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聚焦日本 | 地下管线的暗挖技术综述(二)——盾构法技术发展新趋势

   2021-06-01 5070
核心提示:小编为您介绍日本盾构法发展新趋势,如:长距离施工、急曲线施工,以及近年来应用实例较多的高速施工技术和防治地下障碍物措施的技术动向。

小编语:上次小编为大家主要介绍了地下管线中盾构法和顶管法的差异,本期将为您介绍日本盾构法发展新趋势,如:长距离施工、急曲线施工,以及近年来应用实例较多的高速施工技术和防治地下障碍物措施的技术动向。

盾构机样式的变迁

自1920年日本首次采用手掘式的开放型盾构以来,盾构法在日本已有约100年的历史。20世纪70年代起,泥水式、土压式密闭型盾构机开始渐渐增多,到20世纪80年代中期已经成为了城市内非明挖法的主流盾构机。为了解决各种各样的问题,还逐渐开发出了一些特殊盾构机。

长距离施工

在日本,一般超过1.5km就被称为长距离施工,不过,近几年5km以上的超长距离施工都变得越来越多,因此,采用针对性措施以提高盾构机的耐久性非常重要。

1)刀具磨损对策以及机械式更换技术

为延长刀具的工作寿命,施工中会采用耐磨材料、扩大刀头、阶梯式排列刀头和开发允许磨损量较大的特殊先行刀等方法。此外,过去操作人员需要到工作面去更换刀具,但现在开发出了机械式更换技术,可以在机器内部随时、不限次数地完成刀具更换,既缩短了时间,又提高了安全性。

例如,日本大成建设和日立造船共同开发了一项机械式换刀技术“THESEUS“工法,从盾构机内部通过可动式人闸和滑移式换刀装置完成换刀,无需设置换刀井,实现了小盾构的机械式常压换刀。

THESEUS换刀工法整体概要图

2)刀具轴承部的磨损对策

刀具轴承部是盾构机的心脏,它支撑着旋转的刀面。如果这部分出现损坏,盾构机就无法继续掘进,并且在当前竖井内无法修理,需要在刀盘前修建新的竖井以更换整套轴承,或者采用从终点一侧往回挖之类的方法。为了防止刀具轴承部在长距离掘进过程中发生损坏,采用了耐滑动发热的材料、冷却装置、增加密封层数、油脂自动润滑等方法。

3)提升盾尾密封耐久性

设置盾尾密封的目的是为了土砂和地下水从盾尾间隙渗入盾构机。为了保持盾尾密封的弹性,多采用细钢丝制成的刷状材料。由于土水压力和回填压力始终作用于这部分,所以它的密封性能尤为重要。在长距离施工中要求它耐磨、耐用,所以施工中会采用耐磨耐腐蚀的材料、增加密封层数、增加钢丝刷的钢丝数量、自动向刷子内填充盾尾密封油脂等方法。

最近开发出了延迟硬化型盾尾密封油脂等材料,以避免盾尾刷因同步注浆材料的渗入而发生硬化,失去弹性,导致管片损坏。例如,大林组与JX能源共同开发的新型盾尾密封填充材料“密封 Knock CR”(Cement Retarding,水泥硬化延迟)即使混入了壁后注浆材料,给脂泵也能维持可输送的柔软度(稠度)24小时左右,是传统盾尾密封的2倍,在凝固之前可以将其排出盾尾,防止管片受损。

在某些情况下,还会在盾尾刷之间安装紧急止水装置,以应对可能需要更换的意外情况。

急曲线施工

自20世纪70年代后期,铰接装置和超挖装置的诞生以来,盾构急曲线施工技术得到了飞速的发展,到目前为止,最小曲线半径已达8m。

虽然铰接装置和超挖装置本身自开发以来没有发生太大的变化,但是为了能安全可靠地转过更小的弯,开发了各种各样的辅助工法。

急曲线施工中开发的技术

例如,为了防止曲线内侧进行大量超挖的部分发生坍塌,相继开发了注入高黏性填充材料的方法、用同步注浆材料填充袋体以尽早将管片固定在地面并保障盾构机能获得反作用力的方法等。另外,为使盾构机更容易转弯,铰接装置的2段配置和刀头偏心于曲线内侧之类的方法也被开发出来。

高速施工

过去,常通过提升盾构机千斤顶的推力和剪切扭矩的性能来加速掘进,抑或是采用一次成型的管片提高组装的效率。近些年,开发了同时进行盾构机掘进和管片拼装的推拼同步技术。采用推拼同步技术的施工系统大致分为长千斤顶方式和双千斤顶方式,无论哪种盾构机的长度都比普通盾构机更长一些,因此,需要注意急曲线施工以及始发井的大小。

东西连接燃气导管新建工程(富津工区)泥水盾构机

日本鹿岛建设在千叶县富津市新富~东京湾内的东西连接燃气导管新建工程(富津工区)中,采用了推拼同步技术,施工总长9,030m,外径3,440mm,成型内径 3,000mm。

东西连接燃气导管新建工程(富津工区)

其次,在高速施工时,需要根据盾构机的挖掘情况向坑内搬运管片、搬出土砂等材料。为此,有的工地在坑内安装了自动运输管片等的物料专用大型升降机,以及可一次性运输大量物资、机器和材料的轮胎式运输设备。

轮胎式管片台车

例如,采用土压平衡盾构机的施工中,实现了运用连续传送带、垂直传送带等系统替代传统的钢车运输渣土,使大断面隧道的高速施工成为了可能。

延伸阅读

大断面隧道中的盾构施工新技术发展——地下障碍物对策

在城市里修建隧道时,会遇到过去工程中残留的挡土墙钢材、桩等障碍物,并且常常难以从地面上直接取出。一般来说,施工中需要先将工作面前方的地基处理好,确保地基的稳定性和防水性后,再由操作人员到工作面前移除障碍物。但是,这种方法存在危险性,还会耽误工期。

为解决这点,开发了直接使用刀具切削钢材等障碍物的盾构法,通过将过去平置的辐条呈倾斜状设置,使其中心部突出,与钢材一点点接触实施切削,从而有效防止刀具无法旋转。另外,这种情况下掘进速度应注意控制在1mm/分左右。

东京外环线大泉南(南行)盾构机,其刀盘可实现5°倾斜用于切削地下障碍物

在下期连载中,小编将继续介绍顶管法的最新技术,如果您感兴趣的话,请继续关注!


 
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