大刀盘电机驱动土压平衡顶管机Word格式.doc
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2、结构特点
⑴大刀盘无面板,由3~4根辐条或加强杆(圈板)与轴套构成,幅条前面根据不同土质设置不同切削刀头,辐条后面设置数根搅拌棒,能对密封土仓中的切削土进行不断地搅拌,使仓内土体具有很好的塑性、流动性与止水性,使土顺利地排出;
刀盘中心有三角鱼尾形切削刀,在辐条上和刀盘中心处设有注浆孔;
⑵大刀盘采用中心支承,无大轴承;
⑶应用国产行星齿轮减速器和离合器的动力传递结构,整个刀盘驱动装置传动效率高、噪声小、发热低、安装和维护简单,工作可靠;
⑷采用电动机驱动、无中心轴的螺旋输送机出土口设在端面,形成较长的土塞,可以输送一定尺寸的石块或砾石;
⑸在前壳体的前半部装有隔仓板(其上设置注浆管和土压计),把前壳体分成密封土仓和动力仓,大刀盘驱动装置设在隔仓板中间,下部安装螺旋输送机;
⑹后壳体的左侧安放纠偏油缸液压动力站、电器柜与润滑油脂泵,右侧安放操纵台;
⑺出洞施工时不需液压动力设备的二次转换工艺,整套设备结构简单、施工方便、可靠性好。
3、顶管机的工作原理
先由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进,同时刀盘旋转切削土体,切削下的土体进入密封土仓与螺旋输送机并被挤压,形成一定的土压;
再通过螺旋输送机的旋转,输送出切削的土体。
通过控制螺旋输送机的出土量或顶管机前进速度,来控制密封土仓内的土压力值,使此土压力与切削面前方的静止土压力和地下水压力保持平衡,从而保证开挖面的稳定,防止地面的沉降和隆起。
由于大刀盘无面板,其开口率接近100%,所以在隔仓板上的土压计所测得的土压力就近似于掘削面的土压力。
根据顶管机开挖面的不同地层特性,通过向刀盘正面和土仓内加入清水、粘土(或膨润土)、各种配比与浓度的泥浆或发泡剂等添加材料,使一般难以施工的硬粘土、砂土、含水砂土和砂砾土改变成具有塑性、流动性与止水性的泥状土,不仅能被螺旋输送机顺利排出,还能顶住开挖面上的土压力和地下水压力,保持刀盘前面的土体稳定。
若增加刀盘的驱动动力和变换刀盘体,还能在强风化、中风化砂岩与泥岩中掘进施工。
所以,这种顶管机对土层的适应性强,能用于易坍塌的含水砂层以及混有卵石的砂砾层等各种地层。
4、顶管机的技术参数
表1列出了日本大刀盘电机驱动土压平衡顶管机的技术参数,表2为国内几种典型大刀盘电机驱动土压平衡顶管机的技术参数表。
表1日本大刀盘电机驱动的土压平衡顶管机技术参数
公称
直径
外形尺寸
φD×
L
(mm)
全长
L0
力矩(kN.m)
回转数
(r/min)
动力
(kW×
set×
V)
纠偏油缸
(kN×
st×
set)
液压工作站
螺旋输送机动力
通过粒径(mm)
排土量
(m3/h)
50Hz
60Hz
有轴
无轴
φ1200
1460×
2900
3500
91
76
2.40
2.88
7.5×
3×
400
270×
50×
8
3.7×
2.2×
115
200
5.5
6.6
φ1350
1630×
3900
133
111
2.19
2.63
4×
420×
120
230
7.0
8.5
φ1500
1810×
3150
4150
176
147
1.83
11×
450×
φ1650
1980×
4300
234
195
550×
145
260
12.
