盾构机组成详解及安装调试、施工技术关键技术(附盾构组装动画).ppt
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地铁盾构机械组成详解及安装调试xx集团有限公司盾构科研所,第一章盾构施工发展历史,前言进入21世纪,世界经济的迅猛发展加速了城市化建设。
随着城市密集度的提高和高层建筑的不断增加,地面可利用空间越来越少,而地下又布满了各种用途的管线,所以,如何更有效利用和创造地下空间已成为当今城市现代化建没的重要课题,采用盾构法来开发地下空间则是一种最佳选择。
城市化建设带动了社会文明的发展,人文自然景观留在地面。
而发电厂、储存库、安全区、管道、隧道等地下都市设施都建在地下,采用盾构施工技术掘进隧道的方法也得到了不断的完善。
基础设施密集的大都市中心区利用率较高,大都市中心区的基础设施和较高的利用率的地区,对创造地下空间提出了更多更高的要求,大深度、长距离、狭空间隧道开挖技术的开发和利用是决定现代都市可持续发展的重要因素。
第1节盾构法隧道的起源,1802年,英国采矿工程师阿贝尔马蒂厄提出修建英吉利海峡隧道的计划,设计从英法两岸用一种有掩体结构的挖掘机修筑隧道(图12),每侧各挖掘18.7km,最后在瓦恩班克浅滩对接贯通。
他建议在海峡地下通道的中间设计一个人工岛,隧道的照明由油灯提供而烟囱将提供通风。
1803年法国工程师布鲁诺尔完善了构思,注册了专利(图13)布鲁诺尔构想的盾构机械内部结构由不同的单元格组成,每一个单元格可容纳一个工人独立工作并对工人起到保护作用。
采用的方法是将所有的单元格牢靠地装在盾壳上。
当时设计了两种施工方法,一种是当一段隧道挖完后整个盾壳由液压千斤顶借助后靠向前推进;另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。
第一种施工方法被采用,并得到推广应用,演变为成熟的盾构法,目前所有的封闭式盾构都是基于这种方法。
此后,布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系数,设计成用全断面螺旋式开挖的封闭式盾壳,衬砌紧随其后的方式(图1-4)。
第2节国外盾构机的发展,1825年,盾构机首次使用;1830年,使用气压的半机械式盾构;1840年,能够壁后注浆的机械式盾构;1865年,圆形挤压式盾构;1866年,莫尔顿申清“盾构”专利盾构最初称为小筒(cell)或圆筒(cylinder),在莫尔顿专利中第一次使用了“盾构”(shield)这一术语;18251911年,为世界早期盾构法隧道发展时期。
1917年,日本引进盾构施工技术,是欧美国家以外第一个引进盾构法的国家。
1966年,泥水加压盾构问世;1974年,土压平衡盾构EPB;1976年,铰接式盾构;19861988年,双圆、多圆断面盾构MF;1993年,球体盾构、扩径盾构;,第3节国内盾构隧道的发展,1962年2月,中国上海市城建局隧道处开始塘桥试验隧道工程:
采用直径为4.16m的一台普通敞胸盾构,在两种有代表性的地层下进行掘进试验,用降水或气压来稳定粉砂层及软粘土地层。
在经过反复的论证和地面试验之后,选用由螺栓连接的钢筋混疑土管片作为隧道衬彻,环氧煤焦油作为接缝防水材料试验获得成功,并采集了大量盾构法隧道数据资。
1966年,上海打浦路隧道(手掘式盾构);1984年,上海地铁一号线(网格式盾构);1994年,上海延安东路南线隧道(土压平衡式盾构);1995年,广州地铁采用适合软硬岩交互地层的混(复合型盾构);1997年,秦岭隧道中铁18局TBMWirthAG(TB850/1000E);1999年,黄河万家寨双护盾(Robbins180型);2003年,上海地铁杨浦线(泥水平衡式盾构)2005年,上海隧道股份863计划直径6.34m国产自主知识产权盾构2005年,上海上中路隧道、沪崇苏隧道直径14.80m、15.43m泥水盾构。
2009年,中铁隧道股份863计划直径6.39m国产自主知识产权盾构。
第4节盾构机简介,集团公司共计有11台,其中1)桥隧公司:
共计6台。
