第一節(jié) 盾構(gòu)機(jī)的起源與分類

一、盾構(gòu)機(jī)的定義、起源與發(fā)展

盾構(gòu)機(jī)，全名叫盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)，是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開(kāi)挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能，涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測(cè)量等多門(mén)學(xué)科技術(shù)，而且要按照不同的地質(zhì)進(jìn)行“量體裁衣”式的設(shè)計(jì)制造，可靠性要求極高。盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。

盾構(gòu)機(jī)問(wèn)世至今已有近180年的歷史，其始于英國(guó)，發(fā)展于日本、德國(guó)。近30年來(lái)，通過(guò)對(duì)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(kāi)挖面的穩(wěn)定、控制地表隆起及塌陷在規(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，對(duì)一些惡劣地質(zhì)如高水壓條件的處理技術(shù)等方面的探索和 研究 解決，使盾構(gòu)機(jī)有了很快的發(fā)展。盾構(gòu)機(jī)尤其是土壓平衡式和泥水式盾構(gòu)機(jī)在日本由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及實(shí)際工程的需要發(fā)展很快。德國(guó)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(guò)程中，保證密封的前提以及高達(dá)0.3MPa氣壓的情況下更換刀盤(pán)上的刀具，從而提高盾構(gòu)機(jī)的一次掘進(jìn)長(zhǎng)度。德國(guó)還開(kāi)發(fā)了在密封條件下，從大直徑刀盤(pán)內(nèi)側(cè)常壓空間內(nèi)更換被磨損的刀具。目前我國(guó)盾構(gòu)機(jī)的生產(chǎn)水平以達(dá)到國(guó)際水平。

二、盾構(gòu)機(jī)的分類

盾構(gòu)機(jī)根據(jù)工作原理一般分為手掘式盾構(gòu)，擠壓式盾構(gòu)，半機(jī)械式盾構(gòu)（局部氣壓、全局氣壓），機(jī)械式盾構(gòu)（開(kāi)胸式切削盾構(gòu)，氣壓式盾構(gòu)，泥水加壓盾構(gòu)，土壓平衡盾構(gòu)，混合型盾構(gòu)，異型盾構(gòu)）。

泥水式盾構(gòu)機(jī)是通過(guò)加壓泥水或泥漿(通常為膨潤(rùn)土懸浮液)來(lái)穩(wěn)定開(kāi)挖面，其刀盤(pán)后面有一個(gè)密封隔板，與開(kāi)挖面之間形成泥水室，里面充滿了泥漿，開(kāi)挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經(jīng)分離后泥漿重復(fù)使用。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是把土料(必要時(shí)添加泡沫等對(duì)土壤進(jìn)行改良)作為穩(wěn)定開(kāi)挖面的介質(zhì)，刀盤(pán)后隔板與開(kāi)挖面之間形成泥土室，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)開(kāi)挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉(zhuǎn)將土料運(yùn)出，泥土室內(nèi)土壓可由刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)開(kāi)挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉(zhuǎn)速度)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

三、盾構(gòu)的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)

1、盾構(gòu)的原理

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(duì)土壤進(jìn)行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護(hù)盾，它對(duì)挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時(shí)文撐的作用，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。

2、優(yōu)點(diǎn)

1）在盾構(gòu)支護(hù)下進(jìn)行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航運(yùn)、潮汐、季節(jié)、氣候等條件的影響，能較經(jīng)濟(jì)合理地保證隧道安全施工；

2）盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、襯砌拼裝等可實(shí)行自動(dòng)化、智能化和施工遠(yuǎn)程控制信息化，掘進(jìn)速度較快，施工勞動(dòng)強(qiáng)度較低；

3）地面人文自然景觀受到良好的保護(hù)，周圍環(huán)境不受盾構(gòu)施工干擾；在松軟地層中，開(kāi)挖埋置深度較大的長(zhǎng)距離、大直徑速度，具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全、軍事等方面的優(yōu)越性。

3、缺點(diǎn)

