TBM、盾构施工技术1、TBM、盾构简介2、不同类型盾构的工作原理及基本构造3、工程地质与盾构选型4、盾构施工5、北京地下直径线工程简介目录一、一、TBMTBM、盾构简介、盾构简介常用隧道施工方法常用隧道施工方法明挖法矿山法掘进机（TunnelBoringMachine）常用隧道施工方法TBM硬岩掘进机盾构TBMTBMTBMTBM历史简介历史简介历史简介历史简介岩石隧道掘进机法是利用岩石隧道掘进机在岩石地岩石隧道掘进机法是利用岩石隧道掘进机在岩石地层中暗挖隧道的一种施工方法。所谓岩石地层是指层中暗挖隧道的一种施工方法。所谓岩石地层是指该地层有硬岩、软岩、风化岩、破碎岩等类，在其该地层有硬岩、软岩、风化岩、破碎岩等类，在其中开挖的隧道称为岩石隧道。施工时所使用机械通中开挖的隧道称为岩石隧道。施工时所使用机械通常称为岩石隧道掘进机，英文名称是常称为岩石隧道掘进机，英文名称是Tunnel Tunnel Boring MachineBoring Machine简称简称TBMTBM。在中国，由于行业部门的习惯，也称之为全断面隧在中国，由于行业部门的习惯，也称之为全断面隧道掘进机或隧道掘进机或简称掘进机。按岩石的破道掘进机或隧道掘进机或简称掘进机。按岩石的破碎方式，大致分为挤压破碎式与切削破碎式。碎方式，大致分为挤压破碎式与切削破碎式。 TBMTBMTBMTBM历史简介历史简介历史简介历史简介1852年，一台蒸汽机驱动的岩石隧道掘进机（RTM）或隧道掘进机(TBM)，在花岗岩中试用，未获成功。罗宾斯掘进机制造厂最早于1947年研制和生产的原始型掘进机是在煤层中使用的，但后来也用在页岩中开挖隧道。在这两台掘进机上，第一次使用了盘形刀具作为对岩体破碎工具并得到较好的效果。TBMTBM历史简介历史简介1953年，制造了一台直径为785m全断面隧道掘进机（fullfacetunnelboringmachine），是利用回转刀盘开挖（同时破碎及掘进）隧道的整个断面的专用机械总称。这台掘进机被认为是十九世纪未以来的第一台岩石隧道掘进机（照片1）。中国岩石掘进机发展历史年表中国岩石掘进机发展历史年表（年）发展过程中概况1966中国第一台掘进机，是上海水工机械厂设计制造的。它是为云南下关西洱河水电站引水隧道进行工业性试验，直径3.5m。该隧道埋设于地层岩性系花岗片麻岩、石灰岩，抗压强度100180Mpa，最高月进尺48.5m。1969广州市机电工业局研制的掘进机直径为4m，为广西桂林的隧道工程的施工而提供。隧道掘进长度245m。隧道通过地层为岩性系花岗岩、石灰岩，抗压强度30240Mpa，最高月进尺20m。1970第三台掘进机在西安煤矿机械厂制造出厂，直径3.5m，掘进长度669m。地质系石灰岩，抗压强度56160Mpa，最高月进尺179m。1977上海水工机械厂设计制造的SJ58型机曾于同年的4月至1978年4月在云南西洱水电站水工隧道中进行工业性试验，掘进长度247.63m，直径为5.8m。通过地层为岩性花岗片麻岩，石灰岩抗压强度100180Mpa，最高月尺31.7m。1980萍乡矿务局研制了两台直径3m的掘进机，应用于萍乡煤矿河北迁西南观洞，掘进长度分别为695和240m。通过地层为岩性石灰岩f=68，最高月进尺分别为301m和224m。1981对SJ58型机进行了一次比较全面彻底的修改设计和加工制造的新掘进机，应用于河北新王庄引滦入津迁西，直径5.8m的掘进机长度1444.5m，1983年3月隧道贯通。通过地层为岩性白云质矽质灰岩含燧石结核及条带，f=56抗压强度80160Mpa。最高月进尺202m，月平均进尺92m的成绩。中国岩石掘进机发展历史年表中国岩石掘进机发展历史年表19833月12月，广州市机电工业局、铁道兵、抚顺矿务局、上海水工机械厂研制四台直径2.55.5m的掘进机1985中国从美国引进了罗宾斯公司大型掘进机，直径为10.8m，用来开挖施工引水隧道总长度约10km，掘进机遇到岩石地层系石灰岩，抗压强度150MPa，施工时最高月进尺150m，这是我国第一条采用大断面的岩石掘进机进行施工的隧道。1991甘肃省引大（大通河）入秦（秦王川）大型跨流域灌溉工程中30A隧道全长11.649km，由意大利CMC公司和中国华水水电工程公司组成联合企业采用套筒式（铰接盾构型）岩石掘进机（TBM），掘进机直径5.53m，隧道砼衬直径4.8m1995陕西秦岭隧道引进两台德国威尔待公司全断面硬岩掘进机TB808E，直径8.8m2002新疆引水工程引进德国海瑞克公司一台全断面硬岩掘进机2003辽宁大伙房水库引进一台威尔特公司TB803E全断面掘进机，两台美国罗宾斯公司的全断面掘进机，直径8m.TBMTBMTBMTBM掘进机的施工特点掘进机的施工特点掘进机的施工特点掘进机的施工特点利用掘进机开挖隧道与常规的钻爆法相比，主要有以下特点：1掘进效率高。2掘进机开挖施工质量好，且超挖量少。3对岩石的扰动小。掘进机开挖施工可以大大改善开挖面的施工条件，而且周围岩层稳定性较好，从而保证了施工人员的健康和安全。4掘进机对多变的地质条件（断层、破碎带、挤压带、涌水及坚硬岩石等）的适应性较差。但近年来随着技术进步，采用了盾构外壳保护型的掘进机，施工既可以在软弱和多变的地层中掘进又能在中硬岩层中开挖施工。5掘进机的经济性问题，由于掘进机结构复杂，对材料的要求较高，零部件的耐久性要求高。因而制造的价格较高在施工之前就需要花大量资金购买部件和制造机器，因此对工程建设投资就高。盾构简史盾构简史盾构简史盾构简史1803年，法国工程师布鲁诺尔（MareIsambardBrunel）在伦敦从船蛀在船板上蛀孔，再用分泌物涂在孔的四周中得到启示，发现了盾构法掘进隧道的原理。布鲁诺尔构想的盾构机械内部结构由不同的单元格组成，每一个单元格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。采用的方法是将所有的单元格都被牢靠地装在盾壳上。当时设计了两种施工方法：一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由液压千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。第一种施工法后来被采用，并得到推广应用，演变为成熟的盾构法，目前所有的封闭式盾构都是基于第一种方法。