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盾构技术资料:盾构施工介绍

发布时间:2016-07-21 点击量:
盾构技术资料:盾构施工介绍
 
 

一、盾构机选型

盾构的机型是指在根据工程地质和水文地质条件,盾构所采用的最有效的开挖面支护形式。

1.选型依据

(1)土质条件、岩性、(抗压、抗拉、粒径、成分等个参数)

(2)开挖面稳定(自立性能)

(3) 隧道埋深、地下水位

(4)设计隧道的断面

(5)环境条件、沿线场地(附近管线和建筑物及其结构特性)

(6)衬砌类型

(7)工期

(8)造价

(9)宜用的辅助工法

(10) 设计路线、线形、坡度

(11)电气等其他设备条件

地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重要的因素。通常,当地层的渗透系数小于10-7m/s时,可以选用土压平衡盾构机;渗透系数大于10-4 m/s时,一般选用泥水盾构;介于两者之间的既可以用土压平衡的,也可用泥水盾构。根据地层渗透系数与盾构类型的关系,若地层以各种级配富水的砂层、砂砾层为主时,宜选用泥水盾构;其它地层宜选用土压平衡盾构。我们一号井的盾构机选用海瑞克生产的S592盾构机。

二、盾构机介绍

1.TBM概述

机器类型 土压平衡盾构 安装功率 4000千瓦

TBM长度+后配套长度 约88米 TBM重量 约750吨

曲率半径(最小) 500米

2.盾构概述

(1)盾构钢结构

前盾(直径) 8800毫米 (长度) 2800毫米

中盾(直径) 8785毫米 (长度) 3000毫米

盾尾(直径) 8770毫米 (长度) 4100毫米 加4排密封刷

(2)盾尾铰接油缸(被动)

数量 15个

行程 150毫米

标准推力 在215巴时6500千牛

(3)掘进

主推进油缸数量 19×2个

行程 2500毫米

推力 在350巴时70000牛

(4)人孔闸

数量 1个 类型 平行闸

前舱容积 2430升 前舱容纳人数 2个

主舱容积 4170升 主舱容纳人数 4个

工作压力 6巴

(5)螺旋输送机

数量 1台 长度 15175毫米

功率 400 千瓦 速度 0-22.1/分钟

扭矩(额定) 217千牛米

3.刀盘概述

开挖直径 8830毫米 重量(含刀具) 116吨

滚刀(一圈) 45 滚刀(中心) 4

滚刀直径 432毫米 齿刀 58

中间刀具 1 铲刀 16

磨损保护 3个传感器

4.主驱动概述

主驱动 电动 马达 14个

功率 14×160千瓦 速度 0-4.2 /分钟

扭矩(额定) 8121千牛米 扭矩(过载) 11369千牛米

断裂扭矩 12181千牛米 主驱动直径 4000毫米

5.管片拼装机概述

驱动 液压 重量(管片拼装机带主横梁) 71.25吨

抓取系统 真空 车道 2200毫米

旋转速度 1/2 转/分(带/不带管片) 旋转角度 +/-200度

4.后配套系统概述

拖车数量 4 总长 约78米

后配套系统重量 255.7吨

(1)连接桥

上层(左) 水箱和膨润土泵

上层(右) 注浆罐和两个注浆泵,其中注浆罐大小为13方

在连接桥的下部有管片起重机的牵引梁和喂片机,主要的作用是将管片运至管片拼装机处。

(2)1号台车

上层(右) 主要是操作室,操作室内的数据显示概述:

所有测量值都显示在控制室内的屏幕上,按照机器类型,各显示屏的内容可分为具体的功能组;

F1: 掘进—--土压、注浆、盾尾铰接、驱动力

F2: 关闭泡沫安装—--实际值/设置值、水/聚合物泵

F3: 刀盘—--变频器、拼装机、螺旋输送机、膨润土系统、紧急制动概览

F4: 处理技术操作数据----温度、流量、压力、电流、液位、饱和度、气体检测、拖车/隧道皮带输送机、操作时间

F5: 盾尾密封润滑油脂

F6:故障

F7: 其它操作数据----齿轮油、润滑油脂、电流/电压

F8: 未被使用

使用键盘上的《F1>到《F8》功能键,操作员可以显示各个显示画面。操作员可以通过菜单、鼠标或键盘来控制。

下层(左)和(右) 主驱动的电柜控制箱

(3)2号台车

上层(右) 二次注浆罐

下层(右) 包括盾尾密封、润滑脂等

下层(左) 膨润土箱

另外,在连接桥、1号和2号台车上,还有像皮带输送机、物料起重机、枢轴起重机、风筒和相应的管路等后配套系统。

在盾构机里管道的颜色代码为:

 

管道内的介质 颜色 管道内的介质 颜色

工业用水 黄绿色 盾尾密封油脂 黄色

固定排水 黄绿色 注浆 棕色

应急排水 黄绿色 空气(已简化) 天蓝

饮用水 黄绿色 呼吸空气(已简化) 天蓝

加压水 黄绿色 真空回路 天蓝

冷却回路 黄绿色

油脂 黄色

润滑油 黄色

三.盾构掘进介绍

土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板,使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土,依靠推进油缸的推力给土仓内的开挖土渣加压,使土压作用于开挖面使其稳定。土压平衡盾构的支护材料是土壤本身,由盾壳、刀盘、刀盘驱动、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、人仓、液压系统等组成。

