盾构机背景知识

盾构刀具堆焊层设计与}r}能研究1.1课题背景我国中东部城市人口密集，交通状况口益紧张，公共交通系统迫待完善。

目前世界上一些大城市，如伦敦、巴黎、东京等的居民公交出行比例都在}o%到80%左右，Ifu北京地区居民乘坐地铁和地面公交的比例刚到3 0%，地铁轨道交通的医乏是一重要原因。

2001年开始，北京地区开始进行大规模地铁隧道建设，据规划，北京地区将在未来几年内新建8条地铁线路，总长200余公里，建设任十分务艰巨。

此外，我国20余个大中型城市也将在未来几年开始地铁隧道建设。

在人口密集的繁华闹市内进行地铁隧道挖掘，既不能用明挖法施工，又不能用矿山法施工，最好的选择就是后构法。

)舀构是后构机的简称，是一种暗挖隧道用的工程机械。

)舀构施工是在一个能支撑地层压力}fu又能在地层中推进的圆形(或矩形和马蹄形等特殊形状)钢筒结构的掩护下，完成挖掘、出土、隧道支护等工作，它最大的特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称做护后的钢结构的掩护下完成的，可以最大限度地避免坍塌和地面塌陷[y。

采用后构法施工，既可避免对地面大开挖，又可减少噪音;既能提高速度，又能降低造价;既可保证安全质量，又不受气候影响。

美国、德国、英国、法国、口本、等许多发达国家普遍采用这种施工法。

地铁五号线是首次将后构施工法应用十北京城市地铁隧道建设，地铁后构施工的关键设备是后构掘进机。

北京地铁五号线施工用的土压平衡(Earth Pressure Balance EPB)舀构机是耗资4800万兀左右从德国引进的最新大型机械。

经试验段的地下隧道后构施工，积累了大量经验和实验数据，也显现出一些问题。

)舀构机的零部件还需要进口，Ifu作为消耗品的后构刀具更是成为影响施工工期和施工成本的一个重要问题。

围绕提高后构机刀具的使用寿命开展研究，进}fu实现后构机刀具的国产化已成为急待解决的问题之一。

本课题就后构机刀具的修复及国产化进行了研究，刀具刃口的修复方法选择堆焊，材料的选择方面，结合课题组的研究经验和后构机刀具的性能要求选择为药芯焊扮。

目前，北京地区四号、五号和十号线二条线路中在役或曾经服役的后构机近20台。

表1-1为截至到2004 年12月北京地铁四号、五号和十号线工程中在役的土压平衡后构机一览表。

2盾构技术简介2.1盾构技术的历史、发展现状1818年，法国工程师Marc Isambard Brunel}2]从食船虫在船底板上打洞这一现象中受到启发，研究发明了后构施工技术，并中请了专利，这就是所谓的开放型手掘后构的原型。

19世纪末到20世纪中叶后构工法相继传入美国、法国、德国、口本、苏联等国，并得以不同程度的发展。

20世纪60-80年代后构工法继续发展完善，成绩显著。

这一时期后构技术的发展主要是开发了多种新型后构工法，以泥水式、土压式后构工法为主，口本在这方面的研究逐渐走向了世界的前端f=}l20世纪90年代至今，)舀构施工技术的进步极为迅速。

归纳起来有以下几个特点:①)舀构隧道长距离化、大直径化;②)舀构多样化;③施工自动化。

目前，)舀构技术的发展主要有以下特点:(1)当前是泥水后构、土压后构技术的普及和推广时期，但有些技术细节有待完善及改进。

如舱内注入泥水、泥土成分配比，注入压力;出泥、出土的速度等参数的优化选取;排出泥水的分离处理;排出废泥的处理及再利用等。

(2)多种特种后构工法的相继问世，大大地扩展了后构工法的应用范围，使后构工法的前景更加宽广。

但由十这些特征工法问世的时间不长，存在的施工实例不够多，细节仍有待改进。

C3)近年交通工程、下水道工程、共同沟工程存在大直径后构隧道的构建需求，所以大直径、长距离、高速施工等施工措施、施工设备的研发和成功应用也较为迫切。

后构工法今后的开发动向有以下二个方面}4_5}.}1)完善近年推出的新工法、新工艺的技术细节，使之提高成熟。

}2)加速后构工法的自动化进程。

C3)为适应大深度、高地下水压、大口径化、长距离化、施工自动化、施工高速化、断面多样化等需求，需开发崭新概念的工法、工艺、材料、管理系统。

1.2.2盾构技术在我国的应用19s6年我国在申‘新海州露天煤矿用直径2.6m的手掘式后构及小混凝土预制块修建疏水巷道[f}l，这是我国首条用后构掘进机施工的隧道。

