日本微型盾構(gòu)的研制現(xiàn)狀

1、日本微型盾構(gòu)的研制現(xiàn)狀考慮到農(nóng)村市場需求,GC65G型挖溝機為機械傳動驅(qū)動方式,手動換擋,維修較為方便;回填時,人工推動回填鏟,調(diào)整定位銷的位置即可,操作十分簡單.挖溝臂為可更換的結(jié)構(gòu)形式,更換伸縮臂及鏈鏟,可以適應不同的溝型要求.3.4其它GC65G型挖溝機充分考慮工作的可靠性對于挖淘鏈鏟,采用特殊材料和工藝制造,壽命大大提高.為防止過載,傳動系統(tǒng)加設安全離合器,保護傳動系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)件.GC65G型挖溝機改變(減小)溝形尺寸,可挖掘大于3級硬度的土壤與挖掘機相比,挖溝機只適用于挖窄溝,不能挖掘太寬的淘形(對于大型鏈鏟式挖溝機,一般小于1l5m),并且不能隨意變換溝形;挖溝機不能轉(zhuǎn)小彎作業(yè);中小

2、型挖溝機一般不能將挖出的土直接卸到運輸車輛上;挖淘機不能在較大的橫坡上作業(yè)(但現(xiàn)在有的挖溝機能自動調(diào)整橫向水平)GC65G型挖溝機可用于一般的電纜鋪設,農(nóng)田水利等開溝回填工程,并可恢復拖拉機功能,是通用性較強的新型工程設備.(收稿日期:2000-92-29)r,J)/,)一b日jIct曩西南交通大學Tlf于蘭英i摘要本文介紹盾構(gòu)機械的分類,分析微型盾構(gòu)機械的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù),提出微型盾構(gòu)開發(fā)的方法與步驟.一關(guān)鍵詞:盾構(gòu)機械微型盾構(gòu)盾構(gòu)法施工,-1盾構(gòu)的發(fā)展簡況l818年,針對如何穿越英國倫敦泰晤士河,法國工程師布魯諾爾(M.I_Brune1)提出盾構(gòu)法施工方案,引起當時工程界極大關(guān)注而方案的具體

3、實施,卻是在7年后的1825年.用的是寬11.4m,高6.8m的馬蹄形盾構(gòu)施工,工期長達18年.此后,用盾構(gòu)機械的盾構(gòu)法施工成為一種新的施工方法,先后在英,美,法,德,蘇等國家逐步發(fā)展起來.迄今盾構(gòu)機械施工已是-f成熟的地下工程施工技術(shù),成為大多數(shù)地下通道,管道工程施工所首選的常規(guī)技術(shù)方法.當今盾構(gòu)機械用得最廣泛,品種最多,技術(shù)較先進的是日本.日本有川崎重工,日本鋼管,日立工程機械,2000(6)造船,三井造船,日立建機,三菱重工,小松等多家工業(yè)企業(yè)集團,因其國內(nèi)國外地下施工的需要,根據(jù)不同的地質(zhì)條件和工程要求,競相設計制造各種結(jié)構(gòu)形式的盾構(gòu)其中,川崎重工在建造大型盾構(gòu)上處于技術(shù)領先地位,而日

4、本鋼管(NKK)卻在建造微型盾構(gòu)的技術(shù)上,占優(yōu)勢地位.我國上海隧道公司在20世紀60年代率先采用盾構(gòu)技術(shù)完成地下工程施工.有1963年3月的上海塘橋隧道4.16m的試驗洞,開挖72m;1965年l2月的5.78m的上海地鐵工程,兩臺開挖2×600m;1966年l2月的10.22m的上海打浦路穿越黃浦江的過江車道,開挖1324m.從上海的具體地層情況出發(fā)均為網(wǎng)格式擠壓盾構(gòu).我們統(tǒng)計,到20世紀末,我國盾構(gòu)施工的工程不超過5O一3一產(chǎn)品?結(jié)構(gòu)項,盾構(gòu)不超過70臺,而3m以F的微型盾構(gòu)幾乎沒有.因此,車文著重分析日本,尤其是NKK的微型盾構(gòu).2盾構(gòu)機械的分類與結(jié)構(gòu)盾構(gòu)機械(ShieldMa

5、chine,ShieldTBM)簡稱盾構(gòu),是在軟土和軟巖地層(淤泥,粘土,卵石等)中進行地下工程作業(yè)的工程機械許多資料稱盾構(gòu)機械(ShieldMachine)為盾構(gòu)掘進機(ShieldTunnelingMachine),因為盾構(gòu)與掘進機兩者之間難于嚴格界定.應該指出,兩者作業(yè)于不同的地層或圍巖之巾,而就掘進機自身而言,又有開式與護盾式之分,我們認為,為避免混淆,還是分開較好.有主支撐的,無論有無護盾,有無推進千斤頂,均為掘進機;只利用液壓千斤頂頂向襯砌環(huán)實現(xiàn)推進的,為盾構(gòu).盾構(gòu)機械按其直徑可分為大,中,小和微型盾構(gòu),我們進行了大致的分類,如表1.表I直徑(m)4.33<&

