些不成熟的盾构机品牌维护成本较高。

三、盾构机选型方案1.根据隧道直径确定盾构机类型：根据隧道直径进行筛选，如直径小于6米使用小直径盾构机，直径为6-12米使用中直径盾构机，直径大于12米使用大直径盾构机。

2.根据地质条件选择盾构机类型：针对地质条件，选择合适的盾构机类型。

如对于软土、沙土等地质情况，选择压力平衡式盾构机；对于硬岩、岩层等地质情况，选择土压平衡式盾构机或开挖式盾构机。

3.根据施工工程条件选型：考虑施工环境、施工空间、施工时间限制等因素，选择适合条件的盾构机。

如在施工空间有限的情况下，选择小型盾构机；在施工时间限制较为严格的情况下，选择高效盾构机。

4.考虑盾构机品牌和维护保养成本：选择市场上知名的、维护成本较低的盾构机品牌，避免维护保养成本过高。

浅谈盾构机选型【摘要】本文以天津地铁2号线第8合同段工程为例，对盾构机的选型作了简要的阐述，仅供大家参考。

【关键词】盾构选型工程地质水文隧道参数1引言随着“后水电时代”即将到来，水电工程项目不断减少，各水电施工单位也逐步投入到更广阔的市场中，力求在铁路、高速公路、机场、地铁、市政等非水电行业有所作为。

其中地铁施工就不可避免地会遇到盾构法隧道施工。

2盾构机分类盾构的种类按其结构特点和开挖方法来分可分为四大类：手崛式盾构（敞开式、正面支撑式、棚式），挤压式盾构（全挤压、局部挤压、网格），半机械式盾构（正反铲、螺旋切削、软岩掘进机），机械式盾构（开胸大刀盘切削、闭胸式，其中闭胸式又分为局部气压、泥水加压和土压平衡）。

3盾构机选型3.1选型原则。

在选择盾构时，不仅要考虑到地质情况、盾构的外径、隧道的长度、工程的施工程序、劳动力情况等，而且还要综合研究工程施工环境、基地面积、施工引起对环境的影响程度等。

3.2选型依据。

盾构机选型主要根据设计盾构区间的工程水文地质条件、盾构区间隧道的轴线设计、隧道覆盖厚度等。

本文以我单位在天津地铁2号线第8合同段工程中盾构机的选型为例进行论述。

1)工程地质条件(1）粘性土及粉土层。

盾构机在此地层中施工时，一般较容易控制，但常会发生刀盘粘附导致增大阻力和螺旋输送机的粘附堵塞，因而盾构机选型时应注重在刀盘形式、开口率、刀具、加泥位置等考虑解决方法。

(2)砂性土层。

盾构机在砂性土层施工比在粘土层施工稍为困难。

砂性土一般摩擦阻力大，渗透性好，在盾构机推进挤压下水分很快排出，土体强度提高，故不仅盾构机推进摩擦阻力大，而且开挖面土压力也较大，常会导致盾构机刀盘扭矩和总推力不足。

(3)砂卵石地层。

盾构机在此地层中施工远比在砂性土层中施工困难，盾构机选型时，必须从如何解决上述三个问题出发，对刀盘支撑方式、刀盘形式，刀具形状及布置方式，加泥加泡沫系统等方面认真研究。

(4)粉质粘土、粘质粉土、中细砂互层。