盾構、掘進機( TBM) 自出世至今已有近200年的歷史,其始於英國,發展於日本、德國。近30 年來,由於土壓平衡、泥水平衡、尾部密封、盾構始發及接收等一系列技術難題的解決,使得盾構及其掘進技術有了較快發展,至今全世界已累計生產1 萬多臺盾構,其中,80%左右是小直徑盾構( ≤Ø5 m)。
豎井掘進機是專門用於豎井施工的裝置,可適應於陸地、江河及海洋環境工程施工,產品集掘進、支護、出渣、井壁拼裝、渣土分離等功能於一體,可實現多工序同步施工;裝置進行了模組化、短平化設計,易於拆裝、方便運輸;裝置融合了動態感知技術,智慧化、機械化程度高,可實現井下無人化作業。
豎井掘進機具有
安全、高效、成本低、易於維護、方便轉場
等特點,可滿足千米級豎井施工需求,為礦山、海工、水利、新能源等建設提供了新裝備、新工法,為深地工程、地下停車場、地下空間開發等提供掘進利器。
隨著各大城市地鐵建設力度的不斷加大; 跨江越海隧道工程不斷增加,國家的重點建設專案,如長距離供水、水下交通、西氣東輸等工程都將涉及到穿越江河的問題; 鐵路、公路、市政、供水、供氣、防洪、水電等隧道工程的建設。這些都會使隧道( 隧洞) 數量大幅度增多。而一些區段將很可能需要採用盾構、TBM 法進行隧道施工。在這樣的大背景下,為了更好、更經濟、更安全地使用盾構、掘進機,為了使盾構、掘進機技術更加適合我國的工程實際,有必要總結我國盾構、掘進機技術的現狀,指出我國盾構、掘進機技術存在的問題,提出解決各種問題的辦法和新思路,探討今後盾構、掘進機技術的發展方向。
讓我們一起來看看豎井掘進機有哪些吧~
刀盤式豎井掘進機SBM Shaft Boring Machine
適用地質:岩石
直徑:10-12米
這種高度機械化的掘進機能夠在深達2000米的堅固岩層中全斷面鑿進最大12米的豎井。開發過程中一個最主要的難點是如何將渣石從豎井底部運出,然後穿過掘進機,再垂直提升到與豎井輸送系統的連線點?
解決方案是:刀盤垂直掌子面切削岩石
第一步,刀盤像圓鋸一樣切入岩石,在岩石上切出一個1。5米深的開口;第二步,刀盤沿機器縱軸旋轉,切削整個豎井斷面。
在此過程中,
刀盤不僅切碎岩石,同時還作為一個葉輪,透過內建的排渣通道,將渣石聚攏到中央。
在那裡,渣土被轉到垂直的帶式輸送機,由其提運至豎井輸送系統的連線點。
為了在開挖過程中支撐機器的重量,並吸收切削過程中的反作用力,應將撐靴系統固定在井壁上。
*撐靴系統:承載機器重量,利用反作用力提供刀盤推力,並透過導向系統調節刀盤掘進方向。
截削式豎井掘進機SBR Shaft Boring Roadheader
適用地質:岩石、非均質地層
直徑:7-12米
截削式豎井掘進機SBR用於在
軟質至中硬質岩石地質
條件下進行獨頭巷道的機械化掘進。與安裝硬巖刀盤的立式刀盤豎井掘進機SBM相比,
截削式豎井掘進機SBR安裝了截割臂和一個橫軸旋轉的截割頭,這樣可以挖掘7至12米之間各種直徑的豎井。
截割臂是
伸縮式
的,一次作業可在整個豎井斷面挖掘1米深度。挖掘過程中,無需上下移動截削式豎井掘進機SBR。
作為切削迴圈的第一步,截割頭首先切出200毫米的深度。此後,銑挖頭沿順時針方向從豎井中心到井壁切削更多環形斷面。經過5個切削迴圈,豎井斷面就會下降1米。然後,截削式豎井掘進機SBR下沉,重新開始切削迴圈。
利用氣動出渣系統收集豎井底部的渣石,並將其運至抽吸罐。從截割臂上方的工作平臺,採用噴射混凝土、模架或錨固工藝對豎井壁進行加固。
全斷面擴孔豎井掘進機SBE Shaft Boring Enlargement
適用地質:岩石、硬巖
直徑:7-10米
刀盤為圓錐形,並配有滾刀。掘進過程高度自動化。操作員在控制室中控制和監視所有操作。在掘進過程中,全斷面豎井擴孔掘進機SBE透過撐靴系統將自己固定在井壁上。該撐靴系統可將掘進過程中產生的力傳遞到地層中。掘進1米後,鬆開撐靴系統,全斷面豎井擴孔掘進機SBE可自動下降繼續掘進,巖渣透過導向孔被輸送至豎井井底。
全斷面豎井掘進機SBC Shaft Boring Cutterhead
適用地質:岩石、硬巖
直徑:8-9米
全斷面豎井掘進機SBC是為在硬巖中鑽進1,000m深的機械化全斷面豎井掘進而研製的。刀盤為圓錐形,並配有滾刀, 掘進過程高度自動化。
在掘進過程中,整個開挖倉被填滿,從地層中滲出的地下水流入掌子面進行收集。圓錐刀盤的轉速為每分鐘2-3。5轉,其推進速度約為每分鐘1釐米(取決於地質條件)。
透過泥水除渣,泵系統將岩屑從開挖倉輸送至泥水分離站,將細顆粒和粗顆粒從懸浮液中分離出來。粗料透過剷鬥送至豎井輸送機,細料透過單獨的泥漿迴路(也可用於豎井排水)泵送至地表。
掘進1米後,全斷面豎井掘進機SBC透過吊繩下放。
可根據專案要求在全斷面豎井掘進機SBC的工作平臺上安裝豎井襯砌。