盾构施工规范4-1

盾构由在外部荷载的作用下对内部起保护作用的钢壳部分和在钢壳保护下，在前面开挖面进行开挖的部分，在后面进行衬砌的部分组成。

根据盾构断面的大小和结构的不同，盾构运行所需的动力、控制设备可一部分或全部设置在后续台车上。钢壳部分由壳板及其加固件组成，自开挖面起，分别可分成切口环、支承环和盾尾3个部分（参照说明图3.3.1）。

切口环和支承环用隔板隔开，切口环内部为刀盘开挖的土砂通往排土装置的通道。由于刀头更换作业、障碍物清除作业等均在气压下进行，则在隔板和前面面板上也往往会设置供人出入的气闸。

支承环内部的空间用于配置刀盘驱动装置、排土装置、盾构千斤顶等机器设备。盾尾则在其后端配置盾尾止水带，让其有止水功能。另外，还配备有管片组装机，其内部空间主要用于衬砌作业。

配备中折装置的盾构，将支承环分块，钢壳部分被分为前躯和后躯或更多部分，用中折销、中折千斤顶等连接（参照说明图3.3.1）。

是否采用中折装置，要根据隧道的线路、盾构直径、地质和路线周围状况来决定。铁路隧道有中折装置的盾构，其盾构外径和最小曲线半径的关系如说明图3.3.2所示。

地下接合的盾构，为减少辅助施工法往往配置刀盘滑板、切口环滑板等各种装置。

说明图3.3.1 盾构的构成（土压平衡式实例）

闭胸式（圆形盾构）

5

6

7

8

9

10

11

最小曲线半径（m ）

盾构外径（m ）

（1984年～1993年+铁路公团施工（截止1998年））

说明图3.3.2 带中折装置盾构的外径和最小曲线半径的关系

3.3.2 盾构的外径

（1）盾构的外径必须考虑管片环外径、盾尾操作空隙和盾尾壳板厚度来决定。

（2）盾尾操作空隙应考虑管片的形状尺寸、隧道线路、盾尾的安装方法等因素来决定。 【说明】

关于（1）

盾构外径应考虑下列因素来决定。

①盾构外径指壳板的外径，但不包括全面外扩式超挖刀头、摩擦减少板、固定翼板、壁后注浆管等外伸部分的尺寸。

②盾尾操作空隙指盾尾壳板内表面和管片外表面之间的间隔。

③切口环和支承环可向壳板的内侧增厚，也可用腹板等进行加固。盾尾由于要进行衬砌作业，不能在壳板的内侧进行加固，加厚的部分则要向外侧增加。为此，盾构的外径通常取决于盾尾的壳板的外径。关于盾构壳板的厚度应参照3.3.6盾尾。 ④盾构的外径一般可用下式表示（参照说明图3.3.3）。 D=D0+2（X+t）

式中， D ：盾构的外径

D 0：管片的外径 X ：盾尾操作空隙 t ：盾尾壳板厚度

盾尾外板

说明图3.3.3 盾尾详图

但是，在盾构推进以后，盾尾操作空隙和盾构钢壳厚度之和会作为盾尾空隙而残留。根据围岩的性质有时会引起地面沉降，因此要慎重考虑其尺寸大小。（参考说明图5.5.2壁后注浆施工）。

