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大直径隧道施工装备与技术创新

 1.  常压刀盘换刀技术

带压进仓作业风险大、耗时较长。即使采用饱和潜水作业,进仓作业准备也需要很长时间,而且地面上需要配置大量的辅助设备。

 

常压刀盘是把刀盘钢结构设计成类似人闸的结构形式,工作人员可以在刀盘内常压下更换滚刀和部分切刀。可更换滚刀结构如图2,利用刀座油缸缓慢拉出刀座至安全螺母处,然后关闭闸门,打开球阀1排出压力后关闭,将刀具装置抽出进行刀具更换,然后按作业程序进行安装。

                                                                                      可更换滚刀结构

2.  刀具检测技术

为了更对刀具状态进行监控,海瑞克和中铁装备公司已开发出针对常压刀盘刀具磨损自动监测系统,能够对刀具转动、温度、磨损量进行检测。通过安装在刀箱上的电涡流传感器和磁开关传感器分别测量滚刀实际磨损量、滚刀的转动及温度。在刀盘回转中心处放置有传感器集线器,负责向传感器供电,并将传感器信号转换为通讯信号,集线器电源及通讯总线通过电滑环和盾构控制系统相连。

                                                                       刀具检测传感器布置图

3.  刀盘摆动和伸缩摆动技术

为有效解决刀盘刀具尤其是边缘滚刀的更换,以及解决刀盘卡死脱困问题,刀盘主驱动轴承采用球铰结构,并实现刀盘前后伸缩和上下左右摆动,一方面实现超挖满足新刀具更换时的更换空间,大幅缩短刀具更换时间;另一方面可以在刀盘卡死时,通过缩回来脱离卡死的困境,遇孤石或刀盘卡住时可缩回,解决了突遇刀盘卡住时的难题。在南京纬三路工程在283环起穿越近百米的枯木施工时,有效地解决了树木区域、泥岩区域刀盘卡住无法施工的难题。

                                                                            刀具伸缩和摆动示意图

另一方面,通过刀盘的可伸缩油缸,测试刀盘前方有效的支撑压力和开挖荷载,可根据掘进接触压力,识别前方地质条件,对于复杂地质条件,便于实时调整掘进参数。

                                                                                                      地质条件感知识别

4.  冷冻刀盘

冷冻刀盘技术将冷冻工法与盾构设备融为一体,在刀盘周围形成“冻结圆盘”,充分隔绝地下水,增加土体强度和稳定性,如同创造一道冻土屏障。盾构机换刀作业在冻土屏障的保护下进行,提高了盾构施工的安全可靠性。该技术能有效解决盾构下穿建筑物、铁路、管线、江河湖海等特殊地段沉降控制的施工难题,扩展了盾构的使用范围。

                                                                                 刀盘冷冻系统原理示意图

5.  超前地质预报

SSP采用软土声波探测和隧道三维地震波法超前探测。其中海瑞克公司采用SSP软土声波探测器进行超前探测,可实现探测距离40m范围内,不同地质密度形成反差界面来判断地质变化,尤其是地层中存在的孤石。该系统在德国莱比锡城市隧道、科隆地铁西线泥水盾构等项目上使用。

SSP探测是一种物质探测方法,发射单元和接收单元直接安装在刀盘上,特殊编码的声波传输信号在掘进过程中由SSP (Sonic soft ground probing)发射器自刀盘通过支撑介质发射至前方土体,通过连续、快速地分析测得声波传输时间,换算出反射区域的几何位置。

                                                                                      SSP测量系统

 

作者: 时间:2020-06-19 14:34:01

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