分别于2005年2月和4月,从德国海瑞克公司采购S-283和S-284土压平衡式盾构机2台,用于南京地铁二号线04标和天津地铁二号线10标;2008年2月和4月,从德国海瑞克公司采购S-425和S-426复合式土压平衡盾构机2台,用于南京地铁一号线南延线TA05标;2008年8月和9月,从德国海瑞克公司采购S-477和S-478泥水加压式盾构机2台,用于广佛地铁施工4标;,2)铁科公司:
共计2台。
2008年7月,从日本小松公司采购TM614PMX土压平衡式盾构机2台,用于西安快速轨道交通2号线施工;3)四公司:
共计3台。
2009年10月从日本日立公司采购TS6150BI土压平衡式盾构机3台,用于北京地铁6号线施工;,第5节已承揽的盾构施工工程介绍,截止到2010年3月1日,桥隧公司共承揽7个盾构施工项目,合计工程量20943.75米,已完成17907.482米;未完成3036.268米。
1)天津地铁二号线第十合同段项目:
本标段盾构区间包括【红星路站靖江路站】盾构区间、【靖江路站翠阜新村站】2个盾构区间,盾构区间设计总长度为2879.81米。
采用1台盾构机掘进,目前已全部完成施工;2)天津地铁二号线第九合同段项目:
本标段盾构区间包括【红星路站新开路站】盾构区间、【新开路站天津站】2个盾构区间,盾构区间设计总长度为3286.241米。
采用2台盾构机掘进。
目前已完成【红星路站新开路站】区间1968.023米隧道掘进;,3)南京地铁二号线TA04标项目本标段盾构区间为【中和村站元通站】,盾构区间设计总长度2885.301米,使用1台盾构机掘进,目前已完成掘进;4)南京地铁一号线南延线TA05标项目本标段盾构区间为【岔路口站南京南站】,盾构区间设计总长度4104.608米,采用2台复合式盾构机掘进,目前已完成掘进;5)广佛线施工4标本标段盾构区间包括【祖庙普君北路站】、【普君北路站朝安站】、【朝安站桂城站】3个盾构区间,盾构区间设计总长度为4960.027米,使用2台泥水式盾构机掘进,目前已完成掘进;6)南京地铁一号线东延线TA01标项目本标段盾构区间为【马群站紫金山站】,盾构区间设计总长1152.665米,使用1台盾构机掘进,目前已完成掘进;7)苏州地铁一号线I-TS-09标项目本标段盾构区间为【广济路站-养育巷站】,【养育巷站-人民路站】盾构区间,设计总长1675.098米,使用1台盾构机掘进,目前已开始掘进;,第二章盾构机的分类,1、按照平衡开挖面的方式A、插板式B、挤压网格式C、土压平衡式D、泥水加压式E、加泥式/加水式,2、按照机械化程度A、人工B、机械化C、全自动化3、按照施工过程中的运输方式A、皮带传送B、泥浆泵C、手工挖小车推4、按照掌子面敞开程度A、全敞口B、半敞口C、全封闭(面板式、幅条式)5、断面形式A、单圆B、双圆C、三圆D、矩形E、球形,第三章盾构机介绍,目前国内常用的盾构机主要分为三种:
1)土压平衡式盾构机2)泥水加压式盾构机3)土压平衡加泥式盾构机按照盾构机制造厂家主要分为3个地区:
1)日本(小松,川崎,日立等厂家)2)欧洲(德国海瑞克,维尔特等厂家)3)北美(罗宾斯)按照国内管片尺寸,盾构机分为2种尺寸:
外径6.2米管片,盾构机刀盘尺寸一般在6.35米-6.4米(主要在上海及长三角地区使用,以及天津等)外径6米管片,盾构机刀盘尺寸一般在6.14-6.25米(主要在北京,西安,郑州,武汉,广州,南昌,长沙,广东地区等),刀盘,前盾,中盾,盾尾,通风系统,车架1,连接桥,车架2,车架3,车架4,车架5,第1节土压平衡式盾构机简介,德国海瑞克公司土压平衡式盾构机,型号为EPB6390,其最大直径为6.39m,总长77m,总重量约406t,总配置功率1013kW,最大掘进扭矩5300kNm,最大推进力为30000kN,最大掘进速度可达8cm/分钟,最小水平转弯半径250m。
本盾构机采用西门子公司的S7-400PLC自动控制系统控制,配备了机电一体化的液压驱动系统、同步注浆设备、泡沫设备、膨润土设备、管片拼装设备、隧道激光导向设备等,并可在地面监控室对盾构机的掘进进行实时监控。
1)土压平衡式盾构机的工作原理及工艺流程工作原理,土压平衡式盾构机是利用安装在盾构机最前面的全断面切削刀盘,在刀盘扭矩力和推进油缸推力的作用下,将盾构机向前推进。