6、lt;55<<7>7型號微型小型中型大型這樣分類,是考慮中型主要用于城市地鐵,大型主要用于地下通道.此外,將微型盾構(gòu)獨立出來,有助于促進微型盾構(gòu)的開發(fā),以利于各種地下管道施工廣泛采用盾構(gòu)技術(shù).無論何種尺寸型號的盾構(gòu),均可分為三類.2.1土壓平衡式(EarthPressureBalancedType或ControlledSoilPressureType)土壓平衡盾構(gòu)是將切下的土先留在封閉的土倉內(nèi),利用土屑的塑性流動減小士體壓力,排土則用螺旋輸送機.具體分為:土壓式適用卜切F的土本身即具有塑性流動性,如軟粘土,泥渣等.泥t壓式亦稱加泥式.當土屑為砂質(zhì)土時,

7、內(nèi)摩擦大,塑性流動困難.為此,應從刀盤前方注入加泥材料使土壓保持平衡.泥L加壓式把和刀盤同時旋轉(zhuǎn)的攪拌葉板置于盾構(gòu)殼內(nèi),進一步提高泥材和土屑的混合效果.圖1為泥土加壓式微型盾構(gòu)的結(jié)構(gòu).由圖1可見,泥土加壓盾構(gòu)由盾殼,刀盤及其驅(qū)動裝置,螺旋輸送機5,盾構(gòu)推進裝置,砌塊安裝器7,盾尾密封裝置等主要部件組成.刀盤按照其支承方式,又可分為如圖l所示的中心支承式,周邊支承式和中間支承式三種.而螺旋輸送機則有無中心軸和有中心軸之分,后者給螺旋以較高的強度,前者則使排土更為流暢.2.2泥水加壓式(PressurizedSlarryType或MadPresseBalancedType)是將加壓泥水注入被隔板封

8、閉的倉內(nèi).利用膨潤土泥水的特性,減弱刀片上的土壓,穩(wěn)定刀片的工作狀態(tài),并通過循環(huán)的泥水,把土屑隨泥漿圖11.刀盤2.中心刀(通稱魚尾FishTail)3盾尾密封7.砌塊安裝器8.鉸接千斤頂l4.人孔15裝刀槽.4q>2780m泥土加壓盾構(gòu)刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機4.盾構(gòu)推進千斤頂5.螺旋輸送機69攪拌葉板10擴孔刀11刀架12.土壓計13注渡E1工程機械,2000(6)圖23330lllm泥水加壓盾構(gòu)1盤2瞄巖坍塌探測裝置3圍巖探針4刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電動機5盾構(gòu)推進干斤頂6泥水供人管7泥水排出管8砌塊安裝器9盾尾l0.攪拌器ll擴孔刀12滑動式縫隙開香裝置13.人孔送出此方法適用的土質(zhì)范圍

9、相當廣圖2為小型泥水加壓式盾構(gòu)由圖2可見,泥永加壓盾構(gòu)是經(jīng)泥水管道將切下的士隨泥漿帶到地表該方法在地表需設置一容積相當大的沉淀池,以及一套強有力的泥漿液流泵送系統(tǒng),而前者在現(xiàn)代的大城市是難提供的這就是上海市近4O年里,主要采用擠壓盾構(gòu)與土壓平衡盾構(gòu),只有1994年修建延安東路復線過黃浦江隧道用的是日本泥水加壓盾構(gòu)的主要原因.圖2中,滑動式縫隙開臺裝置如圖3所示.此裝置用以調(diào)節(jié)進土縫的開臺,用液壓缸使開合板沿雙導柱滑動,因此,有足夠的剛度且滑動靈話.3碎石盾構(gòu)碎石盾構(gòu)有碎石用泥土壓式盾構(gòu)(圖4)與碎石圖3滑動式縫隙開臺裝置用泥水加壓式盾構(gòu)之分.在碎石盾構(gòu)的刀盤上,除了一般具備的切刀外,還裝有滾刀

10、.因此,英文資料中常稱之為MixedFaceShield或MixedShield盾構(gòu)在碎石,卵石層中掘進最為艱難.切刀,滾刀既要耐磨,又要耐沖擊負荷.切下的石塊最好固42270m皿碎石盾構(gòu)1滾刀2刀盤3定位滾刀4刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動液壓馬達5.盾構(gòu)推進千斤頂6螺旋輸送機7.盾尾密封8砌塊安裝器9旋轉(zhuǎn)支承軸承J0.注液口工程機械,2000(6)一5一產(chǎn)品?結(jié)構(gòu)是原寸排出,以免除或減少因破碎石塊引起的功率損耗與刀具磨損但石塊人小不一,大塊必須擊碎才能順利排出因此,碎石盾構(gòu)的主要特點是具有強有力的刀盤與刀具.因此.它是介于盾構(gòu)與掘進機之間的設備.上述三大類盾構(gòu)均為密封型此外,還有擠壓盾構(gòu),也屬密型與密封型相

