矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢

1/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢盾構(gòu)2/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢由法國人MarcIsambardBrunell(1825年)建造的人類歷史上使用效率是最高的,而且從當(dāng)時掌子面人工開挖的方式看來說,矩形斷面最有利高的矩形盾構(gòu)機(jī)完成了396m長的泰晤士河隧道，開創(chuàng)了盾構(gòu)法隧道的新天3/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢Beach,1870)起,圓形襯砌結(jié)構(gòu)由于受力合理迅速取代了矩形斷面,見圖5(a)；拼裝機(jī)面,見圖5(b);1926年倫敦地鐵首次采用了電驅(qū)動大刀盤切削正面土好,便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開挖和襯砌拼裝，迅速成為主流,矩形盾構(gòu)在大約100年的a(b)即使開發(fā)出40cm極小間距施工的盾構(gòu)技術(shù)也無濟(jì)于事,唯一的辦法是將兩根隧柱或采用繁瑣的結(jié)構(gòu)托換／置換工藝，空間仍有浪費(fèi)。因此,90年代中期以后,矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，但是控制技術(shù)相對復(fù)雜,對施工管理要求較高，隧道空間使用彈構(gòu)應(yīng)用計(jì)劃。1所示。其中10、神奈川6號川崎線盾構(gòu)為MMST工法所用的超前支護(hù)盾構(gòu),其主隧道斷面為矩形,但超前支護(hù)盾構(gòu)的本質(zhì)為小型并列多圓盾構(gòu)，雖然算作矩形大。4/255/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢及其嚴(yán)格的古建筑保護(hù)法規(guī),城市核心區(qū)地下工程總量也不大，更加趨向于建設(shè)序號工程圖片尺寸/m類型/刀盤機(jī)長／年份m1234習(xí)志野市菊田川2號幹線管渠建設(shè)工事光輝大街地下通道建設(shè)工程鹿兒島市草牟田排水管道改建工大堀川右岸第8號雨水幹線3.98×4.土壓平衡／6．05199438偏心多軸7.81×土壓平衡/擺6.5519974.98動仿形刀盤2.351998土2.351998心多軸╳2.951999泥1999筒刀盤5宮城縣鹽灶市雨水干線敞開/胸板支護(hù)20006/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢6京都市今出川分水管道改建4.30×4.90土壓平衡/仿形刀盤7京都市地下鉄東西線六地蔵北工區(qū)6．87×10.24土壓平衡／9．33盤20028橫斷石田地下人3.83×土壓平衡/行7.3620行通道建設(shè)工程4.28星刀盤5039試驗(yàn)機(jī)4.8×2.15土壓平衡／雙行星刀盤200510神奈川6號川崎線*用于大斷面隧道周邊超前支護(hù)3.9×土壓平衡/普8.8(臥式)通刀盤×3．19(立式)10.09(臥9.72(立200711國道20號新宿7．82×4.敞開式20地下步行道工程720877/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢1212東京地鐵副都心9.7×8．4土壓平衡／200線新千馱~明治仿形刀盤8神宮前~澀谷區(qū)間13東京私鐵東急東橫線渋谷~代官山駅區(qū)間地下化14東京相?？v貫川尻隧道工程線小竹向原~千川聯(lián)絡(luò)線10．300X土壓平衡/AP8.95207.1ORO刀盤098.24×1敞開式2011土壓平衡/行星刀盤20126.8X5.7活性和針對性,基本每一款異形斷面盾構(gòu)都緊密結(jié)合相應(yīng)的工程項(xiàng)目量身定做,形全斷面切削技術(shù)和異形襯砌結(jié)構(gòu)機(jī)械化拼裝技術(shù)。小矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢矩形盾構(gòu)主要切削方式橫軸滾動多刀盤偏心多軸刀盤行星刀盤APORO刀盤適用斷面形形狀形形狀適用地質(zhì)軟巖/硬土偏心擴(kuò)展序號123456其中“偏心多軸(DPLEX)刀盤”是在數(shù)臺驅(qū)動軸的前端偏心支承切削器,當(dāng)按同一方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸時,切削器機(jī)架作平行環(huán)運(yùn)動,以此掘削和這個切削器形因此,只要變換切削器機(jī)架的形狀,就可以筑造出矩形、橢圓形、馬蹄形、帶有突起的圓形以及圓環(huán)形等多種多樣化斷面的隧道。如圖磨磨盤式偏心軸圖1.2．1-1掘削機(jī)構(gòu)模式及實(shí)體盾構(gòu)機(jī)圖8/2599/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢的同時,通過搖動構(gòu)架及公轉(zhuǎn)圓筒的旋轉(zhuǎn)使刀盤在所要求的軌跡上移動(使其公轉(zhuǎn))圖1．2．1-2刀盤旋轉(zhuǎn)及軌跡示意圖此外,隨著伸縮刀盤的伸縮產(chǎn)生土倉內(nèi)容積的變動，為了防止開挖面土壓平衡的仿形刀盤也有采用千斤頂驅(qū)動的擺動刀盤方案,其特點(diǎn)是低成本,見圖1.2.10/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢圖1.2.1－4擺動仿形刀盤的配置圖及實(shí)體盾構(gòu)機(jī)圖盾構(gòu)而言，單塊管片的重量在機(jī)器人設(shè)計(jì)領(lǐng)域也是超出一般數(shù)量級的,而其定位幾種日本拼裝機(jī)專利圖但(1)加大部分自由度行程的傳統(tǒng)拼裝機(jī)在常規(guī)拼裝機(jī)上略作改動即可，但是受基本結(jié)構(gòu)限制,單機(jī)工作范圍無法擴(kuò)展太11/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢圖1.2.1-7矩形管片的拼裝順序?qū)嵗剞D(zhuǎn)盤體縮小，安裝在盾體內(nèi)的立柱上，回轉(zhuǎn)盤體可以沿立柱上下移動,從而大要112/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢構(gòu)機(jī)開挖面形狀相似的運(yùn)行軌道,在軌道上運(yùn)作的拼裝裝置一邊抓取管片一邊完圖1.2．