盾构机doc.docx
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盾构机doc.docx
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盾构机doc
盾构机的大体工作原理
盾构机的大体工作原理确实是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推动边对土壤进行挖掘。
该圆柱体组件的壳体即护盾,它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用,经受周围土层的压力,有时还经受地下水压和将地下水挡在外面。
挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。
据了解,采纳盾构法施工的掘进量占京城地铁施工总量的45%,目前共有17台盾构机为地铁建设效劳。
尽管盾构机本钱昂贵,但可将地铁暗挖功效提高8到10倍,而且在施工进程中,地面上不用大面积拆迁,不阻断交通,施工无噪音,地面不沉降,不阻碍居民的正常生活。
只是,大型盾构机技术附加值高、制造工艺复杂,国际上只有欧美和日本的几家企业能够研制生产。
盾构机依照工作原理一样分为手掘式盾构,挤压式盾构,半机械式盾构(局部气压、全局气压),机械式盾构(开胸式切削盾构,气压式盾构,泥水加压盾构,土压平稳盾构,混合型盾构,异型盾构)。
用在穿黄工程的盾构机确实是泥水加压平稳盾构机。
泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(一样为膨润土悬浮液)来稳固开挖面,其刀盘后面有一个密封隔板,与开挖面之间形成泥水室,里面充满了泥浆,开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂,经分离后泥浆重复利用。
土压平稳式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳固开挖面的介质,刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室,刀盘旋转开挖使泥土料增加,再由螺旋输料器旋转将土料运出,泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调剂。
盾构机,全名叫盾构隧道掘进机,是一种隧道掘进的专用工程机械,现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体,具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能,涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、操纵、测量等多门学科技术,而且要依照不同的地质进行“量文体衣”式的设计制造,靠得住性要求极高。
盾构掘进机已普遍用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候阻碍、开挖时可操纵地面沉降、减少对地面建筑物的阻碍和在水下开挖时不阻碍水面交通等特点,在隧洞洞线较长、埋深较大的情形下,用盾构机施工更为经济合理。
盾构机的大体工作原理确实是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推动边对土壤进行挖掘。
该圆柱体组件的壳体即护盾,它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用,经受周围土层的压力,有时还经受地下水压和将地下水挡在外面。
挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。
据了解,采纳盾构法施工的掘进量占京城地铁施工总量的45%,目前共有17台盾构机为地铁建设效劳。
尽管盾构机本钱昂贵,但可将地铁暗挖功效提高8到10倍,而且在施工进程中,地面上不用大面积拆迁,不阻断交通,施工无噪音,地面不沉降,不阻碍居民的正常生活。
只是,大型盾构机技术附加值高、制造工艺复杂,国际上只有欧美和日本的几家企业能够研制生产。
盾构机依照工作原理一样分为手掘式盾构,挤压式盾构,半机械式盾构(局部气压、全局气压),机械式盾构(开胸式切削盾构,气压式盾构,泥水加压盾构,土压平稳盾构,混合型盾构,异型盾构)。
泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(一样为膨润土悬浮液)来稳固开挖面,其刀盘后面有一个密封隔板,与开挖面之间形成泥水室,里面充满了泥浆,开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂,经分离后泥浆重复利用。
土压平稳式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳固开挖面的介质,刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室,刀盘旋转开挖使泥土料增加,再由螺旋输料器旋转将土料运出,泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调剂。
依照盾构机不同的分类,盾构开挖方式可分为:
放开式、机械切削式、网格式和挤压式等。
为了减少盾构施工对地层的扰动,可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层,然后在切口内进行土体开挖与运输。
a.放开式开挖
手掘式及半机械式盾构均为半放开式开挖,这种方式适于地地质条件较好,开挖面在掘进中能维持稳固或在有辅助方法是能维持稳固的情形,其开挖一样是从顶部开始逐层向下挖掘。
假设土层较差,还可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。
采纳放开式开挖,处置孤立障碍物、纠偏、超挖均为其它方式容易。
为尽可能减少对地层的扰动,要适当操纵超挖量与暴露时刻。
b.机械切削式开挖
指与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘开挖方式。
依照地质条件的好坏,大刀盘可分为刀架间无封板及有封板两种。
刀架间无封板适用于土质较好的条件。
大刀盘开挖方式,在弯道施工或纠偏是不如放开式开挖便于超挖。
另外,清除障碍物也不如放开式开挖。
利用大刀盘的盾构,机械构造复杂,消耗动力较大。
目前国内外较先进的泥水加压盾构、土压平稳盾构,均采纳这种开挖方式。
c.网格式开挖
采纳网格式开挖,开挖面由网格梁与格板分成许多格子。
开挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而产生的。
当盾构推动是,土体就从格子里挤出来。
依照土的性质,调剂网格的开孔面积。
采纳网格式开挖时,在所有千斤顶缩回后,会产生较大的盾构后退现象,致使地表沉降,因此,在施工务必采取有效方法,避免盾构后退。
d.挤压式开挖
全挤压式和局部挤压式开挖,由于不出土或只部份出土,对地层有较大的扰动,在施工轴线时,应尽可能躲开地面建筑物。
局部挤压时施工时,要精心操纵出土量,以减少和操纵地表变形。
全挤压式施工时,盾构把周围必然范围内的土体挤密实。
盾构机问世至今已有近180年的历史,其始于英国,进展于日本、德国。
近30年来,通过对土压平稳式、泥水式盾构机中的关键技术,如盾构机的有效密封,确保开挖面的稳固、操纵地表隆起及塌陷在规定范围之内,刀具的利用寿命和在密封条件下的刀具改换,对一些恶劣地质如高水压条件的处置技术等方面的探讨和研究解决,使盾构机有了专门快的进展。
盾构机尤其是土压平稳式和泥水式盾构机在日本由于经济的快速进展及实际工程的需要进展专门快。
德国的盾构机技术也有独到的地方,尤其是在地下施工进程中,保证密封的前提和高达气压的情形下改换刀盘上的刀具,从而提高盾构机的一次掘进长度。
德国还开发了在密封条件下,从大直径刀盘内侧常压空间内改换被磨损的刀具。
盾构机的选型原那么是因地制宜,尽可能提高机械化程度,减少对环境的阻碍。
参与沈阳地铁工作的盾构机名为开拓者号,总长为米,盾构部份米,重量为420吨,其工作误差不超过几毫米。
倘佯于外滩,开阔的黄浦江从身畔缓缓流过,各色洋建筑的独特风格呈现眼前:
哥特式的尖顶、古希腊式的穹窿、巴洛克式的廊柱、西班牙式的阳台……
但是,车水马龙的路面交通横跨其中,分割了整体景观。
为了更大限度地表现外滩的历史文化风貌特色,分流外滩过境车辆,上海外滩通道工程启动。
这条为2020年世界博览大会效劳的外滩通道,采纳直径米的土压平稳盾构进行掘进。
隧道建设者--上海隧道工程股分,同时又是盾构掘进机的制造者,他们把这台盾构自豪地称为:
"献给世博的中国自豪"。
因为,这台盾构是上海隧道股分制造和利用的最大直径土压平稳盾构,更是中国迄今为止利用的最大直径土压平稳盾构。
国内大直径隧道大体都选用大直径泥水平稳盾构,为何外滩通道工程垂青于大直径土压平稳盾构?
