日本盾构隧道的技术发展——长距离施工之确保盾构耐久性和隧道成型精度

 

     年前，小编为大家介绍               日本长距离盾构施工的基本概况。 今天，让小编带大家了解一下长距离掘进的2个重要课题：盾构机和设备的耐久性”和“确保成型精度”。

盾构机和设备的耐久性          
       

1、换刀技术

日本的盾构换刀技术包括4方面内容，分别为：传统技术、长寿命刀具、机械式换刀及磨损检测。        

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传统技术              

             

             

传统换刀即利用人工直接换刀，通常是先修建中间井，盾构机到达中间井后进行换刀。城区内因建构筑物密集，无法构筑中间井，故采用高压喷射搅拌法或冻结法进行土体加固方式确保开挖面周围土体自立性，然后作业人员从开挖面前方换刀。        

       

在硬岩地层中，一般是采用注浆等方式止水后，作业人员打开隔板上的舱门进入隔舱内换刀，其滚刀可从刀盘背面取下。        

       

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长寿命刀具              

             

             

日本开发了多种长寿命刀具技术，比如：刀具的刀刃使用硬度仅次于金刚石的钨和钴混合加工形成的超硬合金；开发嵌入多道超硬刀刃的强化型先行刀；在长距离施工中，不同先行刀采用梯次布置；研发内外双层刀刃叠合的结构，外侧的一次刀刃磨损脱落后，内侧的二次刀刃露出。        

       

刀具梯次布置

双重刀刃

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机械式换刀              

             

             

机械式换刀是在辐条或面板上配备了专用装置，无需采用其他辅助工法，且人员无需进入隔舱内即可完成换刀的方式。        

换刀方式如下：

刀具顶推换刀

滑动式换刀

辐条内换刀

旋转和滑移结合的换刀

球体结构的换刀

滚刀换刀

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磨损检测              

             

             

传统的刀具磨损检测方法是在刀具的母材内埋设液压管或电线，通过液压油渗漏或电流导通进行确认。近年来日本开始采用在一把刀具内设置多条液压管或多个电极的方式提高检测功能。        

磨损检测方式分为：液压管切断方式、超声波方式、多段式液压配管切断方式、多段导电型方式。        

       

液压管切断方式

超声波探测方式

2、盾尾密封

在长距离施工中，盾尾密封需要具有耐磨损性。在上世纪70年代前期敞开式盾构为主流的年代，主要采用橡胶制盾尾密封；随着70年代中期密闭式盾构问世，相应设计了由细钢丝组成的钢丝刷式盾尾密封，逐步应用在绝大多数的盾构机中；在90年代后期，为了进一步提高盾尾密封的止水性能和柔软性能，在以往的钢丝刷基础上填充泡沫聚氨酯，使其具有更好的长期耐久性。        

钢丝刷式盾尾密封

填充泡沫聚氨酯的钢丝刷

       

确保成型精度（测量技术）          

1、基线测量（地上）

地面上的基线测量传统技术大多采用闭合导线测量，即采用闭合导线测量方法设置连接始发井和到达井的测点。由于包围隧道轴线的多边形测点闭合，因此精度较高。但距离增长后测点相应增多，精度会随之下降。          

1990年左右，日本研发GPS（GNSS）测量技术并投入应用，利用GPS测量卫星发送的电波测量位置，因此无需测点间目视，长距离情况下也能保证精度。          

2、基线测量（洞内）

洞内的基线测量传统技术是基于地上基线测量在洞内设置测点进行检测，采用不闭合导线测量方法。针对长距离盾构测量精度下降问题，通常会从地上钻孔作为观测孔，在关键位置确认和修正误差。          

         

另外一种洞内测量方式是采用陀螺全站仪的基线测量，是利用地球自转确定真北方向，因此适用于无法接收GPS信号的隧道洞内。在长距离施工中，可以对不闭合导线测量进行修正，提高基线的精度。          

3、掘进管理测量

掘进管理测量通常采用经纬仪和水平仪的人工测量方式，随后引入陀螺仪和水平传感器进行盾构位置测量，后者能够实时确认盾构机位置，但在水平方向上由于无法反映盾构机横移行为等会产生误差。

随着上世纪90年代自动跟踪型全站仪的问世，自动测量开始普及。掘进管理测量逐步采用自动跟踪型全站仪，相比陀螺仪的计算精度更高，因此得到广泛应用，但在小直径盾构或急曲线施工中经常发生光学准直受到阻挡的情况。          

            

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