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1、不同地质条件下的盾构TBM选型1不同地质条件下不同地质条件下盾构盾构TBMTBM选型选型不同地质条件下的盾构TBM选型21盾构的“类型”盾构的“类型”是指与特定的盾构施工环境，特别是与特定的基础地质、工程地质和水文地质特征相匹配的盾构的种类。根据施工环境，隧道掘进机的“类型”分为软土盾构、硬岩掘进机(TBM)、复合盾构三类。因此，盾构的“类型”分为软土盾构和复合盾构两类。不同地质条件下的盾构TBM选型3软土盾构软土盾构是指适用于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩条件下的一类盾构。软土盾构的主要特点是刀盘仅安装切刀和刮刀，无需滚刀。不同地质条件下的盾构TBM选型4复合盾构复合盾
2、构是指既适用于软土、又适用于硬岩的一类盾构，主要用于既有软土又有硬岩的复杂地层施工。复合盾构的主要特点是刀盘既安装有切刀和刮刀，又安装有滚刀。不同地质条件下的盾构TBM选型522影响掘进机选型的地质因素影响掘进机选型的地质因素（1）岩石的坚硬程度(单轴抗压强度Rc）岩石的单轴抗压强度越低，掘进机的掘进速度越高，掘进越快，岩石的单轴抗压强度越高，掘进机的掘进速度越低，掘进越慢。但是，岩石的单轴抗压强度太低，掘进机掘进后围岩的自稳时间极短甚至不能自稳。岩石的单轴抗压强度值在一定范围内时，掘进机的掘进既能保持一定的速度，又能使隧道围岩在一定时间内保持自稳，这就是当前大多数掘进机适用于岩石的单轴抗压强
3、度（Rc）值在30至150MPa之间的中等坚硬岩石和坚硬岩石的主要原因。不同类型、型号的掘进机有其各自适用的最佳岩石单轴抗压强度范围值。在硬岩中的掘进机施工，遇到的主要问题是刀具、刀圈及轴承的严重磨损以及上述部件的频繁更换，费时且耗资较大。不同地质条件下的盾构TBM选型622影响掘进机选型的地质因素影响掘进机选型的地质因素（）岩石结构面的发育程度一般情况下节理较发育和发育的，掘进机掘进效率较高，因为节理不发育，岩体完整，掘进机破岩困难；节理很发育，岩体破碎，自稳能力差，掘进机支护工作量增大，同时岩体给掘进机撑靴提供的反力低，造成掘进推力不足，因而也不利于掘进机效率的提高。岩体结构面越发育，密度
4、越大，节理间距越小，完整性系数越小，掘进机掘进速度有越高的趋势。必须指出的是，当岩体结构面特别发育，结构面密度极大，也即结构面间距极小，岩体完整性系数很小时，岩体已呈碎裂状或松散状，岩体强度极低，作为隧道工程岩体已不具自稳能力，在此类围岩中进行掘进施工，其掘进速度非但不会提高，反会因对不稳定围岩进行的大量加固处理而大大降低。不同地质条件下的盾构TBM选型722影响掘进机选型的地质因素影响掘进机选型的地质因素（）岩石的耐磨性岩石的耐磨性对刀具的磨损起着决定作用。岩石坚硬度和耐磨性越高，刀具、刀盘的磨损就越大。掘进机换刀量和换刀时间的增大，势必影响到掘进机应用的经济效益和掘进效率。刀具、刀圈及轴承
5、的磨损，对掘进机的使用成本起很大的影响，而仅仅根据岩石的单轴抗压强度来判断不同单轴抗压强度的岩石对掘进机刀具、刀圈及轴承的磨损是不够的。岩石的硬度、岩石中矿物颗粒特别是高硬度矿物颗粒如石英等的大小及其含量的高低，决定了岩石的耐磨性指标。一般来说，岩石的硬度越高，对掘进机的刀具等的磨损越大、掘进机的掘进效率也越低。不同地质条件下的盾构TBM选型822影响掘进机选型的地质因素影响掘进机选型的地质因素（）岩体主要结构面的产状与隧道轴线间的组合关系、围岩的初始地应力状态、岩体的含水出水状态等其它因素。当岩体主要结构面或称优势结构面的走向与隧道轴线间夹角小于45o且结构面倾角较缓（30o），隧道边墙拱脚
6、以上部分及拱部围岩因结构面与隧道开挖临空面的不利组合而出现不稳楔块，常发生掉块和坍塌，影响掘进机的工作，降低掘进机的工作效率，甚至危及掘进机的安全。不同地质条件下的盾构TBM选型922影响掘进机选型的地质因素影响掘进机选型的地质因素当围岩处于高地应力状态下，且围岩为坚硬、脆性、较完整或完整岩体时，极有可能发生岩爆灾害，灾害严重时，将危及掘进机及施工人员的安全；若围岩为软岩，则围岩将产生较大的变形。二者均将给掘进机的掘进施工带来极大的困难。岩体的含水出水状态对掘进机工作效率的影响视含水量和出水量的大小及含、出水围岩的范围，同时还要视含、出水围岩是硬质岩还是软质岩。一般地说，富含水和涌漏水地段，围