1-6拼裝裝置概要圖圖1.2．1-7T字?jǐn)嗝嫘螤畹倪\(yùn)行軌道在實(shí)際運(yùn)用中，拐角部管片與平行管片的重心抓取位置存在巨大差異,但是。這一類型拼裝機(jī)動作比較簡單，但是難以在當(dāng)中空間設(shè)置雙螺旋機(jī)排土,對13/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢(3)串聯(lián)式機(jī)械臂在國道20號新宿地下步行道工程中(2008年),日立采用了一種新型的串拼裝機(jī)具有工作幅度范圍大,結(jié)構(gòu)剛度大，容易與總體布置協(xié)調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是一種還是徑向運(yùn)動,精確定位都必須通過盤體回轉(zhuǎn)與大、小臂回轉(zhuǎn)三軸聯(lián)動來實(shí)現(xiàn),很短，拼裝機(jī)完全是依靠人工控制的。3)軌道交通工程的應(yīng)用案例鐵東西線醍醐至六地藏延伸工程(2002)和東京地鐵副都心線新千馱~明治神宮前~澀谷區(qū)間(2008)、東京私鐵東急東橫線渋谷~代官山駅區(qū)間地下化工程 (2009)、東京地鐵有樂町線小竹向千川聯(lián)絡(luò)線工程(2012)。其中京都地鐵東西線醍醐至六地藏延伸工程不僅是第一例矩形盾構(gòu)施工軌道交通單峒雙線的工程,而且還首次實(shí)現(xiàn)了矩形盾構(gòu)施工無立柱的渡線段,展示了充分展示了矩形盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Α?4/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢京都地鐵東西線醍醐至六地藏延伸工程矩形隧道斷面外徑為9.9×6.5m,適應(yīng)東京地鐵東西線所用的車輛雙線運(yùn)營。該區(qū)間是在道路寬度為15m狹窄路工程采用了小松設(shè)計(jì)制造的加泥式土壓平衡矩形盾構(gòu)機(jī),刀盤為擺動式(WaggingCutter)。如圖1.2.1-10所示,刀盤在一定的角度內(nèi)邊進(jìn)行擺動邊進(jìn)行掘進(jìn)的盾構(gòu);其通過兼用強(qiáng)力超挖刀,就能運(yùn)用到各種掘削斷面形狀中。15/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢將刀盤在95°范圍內(nèi)進(jìn)行擺動。與以往由馬達(dá)與齒輪驅(qū)動的高精度結(jié)構(gòu)相比,由液壓千斤頂、連接環(huán)及銷子構(gòu)成縮式仿形刀進(jìn)行掘削。仿形刀將配合刀盤擺動角度的液壓千斤頂進(jìn)行伸縮,并由其前端的刀頭沿著盾構(gòu)16/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢3國內(nèi)概況我國對矩形盾構(gòu)裝備技術(shù)的研究科追溯到上世紀(jì)九十年代矩形頂管的研發(fā),1.1.1.1矩形頂管技術(shù)對于頂管法矩形隧道,在1999年上海的地鐵2號線陸家嘴站五號出入口首例。2003年，寧波首次使用了一臺4m×6m偏心多軸刀盤式矩形掘進(jìn)機(jī),建木齊采用了20m×6.2m×7.8m三聯(lián)體組裝形式的矩形盾構(gòu)機(jī)、履帶式行走模矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢m1.1.1.2烏魯木齊ECL矩形盾構(gòu)17/2518/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢1.1.1.3上海建工矩形盾構(gòu)19/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢20/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢1.1.1.4矩形盾構(gòu)前期研究旋輸送機(jī)等部分組成,所包括的系統(tǒng)大致與普通圓形盾構(gòu)相類似,但其殼體為矩形,因而導(dǎo)致刀盤形狀、驅(qū)動形式及拼裝機(jī)的布置上與圓形盾構(gòu)有較大差異。本緣尺寸為10950mm×6950mm。管片外緣尺寸為10670mm×6670mm,內(nèi)緣尺寸為9800mm×5800mm,管片寬度1200mm。21/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢圖1.2.2-3矩形盾構(gòu)主機(jī)示意圖對矩形盾構(gòu)機(jī)全斷面切削方案進(jìn)行了較為深入的研究，對比了大刀盤+仿形結(jié)論見表1.2．2-1圖1.2．2－4兩種全斷面切削方案表1．2.2-1刀盤方案比較表大刀盤+仿形刀組合刀盤式大刀盤+仿形刀組合刀盤式偏心多軸雙刀盤式22/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢矩形全斷面切矩形全斷面切削開挖面支護(hù)性地層適應(yīng)性左右轉(zhuǎn)角控制性能所配備的總功率價(jià)格能較高較好??一般能高低23/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢24/25矩形隧道掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)外概況和發(fā)展趨勢界已針對矩形盾構(gòu)表1.2．2-1矩形盾構(gòu)技術(shù)難點(diǎn)的類似相關(guān)技術(shù)分析表類似類似相關(guān)技術(shù)研究矩形頂管技術(shù)(偏心多軸刀盤、行星輪刀盤及多刀盤組合式)矩形盾構(gòu)技術(shù)難點(diǎn)矩形盾構(gòu)機(jī)設(shè)矩形全斷面切備