此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系统，设计成封闭式盾壳用全断面螺旋式开挖，衬砌紧随其后的。它可以被认为是土压平衡盾构（EPBShield）的先行者。1882年1月12日泰晤士河底隧道施工时涌入水 布鲁诺尔注册专利的盾构，1806 1825年1843年 盾构简史盾构简史1825年，马克布鲁诺尔第一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高6.8m，宽11.4m的矩形盾构修建了第一条盾构法隧道。由于开始时，没有掌握抵制泥水涌入隧道的方法，隧道施工因被淹而停工。1828年1月12日，第一次出现洪水停工伦敦地下铁道公司的Callodam曾向布鲁诺尔提出采用压缩空气的建议，然而布鲁诺尔未采纳。在经历了5次特大洪水后，直到1843年才完成了这条全长458m的隧道。（18年）盾构简史盾构简史盾构简史盾构简史1869年，英国人詹尼斯亨利格瑞海德（JanesHearyGreathead）用圆形盾构再次在泰晤士河底修建了一条外径为2.18m，长402m的隧道，并第一次采用了铸铁管片。1874年，詹尼斯亨利格瑞海德（JanesHearyGreathead）开发了液体支撑隧道工作面的盾构，通过液体流，土料以泥浆的形成排出。盾构简史盾构简史盾构简史盾构简史1886年，詹尼斯亨利格瑞海德（JanesHearyGreathead）在伦敦地下施工中将压缩空气方法压缩空气方法压缩空气方法压缩空气方法与盾构掘进相结合使用。压缩空气在盾构掘进中的使用，标志着在承压水地层中掘进隧道的一个重大进步，填补了隧道施工的空白，促进了盾构在世界范围内的进一步推广。压缩空气盾构的原理是空气压力与地下水的静水压力保持平衡，因此也称为“气压平衡盾构”，但空气压力不能直接抵抗土压，土压由自然或机械的支撑承受。压缩空气的压力应高于或等于隧道工作面底部的水压，由于水压是有明显的梯度的，因此，在顶部过剩的压力会使空气进入地层，当土壤颗粒由于气流失去平衡时，覆土层较浅的隧道工作面就有泄露而引起“喷发”，并可能引起灾难性的后果。盾构简史盾构简史盾构简史盾构简史第一个机械化盾构的专利是1876年英国人约翰荻克英森布伦敦（JohnDickinsonBrunton）和姬奥基布伦敦（GeorgeBrunton）申请的专利。这台盾构采用了半球形旋转刀盘，开挖土碴落入径向装在刀盘上的料斗中，料斗将土碴转运到皮带输送机上。1896年，英国人普莱斯（Price）开发了一种幅条式刀盘机械化盾构，并于1897年起成功地应用在伦敦的粘土地层施工中。它第一次将格瑞海德圆形盾构与旋转刀盘结合在一起，在4个幅条式刀盘上装有切削工具，刀盘通过一根长轴由电机驱动。盾构简史盾构简史盾构简史盾构简史1896年，德国人哈姬（Haag）在柏林为第一台德国盾构申请了专利。这是一台用液体支撑隧道工作面并把开挖仓密封作为压力仓的盾构。1964年英国摩特亥（MottHay）和安德森（Anderson）及约翰巴勒特（JohnBartlett）申请了泥水加压平衡盾构的专利。但由于英国当时缺乏能适合促进这种技术的隧道工程，这种技术的发展受到了限制。盾构简史盾构简史盾构简史盾构简史1967年第一台用刀盘切削土体和水力出碴的泥水盾构在日本投入使用，这台盾构由三菱公司制造，其直径为3.1m。1974年，德国Wayss&Freytag公司开发了德国的第一台泥水盾构，并在德国汉堡使用。1974年第一台土压平衡盾构在日本东京使用，该盾构由日本IHI（石川岛播磨）公司制造，其外径为3.72m。1985年，Wayss &.Freytag公司和Herrenknecht公司申请了一台称之为“混合盾构”的组合盾构专利。该混合盾构隧道掘进系统的基本机器如图所示，它是Wayss Freytag公司专利的液力盾构，采用了独特的沉浸墙压力舱壁布置。通过旋转喂料器可以转换到土压平衡模式或压缩空气模式。混合盾构的专利至今主要用在泥浆模式下。 混合盾构专利（Wayss & Freytag）异形盾构：1986年日本研制世界上第一台双圆泥水加压式盾构，又称双头型泥水盾构或双连体泥水盾构, 这台双圆泥水加压式盾构是由两个直径7.42m的盾构组合而成，盾构横向总宽度为12.19m，刀盘呈半重叠状。1988年用于日本新建京叶线的京桥双线隧道施工，长度约620m。盾构简史盾构简史盾构简史盾构简史- -日本日本1917年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以外第一个引进盾构法的国家。1963年，土压平衡盾构首先由日本SatoKogyo公司开发出来。土压平衡盾构的开发比泥水盾构要晚得多，开发土压平衡盾构是因为在日本许多大城市中对环境有严格的规定及法律。土压平衡盾构的出现，迅速在日本大城市的地下铁道、上下水道、电力通讯设施的隧道工程中得到了大量的应用。1967年第一台用刀盘切削土体和水力出碴的泥水盾构在日本投入使用，这台盾构由三菱公司制造，其直径为3.1m。1974年第一台土压平衡盾构在日本东京使用，该盾构由日本IHI（石川岛播磨）公司制造，其外径为3.72m。1992年，日本研制成世界上第一台三圆泥水加压式盾构。目前日本已经制造使用的各类型盾构达数千台，颇具规模的盾构制造厂有三菱、川崎、IHI、小松、日立等，其盾构设计、制造、施工技术、规范及标准化等在国际盾构领域占据十分重要的位置。盾构简史盾构简史盾构简史盾构简史国外盾构经历了四个发展阶段：一是以Brunel盾构为代表的手掘式盾构；二是以机械式、气压式盾构为代表的第二代盾构；三是以闭胸式盾构为代表（泥水式、土压式）的第三代盾构；四是以大直径、大推力、大扭矩、高智能化、多样化为特色的第四代盾构。手掘式盾构手掘式盾构机械式、气压式盾构机械式、气压式盾构闭胸式盾构大直径、大推力、大扭矩、高智能化、多样化为特色的第四代盾构大直径、大推力、大扭矩、高智能化、多样化为特色的第四代盾构14.14m14.14m泥水盾构泥水盾构泥水盾构泥水盾构易北河第四隧道施工用泥水盾构易北河第四隧道施工用泥水盾构武汉长江公路隧道中国盾构简史中国盾构简史中国盾构简史中国盾构简史我国盾构的开发与应用始于1953年，东北阜新煤矿用手掘式盾构修建了直径2.6m的疏水巷道。