盾构总体及推进装置设计论文

盾构总体及推进装置设计论文内容摘要：

.......................... 49 液压缸筒的内径 D ...................................... 50 活塞杆的直径 d ........................................ 50 计算油缸需 要的工流量 Q ................................ 50 缸筒厚度的计算 ....................................... 50 缸筒底部的厚度 h ..................................... 51 缸盖的厚度 t的确定 ................................... 51 最小导向长度 H 应满足以下要求： ....................... 52 液压缸活塞的宽度 B ................................... 52 缸盖滑动面的长度 L ................................... 52 确定隔套的宽度 K ..................................... 53 结论 ............................................................... 54 致谢 ............................................................... 55 参考文献 ........................................................... 56 西南 交通大学本科毕业设计 (论文 ) 第 1 页 第 1 章 盾构隧道概述 盾构技术发展状况 盾构的历史及发展状况 隧道盾构工法施工起源于欧洲 ,于 1818 年由英国工程师布鲁诺尔 (Brunel)发明，用于泰 晤士河底下的隧道工程。 此后，在 1887 年的南伦敦铁路隧道工程中，兼用了气压施工法的 盾构推进，构筑了盾构工法的基础。 本世纪初，盾构法在美国和苏联得到发展，二次世界 大战后，特别是近二十年来，盾沟在欧洲和日本的发展速度很快。 经过不断的发展，盾构 技术己日趋完善，也越来超受到各国重视。 自六十年代 开始，英国首创泥水加压盾构后， 日本在泥水加压盾构方面取得了很大进展，而且又出现了一种更新颖的土压平衡盾沟。 在 气压盾构基础上发展起来的局部气压盾构，在美国、日本及西欧各国均取得了成功的施工 经验，但最近几年已被泥水加压盾构及土压平衡盾构等密闭型盾构所取代，原来的敞开型 盾构应用逐渐减少。 盾构法隧道优缺点 西南 交通大学本科毕业设计 (论文 ) 第 2 页 盾构法隧道优点： （ 1）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通 、 河道 、 航运 、 潮汐 、季节 、 气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工。 （ 2）盾构的推进 、 出土 、 衬砌拼装等 可实行自动化 、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低。 （ 3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰；在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。 盾构法隧道缺点： （ 1）盾构机械造价较昂贵，隧道的衬砌 、 运输 、 拼装 、 机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险较大。 （ 2）需要设备制造 、 气压设备供应 、 衬砌管片预制 、 衬砌结构防水及堵漏 、施工测量 、 场地布置 、 盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调复杂。 （ 3）建造短于 750m 的隧道经济性差；对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度较大 盾构分类 基本种类及结构型式划分 盾构机根据其适用的土质及工作方式的不同可分为开胸式、压缩空气式、泥水式、土 压平衡式、组合式、插板式、多断面式盾构机以及微型盾构机等。 