【正文】 熟，異形斷面隧道工程日益增多。 異形盾構(gòu)機(jī)的研究和應(yīng)用 常用的盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)為圓形，主要是圓形結(jié)構(gòu)受力合理，圓形掘進(jìn)機(jī)施 工摩阻力小，即使機(jī)頭發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其影響也比較小。 1988 年，上海市政工程研究所在消化吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制的一臺(tái)Ф 1200 mm 泥水機(jī)械平衡遙控頂管機(jī)取得成功，以后又陸續(xù)設(shè)計(jì)制造了Ф 1500 ～ 2400 mm 的泥水機(jī)械平衡式頂管機(jī)。 20 世紀(jì) 80 年代初，上海地區(qū)開始應(yīng)用網(wǎng)格擠壓水力出土式頂管機(jī)。我國的頂管施工早在 50 年代就用于城市下水道工程，當(dāng)時(shí)頂管機(jī)頭為手掘式。下面我將對另外幾款掘進(jìn)機(jī)及我國隧道掘進(jìn)機(jī)發(fā)展的內(nèi)容和展望做簡單的介紹。 由于泥水加壓式盾構(gòu)需要在地面設(shè)置一套龐大的泥水處理裝置，且施工成本高 于土壓盾構(gòu)，因而在我國的應(yīng)用比較少 [4]。掘進(jìn)管理和姿態(tài)自動(dòng)計(jì)測系統(tǒng)能及時(shí)反映盾構(gòu)開挖面水壓、送泥流量、排泥流量、送泥密度、排泥密度、千斤頂頂力和行程、刀盤扭矩、盾構(gòu)姿態(tài)、 注漿量和壓力等參數(shù)，便于準(zhǔn)確設(shè)定和調(diào)整各類參數(shù)。 d 1 。掘進(jìn)速度一般為 6m178。 1994 年，上海延安東路隧道南線 1300 m 圓形主隧道施工的Ф m 泥水加壓式盾構(gòu)具有自動(dòng)化程度高、盾構(gòu)掘進(jìn)對周圍地層影響小的優(yōu)點(diǎn)。泥水加壓式盾構(gòu)的引進(jìn)和開發(fā)應(yīng)用泥水加壓式盾構(gòu)是上世紀(jì) 70 年代英國最早開發(fā)和應(yīng)用的， 1975 年起在日本得到廣泛的應(yīng)用。 2021 年，北京地鐵 5 號(hào)線工程進(jìn)行區(qū)間隧道盾構(gòu)掘進(jìn)試驗(yàn)工程，與國外廠商 談引進(jìn)一臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。 2021 年，廣州地鐵 2 號(hào)線工程海珠廣場至江南新村 3423 m 區(qū)間隧道選用兩臺(tái)Ф m 復(fù)合型土壓盾構(gòu)掘進(jìn)施工。刀盤邊緣裝有 10 cm 超挖刀。其中烈士陵園 — 農(nóng)講所 — 公園前使用一臺(tái)可切削風(fēng)化巖的土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)了 2970 m，穿越地層為少量粉質(zhì)粘土和風(fēng)化巖。施工性能技術(shù)指標(biāo)達(dá)到 80 年代國際先進(jìn)水平。掘進(jìn)施工，地鐵 1 號(hào)線工程所用的 7 臺(tái)Ф m 土Ф m 土壓平衡盾構(gòu)全部采用國產(chǎn)部件，由壓平衡式盾構(gòu)經(jīng)維修以后，繼續(xù)用于 2 號(hào)線區(qū)間隧上海船廠制造，用于上海市南站過江電纜隧 道。Ф m 土壓平衡式盾構(gòu)見圖 5。掘進(jìn)施 工穿越上海的網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)。它減小對周圍土體的擠壓影響。壓力艙內(nèi)設(shè)有土壓設(shè)，圓形隧道選用 7 臺(tái)Ф m 土壓平衡式盾構(gòu)推計(jì)，可設(shè)定平衡土壓力值，保持開挖面土壓平衡，以進(jìn)。川崎重工制造的一臺(tái)Ф m 小刀盤土壓平衡式 。道。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 14 2． 