14.5
φ1800
2150×
4000
296
246
1.45
1.74
630×
100×
12.0
15.3
φ2000
2375×
406
337
1.32
1.59
5×
750×
15×
175
325
12.7
17.0
φ2200
2610×
3180
4250
545
453
1.18
1.42
6×
12
14.0
φ2400
2840×
636
530
1.01
1.21
φ2600
3070×
833
694
0.90
1.10
7×
1000×
5.5×
18.5×
φ2800
3300×
4600
980
820
0.77
0.92
表2国内几种典型大刀盘电机驱动土压平衡顶管机的技术参数
项目
1400机型
1650机型
1800机型
2200机型
3000机型
掘进机外径(mm)
1440
2050
2220
2660
3540
刀盘转矩(kN.m)
57.7
131.3
157
267
665.4
刀盘转矩系数
2.1
1.5
1.46
刀盘转速(r/min)
3.14
2.9
2.4
1.93
1.95
螺旋输送机外径mm
-
320
400
螺旋输送机输送量(m3/min)
0.067
0.4
纠偏油缸顶力(kN)
390
1000
纠偏油缸数量(台)
4
最大纠偏角(º
)
2
纠偏灵敏度
0.91
1.26
三、顶管机的应用
1、广东汕头市输水工程
大刀盘电机驱动的土压平衡顶管机顶进一条穿越汕头市主干道(金沙东路)的长为58m、外径为
1400mm的输水钢管。
管道顶进地层为砂土(以中砂为主,还含有一些直径为10~14mm的贝壳),地下水位在地表0.5m以下,管顶覆土厚3.3m,且有较复杂的地下管线要保护。
施工采用了半摇控式Ф1400mm土压平衡顶管机,在13天内完成了58m的顶程,地面沉降量在0~10mm。
2、上海合流污水治理一期工程
在第一台大刀盘电机驱动的Ф1400mm土压平衡顶管机应用成功的基础上,于1994年研制了第二
台大刀盘电机驱动的Ф1650mm土压平衡顶管机。
该机采用定速出土、变速顶进的土压平衡施工技术,应用于上海合流污水治理一期工程2.8标段施工,顶进距离157.8m,安全穿越了简陋房屋,达到了地面沉降小、方向控制好的施工效果。
3、其它工程
相继开发的Ф1800mm、Ф3000mm~Ф2000mm系列大刀盘电机驱动土压平衡顶管机,分别应用于
上海、北京、天津、西安、浙江、江苏、安徽、湖北、河南、广东等地区的市政工程地下管道的施工,顶管机穿过的土层有淤泥、粘土、粉砂土、砂土、砂砾土、强风化砂岩与中风化砂岩。
在某市天然气管道(过黄河)工程中,顶进管道为钢筋混凝土管节,管道内径为1650mm,顶程约320m,管底埋深约20m,穿过地层为泥质砂岩、泥岩。
四、结语
大刀盘电机驱动的土压平衡顶管机在我国得到了较广泛的应用,为充分发挥土压平衡顶管机操作简单、施工方便、土层适应广的优势,在砂土、砂砾土、强风化砂岩或中风化砂岩地层中使用时,应提高顶管机的动力参数、主轴密封的寿命和与砂土接触的结构件(包括刀具)的耐磨性,并保证润滑系统的正常工作;
同时,应加强施工管理,完善施工工艺,根据不同土质向刀盘正面和土仓内加入不同配比与浓度的添加材料;
还可应用管道泵送输土设备与技术,进一步提高顶管施工效率。
参考文献
1、胡胜利,乔世珊.泥水式盾构机.建筑机械,2000,(4):
21~25.
2、程骁,潘国庆.盾构施工技术.上海科学技术出版社,1990.
3、上海市政工程志.上海社会科学出版社,1998.
4、上海市政局科技成果汇编.1990~1998.
5、余彬泉.Ф1400DK式掘进机的设计与使用.上海市政工程,1992,(4):
40~42.
6、顶管机产品样本.日本RASA工业株式会社.
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- 大刀 电机 驱动 压平 衡顶管机