
直径11.3m网格水力机械盾构机进入接收井
直径11.3m网格水力机械盾构机构造
直径11.3m盾构机特点
(1)盾构切口的网格上布置了30扇液压启动的闸门,可根据掘进要求,随时调节开挖面进土面积和进土量,起到控制进土部位和开胸率的作用,可辅助盾构纠偏和控制地面沉降,更适应软弱地层的掘进施工,比以往的网格盾构有所创新。
(2)网格上设置了20只钢弦式土压计,接受仪器K-3型巡迥检测频率仪具有显示、打印、贮存功能,成为盾构施工的耳目。在掘进中实现了信息化施工,可以及时了解正面土压的情况,反馈后调整施工参数,使开挖面土体达到稳定,在盾构穿越江底浅覆土和浦西建筑群施工中起到重要的作用。正面土压监控,这在我国盾构施工中也属首次。
(3)开挖面高压水冲切土体,并采用大型泥泵接力输送泥浆,自动计量装置控制出土量,操作安全方便,输送效率可提高40%。
(4)衬砌拼装机的回旋装置首次采用了带制动器的六扭矩液压马达,运转平稳,拼装1476环管片未发生故障。
(5)盾尾密封装置消化吸收了日本新技术,采用国产钢丝刷型盾尾密封三道,解决了盾尾漏泥水的难题。其弹性密封,耐久耐腐等技术性能指标,达到日本同类产品的水平。
盾构推进
盾构向前推进依靠周围48只油压千斤顶提供动力。千斤顶顶在尾部已经拼装成环的衬砌环面上。盾构的向前推进主要克服正面土体的阻力和盾壳与土体之间的摩擦力等。盾构前进的轨跡一般为蛇形。因此须不断纠偏,使之处于设计轴线允许的误差范围内。

盾构隧道掘进图
盾构的总推力应大于正面阻力和盾壳四周的摩擦力的总和。正面阻力=平均土压值P×盾构截面积A。P值一般大于静止侧压力Po,而小于被动土压值Pa。按朗金土压理论在不同的土层条件下,Po值和Pa值与埋深、土的内聚力C、内摩擦角有关。但即使在同一层和埋深条件下,P值还与正面土体的挤压程度和盾构的开胸率、进土量有关。从掘进施工过程来看,盾构在淤泥质粘土和淤泥质亚粘土中推力最小,其次是在亚粘土层,最大是在亚砂土层。土层若经降水或注浆处理,则正面阻力明显增大。
盾构施工中最大推力为l0000t。视正面进土和挤压的情况,一般只能用80%以下推力,以满足纠偏的需要,实际施工的总推力在500t~8500t范围内。推力过大会引起正面土体的挤压而产生前移和隆起,应注意避免,尤其在盾构穿越建筑群和地下管线群时必须控制推力和进土量。
盾构姿态的控制
盾构姿态包括推进坡度、平面方向和自身的转角三个参数。
要保持盾构按设计轴线掘进,并顺利进入接收井,必须在推进过程中及时通过测量了解盾构的姿态,并进行调整。
盾构方向有平面与垂直二个方面,要调整盾构的方向主要依靠调整千斤顶合力的位置,理想的盾构方向是与隧道轴线方向一致,但是往往受各种因素的影响不能实现。盾构有时会向上跑,有时会向下沉,甚至有时会侧向平移,尤其是网格盾构正面带有较大的挤压性更为明显,所以必须随时加以纠正,否则会偏离轴线。影响盾构方向的因素归纳起来可以有下述几点:
1) 出土量的多少(出土大于100%,盾构必须抬高,否则必然下沉);
2) 盾构正面进土部位的分布,大型盾构尤为重要;
3) 覆土厚度的大小;
4) 推进时的注浆部位;
5) 土质的分布状况;
6) 衬砌环面和千斤顶作用力的情况。
土方挖掘和运输
盾构隧道建造需挖掘l40000m3土方。网格水力机械盾构的出土方式是让土方进入网格后,再用水枪将泥冲刷成泥浆,再由水泵输送至地面。其网格起支护作用和分割作用,而其支护和分割作用要在一定条件下才能实现。如土干湿条件、网格的大小或网格板的宽度等情况而定。比较理想的进土状况最好是在推进时能全断面进土,其进土量刚好是推进距离的土方量。停止推进时土体被支护稳定不动,这样可以较少扰动土体,减少地层沉降。但这种理想状况很难达到,往往有较多面积被封,进土面积所占比例较少,造成推进时土体形成挤压状态,从而扰动土体。
出土量的控制也就是控制进入网格的土方量,这与下述几个因素有关。
1) 进土面积(开孔允许土体进入的面积)的大小和分布状况,(一般5%~10%已能达到要求进土量);
2) 冲刷效果包括进入土体是否被冲刷排除或冲出网格的程度,如果不及时排除则阻碍进土,如果冲出盾构又可能会过量;
3) 土质状况是砂性土还是粘性土,含水量或土的流动状态等;
4) 覆土厚度的大小;
5) 推进速度以及正面闭塞情况等;
6) 停止推进时土的控制状态。
要求对进土量能进行测定,便于掌握其进土是否失控,一旦进土失控必然造成地面沉降或起,引起严重的不良后果。

衬砌拼装
衬砌拼装次序基本是先纵后环,由下而上,左右交错,最后封顶成环。为了减少在拼装过程的盾构的后退,每拼好一块定位正确以后,立即将千斤顶靠拢,然后再缩第二块管片位置的千斤顶,准备拼装第二块管片。拼装衬砌工作中,关键是保证环面的平整度。往往由于环面不平造成管片的断裂,甚至影响隧道的轴线。
所以,尽管是高精度管片,但在拼装之前对管片必须进行清理。在拼装过程中要清除盾壳中垃圾,并要保证完成好的制作管片防水之用的橡胶条。
在拼装过程中必须注意定位的正确。尤其是第一块会影响整环的高低和左右的偏移,会影响圆环的旋转,造成下部的二根拉杆不在一水平面内,影响以后的路面施工。