【第一工程机械网 独家报道】2011年6月30日,为期两天的“2011中国工程机械维修技术峰会暨第二届中国工程机械技术服务专家评选会议”在广州圆满结束。此次会议由中国工程机械工业协会工程机械维修分会主办,会议旨在维修行业内形成良好的交流氛围,解决工程机械维修领域目前的各种问题和市场发展困境。此次会议召开期间,与会人士讨论非常热烈,大家围绕维修行业的健康发展都提出了很多建议和想法,同时一批工程机械技术服务专家得到维修分会的认可。
其中,石家庄铁道大学教授朱齐平发表了名为《2011年6月广州掘进机市场与维修分析》的演讲,以下为演讲部分内容:
石家庄铁道大学教授朱齐平发表演讲
一、全断面隧道掘进机的发展
全断面掘进机(Tunnel Boring Machine,简称TBM)是一种集机、电、液、光、计算机技术为一体的的大型隧道施工重大技术装备,价值昂贵。
盾构机的优点有:①施工速度快。②环保。③施工安全性好。④施工效益高。
1.国外TBM的发展
1818 年Marc Isambard Brunel 获得隧道盾构法施工的专利,1830年由劳德考克让施(Lord Cochrance)发明了施加压缩空气防止涌水的“气压法”。1874 年格雷蒙特(James Henry Greathead)在伦敦地铁南线的隧道建设中采用了气压盾构法的施工工艺,并首创了在盾尾后面的衬砌外围环形空隙中压浆的施工方法。1896 年 Haag在柏林第一次申请了德国泥水式盾构的专利。到 20 世纪初,盾构施工法在英、美、德、俄、法、日等国开始推广。1917 年日本开始在铁羽越线的折返段隧道施工中引进盾构法。1938年正式在国铁关门隧道应用盾构法施工,为日本盾构技术的发展奠定了基础。 1967年由英国提出的泥水加压系统在日本得到了实施1974 年日本独创性地研制成功土压平衡盾构。之后,盾构技术得到了迅猛发展,已成功应用于各种公路隧道、地铁隧道、引水隧道以及市政公用设施隧道等。
180 多年的发展历史,盾构隧道施工法和盾构掘进机的改进都是在围绕着:①地层稳定和地面沉降控制;②机械化、自动化掘进和掘进速度;③衬砌和隧道质量,这三个要素进行盾构掘进机的改进和施工方法的革命。传统的盾构法是把这三个要素分别独立考虑的,把地层稳定处理作为盾构的辅助方法,主要有降低地下水位法、改良地基法、冻结法及气压法等。在盾构掘进机本身结构上没有考虑对地层稳定的影响或减少和防止地面沉降,盾构一般为敞胸式结构。硬岩掘进机则是在1950年代,在美国由ROBBINS公司首先研制成功的。
2.我国全断面掘进机的发展
1953 年东北阜新煤矿用手掘式盾构修建直径为 2.6m的疏水巷道,盾构技术的发展非常缓慢,60年代,军工隧道。1985 年以后,我国开始引进和研制全断面闭胸式盾构。进入 20 世纪 90 年代后,我国开始大规模地引进、应用国际先进的盾构施工技术和设备。
2.1 国内盾构机行业发展
(1)地层稳定和地面沉降控制技术
对隧道施工的施工质量和环境保护要求越来越高,地面沉降控制成了衡量现代盾构技术水平的关键技术之一 。通过在土仓内设置的土压传感器测试土压情况,实时反馈及调整的机、电、液与计算机控制系统,在通常情况下都能很好地保证地层稳定的效果。
(2)结构设计技术
盾体是一个刚体,断面尺寸越大在运动方面限制也就越严格,给隧道的弯道设计和施工造成困难。由于盾构断面全为一孔,所以即使建造距离很近的(1~5m)复线隧道,也必须分上行与下行两线进行独立施工,给地面设施拥挤的城市隧道的设计带来困难,分别施工的两隧道的相互干扰也给施工带来不利影响。盾构机已出现可折曲的盾体和多体等形式解决曲率半径小的弯道施工和复线隧道的一次施工等问题。可以把盾体分成两到三截,转弯灵活;截面有眼镜形、三圆形、拱形、H&V等多种形式。盾构除了转弯半径与爬坡方面的限制较小外,像 H&V 型盾构,在掘进过程中,可作水平与竖向的灵活转动,形成空间相对位置多样的隧道。
(3)刀盘刀具设计技术
国内已经掌握基本的全断面切割刀盘技术,通常是在盾构机头部安装一个整体转动的圆盘,在上面布置若干刀头包括超挖刀头,转动方向固定,只能切割规则空间。在刀头刀盘的组合与刀头刀盘的运动分解上,缺少变化,在某些情况下,给盾构掘进机的转弯和爬坡等造成一定的麻烦。国外盾构出现了能有多种切割方向,可以伴随盾构机体位的改变而作相应调整的刀盘;并且实现了通过盾构掘进机刀具的切割方向和刀盘的分解组合生成多种异形空间(如矩形,椭圆形,眼镜形,扩大形等等)。另外,国内对刀具、刀盘的岩土适应性设计方面缺少完整的理论依据、系统的经验数据和可靠的实验装备,在刀具的可靠性和寿命方面存在一定的差距
(4)推进与导向技术
国内所用土压探测与传感装置基本依赖进口。盾构施工通常在开挖面与盾构周边必要的位置布置有各种监控点,采集盾构运行状态、土压和地层扰动等多种信号,这些信号和地表沉降信号一起输送给信号处理计算机,计算机分析这些数据后,发送液压系统控制信号,实现对盾构推进和导向的自动控制,实现无人化的精确操作。导向系统有:德国的VMT测量系统、英国的PPS系统和日本的演算工房等,国内进口的盾构机基本都配备了测量导向系统,都有先进的计算机信息处理与控制系统,既减少了人员劳动强度,又增加盾构机的工作效率与施工精度,通过实时数据分析处理、快速反馈、工程状态显示、实时控制,方便现场人员实时决策,达到信息化施工。