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盾構機主控室 |
北方網消息:從德國購進的『挖掘高手』——盾構機(俗稱『掘地龍』)經過一個月的組裝、調試,今天起開始在天津市地鐵一號線建設中大展身手,在地下從下瓦房站向小白樓方向推進。負責南樓至下瓦房段施工的第二臺盾構機今天上午也開始組裝。
今天派上用場的這臺盾構機重約300噸,刀盤每分鍾轉動0.8轉,每天挺進速度為10米,預計從下瓦房到小白樓1050米的距離,大約需要4個月左右的時間。運用如此龐然大物在地下鑽地,施工動靜不小,但從地上卻聽不到任何聲音。
據介紹,在建的地鐵一號線要穿越小白樓、下瓦房、南樓、土城等市區繁華地段,地上大型建築物密集,南京路、大沽南路又是交通主乾線,地下管網復雜,為減少施工對人們生活和工作的影響,按照計劃,從小白樓到土城段均采用盾構機地下施工。
-工程釋疑
□盾構機
1818年,英國工程師布倫諾爾設計出一種挖掘機,在泰晤士河底下挖掘隧道。他觀察過一種名叫鑿船蟲的蛀木軟體動物,發現這種蟲子利用圓管形硬殼支橕孔洞四周的特朵鋮,繼續向前鑽進。於是受到啟發,制造了一個箱形鐵殼(稱為盾構),利用千斤頂在松軟的土壤中向前推進。挖掘工人則在鐵殼內一面挖掘,一面在隧道內壁襯磚。這便是人類的第一臺盾構機。1825年至1841年間,利用布侖諾爾設計的盾構鑿通韋平到羅瑟海斯的世界第一條水下隧道,長約1100米。
1865年,英國橋梁工程師巴洛發明一種盾構,並注冊了專利,這種盾構是圓筒形,直徑較布侖諾爾設計的為小,不用磚鋪砌隧道內壁,而用鐵塊砌塊。巴洛和工程師格雷特黑德利用這種盾構在一年之內鑿通泰晤士河床下的第二條隧道。格雷特黑德還改進了挖隧道技術,以壓縮空氣抵消外面的水壓。1890年,倫敦用這種技術建成了世界上第一條地下鐵道。
盾構隧道適用於軟土地區埋深大的隧道工程,可穿越江河、湖泊、海底、地面建築物和地下管線密集區的下部。盾構機是這種施工方法中最主要的施工機具,它是一個既能支橕地層壓力又能在地層中推進的鋼筒結構體——隧道掘進機。
早期的盾構,主要是利用盾構機械所特有的盾殼作為支護,防止地層的坍塌,以保證在其內部安全地進行開挖和襯砌等各種作業,開挖基本上是采用人工開挖方式。隨著隧道工程的不斷增多,為適應不同條件下的施工要求和提高施工效率,隧道掘進機器人得以應用並不斷地發展,除不斷完善軟土隧道掘進機(即盾構)及應用技術,又開發出能夠適應岩石地層施工的岩石隧道掘進機及應用技術。到目前為止,隧道掘進機已經發展到比較高的水平。全世界共生產各種類型的隧道掘進機約8000餘臺,並且在工程應用中獲得了滿意效果。
隨著地下空間的開發,盾構技術已廣泛地應用於軟土層的地鐵、隧道、市政管道等工程領域。為適應不同工程的需要,盾構機的形式也越來越多,目前,已生產了斷面為圓形、矩形、雙圓、三圓、球型盾構、子母盾構等,尺寸也從直徑200毫米到18米。盾構機的類型較多,但其工作原理基本相同,主要由切削刀盤、動力機構、液壓主軸頂進機構、液壓糾偏機構、液壓中繼頂進機構、液壓主頂進機構、襯砌及岩土排運機構以及檢測導向機構等幾個部分。
隨著高新技術的發展,盾構機控制技術的科技含量越來越高,遙控控制技術、激光制導技術以及陀螺儀定位系統已普遍應用於盾構機中,使得盾構機的操作、地表沈降的控制更趨簡易,隧道的施工質量也越來越好。
為適應工程建設發展的需要,盾構機的斷面尺寸具有向超大、微小兩個方向發展的趨勢。直徑18米的盾構機已在研制,小到直徑200毫米的微型盾構已在工程中得到應用。盾構技術的應用越來越廣,如水工隧道、地鐵隧道、市政管道、共同溝等。
近幾年來,我國隧道及地下工程的建設發展很快,目前我國鐵路隧道總數達5300餘座,總長度達到2500公裡;公路隧道達到450多座,總長度達到120公裡;水電站地下工程和水工隧洞達到100公裡;已建和正在建設的地鐵長度達到170公裡。在這些工程中,其中有不少是采用盾構技術進行施工。在2000年?2009年的十年中,新建鐵路隧道的長度將達到300?400公裡;地鐵建設長度將達到700公裡;城市市政隧道工程將達100公裡;水電隧道將達400公裡。由此可見隧道掘進技術在我國將有廣闊的應用前景。
我國在盾構施工技術方面已有多年經驗,在北京、上海、廣州等地下鐵道、排水隧道工程中應用了盾構施工並取得成功。九十年代以來,我們已成功地研制了管徑3.8米至6.34米的土壓平衡隧道掘進機10餘臺,技術水平已接近國際先進水平,用於地鐵隧道、引排水隧道、電纜隧道工程;在導向技術、監控技術方面的研究也達到了國際先進水平。最近,上海已研制了國內第一臺3.8米Χ3.8米組合刀盤土壓平衡矩形盾構,完成2條62米長的地下人行通道,使我國在異形隧道的開發研究方面進入世界先進行列。
□盾構施工法
盾構施工方法是近年來在國內興起的挖掘隧道的先進方法,它是根據不同的地質條件,采用相適應的構造復雜的盾構機,通過計算機精確控制,在地下向前掘進,同時尾部拼裝上可以承受巨大壓力的相互咬合的管片而形成圓形隧道。盾構機通過之處,其後面就會形成一條高質量的隧道。
這種施工方法主要有三個優點:一是安全,在施工過程中可以通過計算機控制機械施工,安全可靠,減少了在地下人工掘進隧道時的風險;二是速度快,在二號線盾構機施工最高記錄達到了一天掘進30米,而普通的礦山法施工,一天最高掘進是2米。三是質量好,盾構施工采用機械化施工,在質量上可以做到經久耐用。