混合地质多面手——多模式隧道掘进机的应用

什么是多模式隧道掘进机？

一般而言，隧道掘进机根据工作模式的不同，有开放式硬岩掘进机、泥水平衡盾构机、土压平衡盾构机等几种模式。多模式隧道掘进机是能够根据地质条件的不同，在不同模式之间自如切换的一种多功能隧道掘进机。主要有以下三类：

多模式隧道掘进机的特征

高扭力/高转速的刀盘

• 双速齿轮箱

多模式的刀盘

• 单方向或双方向旋转

• 可变性

• 适应不同地层的刀具

改进的探测器/钻孔注浆系统

在“开放式、封闭式和半封闭式”模式下的运行

• 土压平衡的螺旋传送带可与传送带之间相互转化

完全可定制

为什么使用多模式隧道掘进机？

混合地层中效率更高

现今对多模式掘进机的要求是：在不同类型的地质条件中，采用一台机器就能高效地进行掘进。

在具有一定自支撑强度的地质中——开放模式

在具有一定自支撑强度的地质中，但需要防止水的渗漏--->封闭模式（压缩空气、泥水、土压平衡等）

在不稳定的地质中掘进--->封闭模式（压缩空气、泥水、土压平衡等）

计划性：模式转换可能较费时间，因此必须准备一个详细的计划

地质信息：

• 为了决定何时、何地开始模式转换，需要有可靠的地质信息

• 为了确定地质情况，有必要进行适度的钻探

成本：

• 前期成本可能较高，但总体上可以节省更多的费用

• 耐久性较高，因此维修成本较低

• 由于具备双模式掘进能力，因此可以反复使用于多个项目

各种不同掘进模式的特征

传统单模式泥水平衡盾构机

• 封闭式的刀盘

• 仅用于软土中的掘进

日本，采用直径为6.5m的泥水盾构机

泥水平衡盾构机的多模式改装

在刀盘上加装滚刀或刮刀

中国，张江，采用直径为6.5m 的泥水平衡盾构机

传统单模式土压平衡盾构机

• 开放式刀盘

• 仅用于软土中掘进

土压平衡盾构机的多模式改装

加装滚刀/耐磨面板以适应混合工作面

地质处理措施：采用泡沫以更好地适应含有粗糙颗粒的土质

螺旋输土器的不同种类

普通型：轴式出土螺旋输土器

有大块砾石时、低压型：带式螺旋输土器

有大块砾石时、高压型：混合式螺旋输土器

增加螺旋输土器出料能力和抗磨损能力

有防磨损防护和维修门的轴式螺旋输土器

结合上述理念，罗宾斯开发了型号代码为 XRE 的多模式隧道掘进机。 

XRE 型多模式隧道掘进机

概况：

• 硬岩/土压式

• 开放/封闭两种模式

• 可用于硬岩或软土中

• 螺旋输土器或带式传送带

地质条件：

• 设计上可在开放/封闭两种模式中掘进

• 硬岩和/或软土，包含断层带的可渗透性地层

• 较不适用于砂质、砾质等可渗透性地层，不过可用添加剂、聚酯材料等稳定地质条件

• 通常用于混合工作面条件

• 多模式 XRE 隧道掘进机

如何工作——渣土清除和控制

• 为掘进过程中占大部分的地质情况进行优化

• 优化两种模式之间的转换速度

• 用于封闭模式的螺旋输土器

• 用于开放模式的传送带

刀盘特征：

• 滚刀

• 软土刀具

• 复合刀具

• 刀具可更换

采用双速变速箱驱动的可变速的刀盘

• 提高了性能

• 在低转速下（软土中）扭矩更高

• 在硬岩中转速更高

单向旋转的刀盘

• 效率更高

• 具有螺旋圆柱体以防止机体旋转

• 最小化硬岩状态下的磨损

仍然保留了双向旋转

• 在软土地层中更有效率

• 防止旋转

单向旋转（硬岩模式）、安装了滚刀、安装了碎石导槽

双向旋转（软土模式）、更换了刀具、更大的开口率

机器特征——钻探和地基加固

• 多模式机器要求采用钻探来决定机器要在哪种模式下运行：

• 应在开始掘进前制订详细的注浆方案

• 篷式钻孔：在隧道掘进机前方采用桩或注浆对地基进行加固

开放式和土压平衡式模式特征对比

单向旋转刀盘：导槽和料斗

推进油缸偏移机构（偏移环）

采用多模式隧道掘进机能够更好地适应复杂多变的地质条件。通过刀盘、螺旋输土器、泥土管道等的耐磨损处理，钻孔探测/注浆加固系统，刀盘监测系统和定制的物流系统，多模式隧道掘进机能发挥更高的效率。采用现场初次装配（OFTA）也能节省工期和成本。多模式隧道掘进机中有许多值得我们思考和借鉴的理念，希望这篇简短的介绍对您有所裨益！