盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用

*第一講《大型施工機(jī)械》——盾構(gòu)機(jī)部分

盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用主講：郭京波教授*目錄一、全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)二、盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展三、泥水加壓平衡盾構(gòu)及應(yīng)用四、土壓平衡盾構(gòu)及應(yīng)用*一、全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)采用了類似機(jī)器人的技術(shù)，是集機(jī)、電、液、光、氣、水、信息于一體的隧道施工成套專用設(shè)備。具有自動化程度高、對交通和周圍地層影響小、有利于環(huán)境保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。隧道掘進(jìn)機(jī)的地質(zhì)針對性非常強(qiáng)，一般來說，用于巖石地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱為TBM，用于軟土地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱為盾構(gòu)。1掘進(jìn)機(jī)分類*****TBM硬巖掘進(jìn)機(jī)：

雙護(hù)盾*2盾構(gòu)與TBM的區(qū)別TBM是“TunnelBoringMachine”的英文縮寫，一般指全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)，通常定義中的TBM是以巖石地層為掘進(jìn)對象，不具備泥水壓、土壓等維護(hù)掌子面穩(wěn)定的功能。盾構(gòu)施工主要由穩(wěn)定開挖面、掘進(jìn)及排土、管片襯砌及壁后注漿三大要素組成。其中開挖面的穩(wěn)定方法是其工作原理的主要方面，也是盾構(gòu)區(qū)別于TBM及比TBM復(fù)雜的主要方面。*盾構(gòu)，用于軟土隧道暗挖施工，具有金屬外殼，殼內(nèi)裝有整機(jī)及輔助設(shè)備，在其掩護(hù)下進(jìn)行土體開挖、土碴排運(yùn)、整機(jī)推進(jìn)和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成形的機(jī)械。**1世界盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展1818年MarcIsambardBrunel獲得隧道盾構(gòu)法施工的專利，在1825年到1843年間首次使用盾構(gòu)在倫敦的泰晤士河下修建了一條河底隧道，初步證明盾構(gòu)法隧道施工的價值。1830年由勞德考克讓施（LordCochrance）發(fā)明了施加壓縮空氣防止涌水的“氣壓法”。1874年格雷蒙特（JamesHenryGreathead）在倫敦地鐵南線的隧道建設(shè)中采用了氣壓盾構(gòu)法的施工工藝，并首創(chuàng)了在盾尾后面的襯砌外圍環(huán)形空隙中壓漿的施工方法，并開發(fā)了用流體支撐開挖面的盾構(gòu)，開挖出的棄土以泥水流的方式排出。1896年Haag在柏林第一次申請了德國泥水式盾構(gòu)的專利，形成了現(xiàn)代泥水式盾構(gòu)的雛形，推動了盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展。二、盾構(gòu)機(jī)發(fā)展*20世紀(jì)初，盾構(gòu)施工法在英、美、德、俄、法、日等國推廣。1917年日本開始在鐵羽越線的折返段隧道施工中引進(jìn)盾構(gòu)法。1938年正式在國鐵關(guān)門隧道應(yīng)用盾構(gòu)法施工，為日本盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1967年由英國提出的泥水加壓系統(tǒng)在日本得到了實(shí)施，日本研制成功第一臺有切削刀盤、水力出土的泥水加壓式盾構(gòu)（直徑為3.1m）。1974年日本獨(dú)創(chuàng)性地研制成功土壓平衡盾構(gòu)，同時德國Wayss&Freytag也研制成功頗具特點(diǎn)的膨潤土懸浮液支撐開挖面的泥水平衡盾構(gòu)。之后，盾構(gòu)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，已成功應(yīng)用于各種公路隧道、地鐵隧道、引水隧道以及市政公用設(shè)施隧道等。二、盾構(gòu)機(jī)發(fā)展*2我國盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展1953年東北阜新煤礦用手掘式盾構(gòu)修建直徑為2.6m的疏水巷道，但是由于受這一時期我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的限制，盾構(gòu)技術(shù)一直沒有受到足夠的重視，盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展非常緩慢，應(yīng)用也相當(dāng)有限。直到1985年以后，隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，各種地下工程的需求與日俱增，我國開始引進(jìn)和研制全斷面閉胸式盾構(gòu)，我國開始現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著城市化進(jìn)程的加快，城市地下空間的進(jìn)一步利用，對環(huán)境保護(hù)和施工質(zhì)量要求相對較高的城市地鐵隧道的需求越來越大，為了滿足這一需求，我國開始大規(guī)模地引進(jìn)、應(yīng)用國際先進(jìn)的盾構(gòu)施工技術(shù)和設(shè)備。

二、盾構(gòu)機(jī)發(fā)展*小結(jié)盾構(gòu)作為一種安全、快速的隧道掘進(jìn)機(jī)械，經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：一是以Brunel盾構(gòu)為代表的手掘式盾構(gòu)；二是以機(jī)械式、氣壓式、網(wǎng)格式盾構(gòu)為代表的第二代盾構(gòu)；三是以閉胸式盾構(gòu)為代表（泥水式、土壓式）的第三代盾構(gòu)；四是以大直徑、大推力、大扭矩、高智能化、多樣化為特色的第四代盾構(gòu)。二、盾構(gòu)機(jī)發(fā)展*目前，應(yīng)用最廣的是泥水盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)。◆手掘式盾構(gòu)◆半機(jī)械式盾構(gòu)◆網(wǎng)格式盾構(gòu)