2 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用 20 世紀(jì) 70 年代以來，開發(fā)了具有刀盤切削的密閉式的可平衡開挖面水土術(shù)發(fā)生了一次新的飛躍。 105 kN 推力。盾尾密封裝置吸收國外新技術(shù)，采用三道鋼絲刷，并注入自行研制的盾尾油脂 ，確保了盾尾密封。自出土運(yùn)輸自動(dòng)化。開挖面高壓水沖切土體，并采用大型泥泵接要建筑物和地下管線。網(wǎng)格上布有 30 扇可開啟和關(guān)閉的液壓閘門，具有調(diào)控開挖面進(jìn)土部位、面積和進(jìn)土量的作用，可輔助盾構(gòu)糾偏和控制地面沉降。 1476 m 圓形主隧道采用盾構(gòu)掘進(jìn)施工，其中 500 m 穿越黃浦江底， 500 m 穿越市中心建筑密集區(qū)。經(jīng)試驗(yàn)， 上海地鐵 1 號(hào)線最終確定隧道襯砌 6 塊，為厚 35 cm 、寬 100 cm 的平板式管片 [4]。襯砌環(huán)防水初為焦油聚氨酯，后又改用防水性能更好的氯丁橡膠。鋼筋混凝土管片采用高精度鋼模澆筑，管片尺寸精度達(dá)到177。盾構(gòu)外徑 m，總推力 179。北京、江蘇、浙江、福建等省市也用盾構(gòu)法建造了各種不同用途的小直徑隧道。盾構(gòu)穿越地面以下深度為 17 ～ 30 m 的淤泥質(zhì)粘土層和傅德明粉砂層，邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 13 在岸邊段采用降水全出土、氣壓全出土和局部擠壓方法施工，在江中段采用全氣壓、局部擠壓出土法施工。 104 kN。 1967 年 3 月，上海打浦路越江公路隧道采用Ф m 網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)，掘進(jìn)總長 1324 m 。盾構(gòu)推進(jìn)穿越的建筑物和地下管線均未受影響 。隧道襯砌環(huán)由 5 塊平板式鋼筋混凝土管片拼裝而成。隧道覆土約 12 m，掘進(jìn)長度2 179。 網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī) 1965 年 6 月，上海地鐵 60 工程區(qū)間隧道采用由我國自行研制的Ф . m 網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)施工，總推力為 179。隧道掘進(jìn)試驗(yàn)分為淺埋推進(jìn)和深埋推進(jìn)兩段，掘進(jìn)總長度 68 m 。 手掘式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī) 20 世紀(jì) 50 年代，阜新煤礦和北京市政所用Ф m 和Ф m 的盾構(gòu)就是開挖面敞開的手掘式盾構(gòu)，在盾構(gòu)殼體的保護(hù)下，采用人工挖土，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工速度慢。手掘式盾構(gòu)，適用于含水量少、自立性好的地層，在含水豐富的軟弱地層中使用時(shí)，必須輔以氣壓。下面我將對幾款隧道掘進(jìn)機(jī)做一個(gè)間單的介紹。 2 隧道掘進(jìn)機(jī)簡介 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 12 隧道掘進(jìn)機(jī)，從 通常意義上來講，就是通過位于工作面的一組開挖機(jī)械或旋轉(zhuǎn)刀具切削或破碎前方介質(zhì)并由此向前推進(jìn)的一種隧道開挖機(jī)械。 總之，由于 TBM 施工速度快，若出現(xiàn)開挖、襯砌質(zhì)量缺陷，則處理難度很大。鉆孔注漿法即向孔內(nèi)注入水灰比 2:1的漿液，若在規(guī)定的壓力下，初始 10min 內(nèi)注入量不超過 10L，即認(rèn)為合格。檢查孔應(yīng)布置在脫空較大、串漿孔集中、灌漿情況異常以及圍巖地質(zhì)條件不良的部位，檢查方法包括鉆邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 11 孔取芯法和鉆孔注漿法。但當(dāng)漿距離較遠(yuǎn)，且相鄰灌漿孔和檢查孔完全被漿液充滿時(shí)，也可結(jié)束灌漿。 