1957年，北京下水道工程曾经设想使用盾甲法，采用直径2m或2.6m的盾构进行施工，由于种种原因未能实施。1959年，用液体泥水支撑隧道工作面的想法由噶登纳成功地试用于一条直径为3.35m的排污隧道。1962年2月，中国上海隧道建设公司开始启动塘桥试验隧道工程。试验获得成功，采集了大量盾构法隧道数据资料。中国盾构简史中国盾构简史中国盾构简史中国盾构简史1965年3月，江南造船厂制造了2台直径5.8m的网格挤压盾构。1966年5月，中国第一条水底公路隧道上海打浦路越江公路隧道工程由江南造船厂制造的直径10.22m网格挤压盾构施工1987年，上海市南站过江电缆隧道工程，成功应用我国第一台直径4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机。1995年，北京地铁复八线成功应用一台北京地铁建设公司和铁道部隧道局自行研制的半断面插刀式盾构中国盾构简史中国盾构简史1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台由法国FCB公司制造的6.34m土压平衡盾构1996年，上海延安东路隧道南线工程，总长1300m，采用从日本引进的11.22m泥水加压平衡盾构施工。中国盾构简史中国盾构简史2000年2月，广州地铁2号线海珠广场至江南新村区间隧道采用上海隧道股份改制的两台直径6.14m复合型土压平衡盾构，在珠江底风化岩地层中掘进。2000年4月，北京地铁5号线工程进行区间隧道盾构掘进试验工程，引进一台德国海瑞克公司的土压平衡盾构掘进机。南京地铁1号线区间隧道也选用三台土压平衡盾构掘进机。2001年5月，广州地铁2号线开始引进德国海瑞克公司的复合式土压平衡盾构机，使用获得巨大成功。相应的各类盾构配套施工技术也逐步得以发展和成熟。至此，盾构施工技术开始在全国范围内在地铁建设和其它领域得到广泛的应用。盾构现状盾构现状盾构现状盾构现状类型多样化：向大型、微型尺寸发展：最大直径15.4米（上海崇明岛越海隧道），最小0.2米，目前有60%以上是土压平衡盾构。施工进度水平：根据不同类型的盾构，施工进度水平不同，最大进度的统计可能要算是英国西思罗机场（swot）2.91米的直径的泄洪隧道，最大施工日进度72米，平均日进度50米。全世界有大约12个知名的盾构主机生产厂商，包括德国的三家；法国一家；美国和加拿大各一家；日本六家；日本真正开始应用盾构也不超过40年时间，但发展迅猛，迄今为止已经有超过5000台盾构投入使用。当然，制造盾构的远远不只这些厂家。上海隧道股份机械厂已经能够设计、生产日系盾构机，主要应用于上海、南京一带的软土隧道施工。上海隧道股份机械厂还可以独立设计制造管片模具。做为国家863计划重点扶持项目之一，中铁隧道集团、上海隧道股份有限公司已开始国产盾构机的研制，中铁隧道集团已和日本小松、德国威尔特公司合做生产了一台盾构机、一台全断面硬岩TBM。德国海瑞克公司已在广州建立分厂，并和大连重工合作生产盾构机德国威尔特公司已和沈阳重工合作生产盾构机及TBM。日本三菱、小松及石川岛已和上海造船厂、沪东造船厂等合作生产多台盾构机后几年的盾构厂家：中铁轨道中铁轨道、中铁隧道装备中铁隧道装备、秦皇岛天业通联、三一重工、武汉天地、中交天河、成都南车集团、罗宾斯国内盾构制造现状国内盾构制造现状先行号土压盾构先行号土压盾构先行号土压盾构先行号土压盾构2 2、国内盾构的发展历程、国内盾构的发展历程国家国家“863863”计划计划2001年，国家科技部将盾构国产化列入国家“863”计划。2004年7月15日，中铁隧道集团研制的刀盘及刀具、液压系统成功用于上海地铁2号线进行工业试验。2004年10月下旬，上海隧道工程股份有限公司成功制造了一台6.3m土压平衡盾构（先行号）应用于上海地铁二号线西延伸隧道工程。中铁隧道集团研制的上海地铁刀盘2 2、国内盾构的发展历程、国内盾构的发展历程国家国家“863863”计划计划2005年12月，中铁隧道集团又研制出了适用于北京地铁砂砾复杂地层的土压平衡盾构刀盘，并成功应用于北京地铁4号线19标颐和园圆明园区间。北京地铁刀盘2 2、国内盾构的发展历程、国内盾构的发展历程国家国家“863863”计划计划大直径泥水盾构消化吸收与设计是国家“863”计划重大专项课题，完成了国外大直径泥水盾构技术消化吸收；完成了9m泥水盾构设计工作；完成了泥水盾构控制系统模拟试验台的设计和制造，模拟盾构直径为2.5m，是具有自主知识产权的国内唯一的实物模拟盾构试验平台。TBMTBMTBMTBM简介简介简介简介TBMTBM、掘进机是利用回转刀盘上的滚刀对岩石进行挤压破碎或切割岩面来进行、掘进机是利用回转刀盘上的滚刀对岩石进行挤压破碎或切割岩面来进行隧道开挖的。隧道开挖的。全断面敞开式硬岩掘进机主要由刀盘、护盾、内外凯、主驱动、控制部分、激全断面敞开式硬岩掘进机主要由刀盘、护盾、内外凯、主驱动、控制部分、激光导向系统、辅助设备及后配套系统组成，主机用于开挖破岩、装碴、支护；光导向系统、辅助设备及后配套系统组成，主机用于开挖破岩、装碴、支护；后配套系统用于出碴、初期支护。高度集成了机械、电子、液压及控制等多项后配套系统用于出碴、初期支护。高度集成了机械、电子、液压及控制等多项先进技术，具备自动控制推力模式、自动控制扭矩模式和手动控制三种控制方先进技术，具备自动控制推力模式、自动控制扭矩模式和手动控制三种控制方式。主机配备有掘进系统、支护系统，后配套配备有喷浆系统、出碴皮带机系式。主机配备有掘进系统、支护系统，后配套配备有喷浆系统、出碴皮带机系统、空压机、供水设备等，施工中发挥其同步作业的优点，可连续完成掘进，统、空压机、供水设备等，施工中发挥其同步作业的优点，可连续完成掘进，初期支护，仰拱块安装，风、水、电延伸和自行轨道铺设等作业。施工全过程初期支护，仰拱块安装，风、水、电延伸和自行轨道铺设等作业。施工全过程采用电脑采用电脑PLCPLC程序控制，实现了无爆破、无振动、无粉尘的工厂化快速掘进。程序控制，实现了无爆破、无振动、无粉尘的工厂化快速掘进。