国内首台泥水、土压双模式盾构机的设计.pdf

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1、2014年6月(下旬刊)I设计与应用国内首台泥水、土压双模式盾构机的设计凌波史雪珊杨盂王敏广东华隧建设股份有限公司摘要：双模式盾构机集成了土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机的设计理念与功能。可根据地层变化快捷的在土压盾构机和泥水盾构机之间两种不同掘进模式实现相互切换。两种掘进模式可供选择，以保证工程优质高效。土体自稳性强采用土压模式可以减少施工成本；土体自稳性差采用泥水模式可以有效控制地表沉降。双模式盾构机的成功研发完善了单一模式盾构设备的适用性限制。关键词：泥水盾构机；土压盾构机；双模式；设计1．工程概况之

2、间时，既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当地广州市轨道交通某工程盾构区间隧道穿越区域主要包括层的透水系数大于10m／s时，宜选用泥水盾构。该区间隧道洞身<3—1>粉细砂层、<3—2>中粗砂层、<4—2>可塑粘土层、<4—3>硬上部粉细砂层、中粗砂层渗透系数为15～20m／d，隧道洞身中上部塑粘土层，局部经过<3—3>中粗砂层、<4—1>软塑粘土层、可塑粘土层、硬塑粘土层、软塑粘土层、硬塑状灰岩残积土层透系<5—2>硬塑状灰岩残积土层、，<6>碎屑岩岩石全风化带、<7>碎数为0．01mid，隧道洞

3、身中下部碎屑岩岩石全风化带、碎屑岩岩石屑岩岩石强风化带、<8>碎屑岩岩石中风化带、<9c>碎屑岩岩强风化带、碎屑岩岩石中风化带、碎屑岩岩石微风化带地层渗透石微风化带地层。地质情况综合复杂，但主要以中粗砂层和淤系数为1-5m／d。因此，根据该区间所穿越主要地层渗透系数情泥质土层为主，且地下水丰富，部分隧道底部有<9—2>炭质灰况，土压平衡盾构和泥水平衡盾构都适用。岩微风化带侵入，靠近到达端头处存在大范围岩层，而且强度为满足本工程盾构施工复合地质情况，针对性设计与研发双较高，因此投入使用的盾构机需要有良好的密

4、封性，所使用刀模式盾构机用于本工程施工。具必须能够适应软硬不均的施工需要，对刀盘、刀具配置要求3．双模式盾构机设计特点较高，另外上软下硬的地层特点要求盾构机具有良好的沉降控双模式盾构机集成了土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机的设制能力。计理念与功能，融合泥水、土压两种模式，最广泛地适应复杂多变2．盾构机适应性分析的复合地层和市区环境，能最大程度地控制工程风险的同时实现按照盾构机选型关键原则，参照广州地区类似工程施工经优质高效掘进。另外，双模式盾构机可根据地层变化快捷的在土验，主要考虑采用泥水平衡式盾构机和土压

5、平衡式盾构机这两压盾构和泥水盾构之间两种不同掘进模式实现相互切换。两种种盾构机间做比选。一般情况下单一模式的土压平衡盾构机或掘进模式可供选择，以保证工程优质高效，双模式盾构机原理图泥水平衡盾构机均有其适用性的限制：土压平衡盾构机如果孔如图2所示。隙水压较高、富水性较大，则有可能产生喷涌，工作面压力难以保证，遇沙砾地层、粘土地层，刀盘的扭矩会增大，刀盘磨损较快；泥水平衡盾构机如果工作面渗透系数较高，则易造成泥浆渗漏，难以保证泥水压力，遇到粘土地层，排泥口有可能堵塞，导致土仓切口水压变动使工作面不稳定，施工成

6、本较高。土压平衡盾构机或泥水平衡盾构机又均具有其施工优势：泥水平衡盾构主要针对于无粘聚力的含水砂层以及软流塑、流动性等特别松软的地层，也可广泛用于各种软弱地层的施工，利用泥水平衡盾构机较好的泥水压力控制能力，可更好地保持工作面稳定，减少地表沉降。土压平衡盾构适用于各种土层及这些土层的互层，使用范围广，其渣土改良机构，以促进开挖渣土的流动性，使碴土具有可塑性和不透水性，螺旋机排土顺畅，土仓内的压力容易控制1．主机2．刀盘3．土仓4．泥浆输入5．泥浆输出和稳定。6．螺旋输送机7．皮带输送机8．泥浆循环按照传统

7、的盾构机选型参考因素，地层颗粒级配与适合的图2双模式盾构机原理图盾构机类型关系如图1所示，其中黑色区域内宜选用土压平衡土体自稳性强采用土压模式可以减少施工成本；土体自稳盾构，而橙色范围更宜选用于泥水盾构。根据该区间所穿越主要性差采用泥水模式可以有效控制地表沉降。双模式盾构机的地层情况，土压平衡盾构和泥水平衡盾构都适用。成功研发完善了单一模式盾构设备的适用性限制。现阶段我国城市轨道交通、引水隧道、电力隧道大力发展，隧道穿越地区地质变化较大，在大量复杂的地段，双模式盾构机解决了单一掘进方式的盾构机施工进度缓慢

8、、工期较长、施工成本较高等施工问题。余H=该设备盾体设计总长约8920mm，8节台车总长约7735mm，小弪其包括机构设计与系统设计两个方面。机构设计包括刀盘及主培训术晒陶驱动、简体、人闸、盾尾密封、铰接系统、拼装机、螺旋机、皮带输l总数的送机、连接平台及台车的设计；系统设计包括刀盘驱动系统、推，，数水十句进系统、环流系统、渣土输送系统、管片安装系统、背填注浆系统、气压开仓系统、测量导向及纠偏系统、密封注脂系统、数据采集系统设