盾構(gòu)主機構(gòu)造推進裝置

盾構(gòu)機的推進系統(tǒng)由推進千斤頂、鉸接千斤頂、液壓泵、控制閥件和液壓管路組成。盾構(gòu)推進是靠液壓系統(tǒng)帶動千斤頂?shù)纳炜s動作驅(qū)使盾構(gòu)機在土層中向前掘進的。盾構(gòu)千斤頂活塞的前端必須安裝頂塊，頂塊必須采用球面接頭，以便將推力均勻分布在管片的環(huán)面上。其次，還必須在頂塊與管片的接觸面上安裝橡膠或柔性材料的墊板，對管片環(huán)面起到保護作用，同時還能夠充分對應(yīng)管片與盾構(gòu)機的傾斜，保證撐靴平面與管片密貼。一、推進裝置的組成及功用為了能使推進油缸的推力均勻地傳遞給管片，推進油缸撐靴面積要適當大些。撐靴表面的聚氨酯膠墊，可以使千斤頂撐靴在與管片接觸時能保證推力緩和而均勻地作用在管片上，確保管片襯砌環(huán)面的完整。

推進千斤頂沿盾構(gòu)機中盾殼體內(nèi)側(cè)均勻分布，油缸的布置在設(shè)計時考慮了避開管片接縫，封頂塊（“K”塊）在管片圓周的正常襯砌位置不會發(fā)生千斤頂靴板同時騎壓在兩塊管片之間接縫上的情況。推進系統(tǒng)除了推進開挖、防盾構(gòu)機后退功能外，應(yīng)具有糾偏和爬坡功能，推進油缸能分組和單獨控制、能手動和自動控制，能夠滿足施工要求的最小轉(zhuǎn)彎半徑，應(yīng)具有一定的爬坡能力。推進油缸在增加輔助裝置后能滿足掘進中更換盾尾刷的功能。分組推進油缸中裝設(shè)行程、壓力傳感器，行程及速度傳感器可靠，行程顯示可逆并能準確、直觀地顯示盾構(gòu)機千斤頂伸縮的數(shù)值及速度。在液壓系統(tǒng)中設(shè)置可靠的液壓自鎖系統(tǒng)，防止盾構(gòu)機在施工過程中由于拼裝管片等非推進情況下發(fā)生后退現(xiàn)象。盾構(gòu)推進裝置在曲線段施工時，通過推進控制方式，把液壓推進油缸進行分區(qū)操作，使盾構(gòu)機按預(yù)期的方向進行調(diào)向運動。結(jié)合采用安裝楔形環(huán)（轉(zhuǎn)彎環(huán)）與伸出單側(cè)千斤頂?shù)姆椒?，使推進軌跡符合設(shè)計線路的彎道要求。另配合盾構(gòu)機的鉸接裝置使曲線施工更容易控制。目前常用推進油缸分為四組，分為上、下、左、右4個區(qū)域，在掘進時便于進行控制。通過改變各區(qū)油缸的伸出速度和伸出長度來控制盾構(gòu)機掘進的方向。每組推進油缸中部配置一個行程傳感器，用來實時測量油缸速度和行程，參見圖中涂黑部位。三、推進油缸的布置原則盾構(gòu)機千斤頂?shù)牟贾靡欢ㄒ箞A周上受力均勻。盾構(gòu)機推進時，由于推進油缸直接作用在管片上，因此，推進油缸的布置主要考慮管片的結(jié)構(gòu)形式、分布位、受力點布置、管片組裝施工方便性等方面的因素，應(yīng)滿足下列要求：

(1)徑向分布使管片受力均衡；

(2)環(huán)向布置與管片的分塊相匹配；

(3)考慮管片在整個襯砌環(huán)受力均勻，油缸布置應(yīng)沿垂直軸線、水平軸線均勻?qū)ΨQ布置。四、推進油缸的布置方式以30個油缸為例，推進油缸的布置方式可以有以下幾種：