TBMTBM简介单护盾简介单护盾TBMTBM秦岭TBM直径8.8m德国Wirth公司辽宁大伙房水库TBM直径8.0m美国罗宾斯公司TBMTBM简介单护盾简介单护盾TBMTBMTBMTBM简介单护盾简介单护盾TBMTBMRobins单护盾TBM主机结构示意图TBMTBM简介单护盾简介单护盾TBMTBMRobins单护盾TBM主机结构俯视图19 inch (483 mm) and20 inch (508 mm)15.5 inch(394 mm)17 inch (432 mm)(Same Bearing as 17”)TBMTBM简介刀具简介刀具TBMTBM简介简介掌子面掌子面掌子面掌子面TBMTBM简介简介破碎岩石支护破碎岩石支护破碎岩石支护破碎岩石支护TBMTBM简介简介双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBMTBMTBMTBMTBM简介简介双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBMTBMTBMTBMTBM简介简介双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBMTBMTBMTBMTBM简介简介双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBMTBMTBM双护盾TBM的特点及工作原理1.1.特点特点（1）开挖与衬砌同步，采用管片支护，支护速度快，隧道一次成型；（2）硬岩掘进的适应性同敞开式，软弱围岩能采用单护盾模式掘进，比敞开式有更好的适应性。与敞开式TBM相比，对地质变化的适应能力更强。（3）设备与人员处于TBM壳体的保护下，安全性好。2 2 工作原理工作原理（1）围岩破碎，采用单护盾模式掘进（类似于盾构）；（2）围岩条件好，采用双护盾模式掘进，开挖与衬砌同步。 双护盾TBM工作原理图TBMTBM简介简介双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBMTBMTBMTBMTBM简介简介双护盾双护盾双护盾双护盾TBMTBMTBMTBM二、不同类型的盾构工作二、不同类型的盾构工作原理及基本构造原理及基本构造盾构机的分类盾构机的分类A类盾构掘进机类型及功能盾构掘进机类型及功能盾构掘进机类型及功能盾构掘进机类型及功能土压平衡盾构原理土压平衡盾构原理利用盾构施加于开挖舱内渣土的压力平衡开挖面水土压力土压平衡盾构原理土压平衡盾构原理土压平衡盾构渣土压力分布图1 刀盘刀盘2 开挖舱开挖舱3 主驱动轴主驱动轴4 减速器减速器5 驱动马达驱动马达11 电机电机12 主电控柜主电控柜13 ELS 激光靶激光靶14 推进缸推进缸15 闸门闸门16 螺旋输送机出料门螺旋输送机出料门17 液压绞盘液压绞盘18 碴车碴车 6 螺旋输送机螺旋输送机 7 螺旋输送机驱动螺旋输送机驱动 8 调向油缸调向油缸 9 铰接密封铰接密封10 油箱油箱AABBCCA - AXB - BC - CX11121212151816111212312745891014131617151811176110865EPBEPB盾构主机结构盾构主机结构刀盘切口环支撑环盾尾盾尾密封盾尾密封推进缸主轴承主驱动人员舱管片安装机EPBEPBEPBEPB主机结构图（二）主机结构图（二）主机结构图（二）主机结构图（二）EPBEPBEPBEPB总体结构图总体结构图总体结构图总体结构图土压平衡盾构主机结构土压平衡盾构主机结构土压平衡盾构主机结构土压平衡盾构主机结构刀盘主轴承螺旋输送机管片安装机铰接密封盾尾盾尾密封管片前体中体主驱动皮带输送机人员舱堆进缸土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构刀盘刀盘刀盘刀盘土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构前前前前 体体体体土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构前前前前 体体体体土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构中体中体中体中体土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构盾尾盾尾盾尾盾尾 土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构盾尾密封盾尾密封盾尾密封盾尾密封 盾尾密封同步注浆孔土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构人员舱人员舱人员舱人员舱土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构螺旋输送机螺旋输送机螺旋输送机螺旋输送机 土压平衡盾构结构土压平衡盾构结构管片安装机管片安装机管片安装机管片安装机 泥水平衡式盾构的基本原理和特点泥水平衡式盾构的基本原理和特点1、泥水平衡式盾构工作原理该型式盾构是在机械式盾构的刀盘的后侧，设置一道封闭隔板，隔板与刀盘间的空间定名为泥水仓。把水、粘土及其添加剂混合制成的泥水，经输送管道压入泥水仓，待泥水充满整个泥水仓，并具有一定压力，形成泥水压力室。通过泥水的加压作用和压力保持机构，能够维持开挖工作面的稳定。盾构推进时，旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面泥水分离系统，将碴土、水分离后重新送回泥水仓，这就是泥水加压平衡式盾构法的主要特征。因为是泥水压力使掘削面稳定平衡的，故得名泥水加压平衡盾构，简称泥水盾构。泥水平衡盾构机的工作原理进泥管排泥管气压调节管开挖泥水舱气压调节舱2、泥水盾构施工的特点：在易发生流沙的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业；泥水传递速度快而且均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周边土体的干扰少，地面沉降量控制精度高；盾构出土，减少了运输车辆，进度快；刀盘、刀具磨损小，适合长距离施工；刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道施工；适用于软弱的淤泥质粘土层、松散的砂土层、沙砾层、卵石层和硬土的互层等地层。特别适用于地层含水量大、上方有水体的越江隧道和海底隧道。泥水盾构分为英国体系、日本体系和德国体系。