目前国际上常用的盾构机械可分为泥水加压式和土压平衡式两大类，遇到较复杂的地 质情况也可采用混合式盾构机械。 西南 交通大学本科毕业设计 (论文 ) 第 3 页 开胸式盾构 它是工作面全部或大部分敞开的结构，用于无地下水的地层开挖，如开挖面不能稳定， 则应采取辅助方法使之稳定。 可 采用人工、半机械或机械方法开挖。 压缩空气式盾构 在含水地层施工时，通过压缩空气来保持开挖面稳定，并防止地下水从开挖面涌入。 压缩空气式盾构机还包括局部气压式盾构机。 泥水式盾构 泥水加压式盾构机又称有压泥浆式盾构机，主要针对无粘聚力的滞水砂层、软塑性、 流动性等特别松软地层中进行隧洞开挖而研制的，目前较广泛应用于各种软弱地层的施工。 土压平衡式盾构机 通过挖掘下来的土料作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室， 刀盘旋转开挖使泥土室土料增加，再由螺旋输送机旋转 将土料运出，泥土室内土压可由刀 盘旋转开挖速度和螺旋输料器出土量 (旋转速度 )进行调节。 因此螺旋输送器的取土速度必 须调节适度，与切削的速度相适应 复合式盾构机 在同一条隧洞中，往往由于地质情况差异大，地层变化复杂，施工中遇到不同的问题， 这就需要采取多种类型盾构机的相互转换，以适应地质条件对机械的要求。 其工作方式及开挖面稳定方法可根据沿开挖洞线上土质情况的变化而进行转换，因此 适应范围较广，如一种组合可根据需要从土压平衡工作方式转换到泥水加压式工作方式， 土料输送由螺旋输料器转换到由泥浆泵 及管道输送。 插板式盾构机 也称插刀式盾构机，它由许多插刀组成，可以组合出不同的断面形状和尺寸。 其推进 靠设在插刀和支承框架之间的液压缸，将插刀以单插刀或成组插刀方式进行组合。 当所有 西南 交通大学本科毕业设计 (论文 ) 第 4 页 插刀都推进到一个行程距离时，所有液压油缸同步收缩，把支承框架向前拖动 多断面式盾构机 一般盾构机一次只能开挖一个断面的隧洞，当需要开挖平行相邻且直径相同的两个或 多个隧洞时，普通盾构机需施工两次或多次，而用一个大断面来包含以上两个或多个隧洞 断面时，盾构机刀盘直径会过大，开挖时也存在浪费，而多断面盾构机， 同一盾构机上有 两个或多个 (目前最多为 3 个 )刀盘，两个刀盘之间有一小部分面积是重合的，这样一台盾 构机的掘进即可同时挖掘出平行且相通的两个或多个隧洞 微型盾构机 对于一些输气、供排水和电缆隧道，直径较小，可用微型盾构机施工。 微型盾构机从 工作方式上也有土压平衡式和泥水式等多种，挖掘方式有机械刀具也有高压射流，由于洞 径较小 (一般从 ~ 左右 )，衬砌不象大直径隧洞用管片拼装，而一般用预制管件由设 在竖井处的顶管装置顶进，微型盾构机掘进时的推力也来自顶管装置。 盾构适用范围 选 择盾构机时，必须综合考虑，以获得经济，安全，可靠的施工方法。 盾构机机型是工程成功与否的重要因素，选择时必须注意如下几点： 适用于本工程围岩的机型； 可以合理使用的辅助施工方法； 满足本工程施工长度和线形的要求； 后续设备，始发基地等施工设施能与盾构机的开挖能力配套； 工作环境。 对于地质条件变化很大的地区，施工沿线地质均一的工区很少，一般多选择适合于施工区大多数围岩条件的机型。 选型取决于下列各项围岩条件： 西南 交通大学本科毕业设计 (论文 ) 第 5 页 软弱流动性的粘土； 易坍塌的砂，砂砾层； 含水砂层，砾层或互层中的承压含水砂层和砾层； 含大砾石的地层 ； 估计埋有漂木和其他物质的地层； 包括硬软两种土层的地层。 为了减少辅助施工法并保证施工安全可靠，选择能保持开挖面稳定和适应围岩条件的盾构机型非常重要。 下面就以开挖面稳定为中心，介绍盾构机对每种主要土质的适应性。 冲积粘土 如果冲积粘土的自然含水率接近或超过液限，开挖面不能自稳，则应选择开挖面密封型的盾构机。 挤压式盾构机（闭胸式） 当整个开挖断面和施工沿线均是 N值为 05的软弱粉砂及粘土围岩时，应采用挤压式盾构施工法。 但是，这种施工方法在施工过程中要挤压盾构周围的围岩，并贯入推进，其压力可能扰 乱围岩使地层先行隆起，从盾构机通过后直到被扰乱地基获得稳定期间，不可避免地会引起一定程度的沉降，且沉降量大。 