1）盾構(gòu)機(jī)械造價(jià)較昂貴，隧道的襯砌、運(yùn)輸、拼裝、機(jī)械安裝等工藝較復(fù)雜；在飽和含水的松軟地層中施工，地表沉陷風(fēng)險(xiǎn)極大；

2）需要設(shè)備制造、氣壓設(shè)備供應(yīng)、襯砌管片預(yù)制、襯砌結(jié)構(gòu)防水及堵漏、施工測(cè)量、場(chǎng)地布置、盾構(gòu)轉(zhuǎn)移等施工技術(shù)的配合，系統(tǒng)工程協(xié)調(diào)難；

3）建造短于750m的隧道沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性；對(duì)隧道曲線半徑過(guò)小或隧道埋深較淺時(shí)，施工難度大。

第二節(jié) 盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造

一、盾構(gòu)的外形和材料

1、盾構(gòu)的外形

盾構(gòu)的外形就是指盾構(gòu)的斷面形狀，有圓形、雙圓、三圓、矩形、馬蹄形、半圓形或與隧道斷面相似的特殊形狀等。

2、制造盾構(gòu)的材料

盾構(gòu)主要用鋼板（單層厚板或多層薄板）制成，鋼板一般用A3鋼。鋼板間連接可采用焊接和鉚接兩種方法，大型盾構(gòu)考慮到水平運(yùn)輸和垂直吊裝的困難，可制成分體式，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行就位拼裝，部件的連接一般采用定位銷定位，高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，最后焊接成型。

二、盾構(gòu)的基本構(gòu)造

1、盾殼

盾構(gòu)的殼體由切口環(huán)、支撐環(huán)和盾尾三部分構(gòu)成，外殼采用鋼板焊接成整體。

1）切口環(huán)部分

它位于盾構(gòu)的最前端，用于開(kāi)挖和擋土，施工時(shí)切入地層并掩護(hù)開(kāi)挖作業(yè)。切口環(huán)前端設(shè)有刃口，以減少切土?xí)r對(duì)地層的擾動(dòng)。切口環(huán)的長(zhǎng)度主要取決于支撐、開(kāi)挖方法以及挖土機(jī)具和操作人員的工作回旋余地。

2）支撐環(huán)部分

它是盾構(gòu)的主體，內(nèi)部裝有千斤頂、舉重臂、真圓保護(hù)器等各種設(shè)備，它緊接于切口環(huán)后，位于盾構(gòu)的中部，是一個(gè)剛性較好的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。地層土壓力、所以千斤頂?shù)捻斄σ约扒锌凇⒍芪?、襯砌拼裝時(shí)傳來(lái)的施工荷載均由支撐環(huán)承擔(dān)。

3）盾尾部分

盾尾一般由盾構(gòu)外殼鋼板延長(zhǎng)構(gòu)成，主要用于掩護(hù)隧道襯砌的安裝工作。盾尾末端設(shè)有密封裝置，以防止水、土及注漿材料從盾尾與襯砌之間進(jìn)入盾構(gòu)內(nèi)。盾尾鋼殼厚度從結(jié)構(gòu)上考慮盡可能減薄，但它除承受土壓力外，遇到糾偏及彎道施工時(shí)，還有難以估計(jì)的施工荷載，受力復(fù)雜，所以其厚度應(yīng)綜合考慮上述因素。

2、推進(jìn)系統(tǒng)

盾構(gòu)的推進(jìn)系統(tǒng)由液壓設(shè)備和盾構(gòu)千斤頂組成。千斤頂數(shù)量由設(shè)計(jì)總推力和千斤頂類型確定，其直徑宜小不宜大，故采用高壓液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，其位置應(yīng)均勻地安裝在盾殼支撐環(huán)的內(nèi)周，方向與隧道軸線平行。

3、正面支撐系統(tǒng)

開(kāi)挖面支撐系統(tǒng)類型有千斤頂類、刀盤(pán)面板類和網(wǎng)格類。此外，采用氣壓法施工時(shí)由壓縮空氣提供的壓力也可使開(kāi)挖面保持穩(wěn)定。開(kāi)挖面支撐上常設(shè)有土壓計(jì)，以監(jiān)測(cè)開(kāi)挖面土體的穩(wěn)定性。

