盾構(gòu)機的發(fā)展及應(yīng)用

*第一講《大型施工機械》——盾構(gòu)機部分

盾構(gòu)機的發(fā)展及應(yīng)用主講：郭京波教授*目錄一、全斷面隧道掘進機二、盾構(gòu)機的發(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、全斷面隧道掘進機全斷面隧道掘進機采用了類似機器人的技術(shù)，是集機、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)境保護的優(yōu)點。隧道掘進機的地質(zhì)針對性非常強，一般來說，用于巖石地層的隧道掘進機稱為TBM，用于軟土地層的隧道掘進機稱為盾構(gòu)。1掘進機分類*****TBM硬巖掘進機：

雙護盾*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機，通常定義中的TBM是以巖石地層為掘進對象，不具備泥水壓、土壓等維護掌子面穩(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)裝有整機及輔助設(shè)備，在其掩護下進行土體開挖、土碴排運、整機推進和管片安裝等作業(yè)，而使隧道一次成形的機械。**1世界盾構(gòu)機的發(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)機發(fā)展*2我國盾構(gòu)機的發(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)濟技術(shù)的突飛猛進，各種地下工程的需求與日俱增，我國開始引進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。進入20世紀(jì)90年代后，隨著城市化進程的加快，城市地下空間的進一步利用，對環(huán)境保護和施工質(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、應(yīng)用國際先進的盾構(gòu)施工技術(shù)和設(shè)備。

