外文翻译--全断面隧道掘进机分类及其应用范围 中文版.doc

全断面隧道掘进机分类及其应用范围第1章简介隧道掘进机的使用要追溯到19世纪。在1851年，美国工程师CharlesWilson发明了一台开挖隧道机，通常被认为用于岩石的连续钻孔。实际上，当JamesS.Robbins重新设计了一个用于隧道的掘进机后隧道掘进机才被接受。自从1950年中期以来，隧道掘进机的发展取得了很大的进展。隧道掘进技术已经发展到一个隧道钻孔可以用于任何的岩石和地面。目前,隧道掘进机的机械化及自动化水平得到了很大提高,隧道掘进机可以开挖不同的地质条件下各种形状的隧道。隧道掘进机的类型也越来越多,根据隧道工程场地所处的水文地质与工程地质条件,工程的使用特性及环境的限制,不同类型的隧道掘进机的工作机理需要进一步的理解并依此进行分类,以便选择合适的隧道掘进机。第2章典型隧道掘进机的运行机理2.1无屏蔽的隧道掘进机无屏蔽的隧道掘进机的刀头配备切削刀(盘)。转动的刀架按压盘利用高压钻隧道面。盘在隧道面滚动，造成岩石的破碎。被挖掘的岩石，通常被称为芯片，由铲斗(在刀架的开头)并且通过在传输系统上的料斗被运输，传输系统可以将材料运输到外部或垃圾车的装货场。隧道掘进机配备了手爪系统，它径向扩展隧道液压缸推动刀架对隧道面钻孔导致隧道的另一段可以被挖掘。一段完成后，挖掘中断和机器被复位。附加的支持系统在复位周期期间稳定隧道掘进机。2.2单盾构掘进机单盾构掘进机配备一个开放的挡板。装备开放盾。开挖隧道机，没有一个封闭系统补偿工作面上的压力，被称为开放屏蔽。切割轮子配有硬岩圆盘，在工作面和它里面的切口处转动。切口处的影响导致岩石的大部分断裂。位于在圆盘之后的铲斗将岩石运送到切口轮子之后。然后输送设备运送挖掘物料到隧道外。单屏蔽掘进机的推力由液压千斤顶违反混凝土衬砌提供。在钻孔期间，当机器停止和液压千斤顶收回时，混凝土的环节被组装在屏蔽尾部，然后被推到的现场。然后该液压千斤顶再次推动安装的盘和下一个钻孔周期开始。2.3双盾构隧道掘进机双盾构的刀架和废土起重系统与单屏蔽的相同。此种机器的主要的优势是混凝土的衬砌部分可以安装在后方挡板的尾部，前挡板是钻孔的方向。在钻孔期间在二屏蔽之间的挤撞的区域扩展，但是依然是闭合避免从外边的岩石塌落。如果环的部分没有困难被竖立，这可以被完成，所需时间与机器推进长度为一环所需时间相同。来自刀架和前屏蔽推进系统的钻孔，轴向力和扭矩反应由设置在后方的挡板触发。当钻孔周期和环架设完成时，后方挡板通过关闭挤撞的部分被收回向前面挡板。万一机器穿过非常坏地面条件的区域，不能提供足够的夹持反应为机推力，机器的进展被停止，当环部分是安装在尾部挡板时，就像一个传统的单屏蔽。这个环的部分连同所有这些集背后提供切削推力反应透过中，小学及中学组推进气瓶。环部分与后边的那些设置一起通过主要和次要推进力汽缸设置提供切削推理反应。泥浆类型开挖隧道机用一个转台式刀头切削地面。切削刀房间充满被加压的泥浆混合稳定工作面。泥浆与被挖掘的废土混合通过管子被散布并且被运输到泥浆处理厂，被挖掘的废土从泥浆混合中被分离。被挖掘的废土通过管道然后被排出，并且泥浆被传送回到头用于循环使用。用于泥浆盾构机的典型循环如下：(1)旋转刀头挖掘地面。(2)料浆搅拌机与理想的密度和可塑性混合生产泥浆；(3)泥浆泵用于进料器/排放，流通和加压泥浆混合；(4)泥浆处理厂用于从泥浆中分离被挖掘的废土。支持和推力系统的泥浆盾构机类似于单盾构机。2.4土压力平衡机土压平衡机用地球压力平衡工作面的被保护的机器。为了保护不稳定土壤中的隧道，由支持的压力防止在工作面的不稳定。用土壤平衡机，不同于依靠依赖于一个次要的支持媒体的其他盾构机，土壤松动由刀架服务来支持工作面。由切割位松动的土壤通过在被挖掘现场的刀头的开头下降，且与已经在那里的塑料稀烂土壤一起混合。从工作面的到被挖掘现场的不受控制的土壤渗透被防止通过转移挖洞起重器的从压力墙壁到稀烂土壤力量。当被挖掘现场中的稀烂土壤混合物不再由之前的土壤和水的压力压缩时，平衡状态被到达。材料用一个螺旋输送器从挖掘现场中提取。材料传送的数量由螺丝的旋转和螺门的初始比率调控。螺旋输送器传送被挖掘的材料到传送带，传送带将装载材料到废土车。如果隧道挖掘机在开放摸式下运行，用于运输的被挖掘的材料的螺丝被绕过。被挖掘的材料通过刀头被运输到机器传送带。