4、襯砌拼裝系統(tǒng)

襯砌拼裝系統(tǒng)的主要設(shè)備為襯砌拼裝器（俗稱舉重臂）和真圓保持器。襯砌拼裝器是一種專用的機(jī)械手，用于鉗住管片并使其平轉(zhuǎn)、升舉和旋轉(zhuǎn)，使管片能按預(yù)定的位置就位，并安全、迅速地拼裝成環(huán)。一般設(shè)置在盾尾或支撐環(huán)內(nèi)，也可安裝在車架上。真圓保持器是使隧道管片保持真圓的裝置，當(dāng)某環(huán)管片拼裝成環(huán)后。

5、液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由高壓油泵、油馬達(dá)、油箱、液壓閥及管路等組成，為千斤頂、舉重臂和大刀盤(pán)等提供動(dòng)力。一般油泵和油箱設(shè)在盾構(gòu)后面的車架上。

6、操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)控制盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)。

盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造圖

第三節(jié) 盾構(gòu)機(jī)的拆卸及配件管理

一、盾構(gòu)機(jī)的拆卸

1、第一步

1）盾構(gòu)機(jī)到達(dá)隧道擴(kuò)大段(為方便拆卸盾機(jī)而專門(mén)施作)后，繼續(xù)沿預(yù)先安裝好的盾構(gòu)機(jī)接收基座前進(jìn)，直到安裝完最后一環(huán)管片。此時(shí)，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)已完全推到接收基座上，但盾尾密封段還未脫離開(kāi)管片。為使盾尾段拆卸方便，盾構(gòu)機(jī)還需向前推進(jìn)1．5m以上，使盾尾完全脫離管片。繼續(xù)安裝管片最下面的一片，同時(shí)借助預(yù)先制作的兩根鋼結(jié)構(gòu)件，只用推進(jìn)油缸的下半部分第3、4、5組油缸推進(jìn)2m，使盾尾完全脫離開(kāi)管片，停止推進(jìn)。

2）檢查拖車間的進(jìn)、排伸縮管狀態(tài)，使其處于完全縮回位置。

3）切斷高壓電源。

4）拆除盾構(gòu)機(jī)第一節(jié)(刀盤(pán)和切口環(huán))與第二節(jié)(支撐環(huán)前段)之間的所有連接(包括管線和調(diào)向油缸)，使盾構(gòu)機(jī)第一、二節(jié)完全斷開(kāi)。

5）分別在盾構(gòu)機(jī)第一、二節(jié)上兩側(cè)沿徑向?qū)ΨQ焊接鋼支座，用兩根100t油缸將盾構(gòu)機(jī)第一、二節(jié)分開(kāi)。

6）在接收基座上安裝活動(dòng)油缸支座，繼續(xù)將盾構(gòu)第一節(jié)向前推進(jìn)，使其完全進(jìn)入接收井中央位置。

7）將盾構(gòu)機(jī)第一節(jié)吊到地面。

2、第二步

1）拆除盾構(gòu)機(jī)第二節(jié)與第三節(jié)(支撐環(huán)后段)的所有連接(包括連接螺栓和管線)，使盾構(gòu)機(jī)第二、三節(jié)完全斷開(kāi)。

2）分別在盾構(gòu)機(jī)第二、三節(jié)兩側(cè)沿徑向?qū)ΨQ焊接鋼支座，用兩根l00t油缸將盾構(gòu)機(jī)第二、三節(jié)分開(kāi)。

3）接收基座上安裝活動(dòng)油缸支座，繼續(xù)將盾構(gòu)第二節(jié)向前推進(jìn)，使其完全進(jìn)人接收井中央位置。

4）將盾構(gòu)機(jī)第二節(jié)吊到地面。

3、第三步

1）拆除第三節(jié)與盾尾之間的所有連接(包括盾尾鉸接油缸和管線)以及盾構(gòu)機(jī)第三節(jié)和l#拖車之間的所有管線連接，并確認(rèn)左右兩根拉桿處于斷開(kāi)狀態(tài)。