二、盾構(gòu)機發(fā)展*小結(jié)盾構(gòu)作為一種安全、快速的隧道掘進機械，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)備進行分離，分離后的泥水進行質(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*直接控享制型泥泛水盾構(gòu)日本必一般泥采用直接控銹制型泥水盾傅構(gòu)●直接控銀制型泥水系井統(tǒng)流程遠如下：卷送泥泵炒從地面蟻泥漿池聲將新鮮箏泥漿輸總?cè)攵軜?gòu)繞泥水倉漁，與開走挖泥土看進行混錄合，形航成稠泥元漿，然析后由排己泥泵輸洋送到地帳面泥水妨分離處驅(qū)理站，膛經(jīng)分離艙后排除南土碴，隊而稀泥瞞漿流向纏調(diào)漿池罪，再對閣泥漿密蠶度和濃桑度進行侍調(diào)整后竹，重新?lián)戚斎攵茈p構(gòu)循環(huán)聚使用?！衲嗨鈧}中噴的泥肌漿壓山力，直可通碧過調(diào)轉(zhuǎn)節(jié)送鑒泥泵持轉(zhuǎn)速供或調(diào)摧節(jié)控截制閥止的開里度來訊進行莫。由劇于送桐泥泵我安在延地面表，控偶制距呼離長千而產(chǎn)顫生延孔遲效蓮應(yīng)，脫不便工于控唐制泥淡漿壓扯力，璃因此屢常用菜調(diào)節(jié)惱控制排閥的怠開度揉來進頑行泥衡漿壓含力調(diào)書節(jié)。*間接控從制型泥簽水盾構(gòu)德國采剩用間接伏控制型哈泥水盾木構(gòu)，其弓泥水系郵統(tǒng)由泥宋漿和空背氣雙重欣回路組載成。在忍盾構(gòu)的荒泥水倉艇內(nèi)插裝遞一道半京隔板，象在半隔驚板前充常以壓力位泥漿，嗓在半隔弟板后面之盾構(gòu)軸寄心線以奮上部分禽充以壓呀縮空氣電，形成鋼空氣緩郊沖層，簽氣壓作金用在半最隔板后固面與泥箱漿的接樣觸面上禮，由于音接觸面寄上氣、再液具有孔相同壓灶力，因覽此只要課調(diào)節(jié)空拔氣壓力選，就可刻以確定釀和保持運在開挖徑面上相鏡應(yīng)的泥錫漿支護歪壓力。地層刀盤進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泥水盾走構(gòu)的工紛程應(yīng)用東京灣瓦海底公奴路隧道日本于19貌98年建交成通班車的理東京嚷灣公知路工辰程，兇全長15風(fēng).1誦km，其剝中海娛底隧孔道長9.1射2km，由兩喜條外徑13.凱9m的單路向公槐路隧穴道組辜成，跳采用攪了8臺直徑14擁.1義4m的泥水菜盾構(gòu)施程工.在海裁底隧廉道段滔的中飽間處攏筑造俱了川疊崎人偷工島洞，從惠人工轉(zhuǎn)島的沈豎井查向東亭西兩號個方鳴向推隊出4臺盾構(gòu)防，在隧甚道的東濕端，也過筑造了忌木更津獵人工島譯，從此爛島的豎酷井中向賢西推出2臺盾蹲構(gòu)，榆這2臺盾構(gòu)興與川崎蔥人工島圾豎井中逆向東推錘出的2臺盾固構(gòu)在秩東側(cè)他海底哥地層役中對躲接，賭川崎閣島豎足井向繁西推哀出的2臺盾著構(gòu)與在浮島濱豎井都中向掘東推濟出的2臺盾構(gòu)段在西側(cè)墻海底地梨層中對誓接。海揚底地形挎呈極平夾緩的船胞底形，跡中央最奪大海水霧深約28狐m。隧席道段覆的土墓質(zhì)，握川崎波側(cè)以番沖積攜粘性片土、狐洪積會粘性讓土為賄主體省，木仿更津攝側(cè)在泥沖積姓粘性肥土和下洪積欺粘性溉土層淚中夾替有洪雅積砂內(nèi)質(zhì)土像層；猾浮島液、木浙更津老傾斜藏段為環(huán)人造活地基頂。**德國專漢堡如易北筍河第堂四隧歡道易北河臺第四條踩隧道距少原有隧嗽道約35～70昨m，全縣長310言0.7字5m，其中25愈61櫻m采用14.箭2m泥水盾麻構(gòu)施工售。易北匙河第四魄條隧道199栽5年開工僚，19齊97年11月27日開始授使用盾鞏構(gòu)，200蔥3年完件工。隧道掘得進從南益岸始發(fā)戚井開始暈，開始共的500芬m段為旗填筑近土（洽由砂洋、礫做石和驢無級貞配回泉填物尿質(zhì)結(jié)舍合各牛種垃始圾組偵成）爪。中柿間的10奏00功m為河蠅下冰嫌川物坡質(zhì)層首，由趁非常屯硬的腿粘土課和礫徐石或靠礫巖端混合量而成記。最以后的100澆0m為易北捧河北部辦填筑層恭，土的改狀況與麗河中段摔相類似招。14.2m泥水盾構(gòu)易北河第四隧道縱剖面示意圖北*荷蘭卵綠心距隧道長7,厚17篩6m的荷蘭“綠心隧斯道”采用NF梨M公司制弱造的14躬.8煌7m泥水盾喂構(gòu)施工衰。穿越魂的地層毫為泥炭揮土、粘為土和飽燥和砂層舅土?！熬G心隧鍬道”于20錘01年11月2日始發(fā)霸推進置，于200驅(qū)4年1月7日貫育通。溉最高新月進哨尺為616揚m。*四、職土壓土平衡膛盾構(gòu)土壓平渡衡盾構(gòu)抓是在機便械式盾驅(qū)構(gòu)的前僚部設(shè)置形隔板，那在刀盤闖的旋轉(zhuǎn)鄰作用下概，刀具捏切削開闖挖面的怕泥土，按破碎的意泥土通使過刀盤瘡開口進龍入土倉零，使土叛倉和排盈土用的轟螺旋輸隙送機內(nèi)紐奉充滿切塔削下來捧的泥土甘，依靠寒盾構(gòu)千病斤頂?shù)目煌屏νㄣ~過隔板緣瑞給土倉辟內(nèi)的土炸碴加壓復(fù)，使土爪壓作用估于開挖悉面以平繞衡開挖快面的水竿土壓力儲。推進管片鼻拼裝*1結(jié)構(gòu)觀原理土壓洞平衡頁盾構(gòu)畫主要榜由刀累盤及醬刀盤仿驅(qū)動際、盾關(guān)殼、糞螺旋輸輸送婦機、殖皮帶伯輸送慌機、擔(dān)管片色安裝腔機、趟推進糕油缸智、同暴步注協(xié)漿系蘆統(tǒng)等吵組成孫。*刀盤旋迎轉(zhuǎn)切削毅開挖面火的泥土跑，破碎異的泥土瘦通過刀務(wù)盤開口尚進入土煎倉，泥飛土落到處土倉底溝部后，氏通過螺匯旋輸送甲機運到該皮帶輸?shù)克蜋C上寶，然后奪輸送到殿停在軌搬道上的敲碴車上津。盾構(gòu)體在推進粒油缸的燒推力作涉用下向鹽前推進建。盾殼由對挖掘銜出的還料未襯砌陜的隧道魔起著臨虛時支護緩作用，工承受周右圍土層由的土壓岔、承受蝦地下水濤的水壓址以及將酒地下水房誠擋在盾動殼外面禾。掘進吉、排土弄、襯砌歉等作業(yè)促在盾殼他的掩護攏下進行雷。*整體結(jié)讀構(gòu)盾體**刀盤介艱紹**刀盤浮及驅(qū)缺動系璃統(tǒng)***驅(qū)動棚系恭統(tǒng)液壓站主驅(qū)動-馬達*主晝軸嗎承**推進刷和拼姜裝系臥統(tǒng)推進腎油缸*拼裝儀機**橋架(連接盾音體和后涉配套系蜜統(tǒng)