铁路隧道中盾构外径与盾尾操作空间、盾构钢壳厚度之和的关系示于说明图3.3.4。 闭胸式（圆形盾构）

5 6 7 8 9 10 11

盾构外径（m ）

（1984年～1993年+铁路公团施工（截止1998年））

说明图3.3.4 盾构外径与盾尾操作空隙和盾尾壳板厚度之和的关系

关于（2）

盾构的盾尾操作空隙应考虑下列因素来决定。 ①盾构的曲线施工所需的最小余量（x 1）（参照说明说明图3.3.5）

说明图3.3.5 曲线施工余量

该余量一般可用下式表示。 x 1=δ/2

δ=（R-D 0/2）（1-cos β） ≒ι2 /2（R-D 0/2）

式中， R ：曲线施工半径

盾尾操作空隙和盾尾板厚度之和 （m m ）

ι：盾尾长度（参照3.3.6盾尾）

R+D0/2=管片的曲线外半径 R-D 0/2=管片的曲线内半径

②管片装配时的余量

盾尾内设置用以保护盾尾止水带所需的保护器材和用以使管片轴线对齐所需的管片导轨时，盾尾操作空隙会变小，故需认真研究（参照说明图3.3.5）。

③盾构外径与盾尾操作空隙

铁路隧道中盾构外径与盾尾操作空隙的实际使用情况如说明图3.3.6所示。

盾构外径（m ）

（1984年～1993年+铁路公团施工（截止1998年））

说明图3.3.6 盾构外径与盾尾操作空隙的关系

3.3.3 盾构长度

盾构长度应考虑围岩条件、隧道线路、盾构型式、有无中折装置、管片宽度和K 管片的插入型式等因素来决定。

【说明】

盾构的长度可用「盾构主机长」、「盾构机长」、「盾构总长」表达。

盾构主机长（ιM ）是指壳板长度的最大值，而盾构机长（L l ）则指盾构的前端至盾尾的长度（参照说明图3.3.7）。

式中， L l ：盾构机长

盾构总长（L ）是指盾构的前端至后端的最大值（参照说明图3.3.7）。盾构的长度在考虑到和外径的平衡后，尽量取短一点为好。

铁路隧道中的盾构外径和盾构主机长（ι

M ）的关系如说明图

尾尾操作空隙（m m ）

L l =ιC +ιM ιM =ιH +ιG +ιT ιM ：盾构主机长 ιC ：刀盘长度 ιH ：切口环长度 ιG ：支承环长度 ιT ：盾尾长度

3.3.8所示。

闭胸式盾构（土压平衡式）实例

说明图3.3.7 盾构长度

闭胸式（圆形盾构、K 管片的各种插入方向）

5

盾构主机长/盾构外径

10 7 8 9

盾构外径（m ）

（1984年～1993年+铁路公团施工（截止1998年））

6

11

说明图3.3.8 盾构外径和盾构主机长的关系

3.3.4 切口环

切口环的形状和尺寸必须考虑围岩条件、盾构型式来决定，其结构必须有足够的强度。

【说明】

切口环用以保持开挖面的稳定，并是开挖土砂排向后方的通道，故需考虑开挖土砂的排

出状况来决定其形状和尺寸。另外，还需认真研究以保证开挖土砂的充分搅拌。同时，要考虑其强度能否承受设定的土压力和水压力。

3.3.5 支承环

支承环的长度必须考虑盾构千斤顶、刀盘驱动轴承、驱动装置、中折装置和排土装置等的安装空间等来决定，其结构必须有足够的刚性。

【说明】

支承环是盾构的主结构物，是支承作用于盾构上的全部荷载的骨架，前方和后方均设置环状刚性结构件，大、中口径的盾构用柱和梁加固者居多。

这样，由于支承环前部和后部均施行足够的加固措施，故支承环壳板的厚度有时设计得比盾尾和切口环薄一些。

柱和梁不仅支承支承环的荷载，还支承管片组装机、排土装置、后方台车等的荷载，设计时需确保油压设备、电气设备、配管、配线等设备空间和维护等作业时所需空间。

由于切口环和盾尾均是在假定支承环有足够刚度的条件下进行设计，故设计支承环时，也需充分注意（参照3.2.3结构设计）。

对带有中折装置的盾构支承环，对分块附近的强度和刚度以及止水性也需予以注意。 3.3.6 盾尾

（1）盾尾的长度必须考虑管片的宽度、形状和盾尾止水带的形状、排数来决定。 （2）盾尾壳板的厚度必须认真研究变形问题来决定。 （3）盾尾必须确保其空间，以便可实现安全、高效作业。 【说明】