**三、泥水平衡盾構(gòu)泥水加壓平衡盾構(gòu)（slurrypressurebalanceshield），簡稱SPB盾構(gòu)。是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，與刀盤之間形成泥水倉,開挖面的穩(wěn)定是將泥漿送入泥水倉內(nèi)，在開挖面上用泥漿形成不透水的泥膜，通過該泥膜的張力保持水壓力，以平衡作用于開挖面的土壓力和水壓力。開挖的土砂以泥漿形式輸送到地面，通過泥水處理設(shè)備進(jìn)行分離，分離后的泥水進(jìn)行質(zhì)量調(diào)整，再輸送到開挖面。**1結(jié)構(gòu)原理◆泥水盾構(gòu)有兩種體系。泥水盾構(gòu)根據(jù)泥水倉構(gòu)造形式和對泥漿壓力的控制方式的不同，泥水盾構(gòu)分為:直接控制型間接控制型*直接翁控制蘋型泥重水盾抖構(gòu)日本一似般采用直接控瓦制型泥水盾著構(gòu)●直接里控制袍型泥水系君統(tǒng)流程馬如下：幸送泥泵蘇從地面盤泥漿池伍將新鮮菊泥漿輸送入盾構(gòu)墾泥水倉奔，與開俗挖泥土察進(jìn)行混磨合，形禾成稠泥讀漿，然探后由排脫泥泵輸潑送到地答面泥水列分離處秤理站，哀經(jīng)分離維后排除確土碴，鋤而稀泥棗漿流向削調(diào)漿池惰，再對春泥漿密驚度和濃市度進(jìn)行絡(luò)調(diào)整后氏，重新突輸入盾蘇構(gòu)循環(huán)屢使用?！衲嗨畟}癥中的泥舉漿壓力若，可通呀過調(diào)節(jié)生送泥泵德轉(zhuǎn)速或?yàn)a調(diào)節(jié)控?cái)?shù)制閥的骨開度來笑進(jìn)行。乳由于送淺泥泵安淺在地面垂，控制魂距離長介而產(chǎn)生再延遲效乞應(yīng)，不嗓便于控古制泥漿順壓力，距因此常計(jì)用調(diào)節(jié)吼控制閥詞的開度貧來進(jìn)行點(diǎn)泥漿壓籃力調(diào)節(jié)帳。*間接傾控制泄型泥組水盾協(xié)構(gòu)德國采卵用間接按控制型呈泥水盾鍬構(gòu)，其芒泥水系破統(tǒng)由泥肉漿和空抬氣雙重時回路組足成。在親盾構(gòu)的普泥水倉攻內(nèi)插裝串一道半惱隔板，扭在半隔盞板前充瞎以壓力奴泥漿，但在半隔答板后面內(nèi)盾構(gòu)軸專心線以蝴上部分霉充以壓袍縮空氣妙，形成圣空氣緩樂沖層，吵氣壓作腫用在半也隔板后益面與泥豬漿的接珍觸面上緒，由于守接觸面濟(jì)上氣、輕液具有舊相同壓宅力，因鋸此只要后調(diào)節(jié)空協(xié)氣壓力鵲，就可政以確定賢和保持抬在開挖攜面上相上應(yīng)的泥鬧漿支護(hù)刷壓力。地層刀盤進(jìn)泥管排泥管泥漿壓縮空氣連通管壓縮空氣泥模形成區(qū)*2泥水喘盾構(gòu)嫩的工做程應(yīng)蕉用東京灣冬海底公焦路隧道日本乘于199你8年建閉成通奏車的重東京干灣公情路工份程，能全長15趟.1鵝km，其接中海鞠底隧霸道長9.摸12陸km，由脊兩條城外徑13.旗9m的單向利公路隧糖道組成號，采用纖了8臺直徑14.飛14m的泥水肚盾構(gòu)施驚工.在海衛(wèi)底隧湯道段車的中汗間處栗筑造止了川煙崎人辰工島礙，從肅人工蓮島的債豎井做向東標(biāo)西兩皇個方但向推嬌出4臺盾踢構(gòu)，取在隧釣道的傘東端齊，也蹦筑造壤了木蓬更津準(zhǔn)人工薦島，畜從此僵島的鼻豎井葛中向滋西推普出2臺盾崇構(gòu)，堵這2臺盾構(gòu)魄與川崎立人工島么豎井中強(qiáng)向東推接出的2臺盾構(gòu)槳在東側(cè)抄海底地括層中對沖接，川助崎島豎掘井向西姜推出的2臺盾它構(gòu)與勵浮島遷豎井斑中向搶東推嬸出的2臺盾斑構(gòu)在罵西側(cè)稅海底鴿地層怠中對瞧接。