不同地层条件下的盾构与TBM选型王梦恕.ppt

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1、不同地层条件下的盾构与TBM选型中国工程院院士王梦恕北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心北京BeijingJiaoTongUniversityResearchCenterofTunnelingandUndergroundWorks，Beijing1目前可选用的盾构与TBM型式盾构设计和施工应重视的几个新动向不同地层应选择不同类型的盾构不同地层应选择不同的刀盘结构公路隧道盾构的直径确定TBM的考虑隧道支护型式选择主要介绍内容2一、目前可选用的盾构与TBM型式1．盾构技术的发展盾构作为一种安全、快速的隧道掘进技术，归纳起来可以说

2、经历了四个发展阶段：（1）以Brunel盾构为代表的初期盾构；（2）以机械式、气压式、网格式盾构代表的第二代盾构；（3）以闭胸式盾构为代表（泥水式、土压式）的第三代盾构；（4）以大直径、大推力、大扭矩、多样化为特色的第四代盾构。32．盾构类型全开敞式盾构：手掘式盾构、半机械式盾构、机械式盾构半开敞式盾构：挤压式盾构闭胸式盾构：土压平衡盾构、泥水加压平衡盾构3．TBM类型开敞式TBM—软硬地层均可护盾式TBM（半护盾式）—灵敏系数>1.0，调向困难；不能及时支护、易塌方4Brunel盾构伦敦Blackwall盾构隧道原始盾构5网

3、格式盾构插刀盾构开敞式盾构6辐条式盾构面板式盾构闭胸式盾构7复合式盾构8荷兰Φ14.87泥水盾构易北河盾构Φ14.5m大直径盾构9开敞式TBM护盾式TBM104.TBM掘进两个创新点开敞式TBM具有两大特点1.灵敏度高、长度/直径≤1，易精确调方向可在±30mm内。2.能够及时对不良地层进行及时支护，时空效应好，不易塌方。3.该机型又被工程实践所证实。4.结论：开敞式TBM既适用于硬岩，也很适用于软岩地层，已在大伙房供水工地87公里长推广应用。5.评为国家科技进步二等奖（2005年）。11双护盾、单护盾TBM具有两大缺点1.灵

4、敏度低，很难精确快速调整到位。2.由于后盾较长，不易及时支护，易塌方，如台湾平林隧道。3.造价高，是开敞式TBM的1.3倍。4.结论：由于两大缺点，建议取消这种类型的TBM。12二、盾构设计和施工应重视的几个新动向盾构分为有刀盘和无刀盘两大类一、无刀盘盾构无刀盘盾构称为开敞式简易盾构，人可以站在平台上进行地层开挖1.开敞网格式用于地层自稳较差，但降排水后还能自稳。将工作面用网格结构支撑，盾构刃脚插入地层0.5m左右，起超前支护作用。131415162.开敞正台格栅一般分为3个台阶,人可直立工作。5.插刀式盾构，单臂掘进机开挖，

5、地层较好，无水处采用。3.CD开敞格栅式4.双CD开敞格栅式171819(二)、无刀盘开敞式后部衬砌支护形式1.管片式2.压缩混凝土式：边推进边压缩混凝土(三)、无刀盘开敞式适用范围1.水少之地，地层较能自稳。2.降水后砂卵石地层，如成都地铁、沈阳部分区段地铁，降水后的黄土地层，如西安地铁。3.性价比好，易国产化，造价比有刀盘便宜一半以上。20二、有刀盘盾构有刀盘盾构是指靠土压、泥水压、局部气压稳定工作面的盾构。(一)有刀盘盾构分类1．士压平衡式盾构。2．泥水平衡式盾构。3．泥水加局部气压平衡式盾构21(二)刀盘类型和设计刀盘

6、是盾构设计的关键技术，对隧道不同地层应及时设计和调整刀盘的开口率和布刀方式。1.盘形刀盘：指硬岩地层，开口率仅在30％左右。靠刀盘压紧地层进行稳定，土压力、泥水压力仅部分稳定工作面。2.辐条式刀盘：由于盾构所穿地层松软，扭矩较大、推力小、土压、泥水压易平衡工作面，应予推广。对刀盘刀具的磨耗也小。3.无水、少水之地不利于刀盘的寿命，应改为无刀盘盾构。4.适应范围：在流沙、富水及不稳定的地层中应用，但不能包打天下。因性价比差，不易国产化，但必须走向国产化，可在南方地铁及不稳定地层中应用。江河水底隧道应用。22三、不同地层应选择不同

7、类型的盾构1.少水地层、砂卵石地层宜选择开敞式网格盾构北京地铁刀具磨损严重少水或无水地层，地层具有较好的自稳性，降水下沉量小（如沈阳、成都等地层），土体颗粒对刀盘刀具磨损也很大，选择开敞式盾构网格盾构比较适宜。232.土压平衡盾构不是全能的，应同时考虑选用泥水盾构与土压盾构泥水盾构土压盾构24（1）土压平衡盾构的考虑不稳定的粉砂是最适合使用土压平衡式盾构机。在含水的黄土地层，有时不需要水或只需要加很少量的水，通过搅拌形成塑性好的泥浆将刀盘全部糊死。该地层不适合土压平衡盾构，应采用降水配合开敞式网格盾构。（2）泥水加压盾构的考虑

8、(a)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。(b)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。25(c)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。