关于（1）

盾尾长度取决于机内管片的装配长度和盾尾止水带的排数、装配长度，但考虑到隧道曲线施工等因素，需有若干余量。

盾尾长度一般可用下式表示（参照说明图3.3.9）

ιT

盾尾止水带

管片

ιj c ιs c ˊ ιp

说明图3.3.9 尾部的长度

ιT =ιj +c+ιs +c′+ιp

式中， ιT ：盾尾长度

ιj ：盾构千斤顶安装长度 ιs ：管片宽度

ιp ：盾尾止水带安装长度

c ：管片装配余量=100～150mm （其中，对于轴向插入型管片，因管片从轴向插入，

故所需余量更长） c ′：其它余量

关于c ，轴向插入型K 管片与径向插入型K 管片相比，要长一些。但对于复线盾构之类的大型盾构，往往可以通过考虑K 管片插入位置和盾构千斤顶的配置位置以尽量减少其影响，故需注意。

铁路各隧道中盾构外径与盾尾长度的关系示于说明图3.3.10。

闭胸式（圆形盾构）

2.5

2.0

1.5 7 10 9 11 5 6 8

盾构外径（m ）

（1984年～1993年+铁路公团施工（截止1998年））

说明图3.3.10 盾构外径和盾尾长度（各种管片宽度）

关于（2）

盾尾壳板应认真考虑变形问题，在不产生有害变形的范围内，应尽量薄一些为好。但必须考虑盾尾止水带安装所需厚度。

关于（3）

盾尾需确保管片装配、壁后注浆和测量等作业安全、高效地进行所需的作业空间，并且还应按需要设置作业跳板、扶手等等。

3.3.7 盾尾止水带

盾尾止水带必须考虑对壁后注浆材料的止漏性和耐压性、耐久性来选择。 【说明】

盾尾止水带装在盾尾壳板和管片外表面之间，目的是防止地下水和壁后注浆材料等漏进盾构内，同时也有保持开挖面压力的作用。因此，选择盾尾止水带时，需考虑下列要点来决定（参照说明图3.3.11）。

①管片的装配很难做到与盾构尾部呈同心圆的状态，可能会出现偏心装配和椭圆状装配，故盾尾操作空隙很难保持均等。尤其是当曲线施工时，该倾向更大。所以，应考虑操

尾部的长度（m ）

作空隙为规定的2倍左右时，盾尾止水带必须能承受住所需要的壁后注浆压力和地下水压力、泥浆压力。

②盾尾止水带的安装排数，一般为了提高止水性能，取多排安装。但必须考虑盾构外径、土质条件、地下水压力。当掘进总长较长时，还必须考虑施工中途更换等因素来决定。 ③盾尾止水带的材料有橡胶、树脂、钢、不锈钢或这些材料的任意组合，品种不一。盾尾止水带的形状一般呈刷子状。

④为了提高盾尾止水带的止水性能和使用寿命，需在止水带之间加给油脂类。但随着向前掘进会不断消耗，故需采用能定期补充的设备。

盾尾止水带的使用寿命既与其材料、结构有关，也与所用管片的装配精度有关，选择时，必须考虑这些条件，尤其对于长距离施工和急曲线施工时，更需认真研究。在管片的拱顶，需认真研究盾尾止水带材料、排数、还有填充材料的加脂方法等等。

（a ）3排止水带的实例

盾尾壳板 应急止水带 开挖面

盖板 底板 盖板 钢丝刷

网板 （b ）止水带的单体结构

说明图3.3.11 盾尾止水带简图（3排止水带实例）

3.4 开挖装置

3.4.1 开挖装置的选择

开挖装置必须以提高掘进速度、减轻劳动强度和妥善保持开挖面稳定等因素来选择。 【说明】

闭胸式圆形盾构的开挖通常主要利用旋转刀盘。作为开挖装置由刀盘、刀盘支承装置等多种装置构成。

选择各装置时，必须考虑开挖面稳定方法将因盾构型式而异（参照3.1.3盾构型式的选择），不仅需认真研究刀盘的型式、刀盘的支承方式、刀盘装备扭矩、刀盘开口、刀头、装备推力等，还必须考虑这些因素的相互匹配性，以求提高掘进速度、减轻劳动强度、保持开挖面稳定、安全施工。 3.4.2 刀盘型式