茅海底撒地形蘿呈極顏平緩訊的船馳底形井，中界央最削大海琴水深愉約28肥m。隧道摸段的土怠質(zhì)，川陵崎側(cè)以當(dāng)沖積粘遇性土、箭洪積粘女性土為塞主體，躺木更津義側(cè)在沖恐積粘性浸土和洪批積粘性唐土層中飛夾有洪忘積砂質(zhì)立土層；邀浮島、打木更津哪傾斜段朝為人造礎(chǔ)地基。**德國門漢堡憑易北虛河第犬四隧訪道易北河炕第四條壓隧道距揪原有隧傲道約35～70m，全奪長31倘00詳.7干5m，其中25改61擠m采用14.寄2m泥水盾造構(gòu)施工屢。易北艷河第四存條隧道19群95年開頃工，19供97年11月27日開始撿使用盾綠構(gòu)，200呆3年完忠工。隧道掘艇進(jìn)從南惹岸始發(fā)擺井開始或，開始丑的500帶m段為巴填筑瞇土（巾由砂凱、礫弓石和喪無級添配回出填物枯質(zhì)結(jié)裝合各侍種垃搏圾組燙成）斬。中淚間的10適00垃m為河賭下冰和川物軌質(zhì)層罪，由務(wù)非常融硬的煤粘土距和礫秩石或機(jī)礫巖士混合伶而成況。最輸后的100角0m為易北咳河北部印填筑層氏，土的到狀況與愧河中段源相類似筐。14.2m泥水盾構(gòu)易北河第四隧道縱剖面示意圖北*荷蘭伙綠心悲隧道長7,正17超6m的荷蘭“綠心扯隧道”采用NF考M公司口制造眉的14勞.8扁7m泥水錘盾構(gòu)補(bǔ)施工綢。穿慣越的諷地層脂為泥謙炭土煩、粘谷土和憤飽和辜砂層果土載。“綠心隧產(chǎn)道”于20些01年11月2日始土發(fā)推前進(jìn)截，于20盞04年1月7日貫偏通。譯最高煩月進(jìn)質(zhì)尺為61挺6m。*四、圾土壓狐平衡斃盾構(gòu)土壓常平衡均盾構(gòu)襯是在敬機(jī)械極式盾關(guān)構(gòu)的擺前部芽設(shè)置考隔板利，在逐刀盤叫的旋寄轉(zhuǎn)作借用下絞，刀稈具切涼削開盯挖面超的泥寸土，袖破碎綢的泥伏土通喜過刀洗盤開猴口進(jìn)斥入土甘倉，膜使土送倉和斃排土竟用的龜螺旋爆輸送扛機(jī)內(nèi)沙充滿述切削恢下來孝的泥礦土，士依靠灰盾構(gòu)土千斤派頂?shù)钠餐屏π镣ㄟ^稈隔板非給土灣倉內(nèi)米的土耽碴加作壓，般使土膽壓作座用于裹開挖教面以唇平衡探開挖向面的告水土若壓力胳。推進(jìn)管片拼管裝*1結(jié)構(gòu)西原理土壓平賭衡盾構(gòu)定主要由泛刀盤及籃刀盤驅(qū)趴動、盾駐殼、螺焰旋輸送膨機(jī)、皮蕩帶輸送勿機(jī)、管俊片安裝疼機(jī)、推叮進(jìn)油缸深、同步胃注漿系污統(tǒng)等組南成。*刀盤公旋轉(zhuǎn)連切削獨(dú)開挖和面的尚泥土數(shù)，破綱碎的渣泥土剩通過紗刀盤掘開口毀進(jìn)入榴土倉糊，泥哨土落轎到土繞倉底磨部后揪，通誤過螺責(zé)旋輸猴送機(jī)達(dá)運(yùn)到猾皮帶擔(dān)輸送漢機(jī)上舅，然此后輸源送到向停在柏軌道騰上的貴碴車勻上。憶盾構(gòu)騎在推妄進(jìn)油至缸的慶推力旺作用掠下向它前推拋進(jìn)。百盾殼既對挖難掘出哲的還標(biāo)未襯榆砌的栽隧道豈起著譜臨時宇支護(hù)典作用逐，承抖受周愿圍土沾層的咱土壓批、承耀受地嚇下水迫的水遭壓以道及將脊地下曾水擋喬在盾棕殼外磚面。衫掘進(jìn)麥、排災(zāi)土、襪襯砌擇等作閉業(yè)在狀盾殼欄的掩別護(hù)下楚進(jìn)行步。*整體帝結(jié)構(gòu)盾體**刀盤渴介紹**刀盤女及驅(qū)況動系炭統(tǒng)***驅(qū)動徒系祝統(tǒng)液壓撇站主驅(qū)撓動-馬達(dá)*主遣軸脹承**推進(jìn)召和拼頸裝系頸統(tǒng)推進(jìn)屢油缸*拼裝錄機(jī)**橋架(連接盾煙體和后墊配套系杠統(tǒng))