目前使用比较广泛是日本体系和德国体系。日本体系为直接控制模式，由泥浆液体直接支护开挖面并提供维持平衡压力的盾构，德国体系是间接控制式盾构，其通过支护液体的压力插入一个空气缓冲层加以控制，即通过空气缓冲层的压力控制，间接控制开挖面的压力。两种泥水盾构的主要区别两种泥水盾构的主要区别日本体系泥水盾构的泥浆压力，在循环掘进时，通过调整进浆泵的转速或者调整进浆泵出口节流阀的开口比值来实现压力控制的。因此掘进速度、地层变化、掘进深度及其掘进长度对压力均有影响。调节泵的压力是通过中心控制室的自动调节完成。德国体系的空气室的压力是根据开挖面需要的支护泥浆压力设定的，空气压力可通过空气控制阀使压力保持恒定。同时由于空气缓冲层的弹性作用，即使液位波动或出现突然的泄漏，对土仓压力也无明显影响。间接控制型泥水平衡盾构与直接控制型相比，控制系间接控制型泥水平衡盾构与直接控制型相比，控制系统更为简化，对开挖面土层支护更为稳定，对地表沉统更为简化，对开挖面土层支护更为稳定，对地表沉陷的控制更为方便。陷的控制更为方便。泥水盾构与土压盾构工作系统和结构上，有很多相同之处，这里以德国体系的泥水盾构为例，介绍泥水盾构特有的系统，主要内容包括盾构结构简单介绍、泥水平衡原理、泥水循环系统、气体保压系统、泥水处理系统等。1 1、泥水盾构结构简单介绍、泥水盾构结构简单介绍泥水盾构结构主要包括刀盘、前体、中体、盾尾、主轴承、人仓、安装机轨道梁、管片安装机和吊机、拖车结构以及在拖车上布置的设备包括控制室、空压机、电器设备、水泵水箱、泥浆管延伸装置等。不同的盾构厂家，其布置不同。泥水平衡盾构机的主要结构21341.半隔板半隔板 2.工作舱工作舱 3.气垫层气垫层 4.隔板隔板泥水盾构主机图泥水平衡盾构机的主要结构切削刀盘切削刀盘刀盘驱动马达刀盘驱动马达排浆泵排浆泵操作控制台操作控制台推进千斤顶推进千斤顶环片拼装机环片拼装机密封油脂装置密封油脂装置 气锁室气锁室 压力夹舱压力夹舱 密封隔舱板密封隔舱板 刀盘及切口环支撑环前端支撑环后端盾尾主机前体部分为两个仓室，分别是泥水仓（或称刀盘仓）和气垫仓。其中泥水仓掘进时一般充满泥水，气垫仓在掘进时一般底部为泥水，上部为压缩空气。泥水仓主要功能为切削渣土的携带，气仓的主要功能为储存足够体积的压缩空气，以保证压力稳定的需要。碎石机结构：在气仓底部设置排浆口，在排浆口布置有专用的碎石结构即碎石机，对大颗粒的岩石进行破碎，避免大颗粒进入泥浆循环系统损坏相应部件。泥浆门结构：泥浆门布置在泥水仓和气仓之间的隔板底部，主要作用是通过泥浆门的关闭，将气仓和泥水仓隔离，使作业人员能在长压下进入气仓，在气仓里进行维修或检查等作业。泥浆门的布置位置有所不同，海瑞克和NFM有所不同。海瑞克的布置在气仓侧，NFM公司的布置在泥水仓内。泥水循环系统泥水循环系统泥水循环系统的控制包括泥浆循环模式的选择泥浆循环参数选择泥浆碎石处理管路延伸以及止浆处理等。泥浆循环模式介绍泥浆循环的方式包括旁通模式、开挖模式、反循环模式、隔离模式和长时间停机模式。旁通模式旁通模式这个模式是待机模式，用于盾构不进行开挖时执行其它功能。这个模式也用于当盾构从一种功能切换到另一种功能时。特别是，旁通功能是用于安装管片衬砌环的情况。它使开挖室被隔离。在旁通模式，各泥浆泵都根据泵的超载压力和所要求的排渣流量所控制的转速保持旋转。由于此时开挖室没有泥浆的供给，因此理论上并不需要控制泥浆气垫界面液位。然而泥浆气垫界面的液位可能由于水从界面上流失或进入而发生变动。在这些情况下，可能需要补充泥浆（只要注入管道压力许可的话）或排出泥浆以调整这个液位。开挖模式：开挖模式：这个模式于开挖时使用。根据气垫室里泥浆的液位以及所要求的排渣流量，对伺服的泵P1.1和P2.1的转速分别进行调整。调整P1.1泵的转速用以校正泥浆气垫界面液位达到所要求的值，同时确保它沿程的下一个泵的超载压力要大于所要求的净吸压头。调整P2.2泵的转速，用以校正排渣流量达到所要求的排渣模式的值，同时确保沿程的下一个泵的超载压力要大于所要求的净吸压头。P2.2泵的转速必须能确保排渣的流体能被泵送到地面的分离厂。调整P2.2泵的转速以便在泥浆分离厂入口处达到必要的压力。反循环模式反循环模式这个模式使开挖室里的泥浆逆向流动。仅用于一些特别的情况，特别是在开挖室内发生阻塞，或用于清理盾构内的排渣管道。为了不让泥浆充满开挖室，气垫压力与泥浆气垫界面液位的控制仍需维持。隔离模式隔离模式这个模式使隧道里的泥浆管道系统与地面系统处于完全隔离的状态，但此时设在地面的分离厂和制备厂之间的回路仍保持连通。特别是，这种模式是用于隧道泥浆管道延伸时的情况。各排渣泵（P2.1，P2.2）停止运转。而P1.1仍保持运行，以保持制备厂和分离厂之间回路的循环。始发井中的旁通阀V18控制着这个回路。长时间停机模式长时间停机模式这个模式是自动控制的。此时所有泵都停止运转。开挖面压力由压缩气回路来控制。当气垫室泥浆液位低于预定的低限时，便进行校正。泥浆循环参数控制泥浆循环参数控制泥浆循环参数包括泥浆流量和液位、压力、比重等，循环部件包括进出泥浆泵、流量计、比重计、各种泥浆阀门等。对于不同厂家的盾构的，其泥浆循环略有区别。泥浆循环的控制包括：流量和液位的控制泥浆压力的控制比重的控制等。碎石机碎石机为保证泥浆循环的顺畅，对于大块的石块需要进行破碎。在泥水盾构的气仓底部，排浆管的入口处，一般布置有碎石机和隔栅。碎石机的动作，海瑞克有两种模式，即破碎模式和摆动模式，破碎模式主要目的使对岩石进行破碎，摆动模式主要是对底部渣土的搅拌，避免淤塞进浆口。气体保压系统气体保压系统泥水盾构的有一套气体保压系统，该系统作用是专门提供压力稳定泥水仓的压力。这也是间接控制式泥水盾构的主要特点。泥水仓的压力稳定是直接关系到掌子面稳定的重要因素，为保证工作面压力的稳定，泥水盾构提供了一套专门的压缩空气系统。该系统气源一般由一台空压机提供。气体通过空压机出口上方的粗滤器，然后通过两条独立的管线分配到人闸和开挖室。该系统布置了两套独立的压力调节系统，能根据设定值，自动调节气仓内压力，使气仓内压力一直稳定在设定值。由于气仓和泥水仓联通，因此能够稳定泥水仓的压力在某一个设定值范围内。气压调节系统气压调节系统目前是使用的一般是SAMSON公司产品。其原理为，当压力降低或升高，与设定值有偏差时，通过压力的反馈，调整进气阀或者排气阀，对气仓内进行补气或排气，使压力逐渐升高或降低到设定压力值，直至与设定值平衡。