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盾構(gòu)施工技術(shù)淺談

2016-03-25 06:09吳珍許贛珍汪黃翔
科學(xué)與財富 2016年7期
關(guān)鍵詞:優(yōu)缺點基本原理

吳珍 許贛珍 汪黃翔

摘 要:從盾構(gòu)機基本原理及優(yōu)缺點入手,結(jié)合盾構(gòu)機基本構(gòu)造和分類,對盾構(gòu)施工技術(shù)進行了概述,并對其發(fā)展進行了展望。

關(guān)鍵詞:盾構(gòu)施工技術(shù);基本原理;優(yōu)缺點;分類及構(gòu)造

0引言

從1818年法國工程師M.I.布律內(nèi)爾由觀察蛀蟲在木板中分泌粘液鉆洞的現(xiàn)象中得到啟發(fā)而發(fā)明敞開式手動掘進技術(shù)。經(jīng)過大約200年的發(fā)展,在科學(xué)技術(shù)人員的努力下,盾構(gòu)施工技術(shù)有了長足的發(fā)展,為經(jīng)濟發(fā)展注入了新的活力。隨著全球經(jīng)濟建設(shè)前所未有的飛速發(fā)展和城市化進程的不斷推進,城市密度不斷提高,高層建筑物不斷增加,地上空間利用的制約使人類將目光著眼于地下空間的利用??梢灶A(yù)見未來在基礎(chǔ)設(shè)施密集的大型城市,人文自然景觀和居住辦公用建筑將留在地上,而儲存庫、安全區(qū)、發(fā)電廠和城市軌道交通等建筑都將出現(xiàn)在地下空間。盾構(gòu)施工技術(shù)憑借其安全性高、效率高、機械智能化程度高、對環(huán)境影響小和抗干擾能力強等優(yōu)勢,在地下空間施工中將得到越來越廣泛的運用。

1盾構(gòu)施工技術(shù)基本原理及優(yōu)缺點

1.1基本原理

盾構(gòu)施工技術(shù)是暗挖法施工中的一種全機械化施工方法。其基本原理是運用鋼質(zhì)組件在隧道設(shè)計軸線上利用刀盤在開挖面切削土體向前推進,通過鋼質(zhì)組件外殼和管片支承四周圍巖防止發(fā)生隧道內(nèi)的坍塌和滲水。同時,將土渣通過機械設(shè)備運出出洞外,拼裝預(yù)制混凝土管片,同時進行注漿填補管片與周圍土體的間隙,形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機械化施工方法。在盾構(gòu)施工技術(shù)領(lǐng)域,英美日德處于國際先進水平。我國盾構(gòu)施工技術(shù)起步晚,發(fā)展快,具有極大的發(fā)展前景。

1.2盾構(gòu)施工技術(shù)的優(yōu)缺點

(1)盾構(gòu)施工技術(shù)抗干擾能力強,對環(huán)境造成影響小。

(2)智能化機械化程度高,可大幅度降低人工成本。

(3)安全可靠,施工速度快。

(4)設(shè)備昂貴,工藝較復(fù)雜,科技含量高,需要施工人員較高的基本素質(zhì)。

2盾構(gòu)的基本構(gòu)造及分類

2.1盾構(gòu)的基本構(gòu)造

盾構(gòu)主體結(jié)構(gòu)主要由盾構(gòu)主體、開挖裝置、推進系統(tǒng)、管片組裝系統(tǒng)、液壓電氣控制系統(tǒng)和附屬設(shè)備等構(gòu)成。

1.盾構(gòu)主體

盾構(gòu)主體是由對內(nèi)部設(shè)施起保護作用抵抗外部荷載的盾殼部分及一些輔助設(shè)備構(gòu)成。盾構(gòu)主體一般分為前盾、中盾、盾尾三個部分,運用鉸接裝置連接。不同類型的盾構(gòu)主體所運用的鉸接裝置存在一定差異,主要分為主動鉸接裝置和被動鉸接裝置兩種。主動鉸接裝置可使盾構(gòu)主體彎曲任意角度且推力較大,造價也更高。被動鉸接裝置使盾構(gòu)主體彎曲的角度較小,推力較小,但造價較低。具體使用那種鉸接裝置應(yīng)根據(jù)工程實際情況確定。

2.開挖裝置

開挖裝置選型時,應(yīng)綜合考慮盾構(gòu)形式、刀盤形式、刀盤支撐方式、刀盤開口、刀盤裝備扭矩、刀頭、裝備推力以及它們的組合方式等因素。如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)機的刀盤布置

