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小直径盾构特点有哪些?

时间:2023-02-14 12:29:57
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小直径盾构特点有哪些?Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯
 

由于小直径盾构隧道修建时间一般晚于大直径隧道及地面主要建筑,小直径隧道线路设计时,为避开已有建筑物或隧道等,经常存在隧道曲线半径小的难题。该类型隧道对盾构的转弯半径、施工难度要求极高。由于隧道和盾构内部空间小,盾构整机布置、始发、转弯纠偏物料运输、施工操作等一系列难题应运而生。✦Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

小直径盾构设计及施工的特点

始发井口小Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

大埋深小直径隧道始发井由于施工成本、工期、环境的严苛要求,始发井的空间往往比较狭小,这对后续的盾构施工有很强的制约性。由于小直径隧道始发井尺寸远小于盾构总长,工程上多采用分体始发,保证井上设备占地空间小,减少对城市交通和环境的影响,且开挖成本低。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

分体始发是先将盾体和部分后配套拖车吊入始发井装配后,先始发掘进一段距离,再将剩余后配套台车全部吊装至始发井下进行整体始发作业。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

但当始发井的长度比盾构的盾体长度还小时,上述的分体始发方案则无法实施。盾体的各个部件只能在始发井下进行分部组装并分部向前推进。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

可以将刀盘和前盾吊至始发基座上,并将刀盘固定连接在前盾的前端,在特殊设计的带推力反力架和前盾之间安装下半环负环管片,推力反力架推动刀盘和前盾进行首次辅助推进。之后吊出负环管片,将中盾吊入始发井内并固定在前盾的后端,推力反力架推动刀盘和盾体进行二次辅助推进。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

随着盾体向前推进的同时,在推力反力架和中盾之间再次安装负环管片。同样的拆除负环管片,将尾盾吊入始发井内并固定在中盾的后端,使用推力反力架,将尾盾前推与中盾尾部对接,之后可以使用推进油缸进行正常的分体始发施工阶段。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯
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物料运输困难Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

小直径盾构隧道对盾构后配套各系统,如管片、渣土、轨道、耗材等物料的运输提出更高要求,导致盾构施工的复杂性及管理难度大大增加,也是影响设备掘进效率的重要因素。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

分体始发时,拖车顶层每节预留皮带机出渣口,皮带机随拖车的不断延长而延长,出渣口随着始发前进而后移,直至后移至设定整体掘进位置。另外,由于皮带机长度较长且为柔性体,在小半径转弯时,皮带运转时容易跑偏,造成掉渣、运渣量小、皮带磨损等问题。可以采用浮动式结构,皮带机可随之左右摆动,降低皮带机内外侧长度差,起到防跑偏功能。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

由于小直径盾构整体拖车长度较长,管片运输效率会对正常掘进形成制约。为加快运输进度,多采用集中运输存储方式。使用高效的多段吊机形式同时作业,拖车上的吊机直接吊运管片至拼装机后部位置进行存放。在拼装机位置另设吊机单独吊运管片至拼装位置,进行拼装。2套吊机互不影响,提高作业效率。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯
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施工条件恶劣Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

地质风险主要存在于地层条件不均,地下水压力较大,地下不良地质较多。当遇到软硬相间地层,透水卵石地层,灰岩地区的溶洞等,都有非常大的施工风险;设备风险主要受控于外部的施工作业条件和内部的设备操作管理。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

通风问题也是制约施工进展的重大难题,对于小断面隧洞,通风难题更加严峻。现有的通风方式有独头压入式、抽出式、巷道式和复合式通风等4大类。独头压入式或抽出式通风一般用于单口掘进长度3km以内的隧洞,增加通风长度的途径是采用大风量风机和大直径管道,并设法减少风管的漏风。超过3km的隧洞常采用巷道式通风或复合式通风,但巷道式通风又多用于铁路隧道或矿井施工。长距离深隧工程因条件限制只能选用复合式通风方案。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯
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盾构整机布置空间要求高Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

由于隧道直径和整机空间较小,但相关的电器、液压等设备大小又必须满足使用要求,其外形很难相应缩小,因此对设备部件的合理布置要求更高。此外,由于隧道埋深大、直径小,存在地应力大、水头压力高等问题,对盾构的整机耐压能力、防卡盾能力也提出了更高的要求。同时由于埋深大,竖井的成本较高,造成整个隧道无中间竖井,盾构单次掘进距离长,对盾构整机可靠性提出更高的要求。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

小转弯控制技术复杂Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

小直径盾构隧道一般转弯半径较小,而曲线半径越小,盾构越长,则纠偏量越大。由于小曲线半径存在急转弯,管片的超装量较大,施工过程中如果控制不当,会出现管片碎裂、卡壳、滞后等问题,加大施工难度和地表沉降的控制难度。在使用铰接装置调向后,盾构掘进过程中所穿越的孔洞将不再是理论上的圆形,需要配套使用仿形刀进行部分超挖。因此,控制好曲线隧道施工轴线成为掘进控制的关键。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

国内小直径隧道及盾构的发展趋势

12m以上的大直径盾构由于存在压力平衡不易控制、施工和运营风险大等问题,不是未来盾构发展的方向。而适用于长距离掘进(大于2km)、大深埋施工的小直径盾构才是发展方向。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

隧道埋深两极分化Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

城市地铁、过街通道、地下停车厂等浅埋深隧道为方便通达,埋深不能太大。盾构在表面地层中掘进,对路基沉降十分敏感,沉降的准确控制成为施工重点。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

但由于上软下硬地层施工难度大,隧道线路不宜选在交界面处,应尽可能使盾构掘进断面位于全土层或全岩层中;随着各大城市地铁的修建,地下空间的逐渐开发及占用,地下空间只能向着更深领域发展。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

盾构直径微型化Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

微型盾构的种类和大中型盾构相似,但由于盾构尺寸较小,很多设备均需要小型化,因此在驱动方式等方面与大中型盾构有所区别。目前,国外在这方面的研究较多,如日本制管(NKK)在近20年来接受的盾构定货中,微型盾构就占到总数的46%。而国内对2m以下的微型盾构尚未真正展开相关的研究。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

多维度盾构Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

小直径隧道转弯半径往往不在一个平面上,会出现三维立体式的S型结构。成型隧道轴线应严格按照设计及规范要求施工,隧道拼装质量满足设计及规范要求。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

盾构智能化Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

随着云平台及人工智能的迅猛发展,为极大程度的降低施工风险,盾构施工的无人智能化成为未来的发展趋势。主要表现在地质预测超前化、导向测量自动化、管片安装自动化、参数监测实时化、刀具更换自动化、掘进控制智能化等方面。可以实现在办公室远程控制盾构操作,直接从计算机屏幕上获取远程施工的盾构图像和参数。根据大量的施工经验数据和理论分析,通过强大的云平台和智能算法,自动发出指令进行盾构的控制和操作。Heo东莞地铁族-东莞地铁_城际铁路_高铁资讯

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