刀盘型式必须根据围岩条件等选择，以便能充分发挥其功能。 【说明】

在土压平衡式、泥水加压式盾构上，采用配有刀头的刀盘直接开挖围岩。因此，首要的是要选好刀盘的型式，以利于开挖面的稳定。

1）开挖方式

刀盘配置在盾构的前面，有开挖围岩的功能。刀盘上装有开挖围岩所需的刀头。圆形盾构一般采用旋转刀盘的开挖方式，因其结构紧凑、修正摆动容易。

偏心多轴旋转开挖方式也已开发出来，已供实际使用。 2）结构

刀盘（旋转开挖方式）的结构有轮辐式和刀盘式，大多按施工条件、土质条件进行选择。 刀盘的型式实例如说明图3.4.1所示。

说明图3.4.1 刀盘型式例

①轮辐式

轮辐式是土压平衡式盾构的标准型，使用较广。轮辐式可望对土砂有搅拌效果，压力舱内土砂的流动性好。

另外，轮辐式有利于减少实际旋转扭矩和利于开挖土砂进入压力舱。 当围岩内有巨砾、大卵石存在时，需注意螺旋排土器有堵塞的可能。 ②面板式

泥水加压式盾构一般通过泥膜和泥浆压力保持开挖面。为了让刀盘也有挡土功能，以防止围岩崩塌，一般为面板式。

即便是土压平衡式盾构，为确保开挖中途更换刀头和去除障碍物时的安全性，也采用可望有挡土效果的面板式。

当围岩内有巨砾、大卵石存在，需在开挖面上将其粉碎后掘进时，为限制取进的砾石的大小，有时也会采用面板式。

3）形状

作为头部的形状有平板形、中心凸出形、整体凸出形。

这些形状需考虑开挖面的稳定来决定。作为特殊实例，当有多个刀盘时，在结构上，也有采用前后配置的。对于含有巨砾、大卵石的地层，必须注意耐磨性会因形状而异。

4）其它

近年来，在城市隧道中，为有效利用地下空间，开发了异形断面盾构，有2联圆形、3联圆形、装卸式3联圆形、抱入式（母子盾构）、椭圆形、矩形等形状。为开挖出这些形状，开发了摆动（swing ）开挖、偏心多轴旋转开挖、柱式刀盘开挖方式，在实际已经使用。摆动开挖、偏心多轴旋转开挖方式的实例如说明图3.4.2所示。

部分外扩式超

（b ）偏心多轴旋转开挖

（a ）摆动开挖

说明图3.4.2 摆动开挖、偏心多轴旋转开挖

3.4.3 刀盘支承方式

刀盘支承方式必须根据盾构口径、土质条件选择，必须考虑与排土装置的匹配性等。 【说明】

刀盘支承方式有中心支承方式、中间支承方式和外周支承方式。

这些方式需考虑盾构直径、土质、施工总长等因素来选择。 1）种类

刀盘的支承方式如说明图3.4.3所示。

铁路的盾构主要采用中间支承方式，据1984年～1993年+铁路公团施工（截止1998年）的实际使用情况统计，141台盾构机中，120台为中间支承方式，17台为外周支承方式，4台为中心支承方式。

刀盘的支承方式的实际使用情况如说明图3.4.4所示。 2）特点

各种刀盘支承方式的功能特点，也随盾构直径而异，相对比较如下所示。 ①中心支承方式

中心支承方式是用盾构机中央的中心轴支承刀盘的方式，结构简单。因旋转轴只在中央，故开挖刀盘转矩小，又因结构简单，故粘性土附着的危险性小。

刀盘因急曲线施工，需采用滑移结构时，较其它方式容易做到。但因结构上机内空间狭窄，处理巨砾、大卵石等是一大难点。

土砂止水带 土砂止水带 土砂止水带

M M M 轴承 轴承

轴承

中心支承方式 中间支承方式 外周支承方式

说明图3.4.3 刀盘支承方式

泥水加压式 土压平衡式

外周

外周 35 中间 35 中间 中心 中心 30

30 25 25 20 20 15 15

10

10

5 5

0 0

5~5.9 6~6.9 7~7.9 8~8.9 9~9.9 10~11 6~6.9 9~9.9 5~5.9 7~7.9 8~8.9 10~11 盾构外径(m) 盾构外径(m)