根据隧道标准规范的盾构篇，从应用实例和分析研究的结果看，即使含砂率和液限指数相同，由于粒径，粒度分布不同，有时还是不能断定可以还是不可以用它来施工，由于其适用土质范围狭窄，故应用时必须根据土质调查结果进行充分的研究。 密封式盾构机 在超出挤压式盾构施工方法适用范围的冲积粘土层（含砂量大，有硬软互层，西南 交通大学本科毕业设计 (论文 ) 第 6 页 液限指数过大并含有砾石等），宜采用密封式的泥水或土压式盾构机。 此外，在冲积层中有一种特殊土层，即超软弱的 腐殖质土层，一般，腐殖质土含水率达100%200%以上，有机物含量高，孔隙比大，湿容重为 ,粘着力小，此外，还具有压缩变形量非常大，发生时间短，干缩量也非常大的性质。 如果地下应力失去平衡，其影响范围将很大，因此，在估计有腐殖质存在的情况下，有必要对其范围，层厚和特性等进行充分的调查。 腐殖质土层开挖必须选择腐殖土不脱水的施工方法。 但保持开挖面稳定的压力控制幅度极窄，无论用哪种密封式盾构机施工都难以进行开挖面压力管理。 通常，在开挖腐殖质土层时，一般要根据开挖面稳定，维持盾构机正确姿势，防止 地基沉降。 避免对周围建筑物产生影响以及防止衬砌完工后隧道发生不均匀沉降等要求，采取地基改良措施。 洪积粘土 洪积粘土一般 N值大，含水率低，开挖面能够自稳。 此外，由于剪切阻力大，蠕变变形比较小，不需要挡土隔墙。 开挖面自稳状况的判断，可根据布罗姆斯提出的方法及村山教授的开挖面稳定理论公式推算。 全开敞式盾构机 在开挖面可以长时间自稳的情况下，宜采用手掘式盾构，半机械式盾构，机械式盾构施工方法。 通常，同时采用压气施工的方法。 这些盾构机是根据开挖围岩的强度，隧道断面，长度，并结合考虑开挖能力，施工效率和省 力等因素选定的。 由于工程施工进度取决于开挖能力，所以研究与土质相适应的开挖形式非常重要，对半机械式要注意开挖机械的选择，而对机械式要注意面板开口率，刀头形状和配置等。 此外，半机械式同手掘式和机械式相比，超挖量可能增大，要直接对整个开挖面做防坍支护是困难的，所以必须对辅助施工方法进行更慎重的研西南 交通大学本科毕业设计 (论文 ) 第 7 页 究。 在采用压气施工法且压气压力较高的情况下，根据有关标准算出安全允许作业时简非常重要。 由此决定班组轮换次数，掘进劳务费也将有大幅度变化，必须与密封式的泥水式和土压失盾构机施工方法进行设计比较。 密封式盾构机 一般，在开挖 全线整个开挖面都是洪积粘土的情况非常少，很多情况是夹层中夹有含水砂层，这时选用密封式盾构机。 使用土压式盾构机时，由于含水率低的的固结粘土吸水后附着力增加，所以对周边支承式或中间支承式的刀盘来说，将会出现一段时间内开挖渣在腔室内四周附着并压密固结，与刀盘一起旋转，造成排土困难的情况。 为此，多采用中心轴支承方式，轮辐切削刀切削且搅拌效果好的泥土加压盾构机。 使用泥土式盾构机的情况与此相同，由于是面板形刀盘，也存在开挖土砂附着在刀盘切口和在泥水室内引起堵塞，造成掘进被迫停止的危险，此外，还存在泥水中细粒料多，泥水处 理设备规模较大的问题。 砂质土 过去，砂质土是用盾构施工方法难以处理的地层。 对于含有少量粘土，粉砂的松散冲积砂层，以及压实 N 值超过 50 且粒径整齐均匀的洪积层等，即使同时采用辅助施工方法，施工也很困难。 但是，由于泥水式和土压式盾构施工方法的开发，作业环境等到改善，现在已可以安全施工。 泥水式盾构机 泥水式盾构机通过排泥管将开挖土砂从泥水室内输送到地面，安全性好，适用于高水压下开挖。 虽然泥水式盾构机适用于从软弱地基到砂砾层等广泛的土层，但也有开挖面坍塌事故发生。 在含水砂层，只要同时具有下列三个条件，开西南 交通大学本科毕业设计 (论文 ) 第 8 页 挖面就有坍塌的危险，这时即使采用泥水式盾构机，但如果不同时使用辅助施工法，开挖面也很难稳定。 这三个条件是： 开挖面水压超过 106Pa 74μ m以下的土粒子含量低于 8% 均匀系数 Uc 低于 6 在上部没有覆盖岩层，或覆土层薄且透水系数大的砂层开挖中，有可能出现地表逸泥，故需要加以注意。 泥土加压式盾构机 泥土加压式盾构机在粉砂和粘土含量少的土质层开挖时，要在充满腔室内的开挖土砂中添加制泥材料，然后通过机械强制搅拌，使开挖土砂泥浆化，即增加其塑性流动性和不透水性。 由千斤顶推力对这些泥浆加 压，抵抗开挖面的坍塌力使开挖面稳定，因此即使在坍塌性砂层开挖面也是稳定的。 此外，由于可以调节添加材料的浓度和剂量来适应砂土和粘土互层开挖的土质变化，所以，泥土加压式盾构机是适用的。