这还要从外滩通道工程的先天不足和土压平稳盾构的后天优势提及。
带着"镣铐"跳舞--工程的"先天不足"
外滩通道是上海市"三纵三横"交通中三纵东线的组成部份。
建造外滩地下通道的目的是解决外滩的交通拥堵问题,分流三纵东线外滩的过境车辆,效劳上海世博会交通。
建成后将是一条双层双向的小车专用地下道路。
整个外滩通道工程从中山南路老太平弄至吴淞路、武进路,以福州路接收井为界,分为南段与北段。
北段工程南起福州路工作井,北至吴淞路、武进路,其中天潼路到福州路的区段采纳盾构法施工。
该盾构掘进段共长1098米,从天潼路工作井始发,沿线从地下穿越诸多上海的标志性建筑,如浦江饭馆、上海大厦,还将从外白渡桥下穿过苏州河,再从中山东一路下方穿过,最终抵达福州路工作井。
外滩防汛墙和承载百年历史的"万国建筑群"紧贴隧道轴线。
要在逼仄的上海核心区域建造一条大直径隧道,同时要爱惜好周边建筑,还要把对环境的阻碍降到最低,这就比如带着"镣铐"跳舞。
工程人员必需利用"最有限"的资源与各类"限制"周旋,建造一条既能有效分流交通,又能还外滩景观于民的优质隧道。
正是出于这一考虑,工程采纳了米的土压平稳盾构。
揉入古典风格的"现代舞"--盾构的后天优势
所谓土压平稳盾构,是指盾构在推力的作用下,刀盘切削土体,通过调剂螺旋机的转速操纵土舱的排土量,达到土舱与开挖面的土压力动态平稳。
这是目前国际、国内隧道施工的主力机型,它跳的是"现代舞",又继承了传统特色,揉入了"古典风格"。
与泥水平稳盾构相较,土压平稳盾构具有以下优势:
针对工程的浅覆土,土压平稳更易操纵开挖面稳固;
针对地域的局限,土压平稳盾构比泥水盾构施工占地更少;
针对泥水分离系统的价钱昂贵,土压平稳盾构价钱低廉;
如需切削钢筋混凝土板桩,土压平稳盾构螺旋机比泥水盾构更便于排渣。
另外,隧道长度适中,便于土压平稳盾构施工。
与以往用于地铁施工的土压平稳盾构相较,大直径土压平稳盾构又有不同:
大直径土压平稳盾构配备有固定式和可改换式的土压传感器;
螺旋机采纳无级调速设计,能精准计量出土,确保动态压力平稳成效;
充分考虑开挖面增加致使进入土舱的土体体积增大,增加了刀盘、隔舱处的注入口数量,通过加注泡沫或膨润土来改良土体,增强了土体改良成效;
在土仓中心区域增加多个搅拌机,进一步改善了中心区域的土体的流塑性……
大盾构带来大挑战
第一是大--这次施工第一次制造和利用了中国最大直径米土压平稳盾构。
该盾构全长80多米,整体重量约3600多吨,其部件多数属于超长、超宽、超高、超重类型。
第二是难--上海隧道股分碰到了众多世界级难题。
直径盾构壳体超大。
该壳体直径为米,国内不具有相配套的金加工设备。
上海隧道股分自主设计制造了专用车削设备--多功能铣加工设备,不仅节约了大量资金,更缩短了工期。
场地和起吊限制。
驱动装置重达415吨,被分解成多个部件运输到工地现场进行安装。
由于场地有限和起吊能力限制,所有驱动五大件都是先吊运至井下再进行安装,在井下进行组装后再整体翻身。
刀盘驱动装置采纳电机驱动,其最大扭矩达69418KN/M,轴承的寿命可达10000小时。
大刀盘总重达300多吨,单体中心块最大重量为200多吨;与以往平面刀盘装置不同,该刀盘面采纳了锥面设计,大大增加了加工的难度和精度操纵;采纳振动式退火,排除内应力,不仅节约了本钱,而且大大节省了时刻;螺旋输送机直径近2米,总重量约100多吨,是目前利用的最大直径和最大重量的螺旋机。
盾尾密封装置第一次全数采纳耐磨的不锈钢材质,具有不易侵蚀、密封性好的特点,有助于盾构长距离推动。
拼装机装置采纳真空吸盘夹取管片的结构形式,提高了拼装机夹取大重量管片的平安性。
第一次实现吸盘拆卸功能,能够同时知足不同尺寸的管片和钢管片的不同拼装需要。
具有6自由度操纵,打破了以往只能进行别离调剂拼装机的局限。
大直径土压平稳盾构研发的以后