19s7年北京市下水道工程采用直径2.0m和2.6m的后构进行施工。

20世纪60年代到90年代，)舀构技术在我国的应用与研发主要集中在上海[7]。

2000年以来，广州、北京在后构技术的应用方面也迅速发展起来。

目前北京市地铁施工使用的主要是土压平衡后构法，其工作原理见图1-10土压平衡后构法是目前世界上最先进的后构施工技术，对城区地铁等隧道建设有施工效率高、噪音小、安全可靠以及对地面影响小等的优点[fgl，尤其适合十目前北京城区地铁隧道的暗挖施工。

北京市五号线地铁后构施工所采用的刀招‘外径为6.19米的土压平衡式后构机的相关参数见表1-2 01.2.3盾构机刀具在我国的研究现状后构施工法在我国先后用十上海、广州等城市地铁隧道建设，目前，在北京、天津、深圳、南京、西安等城市地铁隧道建设中大规模应用。

由十后构机的技术附加值高、制造工艺复杂，国际上只有德国、口本的几家企业能生产，每台售价高达400万到600万美兀。

2004年，德国海瑞克公司和北京首钢联合在北京建立了后构机生产基地，2005年9月二台后构机下线。

在后构机的选型和工程应用方面，我国积累了大量的经验和工程数据，在后构机的关键部件的研发方面，我国几乎还是空白。

作为后构施工消耗品之一的后构机刀具，类型繁多，结构复杂，在不同的地层特征下有着不同的性能要求，我国专门针对后构机刀具的研究在2003年以前也鲜见报道。

随着北京地区地铁后构施工的开展，针对北京地区独特的地质特征，2002年开始，以北京工业大学为首的课题组展开了对北京地区后构机刀具失效分析、修复及国产化的研究。

沈阳日报/2007年//11月//5日/第002版综合要闻京城盾构机“巨无霸”来沈效力杜一鸣本报讯(记者杜一鸣)重达数白吨、单程运费100余万元、换一日“牙齿”就需30余万元……能有如此派头、如此开销的当数地铁盾构机“巨无霸”了。

11月4日，记者在中国建筑工程总公司负责施工的地铁云峰北街站盾构井现场获悉，再过20天，首都转战来沈的盾构机将轰鸣起航，这将是沈阳地下昂首掘进的第四台盾构机。

超级体形难“挤”高速路这儿天，地铁云峰北街站成为媒体关注的焦点，不仅因为下月沈阳北方重工倾力打造并首个应用于沈阳地铁的盾构机将在此处下井组装，还因为一位首都“来客”而备受关注。

中国建筑工程总公司相关负责人土延北指着工人i1，在组装的白色盾体说:“这台机器是刚从北京地铁十号线‘燕莎’商场门日掘完2.2公单出来后运抵沈阳的。

”由于盾构机“体态丰盈”，运输自然要费尽周折。

运输前，先将刀盘、前盾、中盾、尾盾分别装在四个大拖车上，通过普通公路运抵沈阳，耗时一个星期。

由于盾构机很“胖”，没能通过京沈高速公路。

土延北说，“不是路不够宽，是高速公路收费日有点儿窄，没能挤过去，只好走便道，一个星期下来，盾构机光运费就达100多万元。

”25日起向铁西广场站方向挺进盾构机零部件经过一段时间的紧张组装，日前基本连接成体。

在地下16米处，工作人员指着70余米的盾构机说，日前只是在连接疏通油路、电路等附属设备，其后在经过10余天调试后，再将地面上那个1万伏特的高压电力设备连接好，盾构机就可以i1，式向铁西广场站方向掘进了，预计始发时间在11月25日。

