盾構(gòu)機(jī)教學(xué)仿真模型
盾構(gòu)機(jī)模擬實(shí)訓(xùn)設(shè)備
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，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導(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、測量等多門學(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。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。
　　用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧洞施工具有自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時(shí)可控制地面沉降、減少對(duì)地面建筑物的影響和在水下開挖時(shí)不影響水面交通等特點(diǎn)，在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用盾構(gòu)機(jī)施工更為經(jīng)濟(jì)合理。
　　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。
　　據(jù)了解，采用盾構(gòu)法施工的掘進(jìn)量占京城地鐵施工總量的45%，目前共有17臺(tái)盾構(gòu)機(jī)為地鐵建設(shè)效力。雖然盾構(gòu)機(jī)成本高昂，但可將地鐵暗挖功效提高8到10倍，而且在施工過程中，地面上不用大面積拆遷，不阻斷交通，施工無噪音，地面不沉降，不影響居民的正常生活。不過，大型盾構(gòu)機(jī)技術(shù)附加值高、制造工藝復(fù)雜，國際上只有歐美和日本的幾家企業(yè)能夠研制生產(chǎn)。
　　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)是通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩(wěn)定開挖面，其刀盤后面有一個(gè)密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，里面充滿了泥漿，開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)定開挖面的介質(zhì)，刀盤后隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉(zhuǎn)開挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉(zhuǎn)將土料運(yùn)出，泥土室內(nèi)土壓可由刀盤旋轉(zhuǎn)開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)。
　　根據(jù)盾構(gòu)機(jī)不同的分類，盾構(gòu)開挖方法可分為：敞開式、機(jī)械切削式、網(wǎng)格式和擠壓式等。為了減少盾構(gòu)施工對(duì)地層的擾動(dòng)，可先借助千斤頂驅(qū)動(dòng)盾構(gòu)使其切口貫入土層，然后在切口內(nèi)進(jìn)行土體開挖與運(yùn)輸。
　　a.敞開式開挖
　　手掘式及半機(jī)械式盾構(gòu)均為半敞開式開挖，這種方法適于地地質(zhì)條件較好，開挖面在掘進(jìn)中能維持穩(wěn)定或在有輔助措施是能維持穩(wěn)定的情況，其開挖一般是從頂部開始逐層向下挖掘。若土層較差，還可借用千斤頂加撐板對(duì)開挖面進(jìn)行臨時(shí)支撐。采用敞開式開挖，處理孤立障礙物、糾偏、超挖均為其它方式容易。為盡量減少對(duì)地層的擾動(dòng)，要適當(dāng)控制超挖量與暴露時(shí)間。
　　b.機(jī)械切削式開挖
　　指與盾構(gòu)直徑相仿的全斷面旋轉(zhuǎn)切削刀盤開挖方式。根據(jù)地質(zhì)條件的好壞，大刀盤可分為刀架間無封板及有封板兩種。刀架間無封板適用于土質(zhì)較好的條件。大刀盤開挖方式，在彎道施工或糾偏是不如敞開式開挖便于超挖。此外，清除障礙物也不如敞開式開挖。使用大刀盤的盾構(gòu)，機(jī)械構(gòu)造復(fù)雜，消耗動(dòng)力較大。目前國內(nèi)外較的泥水加壓盾構(gòu)、土壓平衡盾構(gòu)，均采用這種開挖方式。
　　c.網(wǎng)格式開挖
　　采用網(wǎng)格式開挖，開挖面由網(wǎng)格梁與格板分成許多格子。開挖面的支撐作用是由土的粘聚力和網(wǎng)格厚度范圍內(nèi)的阻力而產(chǎn)生的。當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)是，土體就從格子里擠出來。根據(jù)土的性質(zhì)，調(diào)節(jié)網(wǎng)格的開孔面積。采用網(wǎng)格式開挖時(shí)，在所有千斤頂縮回后，會(huì)產(chǎn)生較大的盾構(gòu)后退現(xiàn)象，導(dǎo)致地表沉降，因此，在施工務(wù)必采取有效措施，防止盾構(gòu)后退。
　　d.擠壓式開挖
　　全擠壓式和局部擠壓式開挖，由于不出土或只部分出土，對(duì)地層有較大的擾動(dòng)，在施工軸線時(shí)，應(yīng)盡量避開地面建筑物。局部擠壓時(shí)施工時(shí)，要精心控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓式施工時(shí)，盾構(gòu)把四周一定范圍內(nèi)的土體擠密實(shí)。
　　盾構(gòu)機(jī)問世至今已有近180年的歷史，其始于英國，發(fā)展于日本、德國。近30年來，通過對(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。德國的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)也有到之處，尤其是在地下施工過程中，密封的前提以及高達(dá)0.3MPa氣壓的情況下更換刀盤上的刀具，從而提高盾構(gòu)機(jī)的一次掘進(jìn)長度。德國還開發(fā)了在密封條件下，從大直徑刀盤內(nèi)側(cè)常壓空間內(nèi)更換被磨損的刀具。
　　盾構(gòu)機(jī)的選型原則是因地制宜，盡量提高機(jī)械化程度，減少對(duì)環(huán)境的影響。
　　參與沈陽地鐵工作的盾構(gòu)機(jī)名為開拓者號(hào)，總長為64.7米，盾構(gòu)部分9.08米，重量為420噸，其工作誤差不超過幾毫米。
　　價(jià)格：德國進(jìn)口的盾構(gòu)機(jī)大概需要人民幣5000萬元，日本進(jìn)口的盾構(gòu)機(jī)大概需要人民幣3000萬元以上，國產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)價(jià)格一般在2500萬左右。
　　目前國內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)是上海隧道工程股份有限公司研制的國產(chǎn)“863”系列盾構(gòu)機(jī)。

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