1、隧道施工应用的设备引言随着中国的快速发展，交通已成为社会关注的话题，今年全国各大城市已兴建地铁缓解交通压力。然而地铁却需要大量的隧道，隧道施工是门复杂施工技术，现如下讲述隧道开挖设备盾构机、支护设备混凝土喷射机。一 盾构机盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣” 式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。（1）应
2、用用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。 （2）原理盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。 （3）分类盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构（局部气压、全局气压），机械式盾
3、构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。 泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液) 来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度) 进行调节。 根据盾构机不同的分类，盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、网
4、格式和挤压式等。为了减少盾构施工对地层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口内进行土体开挖与运输。 （4）盾构机的工作原理1盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。2掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对
5、应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。3.管片拼装盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道次成型。盾构机的最大直径为 6.28m，总长 65m，其中盾体长 8.5m，后配套设备长 56.5m，总重量约 406t，总配置功率 1577kW，最大掘进扭矩 5300kN?m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达 8cmmin 。盾构机主要由 9 大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。二 混凝土喷
6、射机混凝土喷射机（shotcrete machine ，concrete sprayer） ：利用压缩空气将混凝土沿管道连续输送，并喷射到施工面上去的机械。分干式喷射机（右图）和湿式喷射机两类，前者由气力输送干拌合料，在喷嘴处与压力水混合后喷出；后者由气力或混凝土泵输送混凝土混合物经喷嘴喷出。广泛用于地下工程、井巷、隧道、涵洞等的衬砌施工。干 式 喷 射 机1.双罐式混凝土干式喷射机 由上罐储料室、下罐给料器、给料叶轮、钟形门、压缩空气管路、电动机等组成。关闭上、下罐间的下钟形门，向下罐中通入压缩空气。经给料叶轮将干拌合料连续均匀地送至出料口，由压缩空气沿输送管吹送至喷嘴。 2.螺旋式混凝土喷
7、射机 由螺旋喂料器将料斗卸下的干拌合料均匀地推送至吹送室，罐内装搅拌好的混凝土。然后由螺旋喂料器空心轴和吹送管引入的压缩空气将干拌合料沿输送管吹送至喷嘴。3.转子式混凝土喷射机 在立式转子上开有许多料孔。转子在转动过程中，当料孔对准上料斗的卸料口时，就向料孔加料；当料孔对准上吹风口，压缩空气就将干拌合料沿输送管吹至喷嘴。4.鼓轮式混凝土 喷射机 在圆形鼓轮圆周上均布 8 个 V 形槽。鼓轮低速回转，料斗中的干拌合料经条筛落入 V形槽，当充满拌合料的 V 形槽转至下方时，拌合料进入吹送室，由此被压缩空气沿输送管吹送至喷嘴。 湿式混凝土喷射机各种材料(包含水)按照设计配比要求进行充分搅拌，拌合好的
8、湿物料添加到湿式混凝土喷射机，再由喷射机把混凝土喷射到受喷面上。 湿法喷射按照混凝土在喷射机上输送方式的不同又可为稠密流输送和稀薄流输送。 稠密流输送 稠密流输送是把拌合好的湿混凝土通过泵泵送到喷头，在喷头添加压缩空气和速凝剂，混凝土被高速喷射到受喷面上。该种工法推荐适用瑞申 RPB7 混凝土湿喷机。 RPB7 混凝土湿喷机 稀薄流输送 稀薄流输送是把拌合好的湿混凝土添加到混凝土喷射机的料斗内，喷射机把物料均匀分配至下料口处，再由压缩空气裹携物料通过输料管输送到喷头，在喷头处口加入速凝剂，混凝土被高速喷射到受喷面上。该工法推荐使用瑞申 PZS3000 混凝土湿喷机。 PZS3000 混凝土湿喷
9、机 稠密流输送的优点（和稀薄流相比）： 输送距离远( 最大距离 100m，最大输送高度 40m；稀薄流输送距离20m) 耗气量小(耗气量 3-4m3/min)。 喷射回弹小(8%) 稠密流输送的缺点（和稀薄流相比）： 设备投资大 混凝土须要添加泵送剂等 须要考虑设备清理 湿式混凝土喷射机的优点1.大大降低了机旁和喷嘴外的粉尘浓度，消除了对工人健康的危害。 2.生产率高。干式混凝土喷射机一般不超过 5m3/h。而使用湿式混凝土喷射机，人工作业时可达 10m3/h；采用机械手作业时，则可达 20m3/h。 3.回弹度低。干喷时，混凝土回弹度可达 15%-50%。采用湿喷技术。回弹率可降低到 10%以下。 4.湿喷时，由于水灰比易于控制，混凝土不化程度高，故可大大改善喷射混凝土的口质，提高混凝土 的匀质性，而干喷时，混凝土的水灰比是由喷射手根据经验及肉眼观查来进行调节的，混凝土的品质在很大程度上取决于机手操作正确与否。 结语应用地下隧道的设备不计其数，上文只是简单介绍隧道开挖和支护的主要设备。主要介绍盾构机的原理，分类以及工作原理和混凝土喷射机的类型及优缺点。隧道已成为中国美好前景之一，希望人们能够充分利用地下空间，为人类带来更好，更快的生活方式。
