双护盾硬岩掘进机

连续高速的隧道掘进

地质状况 岩石
各类稳定和不稳定的岩石
直径
2.8–12.5米

双护盾硬岩掘进机的应用

双护盾硬岩隧道掘进机是技术上最复杂的隧道掘进机类型。它将撑靴式硬岩掘进机和单护盾硬岩掘进机的功能完美结合。在稳定的地质条件下,这种组合施工方法使得隧道掘进和管片安装可以同步进行,从而实现高效掘进。因此,这种强大的技术完全适合在坚硬的岩层中进行长距离的隧道开挖。

 

强劲向前挺进

采用双护盾硬岩掘进机进行隧道掘进时,装有滚刀的旋转刀盘抵住掌子面,每把滚刀所承受的压力可达32吨。由于滚刀的滚动,将石渣——所谓“岩屑” ——从岩体上切削下来。通过喷水冷却刀盘,并减少灰尘形成。岩屑由安装在刀盘上的边铲刀接住。在刀盘旋转的同时,岩屑借助重力,通过溜渣槽滑落到机器中心 位置,然后通过漏斗状的集渣环落到主机皮带机上。在主机皮带机的末端,岩屑转由后配套皮带输送机或运输车辆最终从隧道运出。

功能原理

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前盾

包括刀盘以及主轴承和主驱动装置——形成伸缩盾的前半部分。

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刀盘

硬岩滚刀通过旋转和高挤压力在掌子面将岩体破碎成岩屑。

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集渣环

由边铲刀收集的渣土经过漏斗状的集渣环落到皮带输送机上。

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稳定器

掘进时起减震作用,从而可以减少各部件的磨损和震裂

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伸缩盾

前盾和支撑盾交叠形成一个可伸长的伸缩式盾体。

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主推进油缸

顶住支撑盾,并推动转动的刀盘向掌子面掘进。

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撑靴

依靠两个位于撑靴之间的液压油缸从两侧将双护盾硬岩掘进机顶在围岩上。

8
支撑盾

包括撑靴、辅助推进油缸和盾尾——形成伸缩盾的后半部分。

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管片拼装机

远程控制的移动式真空机械手,在管片拼装时,用于将管片放置到位。

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辅助推进油缸

顶住安装好的混凝土管片,固定其位置,并推动支撑盾向前。

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反扭油缸

补偿刀盘在掘进过程中产生的扭矩,防止盾体滚动

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主机皮带机

将渣土从刀盘中心输送到后配套皮带输送系统。

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包括刀盘以及主轴承和主驱动装置——形成伸缩盾的前半部分。

硬岩滚刀通过旋转和高挤压力在掌子面将岩体破碎成岩屑。

由边铲刀收集的渣土经过漏斗状的集渣环落到皮带输送机上。

掘进时起减震作用,从而可以减少各部件的磨损和震裂

前盾和支撑盾交叠形成一个可伸长的伸缩式盾体。

顶住支撑盾,并推动转动的刀盘向掌子面掘进。

依靠两个位于撑靴之间的液压油缸从两侧将双护盾硬岩掘进机顶在围岩上。

包括撑靴、辅助推进油缸和盾尾——形成伸缩盾的后半部分。

远程控制的移动式真空机械手,在管片拼装时,用于将管片放置到位。

顶住安装好的混凝土管片,固定其位置,并推动支撑盾向前。

补偿刀盘在掘进过程中产生的扭矩,防止盾体滚动

将渣土从刀盘中心输送到后配套皮带输送系统。

利用连续掘进模式,实现高速推进

双护盾硬岩掘进机包括两个主要组成部分:即前盾——包括刀盘、主轴承和主驱动装置;以及支撑盾——包括撑靴、辅助推进油缸和尾盾。由主推进油缸将盾体的两个部分连接起来。两个部分是由可伸缩的盾体进行保护,前盾的尾部和支撑盾的前部在此重叠。因此,双护盾硬岩掘进机亦称为可伸缩式盾构机。如果围岩稳定,则用撑靴将掘进机径向撑住隧道围岩。这意味着,前盾可以独立于撑靴盾,由主推进油缸推动前行。

挖掘过程中形成的反作用力由撑开的撑靴传输到围岩中。在掘进的同时,在尾盾部分进行管片安装。辅助推进油缸仅用于固定已安装的混凝土管片的位置。完成一个行程后,撑靴从围岩松开,由辅助油缸将撑靴盾推到前盾后部。撑靴换步只需要几分钟的时间,这意味着前盾的掘进几乎是连续进行的。在理想的围岩地质条件下,双护盾硬岩掘进机亦可在不进行管片衬砌的情况下实施隧道掘进。

功能设计

滚刀借助强大的接触压力,从掌子面上切削岩屑。

边铲刀、溜渣槽和集渣环将渣土高效地输送到机器中心的皮带机上。

液压主推进油缸或辅助推进油缸推动设备前进。

管片衬砌

在地质断层区确保安全

在地质断层区或围岩强度较低的区域,无法实施撑靴径向固定。在此种区域,可将伸缩盾完全收缩,使前盾和撑靴盾形成一个坚固的整体,由辅助推进油缸提供所需的推力。与单护盾硬岩掘进机一样,用最后一环管片作为反向支撑,推动掘进机前行。此种情况下,向前推进和管片安装不再能够同时进行。不过,在地质条件不佳的洞段,采用这种非连续操作模式可以保证更高的掘进安全性。

特殊应用解决方案,应对复杂地质条件

双护盾硬岩掘进机的盾体相对较长。因此,在围岩收敛度较高的情况下,掘进机卡住的风险相应增加。海瑞克工程师已经开发出一系列设计方案,解决这一问题。例如,盾体直径采用渐变设计,以及对刀盘、前盾和支撑盾的纵轴进行竖向调整。脱落的岩石和渣土有可能阻塞盾体的伸缩接合部位以及环形间隙。这样就无法推动支撑盾向前。作为应对措施,海瑞克双护盾硬岩掘进机一般会安装一个可以独立移动的伸缩盾。利用额外的伸缩液压油缸,在需要进行清理或加固作业时,就可以为到达隧道内壁提供通道。盾体上配套的钻机和导向钢管装置,可用于环绕着整个掘进机进行注浆加固,安全保护伸缩盾部分。

合适的驱动机构,适用于任何直径

在2.8米到6.0米的直径范围内,双护盾硬岩掘进机使用固定式驱动机构,由水平排列的主推进油缸或呈V形排列的油缸组成,直接通过油缸进行控制。如果直径超过6米,则一般使用可伸缩式驱动机构,则要配备额外的辅助纵向移动油缸。通过油缸,可以直接测量驱动机构的接触压力,从而以最佳方式应用所能提供的动力。铰接轴承或扭矩油缸也用于控制隧道掘进机。扭矩油缸可以持续地进行横向和竖向移动。这样,即可在所有方向上精确控制刀盘,甚至可以实施局部超挖。不管使用固定式还是可伸缩式驱动机构,都可将刀盘退回,从而可以直接到达掌子面。

掘进不止,稳步向前

双护盾硬岩掘进机主要用于围岩条件多有变化的隧道项目。使用连续掘进方式,本机型在稳定的围岩条件下创造了优异的掘进速度。因此,双护盾硬岩掘进机综合了撑靴式硬岩掘进机和单护盾硬岩掘进机的优点,对于长距离硬岩隧道掘进而言,是一种最快速、最节省成本的解决方案。

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Gerhard Goisser COO Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.
Jack Brockway Geschäftsführer Herrenknecht Tunnelling Systems USA Inc.

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