2）利用千斤頂和支架將盾構(gòu)機(jī)第三節(jié)與拖車之間的連接橋分離，并牢固支撐到拖車下部。

3）分別在盾構(gòu)機(jī)第三節(jié)和盾尾兩側(cè)沿徑向?qū)ΨQ焊接鋼支座，用兩根100t油缸將盾構(gòu)機(jī)第三節(jié)和盾尾分開(kāi)。

4）在接收基座上安裝活動(dòng)油缸支座，繼續(xù)將盾構(gòu)第三節(jié)向前推進(jìn)，使其完全進(jìn)入接收井中央位置。

5）將盾構(gòu)機(jī)第三節(jié)吊到地面。

4、第四步

1）在接收基座上安裝活動(dòng)油缸支座，將盾尾向前推進(jìn)，使其完全進(jìn)人接收井中央位置。

2）將盾尾吊到地面。

5、第五步

1）拆除拖車的所有連接(包括管線和銷連接)。

2）將拖車同時(shí)前移，直到拖車完全進(jìn)入接收井內(nèi)。

3）將拖車吊到地面。

二、盾構(gòu)機(jī)的配件管理

1、配件管理的重要意義

盾構(gòu)機(jī)配件管理是要把盾構(gòu)機(jī)配件的養(yǎng)、用、管、修提高到管理的高度上，有統(tǒng)籌、有計(jì)劃、有反饋、有 分析 和總結(jié)，建立一個(gè)良性的、閉式循環(huán)的管理系統(tǒng)。加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)配件管理在以下幾方面有著十分重要的意義：

1）有計(jì)劃性的實(shí)施配件的檢查和更換，能及時(shí)了解、掌握和 分析 配件的使用狀況，對(duì)有效地利用配件以及對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行有效的保護(hù)有重要意義；

2）建立準(zhǔn)確、詳盡的配件臺(tái)帳和完善配件維護(hù)、修理工藝，能最大限度地減少在配件方面的投入，對(duì)降低配件的使用成本有重要意義；

3）掌握并熟練運(yùn)用配件檢查、更換的方法，加強(qiáng)對(duì)刀盤(pán)的監(jiān)控，能避免配件非正常原因的大面積損壞，對(duì)保證施工順暢，降低施工風(fēng)險(xiǎn)有重要意義。

正是基于上述三方面的重要意義，我們需要總結(jié)出合理的、操作性強(qiáng)的配件管理方法，并把它規(guī)范化、制度化，用來(lái)指導(dǎo)我們的工作。

2、配件管理的主要內(nèi)容

盾構(gòu)機(jī)配件管理分為大小兩個(gè)閉式循環(huán)管理系統(tǒng)。大循環(huán)指從配件選用——具體操作——比較、 分析 ——反饋——配件選用的過(guò)程；小循環(huán)指從測(cè)試——使用——檢查、更換——修理——試驗(yàn)（測(cè)試）的過(guò)程。其中，大循環(huán)是小循環(huán)的基礎(chǔ)，小循環(huán)是大循環(huán)的具體體現(xiàn)。控制好大循環(huán)，就等于把好了第一關(guān)，為小循環(huán)順利的運(yùn)行建立了良好的基礎(chǔ)；控制好小循環(huán)，做好具體工作，又能給大循環(huán)提供更多、更好、更及時(shí)的反饋，使大循環(huán)能做及時(shí)、有效的調(diào)整，使一切按著計(jì)劃來(lái)運(yùn)行，避免了多余的投入，保證了成本的最小化。

3、配件管理流程

與任何一項(xiàng)工作一樣，盾構(gòu)機(jī)配件管理有特定的流程。

盾構(gòu)機(jī)配件管理的每一個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，要將配件管好、用好，需認(rèn)真做好每一個(gè)環(huán)節(jié)的具體工作。