3.推進系統(tǒng)

推進系統(tǒng)是盾構(gòu)機關(guān)鍵部分,一般指可以使盾構(gòu)機在土體中向前掘進的系統(tǒng),主要由配備在盾構(gòu)主體內(nèi)測的液壓千斤頂群組成。盾構(gòu)機所需要的總推力必須根據(jù)在掘進過程中各種阻力的綜合再加上一定的安全量所決定。如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)機液壓千斤頂

4.管片組裝系統(tǒng)

管片組裝系統(tǒng)一般設(shè)置在中盾或前盾部位,主要由管片拼裝機械組成。常見的管片拼裝機械有環(huán)式、中空軸式和齒輪式。管片組裝系統(tǒng)的選擇需要依據(jù)盾構(gòu)型式和規(guī)模、管片的尺寸、工作循環(huán)的方法因素決定。如圖3所示。

圖3 盾構(gòu)機管片拼裝機

5.液壓電氣控制系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由盾構(gòu)機千斤頂群、刀盤系統(tǒng)、組裝機系統(tǒng)等分別構(gòu)成,可以分別配備,也可以一同使用??煽磕陀煤团c盾構(gòu)機相匹配是選擇液壓設(shè)備的原則。

電氣系統(tǒng)需要注意的事項是受外界環(huán)境因素影響小,在選定時盡可能結(jié)構(gòu)緊湊,這樣便于后期掘進施工時系統(tǒng)的維修與保養(yǎng)。

控制系統(tǒng)是連接控制盾構(gòu)機各個部分,使其能夠正常工作的系統(tǒng)。核心在于對異常狀態(tài)的分析與顯示,為工程技術(shù)人員提供維修的方向,確保安全可靠的工作。如圖4所示。

圖4 盾構(gòu)機控制系統(tǒng)

6.附屬設(shè)備臺車

附屬設(shè)備主要包括,盾構(gòu)機姿態(tài)控制裝置、測量裝置、壁厚注漿系統(tǒng)、潤滑設(shè)備和后方臺車,對盾構(gòu)設(shè)備起重要作用。如圖5所示。

圖5 盾構(gòu)機后方臺車

2.2盾構(gòu)設(shè)備的分類

盾構(gòu)設(shè)備按照開挖面同工作倉之間的密封狀態(tài),主要可分為敞開式盾構(gòu)、半敞開式盾構(gòu)、密閉式盾構(gòu)。主要介紹當代實際工程鄰域常用的土壓平衡式盾構(gòu)和泥水平衡式盾構(gòu)。

(1)土壓平衡式盾構(gòu)

土壓平衡式盾構(gòu)利用儲存在土艙內(nèi)的土體來穩(wěn)定開挖面的土體水壓力,適應(yīng)在軟弱的沖擊土層中推進,特別適用于黏性土或有一定黏性的粉砂土。當在礫石層或砂土層中推進時,可通過加進適當?shù)哪嗤粱蚋牧疾牧蟻韺崿F(xiàn)安全高效掘進。

(2)泥水平衡式盾構(gòu)

泥水平衡盾構(gòu)是通過向密封艙中注入適當壓力的泥漿使其在開挖面形成泥膜,用以平衡掘進面前的土壓力,并由刀盤切削土體表層泥膜,使其進入密封艙與泥水混合后,由泥漿泵及管道輸送到地面處理。

一般認為土壓平衡式盾構(gòu)適用于各種地質(zhì)條件,但在含水砂層和礫石砂層,尤其在高水壓條件下,土壓平衡式盾構(gòu)在開挖面穩(wěn)定性、控制地面沉降等方面難達到理想效果,泥水平衡式盾構(gòu)在這方面更具優(yōu)勢。

3結(jié)語

盾構(gòu)施工技術(shù)隨著城市化進程的不斷推進和經(jīng)濟的飛速發(fā)展,必將更大規(guī)模的投入生產(chǎn)實踐工程中。只要我們加大投入,力爭實現(xiàn)技術(shù)的完全自主化,順應(yīng)時代發(fā)展潮流,必將使盾構(gòu)施工技術(shù)實現(xiàn)跨越式的大發(fā)展。

參考文獻

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[4]傅德明,周文波.土壓盾構(gòu)技術(shù)在我國地鐵隧道工程中的應(yīng)用和發(fā)展[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2004 (S2) :4888 - 4892.

作者簡介:吳珍(1969年4月),女,漢族,江西省,大專,工程師,江西天巖建設(shè)工程有限公司。

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