矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势

1/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势盾构2/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势由法国人MarcIsambardBrunell(1825年)建造的人类历史上使用效率是最高的,而且从当时掌子面人工开挖的方式看来说,矩形断面最有利高的矩形盾构机完成了396m长的泰晤士河隧道，开创了盾构法隧道的新天3/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势Beach,1870)起,圆形衬砌结构由于受力合理迅速取代了矩形断面,见图5(a)；拼装机面,见图5(b);1926年伦敦地铁首次采用了电驱动大刀盘切削正面土好,便于实现机械化开挖和衬砌拼装，迅速成为主流,矩形盾构在大约100年的a(b)即使开发出40cm极小间距施工的盾构技术也无济于事,唯一的办法是将两根隧柱或采用繁琐的结构托换／置换工艺，空间仍有浪费。因此,90年代中期以后,矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势环境保护标准，但是控制技术相对复杂,对施工管理要求较高，隧道空间使用弹构应用计划。1所示。其中10、神奈川6号川崎线盾构为MMST工法所用的超前支护盾构,其主隧道断面为矩形,但超前支护盾构的本质为小型并列多圆盾构，虽然算作矩形大。4/255/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势及其严格的古建筑保护法规,城市核心区地下工程总量也不大，更加趋向于建设序号工程图片尺寸/m类型/刀盘机长／年份m1234習志野市菊田川2号幹線管渠建設工事光辉大街地下通道建设工程鹿儿岛市草牟田排水管道改建工大堀川右岸第8号雨水幹線3.98×4.土压平衡／6．05199438偏心多轴7.81×土压平衡/摆6.5519974.98动仿形刀盘2.351998土2.351998心多轴╳2.951999泥1999筒刀盘5宫城县盐灶市雨水干线敞开/胸板支护20006/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势6京都市今出川分水管道改建4.30×4.90土压平衡/仿形刀盘7京都市地下鉄東西線六地蔵北工区6．87×10.24土压平衡／9．33盘20028横断石田地下人3.83×土压平衡/行7.3620行通道建设工程4.28星刀盘5039试验机4.8×2.15土压平衡／双行星刀盘200510神奈川6号川崎线*用于大断面隧道周边超前支护3.9×土压平衡/普8.8(卧式)通刀盘×3．19(立式)10.09(卧9.72(立200711国道20号新宿7．82×4.敞开式20地下步行道工程720877/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势1212东京地铁副都心9.7×8．4土压平衡／200线新千驮~明治仿形刀盘8神宫前~涩谷区间13东京私铁東急東横線渋谷~代官山駅区间地下化14东京相模纵贯川尻隧道工程线小竹向原~千川联络线10．300X土压平衡/AP8.95207.1ORO刀盘098.24×1敞开式2011土压平衡/行星刀盘20126.8X5.7活性和针对性,基本每一款异形断面盾构都紧密结合相应的工程项目量身定做,形全断面切削技术和异形衬砌结构机械化拼装技术。小矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势矩形盾构主要切削方式横轴滚动多刀盘偏心多轴刀盘行星刀盘APORO刀盘适用断面形形状形形状适用地质软岩/硬土偏心扩展序号123456其中“偏心多轴(DPLEX)刀盘”是在数台驱动轴的前端偏心支承切削器,当按同一方向旋转驱动轴时,切削器机架作平行环运动,以此掘削和这个切削器形因此,只要变换切削器机架的形状,就可以筑造出矩形、椭圆形、马蹄形、带有突起的圆形以及圆环形等多种多样化断面的隧道。如图磨磨盘式偏心轴图1.2．1-1掘削机构模式及实体盾构机图8/2599/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势的同时,通过摇动构架及公转圆筒的旋转使刀盘在所要求的轨迹上移动(使其公转)图1．2．1-2刀盘旋转及轨迹示意图此外,随着伸缩刀盘的伸缩产生土仓内容积的变动，为了防止开挖面土压平衡的仿形刀盘也有采用千斤顶驱动的摆动刀盘方案,其特点是低成本,见图1.2.10/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势图1.2.1－4摆动仿形刀盘的配置图及实体盾构机图盾构而言，单块管片的重量在机器人设计领域也是超出一般数量级的,而其定位几种日本拼装机专利图但(1)加大部分自由度行程的传统拼装机在常规拼装机上略作改动即可，但是受基本结构限制,单机工作范围无法扩展太11/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势图1.2.1-7矩形管片的拼装顺序实例回转盘体缩小，安装在盾体内的立柱上，回转盘体可以沿立柱上下移动,从而大要112/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势构机开挖面形状相似的运行轨道,在轨道上运作的拼装装置一边抓取管片一边完图1.2．