随着推进油缸的向前推进,刀盘持续旋转,将正面的土体切削下来通过刀盘上的开口,进入到刀盘后面的土仓内,通过配备的泡沫、膨润土系统对充满土仓的切削土体进行改良,形成具有流动性的膏状,土体。
并使仓内具有适当的压力与开挖面的土压力和水压压力平衡,以减少盾构推进对地层土体的扰动,从而控制地表沉降。
与此同时,安装在土仓下面的螺旋输送机进行连续排土作业,螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上,后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中,再通过竖井运至地面。
盾构机掘进一环的距离后,拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片,使隧道一次成型。
土压平衡式盾构施工工艺流程图,2)盾构机的组成,刀盘,前盾,中盾,盾尾,通风系统,车架1,连接桥,车架2,车架3,车架4,车架5,盾构机主要以下系统组成,分别是推进及铰接系统、刀盘及驱动系统、管片拼装系统、排土系统、同步注浆系统、泡沫及膨润土系统、集中润滑系统、盾尾密封系统、水冷却系统、工业用气系统、土仓保压系统、电气及中央控制系统、数据采集系统、SLS-T隧道激光导向系统,这些系统分别安装在盾构机的盾体和车架上。
下面分别介绍如下:
盾体:
盾体是由刀盘、前盾、中盾和盾尾通过螺栓连接组成的。
刀盘直径6.39m,前盾,中盾,盾尾的外径分别是6.39m、6.38m、6.37m。
刀盘,前盾,中盾,盾尾,刀盘,刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体,位于盾构机的最前部,用于切削土体。
刀盘的开口率约为28,刀盘直径6.39m,也是盾构机上直径最大的部分。
刀盘驱动可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现02.51转/分钟的无级变速。
前盾,前盾的外型像一个圆筒,在其内部安装有用于支撑刀盘主驱动装置和螺旋输送机的钢结构。
排土系统中的螺旋输送机的安放位置是向上并与水平轴线有一个角度,一直延伸到盾尾,直到皮带运输机。
在前盾中还安装有土仓保压系统的人行闸,它的作用是当掘进过程中刀具磨损,工作人员进入到土仓检察及更换刀具时,要使用人行闸。
联接螺旋输送机,联接人闸,中盾,前盾和中盾用螺栓固定,并焊接在一起。
在中盾安装有推进系统的32个推进油缸,以及起连接盾尾作用的14个铰接油缸(这种铰接连接可以使盾构机易于转向)。
推进油缸,铰接油缸,盾尾,盾尾的外型像一个圆筒,它通过14个铰接油缸与中盾连接起来。
在盾尾中集成有注浆系统管路,给管片环形间隙用浆液注浆。
盾尾刷,管片拼装机,在盾尾里还安装有管片拼装机系统。
管片拼装机是用来拼装管片的设备,拼装手可以使用有线的或遥控的控制器操作管片拼装机,在盾尾的保护下,用来拼装管片。
我们采用的是1.2m长的通用管片,一环管片由六块管片组成,它们是三个标准块、两块临接块和一块封顶块。
管片拼装机,排土机构,在盾体中还安装有排土机构,主要包括螺旋输送机和皮带输送机。
碴土由螺旋输送机从土仓中运输到皮带输送机上,皮带输送机再将碴土向后运输至台车的尾部,落入等候的碴土车的土箱中,土箱装满后,由电瓶车牵引沿轨道运至竖井,龙门吊将土箱吊至地面,并倒人碴土坑中。
车架部分,电气部件、液压部件、注浆设备、泡沫设备、膨润土设备、循环水设备及通风设备等。
盾构机的车架部分主要由以下几部分组成:
连接桥、五节车架及其上面安装的盾构机操作所需的操作室、,连接桥,在其下部安装有管片运输设备,包括管片输送车、运送管片的电动吊车的连接桥轨道。
1车架,安装有盾构机的中央操作室、注浆设备、运送管片的电动吊车。
盾构机中央操作室中有盾构机操作控制台、控制电脑、盾构机PLC自动控制系统、VMT隧道掘进激光导向系统电脑及螺旋输送机后部出土口监视器。
盾构机操作室的作用是用来操作盾构机,实现盾构机的各种功能。
注浆设备主要包括两个注浆泵、浆液箱及管线。
盾构机掘进时,注浆泵泵出的浆液被同步注入隧道管片与土层之间的环隙中,
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