7、岩的强度会有不同程度的降低，特别是软质岩的强度降低要大得多，致使围岩的稳定性降低，影响掘进机法的工作效率。此外，大量的隧道涌漏水，必将恶化掘进机的工作环境，降低掘进机的工作效率。不同地质条件下的盾构TBM选型1033盾构选型的依据盾构选型的依据盾构选型是盾构法施工的关键环节，直接影响盾构隧道的施工安全、施工质量、施工工艺及施工成本，为保证工程的顺利完成，对盾构的选型工作应非常慎重。盾构选型主要依据工程招标文件、工程勘察报告、隧道设计、施工规范及相关标准，对盾构类型、驱动方式、功能要求、主要技术参数，辅助设备的配置等进行研究。不同地质条件下的盾构TBM选型1133盾构选型的依据盾构选型的依据盾构
8、选型从安全性、可靠性、适用性、先进性、经济性等方面综合考虑，所选择的机型应能尽量减少辅助施工并能保持开挖面稳定和适应围岩条件。盾构选型时，主要根据盾构隧道的外径、长度、埋深、地质条件、围土岩性、土体的颗粒级配、地层硬稠度系数、土层渗透率及弃土容重等特征以及线路的曲率半径、沿线地形、地面及地下构筑物等环境条件，以及周围环境对地面变形的控制要求，结合掘进和衬砌等诸因素。不同地质条件下的盾构TBM选型1233盾构选型的依据盾构选型的依据盾构选型时，参考国内外已有盾构工程实例及相关的盾构技术规范，按照可靠性安全性适用性第一，技术先进性第二，经济性第三的原则进行，保证盾构施工的安全、可靠，选择最佳的盾构
9、施工方法和选择最适宜的盾构。不同地质条件下的盾构TBM选型1344掘进机选型的一般规定掘进机选型的一般规定（）隧道施工前，应对掘进机进行选型，做到配套合理，充分发挥施工机械综合效率，提高机械化施工水平。（）掘进机设备选型应遵循下列原则：安全性、可靠性、先进性、经济性相统一；满足隧道外径、长度、埋深和地质条件、沿线地形以及洞口条件等环境条件；满足安全、质量、工期、造价及环保要求；后配套设备与主机配套，满足生产能力与主机掘进速度相匹配，工作状态相适应，且能耗小、效率高的原则，同时应具有施工安全、结构简单、布置合理和易于维护保养的特点。进入隧道的机械，其动力宜优先选择电力机械。（）掘进机设备的选型应
10、按下列步骤进行：根据地质条件确定掘进机的类型；根据隧道设计参数及地质条件确定主机的主要技术参数；根据生产能力与主机掘进速度相匹配的原则，确定后配套设备的技术参数与功能配置。不同地质条件下的盾构TBM选型1455掘进机选型掘进机选型根据地质条件、施工环境、工期要求等因素确定掘进机的类型。一般情况下，中等长度隧道且整条隧道地质情况相对较差的条件下（但掌子面能自稳）使用单护盾式掘进机；在良好地质中则使用开敞式掘进机；双护盾式掘进机常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适应于中厚埋深、中高强度、稳定性基本良好地质的隧道，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。不同地质条件下的盾构TBM选型1555掘进机选
11、型掘进机选型开敞式掘进机。常用于硬岩；在开敞式掘进机上，配置了钢拱架安装器和喷锚等辅助设备，以适应地质的变化；当采取有效支护手段后，也可应用于软弱岩隧道。开敞式掘进机虽然适用于岩石整体较完整，有较好的自稳性的硬岩但当遇有局部不稳定的围岩时，由掘进机所附带的辅助设备通过打锚杆、加钢丝网、喷混凝土、架圈梁等方法加固，以保持洞壁稳定；当遇到局部地段软弱围岩及破碎带，则掘进机可由所附带的超前钻及灌浆设备，预先固结隧道前方上部周边围岩，待围岩达到能自稳后，然后再进行安全掘进；开敞式掘进机掘进过程可直接观测到洞壁岩性变化，便于地质图描绘。故当所掌握的水文、地质资料不很充分时，选用开敞式掘进机，可充分发挥出