閉漿標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制 底拱和側(cè)拱回填灌漿的 閉漿標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)相鄰底拱灌漿孔或兩側(cè)灌漿孔出現(xiàn)串漿，且出漿量較大、漿液濃度接近進(jìn)漿濃度時(shí)，即可結(jié)束灌漿。底孔灌漿緊跟管片安裝進(jìn)行，通常距 TBM ~，孔距為一環(huán)管片寬度；側(cè)孔灌漿在 TBM 后配套末端進(jìn)行，距開挖面約 300m，灌漿壓力也控制在 ~，且宜采用對稱并聯(lián)灌漿，灌漿孔距不大于三環(huán)管片寬度，相鄰兩灌漿孔間的孔為檢查孔；頂拱灌漿緊跟著側(cè)孔灌漿后進(jìn)行，灌漿壓力宜控制在 ~，孔距不大于五環(huán)管片寬度，相鄰兩灌漿孔間的孔為檢查孔。 回填灌漿質(zhì)量控制 灌漿漿液制備由設(shè)于 TBM 后配套尾部的計(jì)算機(jī)控制，漿液質(zhì)量控制是確保設(shè)備正常運(yùn)行的，每制備一定量漿液需測量一次漿液濃度，以保證水灰比滿足設(shè)計(jì)要求。豆礫石回填前，首先用高壓風(fēng)清理洞壁巖粉，然后按從下至上的順序回填豆礫石，且要保證其充填密實(shí)。盡管豆礫石在運(yùn)往現(xiàn)場前已進(jìn)行了各工序的加工處理，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)石粉含量過大現(xiàn)象，所以現(xiàn)場必須進(jìn)行取樣檢驗(yàn)，石粉含量超標(biāo)時(shí)要進(jìn)行二次過篩 ，合格后方可使用。所以，只有較好地控制管片接縫和錯(cuò)臺(tái)誤差，才能避免或減少管片破損率。所以如發(fā)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)差異較大，說明管片安裝偏差較大，需及時(shí)調(diào)整。所以對開挖質(zhì)量這一關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行有效控制，才能有效控制管片安裝質(zhì)量。在 TBM 隧道施工中，襯砌和開挖面外緣近似于同心圓，當(dāng)開挖軸線為直線時(shí)，安裝管片后的洞軸線亦為直線 ；而當(dāng)開挖軸線左右或上下擺動(dòng)呈明顯的曲線時(shí)，安裝管片后的洞軸線亦為同形曲線。所以在進(jìn)洞前要逐一檢查，可修復(fù)使用的在洞外修復(fù)后進(jìn)洞安裝。 管片及安裝質(zhì)量控制 在管片運(yùn)到施工現(xiàn)場前，已經(jīng)過制造廠的各項(xiàng)檢查，并有出廠合格證。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)主推力缸液壓系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)主控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，掘進(jìn)就會(huì)發(fā)生偏斜。邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 9 隧道圍巖地質(zhì)條件在一定程度上對開挖質(zhì)量有較大影響，當(dāng)掌子面上下或左右兩側(cè)的圍巖強(qiáng)度、構(gòu)造發(fā)育程度相差較大時(shí)，易產(chǎn)生掘進(jìn)偏斜；當(dāng)掘進(jìn)機(jī)通過諸如斷層碎帶、強(qiáng)風(fēng)化 ~全風(fēng)化巖石、土洞等軟弱圍巖時(shí)，機(jī)頭易下沉。 隧道開挖過程質(zhì)量控制 除發(fā)生塌方的洞段外， TBM 開挖無超挖或欠挖，所以開挖質(zhì)量主要是指開挖軸線滿足設(shè)計(jì)要求的程度，控制了軸線偏差，也就控制了欠挖 TBM 開挖由控制系統(tǒng)控制，激光導(dǎo)向系統(tǒng)、掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行參數(shù)（包括刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩或刀頭最大推力、掘進(jìn)速度、推進(jìn)油缸壓力和馬達(dá)電流消耗等）均通過該系統(tǒng)來觀察和控制，隧道開挖質(zhì)量受操作人員素質(zhì)、圍巖地質(zhì)條件、掘進(jìn)機(jī)工作狀況等多種因素影響。 