盾構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)施工中的主要施工機(jī)械。盾構(gòu)施工法是在地面下暗挖隧洞的一種施工方法,它是使用盾構(gòu)機(jī)在地下掘進(jìn),在防止軟基開挖面崩塌或能保持開挖面穩(wěn)定的同時(shí),在機(jī)內(nèi)安全地進(jìn)行隧洞的開挖和襯砌作業(yè)。盾構(gòu)施工法具有自動(dòng)化程度高,節(jié)省人力,施工速度快,一次成洞,不受氣候影響,開挖時(shí)可控制地面沉降,減少對地面建筑物的影響和在水下開挖時(shí)不影響水面交通等特點(diǎn)。在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下,用盾構(gòu)機(jī)施工更為經(jīng)濟(jì)合理。
盾構(gòu)機(jī)的基本工作原理就是一個(gè)圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進(jìn)邊對土壤進(jìn)行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護(hù)盾,對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起臨時(shí)支承的作用,承受周圍土層的壓力,有時(shí)還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業(yè)在護(hù)盾的掩護(hù)下進(jìn)行。盾構(gòu)機(jī)施工主要由穩(wěn)定開挖面、挖掘包括排土、襯砌包括壁后灌漿三大要素組成。開挖面的穩(wěn)定根據(jù)土質(zhì)以及地下水等情況的不同而有不同的方法,主要有開挖面的自然穩(wěn)定即敞口放坡,機(jī)械式支撐穩(wěn)定,壓縮空氣支撐穩(wěn)定,泥水式支撐穩(wěn)定以及土壓平衡式支撐穩(wěn)定等。
盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造主要由護(hù)盾、挖掘機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、排土機(jī)構(gòu)、襯砌機(jī)構(gòu)及輔助機(jī)構(gòu)等部分組成。護(hù)盾一般由切口環(huán)、支撐環(huán)和盾尾三部分組成;挖掘機(jī)構(gòu)主要由刀頭或刀盤及其支承裝置組成;推進(jìn)機(jī)構(gòu)主要由液壓設(shè)備如油泵、油馬達(dá)、油壓千斤頂?shù)冉M成;排土機(jī)械,泥水式主要有泥漿泵及管道,土壓平衡式主要是螺旋輸料器和皮帶運(yùn)輸機(jī);襯砌機(jī)構(gòu)主要是管片自動(dòng)拼裝機(jī)械手;輔助機(jī)構(gòu)包括壁后灌漿裝置、導(dǎo)向測量及控制裝置等。
盾構(gòu)機(jī)問世至今已近180年的歷史,其始于英國,發(fā)展于日本、德國。近30年來,通過對土壓平衡式、泥水式盾構(gòu)機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù),如盾構(gòu)機(jī)的有效密封,確保開挖面的穩(wěn)定及控制隧洞壁的降起及地表塌陷在規(guī)定范圍之內(nèi),刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換,一些惡劣地質(zhì)如對有高水壓條件的處理技術(shù)等方面的探索和研究,盾構(gòu)機(jī)有較大的發(fā)展??筛鶕?jù)不同的地質(zhì)條件和工程要求,設(shè)計(jì)制造不同類型的盾構(gòu)機(jī)以滿足工程需要。盾構(gòu)法施工也是一門成熟的地下工程施工技術(shù),已成為大多數(shù)地下隧道工程施工首選的常規(guī)技術(shù)。
盾構(gòu)機(jī)在日本發(fā)展很快,尤其是土壓平衡式和泥水式盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展。日本使用盾構(gòu)機(jī)施工的城市隧道占90%以上。德國的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)也有獨(dú)到之處,尤其是在地下施工過程中,能在保證密封的前提下在高達(dá)0.3MPa氣壓的情況下更換刀盤上的刀具,提高了盾構(gòu)機(jī)的一次掘進(jìn)長度。特別是還能在密封條件下,從大直徑刀盤內(nèi)側(cè)常壓空間內(nèi)更換被磨損的刀具。
我國從50年代中期開始研制盾構(gòu)機(jī),以土壓平衡式為主,泥水式盾構(gòu)機(jī)尚缺乏經(jīng)驗(yàn)。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與國外差異不大,但一些國產(chǎn)部件、元器件的質(zhì)量、壽命、可靠性較差,有些還需從國外進(jìn)口。
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