说明图3.4.4 刀盘支承方式的实际使用情况

②中间支承方式

中间支承方式是用数根梁臂支承刀盘的方式。可加大刀盘旋转力，主要用于大、中口径的盾构。

③外周支承方式

外周支承方式是用盾构机外周部支承刀盘的方式。该方式机内空间较大，故对于处理巨砾、大卵石等较容易。

该方式刀盘外周部容易发生土砂粘附，故对粘性土需认真研究防止土砂粘附的措施。刀盘支承形状有环状（圆柱形）和方柱状（梁臂形）2种。

3）其它

异形断面盾构均采用适合各自刀盘的支承方式。 3.4.4 刀盘轴承止水带

刀盘轴承止水带必须能保护驱动轴承免遭土砂、地下水、添加剂等的侵入。 【说明】

刀盘轴承止水带的目的是为了保护刀盘轴承免遭土砂、地下水、添加剂等的侵入，并能安全承受压力舱内的泥土压力、地下水压力、泥浆压力、添加剂注入压力。

1）刀盘轴承止水带的安装位置

刀盘轴承止水带的安装位置取决于刀盘支承方式，其位置应在3.4.3刀盘的支承方式的支承部分的刀盘轴承上。（参照说明图3.4.3）

2）刀盘轴承止水带材料

密封材料要求有耐压性、耐磨性、耐油性、耐热性等。由于工作条件极为恶劣，处在土压力和水压力的作用下，故材料使用丁腈橡胶、聚氨基甲酸乙酯橡胶。

刀盘轴承止水带应考虑覆土厚度、地下水位、添加剂注入压力、施工总长等因素，需研究其安装位置、排数、滑动速度、润滑油量、加油压力等条件。

3）刀盘轴承止水带形状

密封形状有单唇形和多唇形，均采用多段组合配置。密封均加注润滑脂或润滑油，以防密封滑动面磨损和土砂等侵入。在高水压力条件下，需研究密封的表面压力上升引起的发热，同时还应研究为减少密封的负担施加支承压力的方法。长距离施工时，则需研究密封和滑动面的耐磨性。在这些较为苛刻的条件下施工，需进行适当的管理，确保耐久性。其中有润滑脂注入压力、注入量的管理，通过排水取样和温度传感器进行的轴承温度管理。

刀盘轴承止水带的形状实例如说明图3.4.5所示。

单唇式止水带（U 形） 单唇式止水带（平形） 多唇式止水带

说明图3.4.5 刀盘轴承止水带的形状

3.4.5 刀盘装备扭矩

刀盘的装备扭矩需根据围岩条件、盾构型式、盾构结构等进行决定。 【说明】

1）刀盘装备扭矩的确定方法

刀盘装备扭矩必须考虑围岩条件、盾构型式、盾构结构、盾构直径来决定。刀盘所需扭矩可认为由下列成分构成。

T n =T1+T2+T3+T4+T5+T6

式中， T n ：刀盘所需扭矩

T 1：土的开挖阻力产生的扭矩

T 2：刀盘和土的摩擦阻力产生的扭矩 T 3：土的搅拌和搅拌阻力产生的扭矩 T 4：轴承阻力产生的扭矩

T 5：轴承密封摩擦阻力产生的扭矩 T 6：减速机的机械损失产生的扭矩 装备扭矩对所需扭矩应有余量。 2）开挖装备扭矩的实际使用情况

开挖装备扭矩可用下式求取，极为方便。 T=α·D3

式中， T ：装备扭矩（KN-m ）

D ：盾构外径（m ） α：扭矩系数

装备扭矩将因盾构直径、土质等因素而异。扭矩系数一般在下列范围内居多。 土压力平衡式 α=8～23 泥水加压式样 α=9～15

铁路隧道上的盾构外径和扭矩系数（α值）的关系如说明图3.4.6所示。然而，按最近开发出来的偏心多轴旋转方式的施工实际使用情况来看，刀盘旋转半径不论多大，扭矩系数（圆形换算）α=6～10即可。