因为掘进时液位总是存在一定的波动，其压力有一定变化，SAMSON系统能根据压力的反馈，及时对气压进行调整。压力调节器进排气阀 一般气仓压力一经设定，一个掘进循环内不再进行调整，所以掘进循环一般气仓压力一经设定，一个掘进循环内不再进行调整，所以掘进循环内，刀盘压力稳定在某个恒定值。只有当掘进条件发生变化，需要调整内，刀盘压力稳定在某个恒定值。只有当掘进条件发生变化，需要调整掘进压力时，再对压力调节器重新进行压力设定。掘进压力时，再对压力调节器重新进行压力设定。气压调节系统功能是保证泥水仓的压力，泥浆循环系统的功能是出渣。气压调节系统功能是保证泥水仓的压力，泥浆循环系统的功能是出渣。泥水处理系统泥水处理系统泥水盾构掘进，其泥浆质量是控制盾构掘进质量的重要基础，对于盾构掘进循环回来的污浆，其性能不能满足循环使用要求，为能够保证掘进质量，需要对泥浆的比重、粘度、颗粒等进行处理，其中泥水分离设备是对泥浆性能有最直接影响的设备泥水分离设备主要用于将含有渣土的泥水进行分离，使渣土被分离脱水后，直接外运，分离后的泥水经过调整重新回到盾构使用。泥水分离设备流程图如下：脱水后的碴土脱水后的碴土返回盾构循环使用返回盾构循环使用盾构机携碴浆液第一步预筛分第一步预筛分第二步（一级旋流）第二步（一级旋流）第三步（二级旋流）第三步（二级旋流）第四步（压滤或离心分离）第四步（压滤或离心分离）其处理过程为：盾构机排出的污浆，由排泥泵送入泥浆分离站，经过第一步预筛分器的粗筛振动筛选后，将粒径在3mm以上的渣料分离出来；筛余的泥浆由渣浆泵加压，沿输浆软管从旋流除砂器进浆口切向泵入，经过旋流除砂器分选，74m以上粒径微细的泥砂由下端的沉砂嘴排除落入细筛；细筛脱水筛选后，干燥的细渣料分离出来；经过筛选的泥浆经渣浆泵泵送，循环再进入二级旋流器，分选30m以上的颗粒，由细筛脱水分离。分离后的泥浆进入储浆池，再经过处理后进入盾构机。分离后浆液，在必要的情况下，可以通过离心机、压滤机或带压机分离出浆液中的更细的微粒，以确保满足环境要求。对于不同厂家的设备或不同地质，预筛、一级旋流和二级旋流的分选颗粒大小有所不同。比重的调整：盾构持续掘进时，因为地层中含有一些泥水分离设备分离不了的微细颗粒，该颗粒在浆液中累积，会导致浆液比重逐渐升高，此时需要对浆液比重进行处理。或者对浆液进行部分丢弃补充新浆方式，或者采用更精细的分离设备对浆液中的微细颗粒进行处理。粘度调整：为获得高质量浆液，需要对泥浆的粘度进行调整。粘度的调整通过添加一些辅助材料的方式实现。浆液调整泥水盾构机的泥水循环系统泥水循环示意图泥水循环示意图泥水盾构机泥水盾构机掘进示意三、盾构选型盾构选型盾构选型盾构选型的原则：适应性，可靠性，经济性，技术先进性相统一盾构机选型依据按其重要性排列如下：土质条件、岩性（抗压强度、粒径、成层等各参数）开挖面稳定（自立性能）隧道埋深、地下水位环境条件、沿线场地（附近管线和建构筑物及其结构特性）工期造价宜用的辅助工法设计路线、线形、坡度电气等其它设备条件盾构选型盾构选型地质条件的影响地质条件的影响地质条件的影响地质条件的影响根据地质条件选择盾构机类型砂质土类自立性能较差的地层，应使用密闭型的盾构施工。若为地下水较丰富且透水性较好的砂质土，则应优先考虑使用泥水平衡盾构；对粘性土，则可首先考虑土压平衡盾构。砂砾和软岩等强度较高的地层自立性能较好，应考虑半机械式或敞口机械式盾构施工。对软硬不均、或岩石强度较大的地层，应考虑复合式土压平衡盾构。岩石强度高时，应考虑选择布置滚刀的硬岩刀盘。针对地下水条件，若其压力值较高（大于0.1MPa），就应优先考虑使用密封型的盾构，以保证工程的安全，条件许可也可采用降水或气压等辅助方法。对于砾径较小的地层，可以考虑各种盾构的使用。若砾径较大，除自立性能较好的地层可考虑采用手掘式或半机械式盾构外，般应使用土压平衡盾构，若需采用泥水平衡盾构的话，须增加一个鳄式碎石机，在输出泥浆前，先将大石块粉碎。相同条件下，盾构复杂，操作困难，造价高，反之，盾构简单，制造使用方便，造价低盾构选型盾构选型盾构选型盾构选型地质条件的影响地质条件的影响地质条件的影响地质条件的影响水文地质对盾构造型的影响地下水压水量大地层渗水系数粉细砂粉细砂卵石层卵石层粗砂砾层粗砂砾层中细砂砾层中细砂砾层粉细砾层粉细砾层粗砂粗砂泥砂泥砂粘土粘土地层渗水性与盾构选型地层渗水性与盾构选型-10泥水盾构泥水盾构土压平衡盾构土压平衡盾构透水系数透水系数(m/s)(m/s)-1-10-1-10-2-10-3-10-4-10-5-10-6-10-7-10-8-10-9-10-10-10-11 地层渗透系数与盾构选型关系示意图地层渗透系数与盾构选型关系示意图盾构选型盾构选型其它影响盾构选型的因素其它影响盾构选型的因素其它影响盾构选型的因素其它影响盾构选型的因素工期制约条件因为手掘式与半机械式盾构机使用人工较多，机械化程度低，所以施工进度慢。其余各类型盾构机因为都是机械化掘进和运输，平均掘进速度比前者快。造价制约因素一般敞口式盾构机的造价比密闭式盾构机低，主要原因是敞口式盾构机个象密闭式盾构机那样有复杂的后配套系统，在地质条件允许的情况下，从降低造价考虑，宜优先选用敞口式盾构机。同样，泥水盾构的综合工程造价一般大于土压平衡盾构。环境因素的制约敞口型的盾构机引起的地表沉降大于网格式盾构，更大于密闭式的掘进机。基地条件的制约泥水平衡式的掘进机必须配套大型的泥浆处理和循环系统，若需使用泥水平衡盾构开挖隧道，就必须具备较大的地面空间。设计线路、平面竖向曲线形状的制约若隧道转弯曲率半径太小，就需考虑使用中间铰接的盾构。以增加施工中转弯的灵活性盾构选型盾构选型其它影响盾构选型的因素其它影响盾构选型的因素其它影响盾构选型的因素其它影响盾构选型的因素隧道断面的因素因泥水盾构所需的刀盘驱动扭矩较土压平衡小，所以泥水盾构的直径可以做的大一些。一般情况下直径超过10m的盾构采用泥水盾构的较多。Herrenknecht公司生产盾构直径与盾构类型关系图盾构选型盾构选型盾构适应性扩展盾构适应性扩展盾构适应性扩展盾构适应性扩展随着盾构新技术的不断发展，不同类型的盾构机适应性得到了极大的扩展，适应性较强的复合式盾构机已经得到越来越多的应用。通过向土压平衡盾构开挖面加注泡沫或膨润土进行碴土改良，或者增加保压泵碴装置，可以使土压平衡盾构机适应砂层、高水压地层的施工。