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两种不同类型巷道掘进机解决方案

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来源:TBMExpresss 发布:2018-01-04 浏览:68

这项环境工程见证了Emscher河污水隧洞一座深23m的沉井开挖作业,该沉井作为始发井。17个工作日内完成平行沉井开挖


当今巷道掘进机的研究发展越来越多样化,意味着这种开挖方法应用数量增加,可为隧道施工承包商提供灵活、移动、安全和对环境友好的解决方案。现在巷道掘进机的设计都是根据项目特殊要求定制而成,由此这类设备开挖能力越来越强,可成功应用于全球各种断面尺寸、形状和类型的隧道施工。


尼泊尔,一台下沉式竖井掘进设备VSM开挖10座直径4.5m、深45m的竖井

 

由于巷道掘进机的精度高、成本效益高,特别是在应对软土、中等强度的岩石方面,巷道掘进机已经变得越来越受欢迎。这是由于设备能够在不破坏周围结构的情况进行挖掘。因此这就意味着如果没有规定,那么现正在进行的项目更倾向于选择巷道掘进机,因为TBM的成本高,而钻爆法又受限制。在某些城市或建筑物下方施工时更是限制钻爆法的使用,包括在爆破冲击波造成破坏的地方。 

 

毫无疑问,在选择隧道开挖方法时,越来越多的人开始考虑成本因素。这就意味着,在岩石强度可能低于100MPa的隧道项目中,巷道掘进机与钻爆法相比甚至更节省成本。巷道掘进机的另一个显著优点是它的使用是连续的,这对一个项目的效率和盈利能力有着很大的帮助。实际上巷道掘进机就是切削岩土,岩渣从掌子面落下,然后用装载机构拾起,再用机器运走。钻爆法是一个不连续的操作:岩层钻孔、装载炸药、设置炸药参数、装载并运出钻爆后的渣土。 

 

两家公司(海瑞克和Antraquip)在研发巷道掘进机设备方面采取了截然不同的方法;一个是传统型的,另一个是激进型的。巷道掘进机技术在隧道施工中提供的别样价值让人眼前一亮。

 

海瑞克巷道掘进机

 

不同的解决方案

 

海瑞克公司研发了一系列不同于常规的巷道掘进机,经证明是非常高效的。海瑞克制造的部分断面隧道掘进设备是一种经济型解决方案,适用于含极少量或不含地下水的均质和几乎稳定的地层。由于设计特别简单,可以很容易地对这种掘进技术加以改进,以适应地质条件变化,既可用于疏松土体,也可用于坚硬岩石。

 

①VSM是一种独一无二的机械化沉井设备

 

②截削式立井掘进机(SBR)安装了铣挖臂和一个旋转的铣挖头,这样可以挖掘8至12m之间各种直径的竖井

 

这类设备通过使用两种不同的切割工具能够挖掘所遇到的任何地层。根据具体的地质条件,多功能挖掘铲臂可装配挖掘铲、齿形铲斗或液压锤等挖掘工具。当遇到80MPa或更坚硬的岩石时使用铣挖臂,这两种类型都能快速方便地更换磨损的部件。渣土经由皮带输送机或链板输送机运至后部的输送系统。

 

海瑞克的部分断面挖掘机械的一个主要优点在于操作者的工作场所位于离敞开的掌子面仅几米远的地方。这样就可以精确地控制挖掘操作,对地层变化迅速做出反应,并在必要时采取适当的措施。直接受益的一个例子是,在开挖和拆除漂石或障碍物的过程中,不需要再建造竖井即可就地排除。由于可以直接目视地质状况,方向掌控也更加容易。

 

专业的竖井开挖优势

 

为了能迅速而可靠地进行竖井施工,海瑞克研发了VSM(下沉式竖井掘进设备)技术。这种独一无二的机械化沉井设备在地下水以下地层施工时更具备优势。总体而言,本设备可在抗压强度小于80 MPa的软土和稳定土层中使用。

 

这种沉井设备由两个主要部分组成:竖井挖掘设备和沉降设备。竖井挖掘机吊装到始发井结构内,由三条机械臂牢固地压附在井壁上。在一条伸缩臂上安装能旋转的铣挖头(巷道掘进机的特点),铣挖头上安装有截齿。铣挖头在竖井底部削挖土体。铣挖头具有伸缩性,可以执行上转、下转和旋转动作。这样既可以完成整个竖井断面的挖掘,也可以实现一定的超挖。

 

借助潜水泵,以液压方式将渣土泵送到地面上的泥水分离站。竖井结构的下部混凝土环,亦称为竖井刃脚,呈一斜面,因此在下沉过程中可以切削土体。此外,伸缩臂及铣挖头在竖井刃脚以下的超挖,降低了竖井壁与周围土体之间的摩擦力。

 