1）測(cè)試

盾構(gòu)機(jī)配件主要分為齒刀與盤(pán)型滾刀兩大類，前者主要用于軟弱地層及強(qiáng)度在20MPa以下地層的開(kāi)挖，后者適用于強(qiáng)度較高的地層。對(duì)齒刀而言，主要側(cè)重于檢查齒刀刀體結(jié)構(gòu)，齒刀刀頭的牢固性（齒刀刀頭與齒刀刀體相連的方式主要有三種：焊接式，螺栓連接式與嵌入式），以及刀頭上硬質(zhì)合金的質(zhì)量，多為目測(cè)。

盤(pán)形滾刀除去目測(cè)刀圈有無(wú)裂紋，配件有無(wú)漏油現(xiàn)象外，還需利用專用工具與配件跑合裝置來(lái)測(cè)試配件的啟動(dòng)扭矩和配件的氣密性。若配件啟動(dòng)扭矩過(guò)大，在較軟、粘性較大地層掘進(jìn)時(shí)，地層不能提供足夠的扭矩使配件轉(zhuǎn)動(dòng)易導(dǎo)致配件弦磨；若啟動(dòng)扭矩過(guò)小，配件軸承必然會(huì)很松動(dòng)，不利于配件受力。因此檢驗(yàn)配件啟動(dòng)扭矩值是否符合廠家提供的設(shè)計(jì)要求至關(guān)重要。同時(shí)，配件的氣密性是檢驗(yàn)配件密封效果的指標(biāo)。氣密性不好，會(huì)導(dǎo)致配件潤(rùn)滑油泄漏，最終導(dǎo)致配件軸承損壞。由于配件在裝配時(shí)軸承密封可能存在安裝不到位，或者有雜物進(jìn)入，會(huì)導(dǎo)致配件的氣密性差，在靜止時(shí)不宜發(fā)覺(jué)，只有在配件運(yùn)行時(shí)才能根據(jù)潤(rùn)滑油是否泄漏來(lái)判斷。

2）配件使用

掘進(jìn)時(shí)采用的掘進(jìn)方法決定了配件的使用狀況，合理的掘進(jìn)模式與掘進(jìn)參數(shù)的選擇，能最大程度地延長(zhǎng)配件的使用壽命。盾構(gòu)掘進(jìn)主要有兩種控制方式：扭矩控制方式和推力控制方式，前者用于軟弱地層，后者用于硬巖段。不同的控制方式、掘進(jìn)模式與掘進(jìn)參數(shù)的選取不同，做好對(duì)掘進(jìn)參數(shù)的監(jiān)控、 分析 與比較，摸索、總結(jié)配件使用的經(jīng)驗(yàn)，并將結(jié)果反饋，用于指導(dǎo)掘進(jìn)，對(duì)防止配件因非正常的原因損壞有很大的幫助。

3）配件檢查、更換

工程開(kāi)始之前，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工區(qū)段地質(zhì)情況的了解，對(duì)地質(zhì)資料中反映的施工重點(diǎn)和難點(diǎn)需特別留心，應(yīng)充分估計(jì)特殊區(qū)段對(duì)配件的破壞程度，在預(yù)計(jì)配件可能遭到嚴(yán)重磨耗的地段之前，選擇合適的位置停機(jī)，根據(jù)地質(zhì)條件，輔以地層加固或壓氣工法等輔助施工工法檢查、更換配件。

由于配件檢查與更換是一項(xiàng)艱苦而又相當(dāng)重要的工作，機(jī)具、材料、配件三大項(xiàng)的準(zhǔn)備缺一不可，同時(shí)為快速、安全、保質(zhì)保量的完成換刀任務(wù)，平時(shí)需做好換刀工人的技術(shù)培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容主要包括：熟練使用各種換刀的工具，并具備一定的修理能力；全面了解配件的安裝過(guò)程，并有熟練的操作能力；對(duì)刀盤(pán)的配件布置有全面的了解，并具有對(duì)配件使用狀態(tài)做出合理判斷的能力；能判斷一把待安裝配件是否滿足安裝條件。