在泥水盾构上安装螺旋输送机即所谓的混合式盾构，也可以使泥水盾构在敞开式或半敞开式模式下掘进。所以盾构的选型应该综合各方面的因素，所选择的盾构类型应能适应工程的绝大部分地段，并且其它局部的特殊地段能通过特殊的手段得以解决。不同类型盾构机地质适应性不同类型盾构机地质适应性盾构选型盾构选型其它其它其它其它盾构其它部件的选型与配置刀盘、刀具主轴承密封盾尾密封注浆系统渣土改良系统自动导向系统后配套系统数据采集系统盾构选型刀盘刀具盾构选型刀盘刀具主轴承密封盾尾密封盾构选型盾构选型其它其它其它其它二、泥水处理系统选泥水系统：盾构选型盾构选型其它其它其它其它盾构选型盾构选型管片及管模管片及管模管片及管模管片及管模盾构区间各地层、岩性所占比例盾构区间各地层、岩性所占比例盾构区间各地层、岩性所占比例盾构区间各地层、岩性所占比例盾构区间工程地质统计盾构选型盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型盾构选型盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型地质条件：地质条件：稳定性差，穿越稳定性差，穿越9595卵石土地层，局部有粉土、中砂、和粉砂存在。卵石土地卵石土地层，局部有粉土、中砂、和粉砂存在。卵石土地层具有一定自稳能力，但在地下水的影响下也会产生坍塌层具有一定自稳能力，但在地下水的影响下也会产生坍塌局部存在大粒径卵石（局部存在大粒径卵石（280mm），可能卡螺旋输送机，采用泥水盾构可，可能卡螺旋输送机，采用泥水盾构可以用破碎机处理以用破碎机处理地下水影响地下水影响长距离穿越大埋深富水地段，最大覆土厚度长距离穿越大埋深富水地段，最大覆土厚度3535米米地层渗水系数达地层渗水系数达1.7410-3m/s隧道断面大隧道断面大盾构直径达盾构直径达11.5m11.5m以上，宜采用泥水盾构以上，宜采用泥水盾构施工环境复杂施工环境复杂地面重要建构筑物多，地面沉降控制要求高。泥水盾构优于土压平衡盾构地面重要建构筑物多，地面沉降控制要求高。泥水盾构优于土压平衡盾构施工场地因素施工场地因素盾构选型盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型粉细砂粉细砂卵石层卵石层粗砂砾层粗砂砾层中细砂砾层中细砂砾层粉细砾层粉细砾层粗砂粗砂泥砂泥砂粘土粘土地层渗水性与盾构选型地层渗水性与盾构选型-10泥水盾构泥水盾构土压平衡盾构土压平衡盾构透水系数透水系数(m/s)(m/s)-1-10-1-10-2-10-3-10-4-10-5-10-6-10-7-10-8-10-9-10-10-10-11 地层渗透系数与盾构选型关系示意图地层渗透系数与盾构选型关系示意图序号序号项目项目泥水盾构泥水盾构复合式土压平衡盾构复合式土压平衡盾构1 1适用地层适用地层适用于粘土砂卵地层，泥水压适用于粘土砂卵地层，泥水压力稳定。力稳定。加入添加剂后，可广泛适用于粘土砂卵加入添加剂后，可广泛适用于粘土砂卵地层，但地下水丰富的高水位地层，有喷地层，但地下水丰富的高水位地层，有喷涌和坍塌的危险。对有水地层效率较低涌和坍塌的危险。对有水地层效率较低2 2工作面稳定工作面稳定通过泥浆全封闭及流量的管理通过泥浆全封闭及流量的管理通过泥浆及排（进）土量的控制通过泥浆及排（进）土量的控制3 3止水性止水性是在完全封闭的条件下，故不会是在完全封闭的条件下，故不会喷涌喷涌通过土砂管理及加入添加剂，可防止喷发，通过土砂管理及加入添加剂，可防止喷发，但比泥水盾构差，且有水时施工效率很低但比泥水盾构差，且有水时施工效率很低4 4用电功率用电功率盾构机部分稍小，但输泥泵用电盾构机部分稍小，但输泥泵用电较大较大盾构机部分稍大，总体稍小盾构机部分稍大，总体稍小5 5施工组织施工组织泥浆循环分离费时，泥浆管理难泥浆循环分离费时，泥浆管理难度大。度大。加入合适的添加剂后增加流动性和止水性，加入合适的添加剂后增加流动性和止水性，可提高掘进效率，添加剂管理容易可提高掘进效率，添加剂管理容易6 6排土设备排土设备采用排泥管及排泥泵将碴土输送采用排泥管及排泥泵将碴土输送到地面到地面采用螺旋输送机进行排土采用螺旋输送机进行排土7 7环境保护环境保护地表沉降容易控制，易于保护周地表沉降容易控制，易于保护周围环境围环境掘进中控制好排（进）土量，及时注浆等掘进中控制好排（进）土量，及时注浆等措施可控制地面沉降，但不易控制措施可控制地面沉降，但不易控制8 8环保环保进行泥土分离，无排土公害，不进行泥土分离，无排土公害，不易分离的含膨润土废浆影响环境易分离的含膨润土废浆影响环境较小较小9 9设备费设备费配置泥浆分离设备费用高配置泥浆分离设备费用高费用略低费用略低盾构选型盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型综合上述各种因素在北京地下直径线工程中宜选用泥水盾构盾构选型盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型北京地下直径线盾构选型五、北京地下直径线盾构五、北京地下直径线盾构洞门加固及洞门密封盾构组装调试盾构始发盾构掘进掘进模式的选择掘进参数的选择管片选型管片安装同步注浆与二次注浆渣土运输管线延伸施工测量及监测盾构机通过车站盾构到达盾构施工主要工序盾构施工主要工序盾构施工盾构施工土压平衡盾构掘进模式土压平衡盾构掘进模式土压平衡盾构掘进模式土压平衡盾构掘进模式土压平衡盾构可以有三种掘进模式敞开模式半敞开模式土压平衡模式盾构施工盾构施工盾构施工盾构施工土压平衡盾构压力控制土压平衡盾构压力控制土压平衡盾构压力控制土压平衡盾构压力控制土仓压力控制因素图土仓压力控制因素图增大增大/减小推进速度减小推进速度增大增大 / 减小螺旋输送机排放速度减小螺旋输送机排放速度地下水地下水 压压 土压土压盾构施工盾构施工盾构施工盾构施工土压平衡盾构三种模式的关系土压平衡盾构三种模式的关系土压平衡盾构三种模式的关系土压平衡盾构三种模式的关系敞开模式敞开模式半敞开模式半敞开模式土压平衡模式土压平衡模式盾构施工盾构施工盾构施工盾构施工土压平衡盾构掘进参数选择土压平衡盾构掘进参数选择土压平衡盾构掘进参数选择土压平衡盾构掘进参数选择掘进模式推力扭矩及刀盘转速速度行程状态温度电量泡沫注入参数注浆参数方向盾构施工盾构施工盾构施工盾构施工土压平衡盾构掘进过程管片安装过程盾构施工盾构施工泥水盾构掘进模式泥水盾构掘进模式泥水盾构掘进模式泥水盾构掘进模式 泥水平衡模式泥水平衡模式 复合模式复合模式泥水盾构的两种掘进模式泥水盾构的两种掘进模式图中蓝色管线为进浆管、绿色为排浆管图中蓝色管线为进浆管、绿色为排浆管泥水平衡模式适用于常规的地泥水平衡模式适用于常规的地质情况下，如：砂层、粘土层、质情况下，如：砂层、粘土层、岩石层等等。