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國外頂管設備的發展

發布日期:2021-11-19 作者: 點擊:

20世紀70年代,日本開發了矩形頂管機,它初出現的目的主要用來安裝矩形管道,可用于建造地下鐵道的區間、車站及水底隧道旁通道等。20世紀80年代后,世界各國掀起了開發異形斷面掘進機的高潮,先后進行了矩形隧道、橢圓形隧道、雙圓形隧道、多圓形隧道盾構掘進機及施工技術的試驗研究和工程應用。


矩形頂管施工


目前,矩形頂管機械及工藝發展比較成熟的國家是日本。日本在20世紀80年代開發出了矩形隧道掘進機,并應用于多條人行隧道、公路隧道、鐵路隧道、地鐵隧道和排水隧道的施工中。地下管線共同溝的概念也起源于日本。1981年,名古屋和東京都采用4.29m×3.09m手掘式矩形盾構掘進了2條長分別為534m和298m的共同溝;名古屋還采用5.23m×4.38m的手掘式矩形盾構掘進1條長374m的矩形隧道。20世紀90年代,日本將遙控技術應用到頂管法中,操作人員在地面控制室中通過閉路電視和各種儀表進行遙控操作,對普遍采用人工開挖的頂管技術產生了重大革新。近30年來,日本率先研究開發了土壓平衡、泥水平衡頂管機等先進頂管機頭和施工工法,并在實際工程中得到了廣泛的應用。


對于由圓形管道演變而來的矩形管道或者構件的頂進施工,在技術上被證明有很大的難度。根據施工經驗,矩形截面管道和圓形截面管道的施工區別在于頂管機外形、切削方式及管道截面形狀。形成矩形截面通道的方式主要有3種類型:


1)采用圓形頂管機對工作面實行分步切削或者全斷面切削,管道的外部為圓形,內部為矩形;


2)頂管機外形為矩形,對工作面采用分步切削方式,管道外形與頂管機的斷面一致;


3)頂管機外形為矩形,對工作面采用全斷面切削形式,管道外形與頂管機的斷面一致。


在日本采用管片拼裝法和頂管機配合使用,開發出2種典型的頂管施工工法:DPLEX(DevelopingParallelLinkExcavatingShieldMethod)頂管施工法和Takenaka頂管施工法(由TakenakaLtdCompany研發),前者為多軸偏心傳動頂管機,工作面上土層的切削是通過一個繞曲柄軸進行偏心轉動的切削框架(或矩形切削刀盤)來實現(如圖2所示);后者為組合刀盤頂管機(如圖3所示),主要用來施工矩形截面的地下管道或通道,第1階段借助常規圓形切削刀盤切削土層,第2階段通過安裝于切削刀盤后面的切削臂的鐘擺運動或者小刀盤轉動實現對圓形刀盤無法到達的部位的切削。近年來,為了更好地對工作面的土體進行切削,日本研發了伸縮臂式刀盤仿矩形掘進機,在刀盤轉動過程中,對于圓形刀盤切削不到的工作面在刀排中的特殊機構會自動伸長切削臂進行切削。


國外頂管設備的研發主要朝著全斷面切削、長距離頂進和克服堅硬土質甚至是巖石掘進的方向發展,這樣更能增大頂管設備的地層適應能力,同時也保證了在軟土層中進行施工的動力儲備。


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關鍵詞:矩形頂管機,頂管施工法,矩形頂管設備

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