土壓平衡盾構(gòu)機(jī)尾盾設(shè)計(jì)

張寧寧　唐鈺　邴紹丹

摘 要：本文簡要介紹土壓平衡盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用范圍，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)尾盾設(shè)計(jì)，其中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)尾盾設(shè)計(jì)主要針對尾盾密封設(shè)計(jì)以及尾盾轉(zhuǎn)彎兩方面進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：土壓平衡盾構(gòu)機(jī)；選型；尾盾；轉(zhuǎn)彎；密封

中圖分類號：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)主要取決于工程中地質(zhì)條件，根據(jù)不同的地質(zhì)設(shè)計(jì)不同種的盾構(gòu)機(jī)，其中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)廣泛的應(yīng)用于我國的很多城市，盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的是尾盾設(shè)計(jì)，尾盾的設(shè)計(jì)主要取決于管片鋪設(shè)要求，例如：沈陽地鐵9號線要求鋪設(shè)管片后管片內(nèi)徑5.4m，管片外徑6m。通過管片與尾盾間隙這樣就能給出盾構(gòu)機(jī)尾盾內(nèi)徑尺寸。

一、土壓平衡盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用范圍以及工作原理

1 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍：盾構(gòu)機(jī)選型依據(jù)有很多標(biāo)準(zhǔn)，但選型主要還是取決于工程地質(zhì)條件和工程中所遇到的狀況，在工程地質(zhì)條件與水紋地質(zhì)條件變化很大的項(xiàng)目中建議選擇土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，目的是為了減少地下工程沉降風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)備在西班牙馬德里、丹麥哥本哈根、中國上海和香港等地，已證明了設(shè)備能夠很好的發(fā)揮較高的掘進(jìn)速度并且保證安全的工作環(huán)境，很好地控制了地面的沉降問題.

一般來說，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)適合在含有細(xì)顆粒渣土的工作環(huán)境中工作，開挖室和螺旋輸送機(jī)上的渣土應(yīng)呈現(xiàn)塑性，比較理想的渣土包括粘土、淤泥、砂以及礫石等，并且含有25%～30%的水分，當(dāng)然根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際的地質(zhì)條件，即使實(shí)際地質(zhì)中沒有達(dá)到以上要求仍可以采取人為的處理措施，比如注射泡沫、聚合物、濃度非常高的泥漿，充分改善泥土的特性，這樣來滿足土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作需求。

2 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理：土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理是通過控制土倉內(nèi)已開挖渣土的壓力（土倉壓力）使其與盾構(gòu)機(jī)前方水土壓（水壓+土壓）壓力相同，這樣有效控制地表下沉的目的，同時(shí)渣土的改良使得渣土具備機(jī)器所要求的特性（止水性流動(dòng)性塑性），以便于土倉控制壓力和渣土的排出，尤其是在地質(zhì)復(fù)雜的地層中工作時(shí)，土倉壓力的控制以及渣土改良效果就顯得尤為的重要.利用被開挖的渣土作為支承的方式可以更好地控制地表的沉降。開挖室里固體混合物的巨大慣性可以阻止渣土量異常變化引起的壓力變化。這種慣性能起到穩(wěn)定壓力變化的效果。如果地質(zhì)條件良好（刀盤前方穩(wěn)定、低水壓），盾構(gòu)機(jī)可以快速轉(zhuǎn)換成敞開模式，在大氣壓力下掘進(jìn)，由于沒有反壓力，通常在這種情況下能夠達(dá)到最佳的掘進(jìn)速度。

二、土壓平衡盾構(gòu)機(jī)尾盾密封設(shè)計(jì)

尾盾結(jié)構(gòu)由鉸接環(huán)、尾盾本體、注漿管、注脂管組成，尾盾密封包括尾盾鉸接環(huán)與中盾連接處密封、尾盾與管片形成的密封，其中兩部分作用都是防止掘進(jìn)過程中外部泥沙進(jìn)入盾體中。

1 尾盾與中盾的密封：尾盾與中盾之間設(shè)計(jì)有三道密封，兩道唇形密封、一道止?jié){板密封，密封之間利用油脂填充，止?jié){板是利用彈性鋼板制成可以防止泥沙進(jìn)入盾體，從而使得鉸接運(yùn)動(dòng)自如，并能保證較好的密封。

2 尾盾與管片之間的密封：尾盾密封由3排用螺栓聯(lián)接在尾裙上的盾尾鋼絲刷和一排止?jié){板（鋼板束）組成，尾盾尾刷由彈性鋼板保護(hù)，三道尾刷形成兩個(gè)環(huán)形空間，兩個(gè)環(huán)形空間一直充滿防漏油脂，油脂是由后配套上油脂泵注入，每個(gè)環(huán)形空間由焊接到尾盾上的注脂管注入，注脂是連續(xù)的并由注脂管進(jìn)口處壓力傳感器監(jiān)測壓力，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)開始掘進(jìn)時(shí)注漿管向管片周圍注射泥漿以便固定管片，當(dāng)注漿管打漿時(shí)注漿處壓力升高，尾刷外側(cè)受到壓力向里折疊與管片形成密閉空間阻止外部泥漿、砂礫進(jìn)入，當(dāng)管片注漿處壓力過大尾刷容易過于向里折疊產(chǎn)生縫隙，這時(shí)尾刷里面注脂管向環(huán)形槽里繼續(xù)注入油脂保持內(nèi)外壓力相對平衡，保持尾刷與管片相對密閉，始終阻止泥漿、砂礫的進(jìn)入，為了安全起見最后一道密封不得漏出。

三、土壓平衡盾構(gòu)機(jī)尾盾轉(zhuǎn)彎

盾構(gòu)機(jī)尾盾本體為了方便井下安裝分為上半、下半兩個(gè)部分，在井下安裝螺旋輸送機(jī)與管片拼裝機(jī)等后將尾盾上半部分安裝并現(xiàn)場配焊，焊接處打磨光滑后將鉸接環(huán)處的密封裝好；尾盾鉸接環(huán)處設(shè)置兩圈對稱截面分別傾斜2.5°的兩個(gè)圓型槽，通過這兩個(gè)傾斜的截面可以使尾盾與中盾有2.5°的活動(dòng)區(qū)間，這樣可以達(dá)到小角度的轉(zhuǎn)彎，尾盾與中盾鉸接油缸為被動(dòng)鉸接，轉(zhuǎn)彎半徑為250m。

結(jié)語

隨著盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛對盾構(gòu)機(jī)的要求也越來越高，盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)包括很多方面，其中首先必須考慮工程的地質(zhì)條件，確定適合的盾構(gòu)機(jī)，然后保證盾構(gòu)機(jī)刀盤、盾體的強(qiáng)度和可靠性，同時(shí)考慮設(shè)計(jì)加工是否合理化，井下裝配是否合理化。例如尾盾的上下分體給加工、裝配、井下的二次裝配帶來了很大的便捷，此外還要考慮成本是否經(jīng)濟(jì)，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，作為設(shè)計(jì)師要綜合考慮各個(gè)方面的因素。

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