闭胸式（圆形盾构）

4 10 12 6 8

盾构外径（m ）

（1984年～1993年+铁路公团施工（截止1998年））

说明图3.4.6 盾构外径和扭矩系数的关系

α值

3）刀盘驱动方式

刀盘有如下驱动方式。 ①油压马达驱动方式

油压马达驱动方式转速控制、扭矩管理、微调极为简单。 ②电动马达驱动方式

电动马达驱动方式有效率高、隧道内环境好（噪音小、隧道内温度上升小）等特点。还有可通过变频调速器调整转速、可简化刀盘驱动用的动力系统台车等优点。但对微调需认真研究。

③油压千斤顶驱动方式

主要用于摆动开挖等不连续驱动。

3.4.6 刀盘开口

刀盘开口必须考虑围岩条件、开挖面稳定装置和开挖效率来决定其形状、尺寸和配置。 【说明】

1）形状、尺寸

刀盘开口的形状、尺寸需以能够保证刀头开挖下来的围岩土砂能够顺利挤进压力舱内，而不阻塞在刀盘前面为原则设定。另外，其设定还将受到轮辐数量和砾石直径的制约，故需注意。

开口大多为沿轮辐的直线开口。考虑到要取进大块的砾石，也可采用其它形状。

对于砾石层，开口的尺寸一般按预计围岩上会出现的砾石的最大直径决定，但有时考虑到排土设备（泥水加压式盾构的排泥管；土压平衡式盾构的螺旋排土器）的尺寸，也需装备轮式刀盘，让其能在开挖面上破碎砾石，从而限制开口尺寸。

2）开口率

刀盘的开口率取刀盘开口部分的面积除以刀盘面积所得的值，可用下式表示。 ω0=AS /Ar

式中， ω0：开口率

A S ：刀盘开口部分的总面积（刀头的投影面积忽略不计。） A r ：刀盘的面积

泥水加压式盾构时，开口率大多取10%～30%。 土压平衡式盾构时，开口率的范围较宽。

对于胶结粘性土之类的粘附力大的土质，加大开口率开挖为好。

另一方面，坍塌性大的围岩有可能发生土砂过量涌入，故有时也需对开口率进行认真研究，并按需要考虑采用开口开关装置，防止掘进停止时从开口开始的坍塌。

3.4.7 刀头

刀头必须按土质条件决定其形状、材料和配置。 【说明】

刀头安装在刀盘的前面，需按土质条件、掘进距离选择其种类、材料。一般按用途的分类如说明表3.4.1所示。

说明表3.4.1 刀头分类

※：系指开挖围岩所主要使用的刀头。

1）形状

刀头的形状必须按土质，注意其前角和后角（参照说明图3.4.7）。

说明图3.4.7 切削刀的形状

一般对于胶结粘性土，需加大前角、后角；对于砾石层则需减小角度。

对砾石层需采取措施，防止刀片缺损和剥离，有时也往往同时使用轮式刀盘、特殊刀头。 刀头的高度，首先需研究按土质条件和滑动距离估计出来的磨损量、掘进速度，和按刀盘转速、设置位置求出的开挖深度，然后来决定。

刀头的安装方法的实例如说明图3.4.8所示。

长距离施工时，必须考虑滑动距离和土质条件，必须研究刀片和母材等的磨损耐久性，并按需要研究更换方法。

焊接式 螺栓式 插入式

说明图3.4.8切削刀的安装方法(齿形刀片例)

2）材料

刀头的刀片材料，普遍使用《矿山工具专用超硬刀片（JIS M3916）》规定的合金材料，其使用分类

（参照说明表

3.4.2）可分为E1～E5的5类，但盾构上使用的刀片大多使用缺损小的

E5。而长距离施工时，重视耐磨性，使用E3的也较多。

说明表3.4.2 矿山工具专用超硬刀片种类（JIS M3916）

3）配置

刀头的配置必须考虑土质条件、盾构直径、刀盘转速、施工总长等因素来决定。刀头的配置实例如说明图3.4.9所示。

说明图3.4.9 刀头配置实例（泥水加压式）

3.4.8 超挖装置

超挖装置是为提高盾构的操作性而装备的，必须适合土质条件和施工条件，必须能充分发挥超挖功能。

【说明】

超挖装置的代表型式有全面外扩式超挖刀和部分外扩式超挖刀。

设计超挖装置时，必须考虑土质条件、施工条件（尤其对急曲线施工等）和盾构外径与盾构主机长度的关系，才可选择其型式、决定其技术参数。

超挖装置通常均装在刀盘内，需设法让其保持结构简单、动作可靠。另外，为了得到足够的超挖能力，围岩的开挖刀尖需按照刀头的选择方法选择。

1）全面外扩式超挖刀

刀尖由刀盘向盾构外侧外伸，可在盾构的全周进行一定量的超挖（参照说明图3.4.10（a ））。 刀尖的外伸，有的利用油压调整，有的则将最外周的固定刀头固定在一定的位置上。 2）部分外扩式超挖刀