4）配件修理

配件修理是節(jié)約配件使用成本的直接手段。建立配件臺(tái)帳，詳細(xì)記錄和統(tǒng)計(jì)配件在養(yǎng)、用、管、修各個(gè)環(huán)節(jié)中具體的，以及配件目前所處的狀態(tài)，能夠更好的掌握配件現(xiàn)有的狀況，能更清楚地知道每一把配件在維修過(guò)程中消耗了多少配件，在使用過(guò)程中創(chuàng)造了多少產(chǎn)值（掘進(jìn)了多長(zhǎng)的距離）。通過(guò)統(tǒng)計(jì)和 分析 ，也能較準(zhǔn)確地掌握在不同的地層，配件及配件配件的消耗量，為工程單價(jià) 分析 建立數(shù)字化的依據(jù)。

第四節(jié) 地鐵盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)輸

以深圳地鐵300噸盾構(gòu)機(jī)吊裝運(yùn)輸為例：

1、運(yùn)輸機(jī)具參數(shù)

牽引拖頭為1臺(tái)ＴＲ88Ｍ8ＣＫＤ90型ＮＩＣＯＬＡＳ拖頭,在爬坡段增加1臺(tái)ＢＥＮＺ拖頭在后部頂推。單臺(tái)拖頭的額定拖載能力為6000ｋＮ,功率為559ｋＷ。1臺(tái)12×3軸線400ｔ工況液壓全掛車,規(guī)格為19370ｍｍ×5420ｍｍ×(1070±210)ｍｍ。

液壓全掛車輪子軸數(shù)可以按照構(gòu)件大小進(jìn)行組合以減小輪壓,本次共采用12×12=144個(gè)輪子,不同軸的輪子由液壓系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)向,保證了整個(gè)掛車的靈活性。

2、有關(guān)計(jì)算

1）盾構(gòu)機(jī)主體有關(guān)數(shù)據(jù)

盾構(gòu)機(jī)主機(jī)參數(shù)

盾構(gòu)機(jī)外徑6260ｍｍ,盾尾內(nèi)徑6060ｍｍ,盾構(gòu)機(jī)身長(zhǎng)8170ｍｍ(包括刀具為8520ｍｍ)。

2）液壓提升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷率

液壓提升機(jī)構(gòu)為200ｔ,4臺(tái),各穿16條鋼索,實(shí)際吊裝能力為4672ｔ,負(fù)荷率1.2×3004672×100%=771%(1.2為不均勻系數(shù)),安全。

3）吊裝架強(qiáng)度校核

因吊裝架是日本ＭＨＩＬＴＤ為珠海工程2×660ＭＷ機(jī)組發(fā)電機(jī)定子吊裝而設(shè)計(jì),起吊能力為4000ｋＮ,故可認(rèn)為安全。

4）吊裝鋼絲繩計(jì)算

吊裝鋼絲繩選用6×37+1-Φ65ｍｍ(185ｋｇｍｍ2),30ｍ長(zhǎng)一對(duì),吊裝時(shí)采用4點(diǎn)8個(gè)頭進(jìn)行掛繩,即將環(huán)狀繩掛2臺(tái)液壓提升機(jī)構(gòu),鋼絲繩的極限承載力為2900ｋＮ。鋼絲繩的安全系數(shù)為:082×8×2900/3000=6.34,安全。

5）移動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算

移動(dòng)總重:140ｔ(吊裝架)+300ｔ(盾構(gòu)機(jī))+80ｔ(吊裝附加梁)=520ｔ。

用2臺(tái)30ｔ液壓提升機(jī)構(gòu)進(jìn)行拖移,小坦克的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.01,牽引力為52ｋＮ,考慮起動(dòng)系數(shù)2.5,牽引力最大為130ｋＮ,滿足要求。

6）支柱受力計(jì)算

支柱受力最大時(shí)就是當(dāng)1個(gè)吊裝架的支腿走到支柱上方時(shí),此時(shí)支柱受力為1818ｋＮ,再加80ｋＮ軌道梁重,為1898ｋＮ。吊裝架所有重力分配到4根650ｍｍ×400ｍｍ×13500ｍｍ立柱上,考慮1.2的荷載不均勻系數(shù),每根立柱受力為：

