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国外顶管设备的发展

发布日期:2021-11-19 作者: 点击:

20世纪70年代,日本开发了矩形顶管机,它初出现的目的主要用来安装矩形管道,可用于建造地下铁道的区间、车站及水底隧道旁通道等。20世纪80年代后,世界各国掀起了开发异形断面掘进机的高潮,先后进行了矩形隧道、椭圆形隧道、双圆形隧道、多圆形隧道盾构掘进机及施工技术的试验研究和工程应用。


矩形顶管施工


目前,矩形顶管机械及工艺发展比较成熟的国家是日本。日本在20世纪80年代开发出了矩形隧道掘进机,并应用于多条人行隧道、公路隧道、铁路隧道、地铁隧道和排水隧道的施工中。地下管线共同沟的概念也起源于日本。1981年,名古屋和东京都采用4.29m×3.09m手掘式矩形盾构掘进了2条长分别为534m和298m的共同沟;名古屋还采用5.23m×4.38m的手掘式矩形盾构掘进1条长374m的矩形隧道。20世纪90年代,日本将遥控技术应用到顶管法中,操作人员在地面控制室中通过闭路电视和各种仪表进行遥控操作,对普遍采用人工开挖的顶管技术产生了重大革新。近30年来,日本率先研究开发了土压平衡、泥水平衡顶管机等先进顶管机头和施工工法,并在实际工程中得到了广泛的应用。


对于由圆形管道演变而来的矩形管道或者构件的顶进施工,在技术上被证明有很大的难度。根据施工经验,矩形截面管道和圆形截面管道的施工区别在于顶管机外形、切削方式及管道截面形状。形成矩形截面通道的方式主要有3种类型:


1)采用圆形顶管机对工作面实行分步切削或者全断面切削,管道的外部为圆形,内部为矩形;


2)顶管机外形为矩形,对工作面采用分步切削方式,管道外形与顶管机的断面一致;


3)顶管机外形为矩形,对工作面采用全断面切削形式,管道外形与顶管机的断面一致。


在日本采用管片拼装法和顶管机配合使用,开发出2种典型的顶管施工工法:DPLEX(DevelopingParallelLinkExcavatingShieldMethod)顶管施工法和Takenaka顶管施工法(由TakenakaLtdCompany研发),前者为多轴偏心传动顶管机,工作面上土层的切削是通过一个绕曲柄轴进行偏心转动的切削框架(或矩形切削刀盘)来实现(如图2所示);后者为组合刀盘顶管机(如图3所示),主要用来施工矩形截面的地下管道或通道,第1阶段借助常规圆形切削刀盘切削土层,第2阶段通过安装于切削刀盘后面的切削臂的钟摆运动或者小刀盘转动实现对圆形刀盘无法到达的部位的切削。近年来,为了更好地对工作面的土体进行切削,日本研发了伸缩臂式刀盘仿矩形掘进机,在刀盘转动过程中,对于圆形刀盘切削不到的工作面在刀排中的特殊机构会自动伸长切削臂进行切削。


国外顶管设备的研发主要朝着全断面切削、长距离顶进和克服坚硬土质甚至是岩石掘进的方向发展,这样更能增大顶管设备的地层适应能力,同时也保证了在软土层中进行施工的动力储备。


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关键词:矩形顶管机,顶管施工法,矩形顶管设备

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