(1)單油缸均勻分布；

(2)雙油缸布置；

(3)單雙油缸間隔布置。單雙油缸按間隔布置，在封頂塊位于正上方時，油缸的推力中心線與管片中心重臺，并且每組油缸間有充分的空間布置鉸接油缸和超前注漿管。五、推進油缸的布置要求推進油缸的安裝方式有兩種:一種是前置安裝方式，一種是后置安裝方式。前置安裝方式是推進油缸前端和盾體進行鉸接，后端進行非約束性固定，如圖2-3所示。后置方式是推進油缸后端和盾體進行鉸接，前端和盾體進行非約束固定，如圖2-4所示。無論采用那種安裝方式：千斤頂要均勻地配置在靠近盾構(gòu)外殼處，使管片受力均勻；千斤頂應(yīng)與盾構(gòu)軸線平行。盾構(gòu)機千斤頂?shù)臈l數(shù)及每只千斤頂?shù)耐屏Υ笮∨c盾構(gòu)機的外徑、總推力、管片的結(jié)構(gòu)、隧道軸線的形狀有關(guān)。對中小直徑的盾構(gòu)機，每只千斤頂?shù)耐屏σ?00~1500kN為好；對大口徑盾構(gòu)機，每只千斤頂?shù)耐屏σ?000—4000kN為好。盾構(gòu)機千斤頂伸縮桿的中心與撐擋中心的偏離允許值一般為30—50mm，千斤頂?shù)淖畲笊炜s量可按管片寬度的100—200mm確定。盾構(gòu)機千斤頂?shù)牟贾靡欢ㄒ箞A周上受力均勻。千斤頂行程是一環(huán)襯砌環(huán)寬度加上適當余量。另外，成環(huán)管片有一塊封頂塊，若采用縱向全插入封頂時，在相應(yīng)的封頂塊位置應(yīng)布置雙節(jié)千斤頂，其行程約為其他千斤頂?shù)囊槐?，以滿足拼裝成環(huán)所需。千斤頂在盾構(gòu)機內(nèi)的布置需要滿足以下幾點：