云峰北街站至铁西广场站单程900米，计划在明年3月掘进到头，9月底至10月初返回云峰北街站，完成双线隧道掘进。

值得一提的是，在盾构机前盾的i1面，记者首次日睹了红彤彤的盾构“牙齿”一一刀盘，项日副经理杨福生介绍，这可是从北京地铁十号线下来后全副武装的新刀盘。

由于这台盾构机刀盘性能良好，在掘进北京地铁单线1.1公单出来后，盾构刀盘上的刀具仍然有儿副具有可利用性，考虑到沈阳的地质条件以砂砾为卞，施工方特意为其配了一日新“牙齿”。

据介绍，刀盘上的一副刀具就需1.6万元，镶上崭新的满日“牙齿”需要30余万，而有了这日好“牙”，从头掘到尾中间就不用换刀盘了。

掘进中大转弯减少地铁拐直角这台首都来沈的盾构机一经掘进，就要接受挑战，杨福生介绍，在盾构机快要掘进近600米处将要大转弯300多米，当然设计上如此转弯不是考验盾构机，而是为了减少未来地铁列车拐直角弯。

据介绍，如果施工中不拐一个合适的弯度，在建设大路与云峰北街站作直角处理，将来地铁列车在运行中会有安全隐患，并影响到列车行进速度。

中国建筑工程总公司相关负责人表示，施工前还将聘请国内专家来沈把脉，严格控制沉降指数，由于盾构机与地面还有12-13米的距离，对地面建筑影响将微乎其微。

南京日报/2008年//2月/22日/第A03版民生目击长江隧道盾构机掘进江底本报通讯员黄长随朱萍本报记者黄伟清昨天下“!几5点，浦日区火药洲离浦日经济开发区不远的长江隧道工地。

“这个大家伙己经进洞，现在看不到它的全貌了。

”南京长江隧道有限责任公司总经理尚清喜说，长江隧道盾构机的设计工作速度为20毫米/分钟，由于进洞后前100米属试掘进阶段，因此前进速度更慢，每天像蜗牛一样爬行。

记者在盾构机前方紧邻“刀盘”的工作舱内看到，机器在轰鸣声工作。

现场一技术专家介绍，“刀盘”的工作原理可简单比作是一把剃须刀，在前进过程中逐渐将泥土砂石变成碎块，再排放到“刀盘”后的“储藏室”内。

在工作舱两侧，各有一条直径约1米的竹道连接“刀盘”，通往始发井外。

“这两个竹道，一个是进浆竹，一个是出浆竹。

”技术人员说，进浆竹从外界引入稀释的泥水在这单进行混合，夹杂着碎块的浑浊泥水再从出浆竹排出，进入地面泥水分离器内进行沉淀，沉淀物被运出，稀释的泥水再次注入“储藏间”进行运输。

这时，盾构机底部的传送带运送来一片水泥预制竹片，工作舱内仲出一个圆弧形的“大吸盘”，吸住预制竹片后向上旋转，贴到了墙面上。

技术人员介绍说，竹片每片宽2米、厚60厘米，10个为一环，这些竹片形成了刚挖掘出的隧道的支撑，确保隧道不因外界压力而坍塌。

“你别看盾构机前进速度慢，但只要盾构机经过，隧道就基本成形了。

”一技术人员说，由于这台价格3亿元的盾构机非常先进，在前进的同时会自动在圆形隧道内架设箱人民铁道/2010年//1月//24日/第A02版综合新闻我国全断面大直径硬岩掘进机制造空白被填补记者杨建光通讯员付伟本报成都1月23日电(记者杨建光通讯员付伟))1月20日，成都南车隧道装备有限公司为兰渝铁路西秦岭隧道生产的两台直径10.23米全断面硬岩掘进机((TBM)竣工下线，填补了我国全断面大直径硬岩掘进机制造的空白。

成都南车隧道装备有限公司由此成为我国西部唯一一家同时具备硬岩掘进机和软土盾构机制造技术的企业。