1-6拼装装置概要图图1.2．1-7T字断面形状的运行轨道在实际运用中，拐角部管片与平行管片的重心抓取位置存在巨大差异,但是。这一类型拼装机动作比较简单，但是难以在当中空间设置双螺旋机排土,对13/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势(3)串联式机械臂在国道20号新宿地下步行道工程中(2008年),日立采用了一种新型的串拼装机具有工作幅度范围大,结构刚度大，容易与总体布置协调等优点，是一种还是径向运动,精确定位都必须通过盘体回转与大、小臂回转三轴联动来实现,很短，拼装机完全是依靠人工控制的。3)轨道交通工程的应用案例铁东西线醍醐至六地藏延伸工程(2002)和东京地铁副都心线新千驮~明治神宫前~涩谷区间(2008)、东京私铁東急東横線渋谷~代官山駅区间地下化工程 (2009)、东京地铁有乐町线小竹向千川联络线工程(2012)。其中京都地铁东西线醍醐至六地藏延伸工程不仅是第一例矩形盾构施工轨道交通单峒双线的工程,而且还首次实现了矩形盾构施工无立柱的渡线段,展示了充分展示了矩形盾构技术的发展潜力。14/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势京都地铁东西线醍醐至六地藏延伸工程矩形隧道断面外径为9.9×6.5m,适应东京地铁东西线所用的车辆双线运营。该区间是在道路宽度为15m狭窄路工程采用了小松设计制造的加泥式土压平衡矩形盾构机,刀盘为摆动式(WaggingCutter)。如图1.2.1-10所示,刀盘在一定的角度内边进行摆动边进行掘进的盾构;其通过兼用强力超挖刀,就能运用到各种掘削断面形状中。15/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势将刀盘在95°范围内进行摆动。与以往由马达与齿轮驱动的高精度结构相比,由液压千斤顶、连接环及销子构成缩式仿形刀进行掘削。仿形刀将配合刀盘摆动角度的液压千斤顶进行伸缩,并由其前端的刀头沿着盾构16/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势3国内概况我国对矩形盾构装备技术的研究科追溯到上世纪九十年代矩形顶管的研发,1.1.1.1矩形顶管技术对于顶管法矩形隧道,在1999年上海的地铁2号线陆家嘴站五号出入口首例。2003年，宁波首次使用了一台4m×6m偏心多轴刀盘式矩形掘进机,建木齐采用了20m×6.2m×7.8m三联体组装形式的矩形盾构机、履带式行走模矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势m1.1.1.2乌鲁木齐ECL矩形盾构17/2518/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势1.1.1.3上海建工矩形盾构19/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势20/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势1.1.1.4矩形盾构前期研究旋输送机等部分组成,所包括的系统大致与普通圆形盾构相类似,但其壳体为矩形,因而导致刀盘形状、驱动形式及拼装机的布置上与圆形盾构有较大差异。本缘尺寸为10950mm×6950mm。管片外缘尺寸为10670mm×6670mm,内缘尺寸为9800mm×5800mm,管片宽度1200mm。21/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势图1.2.2-3矩形盾构主机示意图对矩形盾构机全断面切削方案进行了较为深入的研究，对比了大刀盘+仿形结论见表1.2．2-1图1.2．2－4两种全断面切削方案表1．2.2-1刀盘方案比较表大刀盘+仿形刀组合刀盘式大刀盘+仿形刀组合刀盘式偏心多轴双刀盘式22/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势矩形全断面切矩形全断面切削开挖面支护性地层适应性左右转角控制性能所配备的总功率价格能较高较好ﻩﻩ一般能高低23/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势24/25矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势界已针对矩形盾构表1.2．2-1矩形盾构技术难点的类似相关技术分析表类似类似相关技术研究矩形顶管技术(偏心多轴刀盘、行星轮刀盘及多刀盘组合式)矩形盾构技术难点矩形盾构机设矩形全断面切备