12、它能运用新奥法理论及时进行支护的优势；此外小直径开敞式掘进机可配合钻爆法进行双线（大断面）隧道的先行掘进。永久性的衬砌一般待全线贯通后集中进行。不同地质条件下的盾构TBM选型1655掘进机选型掘进机选型双护盾式掘进机。对地质具有广泛的适应性，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。当遇软岩时，软岩不能承受支撑靴的压应力，由盾尾辅助推进液压缸支撑在已拼装的预制衬砌管片上以推进刀盘破岩前进；遇硬岩时，则靠支撑靴撑紧洞壁，由主推进液压缸推进刀盘破岩前进。不同地质条件下的盾构TBM选型1755掘进机选型掘进机选型根据地质条件、施工环境、工期要求等因素确定掘进机的类型。一般情况下，中等长度隧道且整条
13、隧道地质情况相对较差的条件下（但掌子面能自稳）使用单护盾式掘进机；在良好地质中则使用开敞式掘进机；双护盾式掘进机常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适应于中厚埋深、中高强度、稳定性基本良好地质的隧道，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。不同地质条件下的盾构TBM选型1855掘进机选型掘进机选型开敞式掘进机。常用于硬岩；在开敞式掘进机上，配置了钢拱架安装器和喷锚等辅助设备，以适应地质的变化；当采取有效支护手段后，也可应用于软弱岩隧道。开敞式掘进机虽然适用于岩石整体较完整，有较好的自稳性的硬岩但当遇有局部不稳定的围岩时，由掘进机所附带的辅助设备通过打锚杆、加钢丝网、喷混凝土、架圈梁等方法加固，以
14、保持洞壁稳定；当遇到局部地段软弱围岩及破碎带，则掘进机可由所附带的超前钻及灌浆设备，预先固结隧道前方上部周边围岩，待围岩达到能自稳后，然后再进行安全掘进；开敞式掘进机掘进过程可直接观测到洞壁岩性变化，便于地质图描绘。故当所掌握的水文、地质资料不很充分时，选用开敞式掘进机，可充分发挥出它能运用新奥法理论及时进行支护的优势；此外小直径开敞式掘进机可配合钻爆法进行双线（大断面）隧道的先行掘进。永久性的衬砌一般待全线贯通后集中进行。不同地质条件下的盾构TBM选型1955掘进机选型掘进机选型双护盾式掘进机。对地质具有广泛的适应性，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。当遇软岩时，软岩不能承受支撑靴
15、的压应力，由盾尾辅助推进液压缸支撑在已拼装的预制衬砌管片上以推进刀盘破岩前进；遇硬岩时，则靠支撑靴撑紧洞壁，由主推进液压缸推进刀盘破岩前进。不同地质条件下的盾构TBM选型2055掘进机选型掘进机选型单护盾式掘进机常用于软岩及中等长度隧道施工，即使围岩类别稍差时，它可发挥出较快的掘进速度又比双护盾掘进机减少投资。不同地质条件下的盾构TBM选型2166盾构选型盾构选型盾构的机型与渗透系数的关系盾构的机型与渗透系数的关系不同地质条件下的盾构TBM选型2266盾构选型盾构选型根据地层渗透系数与盾构的机型的关系，若地层以各种级配富水的砂层、砂砾层为主时，宜选用泥水盾构；其他地层宜选用土压平衡盾构。不同地
16、质条件下的盾构TBM选型2366盾构选型盾构选型一般来说当岩土中的粉粒和粘粒的总量达到40%以上时通常会选用土压平衡盾构相反的情况选择泥水盾构比较合适。粉粒的绝对大小通常以0.075mm为界。不同地质条件下的盾构TBM选型2466盾构选型盾构选型根据地层的颗粒级配进行选型一般来说，细颗粒含量多，碴土易形成不透水的流塑体，容易充满土仓的每个部位，在土仓中可以建立压力，平衡开挖面的土体。盾构类型与颗粒级配的关系详见下图，图中右边蓝色区域为粘土、淤泥质土区，为土压平衡盾构适用的颗粒级配范围，左边的黄色区域为砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗粒级配范围。绿色区域为粗砂、细砂区，即可使用泥水盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构，不同地质条件下的盾构TBM选型2566盾构选型盾构选型根据水压进行选型当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构。如果采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处易发生碴土喷涌现象，引起土仓中土压力下降，导致开挖面坍塌。