土压平衡盾构的工作原理为:刀盘旋转切削开挖面的泥土,破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓,泥土落到土仓底部后,通过螺旋输送机运到皮带输送机上,然后输送到停在轨道上的渣车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进,盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用,承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。基本配置为

1. 刀盘

刀盘的主要功能

刀盘主要具有以下三大功能:

(1)开挖功能。刀盘旋转时,刀具切削隧道掌子面的土体,对掌子面的地层进行开挖,开挖后的渣土通过刀盘的开口进入土仓。

(2)稳定功能。支撑掌子面,具有稳定掌子面的功能。

(3)搅拌功能。对于土压平衡盾构,刀盘对土仓内的渣土进行搅拌,使渣土具有一定的塑性,然后通过螺旋输送机将渣土排出。

2.盾构推力

S592盾构机推进油缸为19×2个,可分为6个区域,具体为:

Group A :18、19、1号 Group D:8、9、10、11号

Group B:2、3、4号 Group E:12、13、14号

Group C:5、6、7号 Group F:15、16、17号

在设计盾构推进装置时,必须考虑的主要阻力有以下6项:①盾构推进时盾壳与周围地层的阻力F1;②刀盘面板的推进阻力F2;③管片与盾尾间的摩擦阻力F3;④切口环贯入地层的贯入阻力F4;⑤转向阻力(曲线施工和纠偏)F5⑥牵引后配套拖车的牵引阻力F6.

推力必须留有足够的余量,总推力一般为总阻力的1.5到2倍。

Fe=A Fd

式中:Fe----盾构装备总推力,kN;

A---安全储备系数,一般为1.5到2;

Fd-----盾构推进总阻力,Fd=F1+F2+F3+F4+F5+F6

有时,也可按下式估算:Fd=0.25 Ñ D×D Pj

式中:D---盾构外径,m;

Pj---单位掘削面上的经验推力,也称比推力;一般比推力装备的标准,敞开式盾构为700-1100KN/m2,闭胸式盾构为1000-1500KN/m2。

3.同步注浆系统

同步注浆的目的主要有以下三个方面:

(1)及时填充盾尾建筑空隙,支撑管片周围岩体,有效地控制地表沉降。

(2)凝结的浆液作为盾构施工隧道的第一道放水屏障,防止地下水或地层的裂隙水向管片内泄漏,增强盾构隧道的防水能力。

(3)为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化,限制隧道结构蛇形,有利于盾构姿态的控制,并能确保盾构隧道的最终稳定。

同步注浆系统能力:

每环管片的理论注浆量 Q=0.25ñ(D×D-d×d)L

式中: Q----每环管片的建筑空隙,即每环管片的理论注浆量,m3;

D----刀盘开挖直径,m;

d----管片外径,m;

L----管片宽度,m;

4. 盾尾密封系统

盾尾密封系统是盾构正常掘进的关键系统,盾构法隧道施工所发生的安全事故常常发生在盾尾。铰接式盾构的盾尾密封系统包括铰接密封和盾尾密封。盾尾止水采用钢丝刷密封装置,是集弹簧钢、钢丝刷及不锈钢金属网于一体的结构。盾尾油脂泵向每道钢丝刷密封之间供应油脂,以提高止水性能。

土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合作用而维持:

(1)土仓内的土压力平衡地层压力盒水压力;

(2)螺旋输送机调节排土量;

(3)适当保持泥土的流动性,根据需要调节添加剂的注入量。

5.掘进控制

渣土具有的特性

在土压平衡工况模式下渣土应具有以下特性:

(1)良好的流塑状态;

(2)良好的黏---软稠度;

(3)低的内摩擦力;

(4)低的透水性;

一般地层岩土不一定具有这些特性,从而使刀盘摩擦增大,工作负荷增加,所以经常需通过向刀盘、混合仓内注入添加剂对渣土进行改良,采用的添加剂种类主要是泡沫和膨润土。泡沫的主要技术特点为:

(1)在砂土及砂软土地层中,泡沫的支撑作用使切削土体的流动性增强,土仓内的渣土不会因压密而固结,不会产生拥堵,刀盘或螺旋输送机的驱动扭矩减小,刀具磨损减小;

(2)微细泡沫置换了土壤中的孔隙水,增强了土体的止水性,能较容易地开挖强渗透性或地下水位较高的砂软石地层,有效地防止螺旋输送机喷涌;

(3)在黏性土地层中,泡沫起着界面活性剂的作用,可有效地防止切削下来的粘性土附着于刀盘和土仓内壁,防止结泥饼现象;

(4)泡沫的可压缩性,使开挖面的土压力波动减小,有利于开挖面的稳定;

(5)泡沫的90%是空气,排出的渣土中的泡沫在短时间内会逐渐消除,很快就可以恢复到注入泡沫前的状态,不造成环境污染


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