(1)千斤頂軸線與盾構(gòu)機中心線要平行；

(2)布置在靠近盾殼的內(nèi)圓周圈上，盡量少占盾構(gòu)機空間，等距分布，并盡可能縮小千斤頂軸心線與砌塊中心的偏心距；

(3)安裝臺數(shù)一般是雙數(shù)。六、推進裝置對液壓千斤頂?shù)囊蠖軜?gòu)機在土層中掘進時，靠安裝在支撐環(huán)內(nèi)的液壓千斤頂推動盾體向前頂進。由于盾構(gòu)機內(nèi)部空間狹窄，安裝條件惡劣以及盾構(gòu)機的工作情況與其他機械不同，所以對于液壓千斤頂有其獨特的要求：(1)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、耐久性好、便于安裝和布置且保養(yǎng)維修方便；(2)各千斤頂之間同步性能要好；(3)有必要的防護裝置，避免灰塵、泥水、砂漿混入油內(nèi)或千斤頂內(nèi)。盾構(gòu)機千斤頂?shù)耐七M速度必須根據(jù)地質(zhì)條件和盾構(gòu)形式來決定，推進速度的范圍一般為10—100mm/min。通常取50mm/min左右，且可無級調(diào)速。為了提高工作效率，千斤頂?shù)幕乜s速度要求越快越好。盾構(gòu)機推進系統(tǒng)液壓油的流量和壓力調(diào)整均采用了比例調(diào)節(jié)方式，以方便操控。根據(jù)盾構(gòu)推進千斤頂在盾構(gòu)機上固定位置的不同,鉸接裝置可分為主動型和被動型兩種。（1）主動型：依靠鉸接千斤頂?shù)闹鲃由炜s使得盾構(gòu)機前后部分發(fā)生彎折。盾構(gòu)推進千斤頂固定在盾構(gòu)機的后部，推進千斤頂?shù)耐屏ψ饔迷诙軜?gòu)機的后部再通過鉸接千斤頂傳遞到盾構(gòu)機前部。（2）被動型：依靠外力使鉸接千斤頂伸縮，從而使盾構(gòu)機前后部分發(fā)生彎折。盾構(gòu)推進千斤頂油缸的后端頂在盾構(gòu)機的前部，油缸的前部擱置在擺動支承上，推進千斤頂?shù)耐屏χ苯幼饔迷诙軜?gòu)機前部。這兩種方式的鉸接特點如下：（1）推進千斤頂?shù)耐屏T從上圖可以看出，對于兩種鉸接形式，推進千斤頂?shù)耐屏κ窍嗤?。都為?）鉸接千斤頂?shù)暮奢dfJ可以看出，被動鉸接千斤頂?shù)暮奢d要小得多，它僅等于作用在盾構(gòu)機后部土體摩擦阻力。對于一臺直徑6m多的盾構(gòu)，主動的鉸接千斤頂設(shè)計荷載通常可達32000kN，而被動型的則不到8000kN，僅為主動型的1/4。（3）由于主動型的鉸接千斤頂荷載大，其外形尺寸也大，布置的數(shù)量相對較多，使得盾構(gòu)機的內(nèi)部空間較為擁擠。而被動型的鉸接千斤頂荷載小，其外形尺寸也小，布置的數(shù)量相對較少，盾構(gòu)機的內(nèi)部空間顯得寬敞，對于維護保養(yǎng)工作十分有利。（4）由于主動型的鉸接千斤頂載荷大，液壓系統(tǒng)的油壓很高，液壓油容易泄露，需采用超高壓液壓元件。被動型的鉸接千斤頂荷載小，液壓系統(tǒng)的油壓較低，采用中高壓液壓元件即可。（5）由于鉸接處的開口，使被動型的推進千斤頂行程無形中被縮短，如果操作不當，使鉸接處的開口過大，當推進千斤頂行程設(shè)計余量較小時，會出現(xiàn)開口側(cè)因掘進距離不夠而使管片安裝困難的現(xiàn)象。而主動型則不存在這個問題。（6）主動型的推進千斤頂固定在盾構(gòu)機的后部，其頂推點與管片中心線的偏心距較小。而被動型的推進千斤頂中心線與管片中心線的角度會產(chǎn)生變化，一般都將推進千斤頂缸體前端設(shè)在擺動支承上，以減少推進千斤頂中心線的偏心距，盡管如此，其偏心距還是比主動型的大。（7）兩種形式的鉸接裝置都可以進行水平方向和垂直方向的彎曲，但從彎曲的角度來看，主動型的較大，最大可達9°，可以適應(yīng)小半徑的曲線。而被動型的彎曲的角度則較小，一般≤3°，但對城市地鐵隧道來說，由于水平曲線的半徑一般都在300m以上，2°的彎曲角度就已足夠。（8）從操作的方便性來看，當盾構(gòu)機進入曲線段時，主動型需對鉸接千斤頂進行專門的伸縮操作，以使盾構(gòu)機前后彎曲。而對被動型鉸接裝置來說，盾構(gòu)后部只是通過鉸接千斤頂拖掛在后面，鉸接千斤頂?shù)纳舷虑慌c液壓油箱相通，可隨外力的作用而伸縮，無須對鉸接千斤頂進行專門的操作。

從以上的比較可以看出，主動鉸接裝置和被動鉸接裝置各有特點，在進行選擇時，應(yīng)從隧道的曲線半徑、管片寬度，盾構(gòu)機制造商的經(jīng)驗，操作者的習(xí)慣等方面進行綜合考慮。目前我國城市地鐵隧道建設(shè)中，使用的盾構(gòu)機多為進口，從這些進口機器來看，兩種鉸接形式都有。鉸接裝置的布置位置，比較多見的是將其布置在盾構(gòu)機中間偏后處。對于被動型鉸接裝置，它只是將盾尾部分拖掛在后面，布置的位置也只能如此。但對于主動型鉸接裝置，如果布置在盾構(gòu)機的偏前處，其好處是顯