和全面外扩式超挖刀一样，刀尖由刀盘向盾构外侧外伸，但可进行任意范围的超挖（参照说明图3.4.10(b)。

刀尖的外伸一般利用油压进行。在刀盘的旋转中心设置旋转接头，即便在刀盘正在旋转时也可进行部分外扩式超挖刀的伸缩操作。因此，旋转接头的型状、结构需考虑气密性和坚固性的需要来决定。

盾构外径 盾构外径

扩挖范围

(b) 部分外扩式超挖刀 (a) 全面外扩式超挖刀

说明图3.4.10 扩挖范围

部分外扩式超挖刀的超挖量和超挖范围应在便于确认和调整的范围内。

部分外扩式超挖刀的行程和刀盘旋转力矩较大时，会有较大的开挖阻力作用于部分外扩式超挖刀上，故需对强度加以认真研究。

3.5 推进装置

3.5.1 总推力

盾构的总推力必须考虑各种推进阻力的总和所需的余量来决定。 【说明】

推进阻力由下列成分构成。

①盾构外周表面和土的摩擦阻力、或粘附阻力（F 1） ②伴随推进所出现的切口环刀尖顶端的贯入阻力（F 2） ③开挖面正面阻力（闭胸式盾构则为压力舱内的压力）（F 3）

④变向阻力（曲线施工、蛇曲施工、变向所需的稳定器和刀形板的阻力等）（F 4） ⑤盾尾的管片和壳板的摩擦阻力（F 5） ⑥后方台车的牵引阻力（F 6）

上述各种推进阻力的总和（ΣF ）如下式所示。应用时，必须仔细斟酌每个机械型式的推进阻力的构成成分并考虑所需余量来决定。对于闭胸式盾构一般不考虑②伴随推进所出现的切口环刀尖顶端的贯入阻力（F 2）和④变向阻力（F 4）。

ΣF=F1+ F2+ F3+ F4+ F5+ F6

⎧μπD 0LP m +W

F 1=⎨1

⎩c πD 0L

F 2=ι·t ·K p ·P m F 3=Pf (πD 02/4) F 4=R·S F 5=μ2·G 1 F 6=μ·G 2

式中，

()

砂质土 粘性土

μ1：钢和土的摩擦系数

μ2：钢和钢、或钢和混凝土的摩擦系数 μ3：车轮和铁轨的摩擦系数 D 0：盾构外径 L ：盾构机长度 W ：盾构机重量 G 1：管片重量 G 2：后方台车重量

P m ：作用于盾构的平均土压力

P f ：开挖面正面压力（作用于隔板上的土压力、泥浆压力等） C ：粘附力

K p ：被动土压力系数

R ：土抗力（承载力、被动土压力等）

ι：开挖面周长

T ：刀尖贯入厚度

S ：抗力板的推进方向投影面积

盾构千斤顶的装备推力的实际使用情况如说明图3.5.1所示。

（土压平衡式） （泥水加压式）

5 6 7 9 10 11 8 5 6 7 9 10 11

盾构外径（m ） m ） 盾构外径（

（1984年～1993年+铁路公团施工（截止1998年））

说明图3.5.1 盾构千斤顶的装备推力实际使用情况

装备推力（K N ）

装备推力（K N ）

3.5.2 盾构千斤顶的选择和配置

盾构千斤顶的选择和配置应考虑盾构的操作、管片的装配等施工性来决定。 【说明】

选择、配置盾构时，必须注意下列事项。 1）千斤顶选择

①千斤顶应使用高油压压力，努力设法使其结构紧凑。由于目前所使用的油压泵、阀门配管等的关系，油压为30,000～40,000KN/m2。 ②千斤顶类应重量轻、耐久性好、易于维护和更换。 ③千斤顶类选择时应考虑可以转作他用。 2）千斤顶配置