岩石层等等。复合模式适用于一些特殊地段，如：复合模式适用于一些特殊地段，如：含水率高的砂层、砂砾层、断层、破含水率高的砂层、砂砾层、断层、破碎带、对沉降要求较高的地段等等。碎带、对沉降要求较高的地段等等。管片模具：管片生产场地管片生产资源盾构施工盾构施工管片生产管片生产管片生产管片生产导向系统导向系统SLSTSLST采用自动导向系统的必要性导向系统自动测量盾构机当前位置，实时提供盾构姿态，是主司机控制掘进方向的依据.主要为VMT公司的SLS-T系统、NFM公司的PPS系统及日本盾构的自动测量系统。基本原理相同。LASERTarget Board 2Target Board 1MONITORINDUSTRIAL PCPurposebuiltfortunnelconditionsTBM Control Cabin电子全站仪电子全站仪后视后视YELLOW BOXARTICULATION RAMEXTENSION MEASUREMENTG 1 G 2G 4G 3G. nMAIN RAMEXTENSION MEASUREMENTV 1 V 2V 4V 3V. nCONTROLLER UNIT- SLUMTAIL - SKIN CLEARANCE MEASUREMENTDisto1Disto2Disto4Disto3Disto5MODEM LINKTO OFFICE管片管片TBMSPS-TBM PLCCONTROL BOXELS 激光激光靶靶导向系统简图导向系统简图 SLS-T自动导向系统辅助人工测量（VMT公司） 分区操作盾构推进油缸垂直方向 水平方向盾构机位置姿态图盾构机位置姿态数据 设计隧道轴线 隧道里程盾构施工盾构施工自动导向系统自动导向系统自动导向系统自动导向系统 PPS自动导向系统辅助人工测量（NFM公司,北京直径线盾构采用）盾构施工盾构施工自动导向系统自动导向系统自动导向系统自动导向系统五、北京地下直径线五、北京地下直径线工程概况工程概况根据国家发改委“发改交运20051402号”文件国家发展改革委员会关于北京铁路枢纽北京站至北京西站地下直径线项目可行性研究报告的批复及铁道部“计长函2005277号”通知，北京铁路枢纽北京站至北京西站地下直径线自北京站向西，在崇文门三角地尽头处入地，经前门、宣武门、天宁寺、莲花池东路与原预埋段衔接至北京西站。线路全长9.15公里，其中隧道长约7.285公里（盾构隧道长约5.175km），最大埋深39米。已批复工程总投资31亿元。工程于2005年12月24日开工。北京地下直径线工程是中国第一条在城市采用大直径泥水盾构施工的地下电气化铁路隧道，被列为铁道部、北京市重点工程。该工程的建设对于完善北京地区铁路枢纽、缓解城市地面交通压力，实现两站对接具有十分重要的意义。137北京地下直径线平面位置示意图北京地下直径线平面位置示意图北京地下直径线平面位置示意图北京地下直径线平面位置示意图138主要工程特点主要工程特点北京地下直径线工程是国内第一条在市区地下修建的铁路全电气化隧道。是第一条在国内同类地质条件下采用直径11.97m的泥水盾构施工的隧道，也是在北京市首次采用泥水盾构施工的隧道。盾构隧道5.175公里的掘进长度是目前国内盾构独头掘进长度最长的隧道。拆迁工作量多，难度大，任务重，沿线的各种地下管线情况异常复杂，交通导改难度大工程周边环境复杂，风险评估要求高。隧道临近住宅楼，沉降控制难度大。工程类型和工法繁多，大直径泥水盾构施工工艺复杂，施工风险高。139工程进度计划工程进度计划v2005.12.24 2005.12.24 北京地下直径线开工北京地下直径线开工v2008.3.18 2008.3.18 盾构机完成现场组装调试，具备始发条件盾构机完成现场组装调试，具备始发条件v2008.8.302008.8.30盾构机始发盾构机始发v2011.11.15 2011.11.15 盾构隧道掘进完成，全线贯通盾构隧道掘进完成，全线贯通v2012.11.30 2012.11.30 全线工程施工完工全线工程施工完工v2012.12.12012.12.1静态验收静态验收v2012.12.112012.12.11动态验收动态验收v2012.12.212012.12.21初验初验v2012.12.30 2012.12.30 开通开通140141返回142六、主要施工技术方案盾构法暗挖法暗挖法明挖法明挖法一、盾构法二、暗挖法（盖挖法、CRD法、双侧壁导坑法、洞桩法）三、明挖法143进泥管排泥管气压调节管开挖泥水舱气压调节舱盾构法144洞桩法双侧壁导坑法145CRD法明挖法盖挖法返回146盾构形式及主要技术参数盾构形式及主要技术参数盾构采用NFM公司和沈阳北方重工合作生产的泥水盾构机。进泥管排泥管气压调节管开挖泥水舱气压调节舱盾构法148刀盘改造刀盘改造经过对刀盘地质适应性改造，目前刀盘上安装有316把切刀，20把周边刮刀，172把撕裂刀，96把保护刀，中心刀5把两个单刃滚刀、34把双刃滚刀，8把单刃滚刀。泥水系统原理图泥水系统原理图泥水处理系统由台湾铂远公司生产。盾构施工进展情况盾构施工进展情况2008年3月1日完成盾构组装调试2008年8月31日开始盾构始发2008年10月13日当盾构机试掘进至33环时,由于地质差异变化发生刀具磨损严重，经论证在原地进行刀盘刀具改造。2009年4月25日，完成盾构改造恢复试掘进。至2009年6月16号，共完成掘进90环。按计划在通过护城河后进行第一次带压进舱进行刀具检查和更换。刀盘改造后共完成掘进57环。在此期间每天从22：00次日6：00期间根据北京市要求不能施工。正常掘进后每天约能完成三环。刀具检查情况：1把单刃滚刀出现偏磨，15把双刃滚刀正常磨损约11mm(允许磨损为20mm）。切刀和刮刀等软岩刀具基本完好。根据刀具磨损情况分析,滚刀和软件岩刀具基本属于正常磨损，所以本次刀盘刀具改造和地质基本适应。