11、對應的,還有開放型,開放型又分:(1)人力挖掘開式(ManualOpenTypeJ(2j半機械挖掘斌(SemimechanicalType)(3)機械挖掘式(MechanicalType)3微型盾構(gòu)分析以盾構(gòu)尺寸大小區(qū)分,可將不同尺寸的盾構(gòu)分為人,中,小微型.圓形斷面的盾構(gòu)殼體制造方便,相同的斷面面積時周界長度最短,推進時的阻力最小,埋于地F時承載力大,又可以方便地裝以圓形切削刀盤,町實現(xiàn)全斷面連續(xù)切削,效率高,有利于提高工程進度等.因此,絕大部分盾構(gòu)為圓形斷面,而馬蹄形,矩形斷面,只是在特殊的或不得已的情況F才采用.方形斷面,斷面好利用,但存在死角,需另行處理.可見,圓形斷面的盾構(gòu)最為普遍,

12、而盾構(gòu)大小最重要的參數(shù),可用斷面直徑D來衡量.盾構(gòu)對城市地下工程,特別是市政供排水,電纜管道建設有著重要的意義.就日本鋼管(NKK)而言,在近2O年中,接受訂貨,總共制造丫389臺盾構(gòu).其中D<2500mm的微型盾構(gòu)就有178臺,占總數(shù)的46%.我國的盾構(gòu)使用較步,處在起步階段,微型盾構(gòu)更少.盾構(gòu)在地下管道建設時,其中最主要的是要考慮施工進度,而盾構(gòu)的推進是以村砌作為支承提供反力的,也就不宜栗用就地灌注混凝土,因其需等待初凝強度,應盡量采用預制砌塊安裝法.盾構(gòu)設計應系列化,系列主參數(shù)宜定位為砌塊外徑對微型盾構(gòu)而言,我們認為,此值可考慮定:1800,l9002000,2150,23

13、50,2550,2750,2950mm.這樣有利于砌塊的設計制造通用化在一般情況下,盾構(gòu)外徑在上述數(shù)值基礎上加120130mm,即注漿層厚度為60-65mm.因盾構(gòu)多屬一次性使用,在特殊情況下,可在制造時調(diào)整盾構(gòu)外徑(或砌塊內(nèi)徑)以滿足工程設計對襯砌的強度要求,但調(diào)幅很小NKK在微型盾構(gòu)設計中,刀盤驅(qū)動大多數(shù)采用液壓馬達(所統(tǒng)計的178臺中有147臺,占83),只有21臺用電動機驅(qū)動,另有1O臺則為無刀盤式盾構(gòu).這是因為微型盾構(gòu)尺寸小,空間小,應盡量采用尺寸小的液壓馬達,又可無級調(diào)速,且可與推進液壓缸共用液壓源通常情況下,微型盾構(gòu)的推進力,由812臺每臺推進力為600800kN的液壓缸推進,特

14、殊情況再作調(diào)整而刀盤力矩的變化幅度也很大,取決于穿過的土層盾構(gòu)在地下推進時,雖可根據(jù)設計要求沿曲線穿行,但曲率半徑不宜過小,以利于平緩的轉(zhuǎn)向但固城市地上建筑物林立,常迫使盾構(gòu)沿曲率半徑小于100m的曲線行進,給盾構(gòu)的推進帶來困難.當曲率半徑小于100m時,宜采用前后盾鉸接式盾構(gòu),用以提高其靈敏度,減少超挖.鉸接擺角從3.8.不等盾構(gòu)在地下的埋深,可以小到23m,也可以大到30-40m,視具體情況而定.微型盾構(gòu)不宜太小.如襯砌塊外徑小于1800mm,此時不但各部件擠滿在殼體內(nèi)腔中,而且會造成砌塊運入拆裝保養(yǎng),通風供氧和作業(yè)人員難以站立等困難小于此直徑時,應用頂管法取代.盾構(gòu),特別是各種密封型盾構(gòu),有的刀盤還裝有出縫可調(diào)可開閉裝置,可以保證作業(yè)面的穩(wěn)定.也可在螺旋輸送機出土口上裝有保壓裝置每臺盾構(gòu)可掘進數(shù)百米,必要時可掘進兩千米以上.微型盾構(gòu)作業(yè)時,損壞的刀具更換困難,應合理地規(guī)定它的掘進長度.刀具磨損超限,可在前方加井換刀,或采用后裝式刀,這又使