①千斤顶类应接近盾构壳板的内侧，以等间隔配置在其圆周上，需设法使其给管片全周施加均衡荷载。但根据土质及其它条件，有时也不得不作不等间隔配置。

②千斤顶装备时应使推进轴与盾构轴线平行。为防止转动，有时也往往将部分千斤顶作斜向配置。此时，有弯曲荷载作用于活塞杆上，故需注意。 3）千斤顶数量

每根千斤顶的推力和数量应考虑盾构外径、总推力、管片的结构和隧道线路的关系来决定。一般在铁路隧道上，每根盾构千斤顶的装备推力为1,000～4,000KN 。盾构千斤顶的数量的实际使用情况如说明图3.5.2所示，而每根千斤顶的装备推力的实际使用情况则如说明图3.5.3所示。

（泥水加压式） （土压平衡式）

50

30 20

10 0 0

5 6 7 8

9 10 11 5 6 7 8 9 10 11

盾构外径（m ） 盾构外径（m ）

说明图3.5.2 盾构千斤顶的数量的实际使用情况

（土压平衡式） （泥水加压式）

0 5 9 10 11 5 9 10 11

（1984年～1993年+铁路公团施工（截止1998年））

说明图3.5.3 每根盾构千斤顶的装备推力的实际使用情况

4）压力垫

①在盾构千斤顶的活塞杆上设置压力垫。盾构千斤顶的压力垫的结构特点在于利用销钉接头、球面接头等与盾构千斤顶连接，推力可均衡地分布在管片的端面上。压力垫的详图实例见说明图3.5.4。 压力垫滑履安装销钉

管片

氨基甲酸乙酯板 盾构千斤顶

该结构的特点在于利用球面，压

力垫作自由移动，管片可密合。

千斤顶数量（根）

说明图3.5.4 压力垫详图实例

②管片中心和千斤顶中心偏心时，一般认为会有偏荷载作用于管片端部，会发生管片开裂、缺损、纵肋变形等损坏。为防止管片损坏，需如说明图3.5.5所示，让千斤顶中心

（K N ）千斤顶推力

（K N ）千斤顶推力 千斤顶数量（根）

和压力垫中心偏心，让均衡的千斤顶反力作用于管片。尤其装备了中折装置的盾构机，由于安装位置的关系，千斤顶中心和管片中心偏心者居多，故需注意

③压力垫决定其大小，需考虑不得有局部过大的力作用于管片上。

④对于有些管片材料，为保护管片端面，压力垫的与管片接触的面需施加橡胶等衬面。

盾尾止水带

说明图3.5.5 盾构千斤顶和压力垫的偏心设置实例

3.5.3 盾构千斤顶行程

盾构千斤顶行程必须以管片宽度加上管片组装作业等时所需余量之和决定其大小。

【说明】

行程余量为盾尾内组装管片所需，对于盾构的曲线施工，也必须有足够的行程长度。 径向插入型K 管片时，盾构千斤顶的行程取管片宽度加上管片组装作业等时所需余量100～150mm 所得之长度。而轴向插入型K 管片时，则因相对于隧道轴向有一定插入角度，K 管片将置于滑向开挖面一侧的位置上，沿隧道轴向插入，故较径向插入型K 管片需更大的余量。

轴向插入型K 管片的插入图如说明图3.5.6所示，盾构千斤顶行程如说明图3.5.7所示。

说明图3.5.6 K 管片插入图（轴向插入型）

轴向插入型管片插入余量：X 说明图3.5.7 盾构千斤顶行程（轴向插入型）

3.5.4 盾构千斤顶的工作速度

盾构千斤顶的工作速度必须考虑掘进速度和施工效率来决定。

【说明】

千斤顶的工作速度一般需考虑螺旋排土器和排土处理设备等的开挖土处理能力之间的平衡来决定，通常为20～60mm/min左右。考虑到高速掘进，有时也取100mm/min。

为提高施工效率，尽量加快千斤顶的返回速度，有时也往往装备返回专用油压系统。