TBM 施工質(zhì)量控制程序和控制點(diǎn)。只有對各工序活動(dòng)條件進(jìn)行有效控制，才能保證隧道施工質(zhì)量。 施工過程質(zhì)量控制是以工序質(zhì)量控制為核心，設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn)，進(jìn)行預(yù)控。該設(shè)備由一種計(jì)算機(jī)控制的激光束和測斜儀組成，由激光發(fā)射器通過后靶投射到前靶上，激光束投射到安裝在距掌子面 4m 的光靶上再通過傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)讲僮魇业挠?jì)算機(jī)中心，操作人員根據(jù)顯示屏的數(shù)據(jù)控制掘進(jìn)偏差，精度可達(dá)到 1mm。 TBM 的掘進(jìn)方向是 由 ZED 激光導(dǎo)向系統(tǒng)控制的。后護(hù)盾為襯砌系統(tǒng)，管片安裝器直接將預(yù)制混凝土管片安裝就位，然后縮盾，管片便脫離后護(hù)盾，隨即通過管片安裝孔（同時(shí)也是灌漿孔）豆礫石泵送至管片與圍巖間隙中，最后進(jìn)行回填灌漿。后配套位于 TBM 機(jī)頭部之后，分為滾動(dòng)支撐段和軌道平臺(tái)兩部分，主要功能是實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制 、配電、供水、排水，及運(yùn)輸裝車等，還有壓風(fēng)機(jī)、高壓油泵等輔助系統(tǒng)。 山西省萬家寨引黃工程隧道開挖所采用的 6 臺(tái) TBM 全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)均為雙護(hù)盾封閉式，由機(jī)頭部和后配套組成。早在 1990 年，就有報(bào)道稱日本的東京電力公司（ Tokyo Electric Power Co. ）和 IshikawajimaHarima Heavy Industries (IHI)就設(shè)計(jì)了專門用于管片安裝的機(jī)器人，該管片自動(dòng)安裝系統(tǒng)由一個(gè)電力提升裝置、管片供應(yīng)裝置和一個(gè)管片安裝機(jī)器人組成，并在 Yokohama 的洞徑為 的實(shí)際工程中得到運(yùn)用 。而在荷載結(jié)構(gòu)法中的眾多計(jì)算方法中又以自由變形圓環(huán)法為主。而在 Lesotho Highlands 水利工程的 21km 長輸水隧洞 TBM 施工中 , 為適應(yīng)不同地質(zhì)條件和覆蓋層的變化，采用了三種不同配筋率的預(yù)制混凝土管片。在國外，針對不同的地層條件，有不少工程僅將管片支護(hù)作為初次支護(hù)，而后還進(jìn)行混凝土襯砌、噴鋼纖維混凝土等二次支護(hù)。目前的技術(shù)水平已達(dá)到掘進(jìn)機(jī)刀盤直徑φ ~，擴(kuò)孔 直徑可達(dá)φ 15m 以邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 7 上 ,適應(yīng)巖石抗壓強(qiáng)度達(dá) 250MPa~300MPa,掘進(jìn)平均月進(jìn) 600m~700m。羅賓斯公司近年研制實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)三護(hù)掘進(jìn)機(jī)。 104 N 增至 40179。 1998 年，鐵道部泰嶺 I 號(hào)特長隧道（總長 ）使用德國 WIRTH 公司生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行開挖，經(jīng)過近 20 個(gè)月的有懈努力，克服種種困難，于 1999 年 8月 29 日提前 32 天完成了開挖任務(wù)，創(chuàng)造了全國鐵路隧道施工的最高記錄。平均月進(jìn)尺達(dá) 1000m，最高月尺 1500m。該工程 30A 隧洞全長 ，開挖直徑 。 