要使被挖掘的材料被装载到机器传送带，位于压力墙壁的废土盘必须被缩回。土压平衡机的支撑和推力系统与单一的保护机械类似。组合防护型掘进机定义为标准的结构，这种结构可以方便的改进，这种组合结构的功能可以根据挖掘状况的不同通过改变挖掘面支撑系统来改变。它的机械装置的操作依赖于它的功能模式。所以它的机械装置操作和上面提到的在特定模式下的操作一样。第3章全断面掘进机分类为了理解不同种类的全断面隧道挖掘掘进机的功能，和它们适合的环境状况，给它们分类是必要的。ITA工作组已经介绍了几种类型标准，包含了全部的局部断面和全断面的掘进机。全断面的隧道掘进机可以依据挖掘的方式和工具，挖掘环境支持系统，推进力的来源等方面来分类。3.1依据掘进隧道类型对全断面掘进机分类依据最终的隧道掘进类型，全断面隧道掘进机可以分为如图所示的3种。包括：(1)圆形隧道掘进机(2)混合类型掘进机(3)非圆防护型掘进机3.2依据直接机械支撑对全断面掘进机分类分类标准如图标2所示。全断面掘进机依据直接机械支持可以分为3类:(1)无支持(2)只有外围支持(3)上表面和外围支持3.3依据切割机械对全断面掘进机分类分类标准如图标3所示。全断面掘进机依据切割机械可以分为3类:(1)硬岩掘进机。岩石用刀具用大的推进力进行旋转掘进。(2)综合防护型。可以用旋转切割机或者冲击器具进行掘进。(3)软土掘进机。由于软土的隧道表面掘进机本身无法支撑，掘进过程就是获得稳定隧道面的过程，切割机的冲击器具的优势可以控制隧道表面的挖掘过程。第4章隧道掘进机的使用每一种隧道机械都有其最适合的某种工作环境。本节主要概括了来自于制造商的有关不同种类的隧道掘进机的使用经验，如Herrenknecht公司和Robbins公司。4.1隧道掘进机断面单轴压缩强度为5300MPa，张力强度为0.55MPa，RQD值为50100%，关联距离大于0.6米。4.2掘进机保护单轴压缩强度为550MPa，张力强度为0.55MPa，RQD值为1050%，关联距离为0.060.6米。4.3全断面带保护掘进机（无机器支撑断面）过度固结的干燥稳定的粘土土壤，材料的压缩强度不能小于约1.0MPa，记录的Cu的内聚力大约在30kMPa以上。4.4全断面带保护掘进机（有机器支撑断面）土壤的干燥类型，不规范的粘着性土壤，或者有粘着和不粘着的土壤组成的地质层，这些土壤的Cu数值在530kMPa。晶粒尺寸由于在切割面上部的裂缝而受到限制。为了保证表面的定位的值最小，裂缝的宽度和压力的大小一定要足够大。4.5全断面带保护掘进机（使用压缩空气支撑断面）这种基于压缩空气的机器主要是上述两类需要在水下进行时使用。它的使用必须考虑到土壤之间的间层。岩石的空气渗透率和空气的损耗还有充气放气时相关的危险性是这种机器使用的标准。4.6泥浆保护全断面的带防护机器（可变的断面支撑），他它主要的使用范围是无地下水的不粘着的土壤类型。非常好的晶粒比例（小于0.02毫米）数量应该在10%以下。这种物质的数量如果比较高就会给分离带来困难。4.7土压平衡掘进机全断面的带防护机器（土压支撑断面）。这种机器尤其适合分散的粘性土壤。这种情况下这种晶粒应该小于0.06毫米，在30%以下。为了产生期望的土压，必须要有地下水或者人工加水。4.8组合防护型带有泥浆保护和土压平衡的掘进机定义为混合型掘进机。以上提到的每种掘进机类型只是为掘进机的选择做一些参考。现实中，所遇到的沿着隧道的土壤情况经常情况下总是变化的，掘进机需要在一个完整隧道的各种类型土壤中工作，像硬岩，软岩，混合土，粘土，沙土，巨砾矿石等等。掘进机遇到硬岩时候经常在有限的推进强度下工作，遇到软土就要在有限的转矩下工作。当掘进机遇到混合面的土壤，隧道面的不稳定，水流，高强度磨损等情况时可以想象到会无法工作。一旦掘进机遇到了阻碍就会是一种挑战了，因为这些情况在掘进机的作业面以下。所以掘进机的设计必须考虑到地质条件。隧道工程掘进机的选择需要使用者，操作者和生产者进行交流和讨论，目的是为了完成整个隧道的工作。第5章结论本文中描述了先进的隧道掘进机技术。介绍了典型的隧道掘进机的运行机理。隧道掘进机在挖掘隧道断面、当前隧道面支持机理及切削机理的基础上分类。最后，列出了各种典型隧道掘进机典型应用范围。它有助于理解隧道掘进机在不同地面条件下运行和在隧道工程中隧道掘进机的选择。