在挖掘初期,整个竖井充满泥水。此时可以启动泥水管路,用于输送开挖出来的渣土泥浆。这也意味着无需降低地下水位。泥水分离站将泥水与渣土分离,并将泥水循环注入竖井中。竖井结构持续下沉的同时,管环施工在地面同步进行。达到要求的深度后,将掘进机构回收。然后,在水下浇筑混凝土进行竖井底部密封,用砂浆填充环形间隙,以形成摩擦支护,用于竖井加固。最后用泵将泥水排空,竖井即可投入使用。

 

整体系统采用模块化设计的优势在城市项目中更加明显,正如位于意大利那不勒斯的那个项目。设备可按实际需要进行布置。例如,如果竖井旁边没有足够的空间,泥水分离站可以布置在邻近施工现场的某条街道上。由于各设备部件布置灵活,可用于在宽度仅为数米的街道上沉降竖井。

 

利用海瑞克VSM技术建设的竖井应用范围广泛。竖井直径从4.5米至12米,可用作隧道掘进作业的始发井或接收井,交通隧道的通道和通风井,或者所有各类地下构筑物的服务和进出通道。此外,特殊的解决方案,例如城区地下停车竖井(地下停车塔)或矿业勘探和通风竖井扩展了这种灵活机器的应用范围。针对客户的特殊需求,可以定制直径达16米的大型机器。

 

海瑞克在VSM技术上进一步研发出了截削式立井掘进机(SBR)。用于在软质至中硬质岩石地质条件下进行独头巷道的机械化掘进。SBR安装了铣挖臂和一个旋转的铣挖头,这样可以挖掘8至12米之间各种直径的竖井。基于海瑞克的VSM技术,截削式立井掘进机比常规开挖具有更高的安全性能,同时可提高开挖效率。

 

铣挖臂是伸缩式的,一次作业可在整个竖井断面挖掘1米深度。挖掘过程中,无需上下移动截削式立井掘进机。作为切削循环的第一步,铣挖头首先切出200毫米的深度。此后,铣挖头沿顺时针方向从竖井中心到井壁切削更多环形断面。每经过5个切削循环,竖井断面就会下降1米。然后,截削式立井掘进机下沉,重新开始切削循环。利用气动清渣系统从竖井底部清运渣石。从竖井底部上方的工作平台,以喷射混凝土工艺对竖井壁进行加固。

 

美国Antraquip公司巷道掘进机

 

美国研发制造

 

美国公司Antraquip成立于1985年,近年来已发展成为知名、可靠的巷道掘进机制造商。该公司还为建筑、采矿和隧道行业提供创新的岩石和混凝土旋转滚筒切削设备、隧道支护系统和其他专用设备。凭借30多年的经验,该公司以其产品开发背后的创新思维引以为荣,这种创新思维几乎能够为任何隧道或相关项目提供解决方案。

 

独特的岩石切割技术

 

Antraquip研发的巷道掘进机技术解决方案的重点是与给定的应用条件匹配,这是为了确定岩石的“可切割性”。该公司能够根据其在全球范围内的隧道工程经验,利用多种方法来评估岩石和设备的适用性。这意味着Antraquip的目标是提供合适的设备,以在给定的应用条件下实现最大的开挖速度。

 

Antraquip巷道掘进机设计先进,可提供非常强大的岩石切割能力。巷道掘进机尺寸多样,涵盖13-80t等级重量。他们专门设计用于在不使用炸药的情况下连续地挖掘道路、隧道和洞室。因为以电动液压作为动力,所以机器不排放废气,能够为每个项目定制可互换的切割刀头。他们能够在不引起有害振动的情况下挖掘所需形状,无论对环境还是安全方面都有很高的价值。

 

Antraquip系列产品包括了AQM 50,重13吨,据称是世界上最窄的巷道掘进机。这就意味着该产品非常适合因尺寸和操作重量受限的隧道挖掘工程。Antraquip系列产品包括从25t的AQM100到令人印象深刻的85t的AQM260。

 

除了履带式巷道掘进机,Antraquip还生产一系列截割头。利用较小的挖掘机/刀具组合也能够精确地开挖隧道掌子面,适合于大直径隧道或较短通道。

 

截割头适用于单轴抗压强度500-25000 psi岩石,根据岩石类型和硬度、需要开挖的隧道断面、挖掘机的大小和功率再结合先进的技术交付给业主最好的答卷。

 

与项目匹配的解决方案

 

TBM、钻爆法和巷道掘进机,每一种隧道开挖方法都有其优缺点,使得隧道承包商可从中选择出最适合预算、岩层、当地开挖条件及其他多种因素的方法。考虑到目前的巷道掘进机方案,毫无疑问这种挖掘方法有许多优点,有助于确保隧道开挖的方法与该地区的地质、地形和环境相适应。


编译自Tunneling Journal杂志2017年11-12月刊


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