20世紀(jì) 80后代后期我國從美國 Robbino公司引進(jìn)直徑 ，用于天生橋二級(jí)水電站的長隧道洞開挖，效果不太理想。但與國際水平相 比，差距甚大，主要表現(xiàn)在掘進(jìn)速度上，國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)的月平均進(jìn)尺為 100m左右，僅為國際水平的 1/51/10，顯示不出優(yōu)越性。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 我國在 1964 年經(jīng)周恩來總理批準(zhǔn)，在國家科委的領(lǐng)導(dǎo)下，成立了全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)攻關(guān)小組，由第一機(jī)械工業(yè)部沈鴻副都長任組長，開始研制巖石掘進(jìn)機(jī)，在“靠山、隱蔽、分散”及“深挖洞”口號(hào)的推動(dòng)下，大搞群眾運(yùn)動(dòng)，制造出50 多臺(tái)掘進(jìn)機(jī)，基本上沒有發(fā)揮作用。 隨著地下工程快速技術(shù)水平的提高，隧道掘進(jìn) 機(jī)施工技術(shù)在中國得到了快速的應(yīng)用和發(fā)展。 從總體上看，掘進(jìn)機(jī)技術(shù)體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)、新材、自動(dòng)化、信息化、系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)等高新技術(shù)的綜合密集，反映了一個(gè)國家的綜合國力和科技水平。用這種方法，不需對地表“開 膛破肚”就可在地下，包括水下、橋下、建筑物下開挖、更換各種管道。近年來，掘進(jìn)機(jī)向斷面多樣化、多工作面方面向發(fā)展，如已研制成功矩形的、橢圓形的、雙圓形的、三圓形的掘進(jìn)機(jī)，在開挖地鐵車站、鐵路隧道、水工隧洞等地下工程中發(fā)揮中發(fā)揮了重要作用。不但能在巖石中掘進(jìn)，還能在軟土中掘進(jìn)的復(fù)合型掘進(jìn)機(jī)發(fā)展也很快。微型掘進(jìn)機(jī)的直徑 一般為 25~150cm，巨型的可達(dá) 15m。在一些發(fā)達(dá)國家，不少施工企業(yè)都明確規(guī)定，對于 3km 以上的隧道，必須用掘進(jìn)機(jī)施工。此外，還有優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)、有利于環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)力保護(hù)的優(yōu)點(diǎn) 。在相同的條件下，其掘進(jìn)速度約為常規(guī)鉆爆法的 4~10倍。采用全新面隧道掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行快速施工已成為總的發(fā)展趨勢。人們普遍認(rèn)為：“ 19 世紀(jì)是橋梁的世紀(jì)， 20 世紀(jì)是高層建筑的世紀(jì)， 21 世紀(jì)則是地下空間的世紀(jì)” [1]。 Geological technology 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 4 目 錄 摘要 abstract 前言 ??????????????????????????? 1 1 隧道掘進(jìn)機(jī)的研究與應(yīng)用介紹 ??????????????? 2 國內(nèi)外研究情況 ???????????????????? 2 TBM 施工中的質(zhì)量控制 ????????????????? 3 2 隧道掘進(jìn)機(jī)簡介 ????????????????????? 8 手掘式和網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用 ?????? ???? 8 土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用 ????????? ??? 10 其它形式 掘進(jìn)技術(shù)的研究和應(yīng)用 ????????