元盾集团出原土、免注浆型管道盾构机选型及施工设备方案

一、方案前言

出原土、免注浆型管道盾构机是元盾集团自主研发的非开挖管道施工装备，核心特点为开挖原土直接排出，取消泥水平衡顶管机和原始土压平衡顶管机同步注浆工序，省去注浆系统、泥浆处理系统，简化施工流程，降低材料、人工与环保处置成本，适用于供水、供热、燃气、雨污管网、油气管道等地下非开挖工程 。

本方案围绕地质条件、工程参数、环境约束、工期成本、设备配置、风险控制，阐述如何选型、设备配置及施工配套要求，为项目设备选型提供技术依据。

二、出原土、免注浆型管道盾构机核心技术原理

本设备属于土压平衡类管道盾构机，依靠刀盘切削土体，土仓内保持土压平衡控制掌子面稳定，切削下来的原状土体经皮带输送、螺旋输送机直接外运，不需要同步注浆填充管环间隙，依靠土体自稳与设备姿态控制实现隧道成型；无泥浆循环，无注浆站、浆液制备等配套设施，大幅简化现场布置。

核心优势：

1. 省去同步注浆工序，工期提升50%以上，节约注浆材料、搅拌、泵送设备投入；

2. 无泥浆废水，环保性好，适合城区、农田、生态保护区施工；

3. 设备系统简单，故障点少，维护工作量低；

4. 可适配黏土、粉质黏土、砂土、风化岩、戈壁卵石、回填杂土等多种地层。

局限性：高富水大涌砂、高承压水、流砂地层不建议选用，此类地层土体难以自稳，易出现涌水涌砂、地表沉降失控风险，需优先选用泥水平衡盾构或改良注浆工艺。

三、选型核心判定条件（如何判断项目是否适合选用）

1、地质水文条件（选型**要素）

✅适合选用原土免注浆管道盾构机：

1. 黏性土、粉质黏土、粉土、中粗砂（地下水位不高）、强‑中风化岩层、戈壁卵石、回填杂土、建筑垃圾地层；地层土体具备一定自稳能力，地下水不剧烈涌水，地层渗透系数适中。

2. 岩石单轴抗压强度≤30MPa，可选用岩石型出原土、免注浆型管道盾构机；遇到大粒径孤石需配置破碎刀盘结构。

❌不适合选用：

1. 高承压水、富水流砂、大涌水地层；

2. 松散无自稳的流塑淤泥、极易坍塌地层；

以上工况建议采取地层预加固后再评估使用。

2、工程设计参数

1. 管道外径：元盾牌出原土、免注浆型管道盾构机，可覆盖0.8‑8m管径，根据设计管道外径确定盾构机开挖直径，预留管节安装间隙。

2. 掘进长度：适合中长距离顶管，元盾已有800米以上长距离贯通工程案例；超长距离需校核主驱动扭矩、推力、刀盘**配置 。

3. 埋深：覆土厚度满足土体自稳要求，浅埋、地表沉降敏感区域需要加强姿态监测与土压管控。

4. 线路线型：直线、小曲率曲线；需要配置铰接系统，满足纠偏转弯需求。

3、周边环境条件

1. 城区下穿道路、既有管线、建筑物：优先评估地表沉降控制要求；出原土、免注浆依靠土压平衡控制沉降，周边建构筑物密集区域，需要加强监测，必要时局部预加固。

2. 环保要求高区域（农田、河道、生态区）：优先选用，无泥浆、无注浆废料，环保优势突出。

3. 施工场地：工作井场地有限，不需要布置注浆站、泥浆循环池，对场地面积要求更低。

4、工期与经济性对比

对比项： 原土免注浆管道盾构 传统同步注浆土压盾构

配套系统 ：无注浆系统、无泥浆处理 需注浆站、浆液搅拌、泵送系统

施工工期： 工序少，进尺效率高 增加注浆工序，占用工期

工程成本： 节约注浆材料、人工、泥浆处置费用 注浆材料、设备、泥浆处理成本高

环保： 原土外运，无泥浆废水 产生大量泥浆废渣需要处置

选型决策：当地质条件满足适用范围，项目追求缩短工期、控制造价、环保施工，优先选择出原土、免注浆型管道盾构机。若地质为高富水流沙，则放弃该机型。

四、设备配置方案（元盾原土免注浆管道盾构机）

1、主机核心配置

1. 刀盘系统

- 软土：面板式刀盘，合理开口率，防堵结构；

- 卵石、风化岩：加强**刀盘，配置滚刀、截齿，抗冲击结构；

- 遇到回填杂土、建筑垃圾，配置破碎刀具，防止卡刀堵仓。

2. 主驱动系统：大扭矩驱动，预留扭矩富余，应对硬土、卵石地层脱困需求。

3. 土仓及螺旋输送机：土压实时监测，螺旋机实现原土连续排出，保证土仓压力稳定，控制掌子面稳定。

4. 铰接机构：具备铰接纠偏，适应曲线顶进，控制掘进姿态。

5. 导向系统：激光导向，实时监测轴线偏差，实现毫米级纠偏控制，保证管道线形** 。

6. 盾体密封系统：盾尾密封，防止地下水、土体涌入；原土免注浆虽然不做同步注浆，但盾尾密封仍必须保证完好。

2、配套辅助设备

1. 后配套：皮带出渣系统、渣土转运装置、动力控制柜、液压系统；

2. 始发接收：工作井基座、后背支撑、洞门密封装置；

3. 监测系统：地表沉降监测、土仓压力、推力、扭矩、姿态实时采集；

4. 供电系统：大功率施工供电；

重点：不需要同步注浆泵、浆液搅拌罐、注浆管路系统。

3、机型定制选型

- 普通土层：标准原土免注浆管道盾构；

- 卵石、戈壁、风化岩地层：岩石加强型原土免注浆盾构，强化刀具**、主驱动扭矩；

- 长距离掘进：加强主驱动、**部件，优化出渣系统；

- 小曲线转弯：增加铰接行程，优化纠偏能力。

五、选型评估流程（项目实操步骤）

1. 收集工程资料：管道管径、长度、埋深、线路曲线、勘察地质水文报告、周边建构筑物、环保要求；

2. 初步判定：是否满足原土免注浆适用地质条件，排除高富水流沙等不适用地层；

3. 技术经济对比：对比出原土免注浆、传统注浆土压盾构、泥水平衡盾构，对比工期、造价、环保；

4. 确定设备规格：确定开挖直径，根据地质选择刀盘配置（软土/卵石/岩石加强型）；

5. 设备定制：元盾集团根据项目工况定制刀盘、驱动、铰接、导向系统；

6. 编制专项施工方案，明确掘进参数、监测方案、应急预案；

7. 设备进场调试，开展施工。

六、总结

出原土、免注浆管道盾构机是元盾集团特色技术装备，是一种复合机型，适配全国大部分地质条件。在黏土、粉质土、风化岩、戈壁卵石、回填土，地下水不剧烈涌水的项目，选用该机型可以实现降本增效、绿色施工；