Ｆ4=1.2×牽引重量=2182.8ｋＮ

軌道梁截面尺寸為700ｍｍ×1300ｍｍ,質(zhì)量為1400ｋｇ。軌道梁每隔3ｍ設(shè)一支撐點(diǎn)(對(duì)應(yīng)剪力墻或柱承壓),用斜墊鐵墊實(shí)。

軌道梁下支撐點(diǎn)受力簡(jiǎn)單估算如下：

支撐點(diǎn)受力Ｆ6=Ｆ4/承壓支柱數(shù)量+軌道梁自重=1497.2ｋＮ。故懸空軌道梁下支柱應(yīng)按1497.2ｋＮ設(shè)計(jì)。

7）液壓全掛車負(fù)荷率

全掛車的最大裝載量為4000ｋＮ,盾構(gòu)機(jī)運(yùn)輸能力3000ｋＮ,輔助運(yùn)輸設(shè)備重200ｋＮ,則:

η=(3000+200)/4000=0.8

8）結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

將以上吊裝荷載輸入相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算程序,可以對(duì)盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核。本工程盾構(gòu)始發(fā)井為車站的北端頭結(jié)構(gòu),計(jì)算得出吊裝荷載對(duì)車站結(jié)構(gòu)影響較大,為此對(duì)車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加固。

9）地面道路驗(yàn)算

盾構(gòu)機(jī)及吊裝架運(yùn)輸通道,要求平坦,地壓不小于120ｋＮ/ｍ2,路面縱向坡度<6%,橫向坡度<3%,高空障礙物高度≥76ｍ。盾構(gòu)機(jī)下井路線要求與出井相同。吊裝架組裝區(qū)域36ｍ×25ｍ,要求平坦,地壓不小于100ｋＰａ。

3、加固措施

1）混凝土結(jié)構(gòu)加固

由于整體提升架尺寸已定型,車站結(jié)構(gòu)的豎向體系與提升架不吻合,必須在車站增加臨時(shí)豎向支撐,經(jīng)過(guò)驗(yàn)算本標(biāo)段在整體提升架軌道梁兩端加了2個(gè)直徑800ｍｍ的鋼管支撐。

2）盾構(gòu)機(jī)主體加固

盾構(gòu)機(jī)主體為外徑6260ｍｍ筒體,且由鉸接分為前后兩段,前段集中了油馬達(dá)、刀盤(pán)、支撐架等主要設(shè)備,而后段基本為空筒體,盾構(gòu)機(jī)前重后輕。為了保證整體性和防止變形,在盾構(gòu)機(jī)鉸接部位按120°等分圓加了3個(gè)型鋼支撐,在盾構(gòu)機(jī)后筒體內(nèi)部用型鋼作了“井”字形支撐架。

4、吊裝運(yùn)輸過(guò)程控制

整體提升運(yùn)輸流程

第五節(jié) 當(dāng)今盾構(gòu)機(jī)的重要性與應(yīng)用范圍

盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展依附于隧道的建設(shè)，尤其是以地鐵為主流的城市軌道交通的建設(shè)。盾構(gòu)機(jī)除了在軌道交通中使用外，在通水、通電等大城市中也有作為。目前，全球正處于高速發(fā)展時(shí)期，鐵路、公路、水電、市政及有關(guān)管線等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度大，隧道及地下工程建設(shè)較以往無(wú)論在規(guī)模和數(shù)量上都有了大幅度的提高。這些隧道的相當(dāng)一部分將會(huì)采用先進(jìn)的盾構(gòu)法施工。

在鐵路建設(shè)方面，鐵路隧道主要采用硬巖掘進(jìn)機(jī)施工，城市地鐵和市政輸水管線主要采用盾構(gòu)機(jī)施工，公路和水電隧道則根據(jù)地質(zhì)情況選擇采用硬巖掘進(jìn)機(jī)或盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工。尤其在城市地鐵建設(shè)方面，由于盾構(gòu)機(jī)施工能解決污染環(huán)境、地面沉降、地面交通、地下水、隧道埋深加大等難題，應(yīng)用比例將不斷加大。盾構(gòu)機(jī)作為重要的挖掘機(jī)械，其應(yīng)用范圍還將繼續(xù)擴(kuò)大。

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