据上海隧道股分的专家介绍说,大直径土压平稳盾构的合作制造,填补了相关配套技术--超大质量盾构部件制造、组装和调试上的空白,为中国大直径土压平稳盾构技术积存了宝贵体会,同时为上海隧道股分土压平稳盾构进一步改良提供了依据和指导。
如:
该盾构驱动装置采纳电机驱动,对一样采纳电机驱动的D型土压平稳盾构改良提供了有利借鉴。
另一方面,大直径土压平稳盾构施工为以后在闹市区内进行大直径隧道建设提供了体会。
从1960年代开始,上海隧道工程股分就在盾构研制和技术创新上投入了大量的人力和物力,并于2004年研发成功具有完全自主知识产权的国产地铁盾构"先行号"。
自行研发、自主设计、部件选型,上海隧道股分把握了地铁盾构制造的核心技术,取得2006年度上海市科技进步一等奖,"先行号"被列入2006年度的国家重点新产品打算。
在2007年国际工业展览会上,取得银奖第一名。
大直径土压平稳盾构的制造,是上海隧道股分继国产地铁盾构后,在中国地下工程重大装备开发领域迈出的又一大步。
有识人士以为,抓住目前中国大直径隧道的庞大市场和良好进展机缘,通过合作制造加速体会积存,把握核心技术,从而加速研发国产大直径土压平稳盾构,形成国产盾构产品系列化,不仅加速提升中国掘进机制造业的自主创新能力与核心竞争力,而且对增进国家的工业化和城市化进程,高效、环保和平安地开发利用地下空间,实现可持续进展和构建和谐社会,都具有重要的战略意义,必将产生更为庞大的经济效益和社会效益。
时刻:
2020-08-2111:
30:
57|文章来源:
中国机械网
倘佯于外滩,开阔的黄浦江从身畔缓缓流过,各色洋建筑的独特风格呈现眼前:
哥特式的尖顶、古希腊式的穹窿、巴洛克式的廊柱、西班牙式的阳台…… 但是,车水马龙的路面交通横跨其中,分割了整体景观。
为了更大限度地表现外滩的历史文化风貌特色,分流外滩过境车辆,上海外滩通道工程启动。
这条为2020年世界博览大会效劳的外滩通道,采纳直径米的土压平稳盾构进行掘进。
隧道建设者--上海隧道工程股分,同时又是盾构掘进机的制造者,他们把这台盾构自豪地称为:
"献给世博的中国自豪"。
因为,这台盾构是上海隧道股分制造和利用的最大直径土压平稳盾构,更是中国迄今为止利用的最大直径土压平稳盾构。
国内大直径隧道大体都选用大直径泥水平稳盾构,为何外滩通道工程垂青于大直径土压平稳盾构?
这还要从外滩通道工程的先天不足和土压平稳盾构的后天优势提及。
带着"镣铐"跳舞--工程的"先天不足"
外滩通道是上海市"三纵三横"交通中三纵东线的组成部份。
建造外滩地下通道的目的是解决外滩的交通拥堵问题,分流三纵东线外滩的过境车辆,效劳上海世博会交通。
建成后将是一条双层双向的小车专用地下道路。
整个外滩通道工程从中山南路老太平弄至吴淞路、武进路,以福州路接收井为界,分为南段与北段。
北段工程南起福州路工作井,北至吴淞路、武进路,其中天潼路到福州路的区段采纳盾构法施工。
该盾构掘进段共长1098米,从天潼路工作井始发,沿线从地下穿越诸多上海的标志性建筑,如浦江饭馆、上海大厦,还将从外白渡桥下穿过苏州河,再从中山东一路下方穿过,最终抵达福州路工作井。
外滩防汛墙和承载百年历史的"万国建筑群"紧贴隧道轴线。
要在逼仄的上海核心区域建造一条大直径隧道,同时要爱惜好周边建筑,还要把对环境的阻碍降到最低,这就比如带着"镣铐"跳舞。
工程人员必需利用"最有限"的资源与各类"限制"周旋,建造一条既能有效分流交通,又能还外滩景观于民的优质隧道。
正是出于这一考虑,工程采纳了米的土压平稳盾构。
揉入古典风格的"现代舞"--盾构的后天优势
所谓土压平稳盾构,是指盾构在推力的作用下,刀盘切削土体,通过调剂螺旋机的转速操纵土舱的排土量,达到土舱与开挖面的土压力动态平稳。
这是目前国际、国内隧道施工的主力机型,它跳的是"现代舞",又继承了传统特色,揉入了"古典风格"。
与泥水平稳盾构相较,土压平稳盾构具有以下优势:
针对工程的浅覆土,土压平稳更易操纵开挖面稳固;
针对地域的局限,土压平稳盾构比泥水盾构施工占地更少;
针对泥水分离系统的价钱昂贵,土压平稳盾构价钱低廉;
如需切削钢筋混凝土板桩,土压平稳盾构螺旋机比泥水盾构更便于排渣。
另外,隧道长度适中,便于土压平稳盾构施工。
与以往用于地铁施工的土压平稳盾构相较,大直径土压平稳盾构又有不同:
大直径土压平稳盾构配备有固定式和可改换式的土压传感器;
螺旋机采纳无级调速设计,能精准计量出土,确保动态压力平稳成效;
充分考虑开挖面增加致使进入土舱的土体体积增大,增加了刀盘、隔舱处的注入口数量,通过加注泡沫或膨润土来改良土体,增强了土体改良成效;
在土仓中心区域增加多个搅拌机,进一步改善了中心区域的土体的流塑性……
大盾构带来大挑战
第一是大--这次施工第一次制造和利用了中国最大直径米土压平稳盾构。
该盾构全长80多米,整体重量约3600多吨,其部件多数属于超长、超宽、超高、超重类型。
第二是难--上海隧道股分碰到了众多世界级难题。
直径盾构壳体超大。
该壳体直径为米,国内不具有相配套的金加工设备。
上海隧道股分自主设计制造了专用车削设备--多功能铣加工设备,不仅节约了大量资金,更缩短了工期。
场地和起吊限制。
驱动装置重达415吨,被分解成多个部件运输到工地现场进行安装。
由于场地有限和起吊能力限制,所有驱动五大件都是先吊运至井下再进行安装,在井下进行组装后再整体翻身。
刀盘驱动装置采纳电机驱动,其最大扭矩达69418KN/M,轴承的寿命可达10000小时。
大刀盘总重达300多吨,单体中心块最大重量为200多吨;与以往平面刀盘装置不同,该刀盘面采纳了锥面设计,大大增加了加工的难度和精度操纵;采纳振动式退火,排除内应力,不仅节约了本钱,而且大大节省了时刻;螺旋输送机直径近2米,总重量约100多吨,是目前利用的最大直径和最大重量的螺旋机。
盾尾密封装置第一次全数采纳耐磨的不锈钢材质,具有不易侵蚀、密封性好的特点,有助于盾构长距离推动。
拼装机装置采纳真空吸盘夹取管片的结构形式,提高了拼装机夹取大重量管片的平安性。
第一次实现吸盘拆卸功能,能够同时知足不同尺寸的管片和钢管片的不同拼装需要。
具有6自由度操纵,打破了以往只能进行别离调剂拼装机的局限。
大直径土压平稳盾构研发的以后
据上海隧道股分的专家介绍说,大直径土压平稳盾构的合作制造,填补了相关配套技术--超大质量盾构部件制造、组装和调试上的空白,为中国大直径土压平稳盾构技术积存了宝贵体会,同时为上海隧道股分土压平稳盾构进一步改良提供了依据和指导。
如:
该盾构驱动装置采纳电机驱动,对一样采纳电机驱动的D型土压平稳盾构改良提供了有利借鉴。
另一方面,大直径土压平稳盾构施工为以后在闹市区内进行大直径隧道建设提供了体会。
从1960年代开始,上海隧道工程股分就在盾构研制和技术创新上投入了大量的人力和物力,并于2004年研发成功具有完全自主知识产权的国产地铁盾构"先行号"。
自行研发、自主设计、部件选型,上海隧道股分把握了地铁盾构制造的核心技术,取得2006年度上海市科技进步一等奖,"先行号"被列入2006年度的国家重点新产品打算。
在2007年国际工业展览会上,取得银奖第一名。
大直径土压平稳盾构的制造,是上海隧道股分继国产地铁盾构后,在中国地下工程重大装备开发领域迈出的又一大步。
有识人士以为,抓住目前中国大直径隧道的庞大市场和良好进展机缘,通过合作制造加速体会积存,把握核心技术,从而加速研发国产大直径土压平稳盾构,形成国产盾构产品系列化,不仅加速提升中国掘进机制造业的自主创新能力与核心竞争力,而且对增进国家的工业化和城市化进程,高效、环保和平安地开发利用地下空间,实现可持续进展和构建和谐社会,都具有重要的战略意义,必将产生更为庞大的经济效益和社会效益。
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