25--疏浚机械、顿机构和TM机械

第四章 疏浚机械、顿机构和TBM机械第六节 疏浚机械本节主要知识点：疏浚机械的概念、类型适用条件以及用途。一、疏浚机械的概念疏浚机械是当需要疏通、挖深或者是扩宽河流湖泊等水域的时候，在水下进行土石方开挖工作的机械设备，包括各种类型的吸砂船、挖泥船、冲塘机、清淤机等。上述设备主要用于开挖新航道、新运河和新港口，以及加宽、加深、清理现有的航道和港口；疏通渠道、河道、水库清淤；开挖船坞、码头、船闸等水工建筑物的基坑；清除水下障碍物等。大型水利疏浚工程主要使用各种类型的挖泥船进行施工。根据工作机构原理和输送方式的不同划分为机械式、水力式和气动式三大类。（一）机械式挖泥船机械式挖泥船是通过机械周期切割挖掘、机械提升来完成挖泥任务的作业船。一般是用各种斗或铲挖取疏浚物并从水下提升卸入专用驳船，再自航或用拖轮拖带送至预定排放地点倒卸空。常用机械式挖泥船有链斗式、抓斗式、铲扬式、反铲式。其中链斗式挖泥船，略加改进即可成为采掘砂石料的采砂船或采矿船。机械式挖泥船已各自成系列设计、建造、施工，应用较为广泛。（二）水力式挖泥船水力式挖泥船是以水力或机械连续切泥，水力输送来完成挖泥任务的作业船。它用高压喷嘴以高速水流冲刷疏浚物，或由绞刀（包括斗轮、刀轮）或耙头切割、扰动疏浚物，使其与水混合，形成泥浆，然后由离心式或射流式泥泵，经吸排管排放到挖泥船自备的泥舱或挖槽外侧，也可排放到远离挖槽的其他区域。由于该类挖泥船具有吸入或扬出作用，故又称吸扬式挖泥船。常用水力式挖泥船有绞吸式、耙吸式、射流式以及冲吸式等。但以绞吸式挖泥船应用最为普遍。（三）气动式挖泥船气动式挖泥船主要是利用空气形成的压力差，将水下土层已被松动的泥沙和水的混合体，经过管道的吸入、提升和排出，来达到疏浚的目的。进泥是靠水深产生的负压差，排泥以压缩空气为动力，有别于传统挖泥船的叶轮转动离心泵或机械传动。二、常用的挖泥船简介（一）绞吸式挖泥船绞吸式挖泥船为吸扬式挖泥船的一种，它适应性最强，应用最为广泛，其数量在国内外均居各类挖泥船之首，约占挖泥船总数的39%。柴油电动绞吸式挖泥船、全液压绞吸式挖泥船和新型绞吸式挖泥船船型如图4-6-1图4-6-3所示。绞吸式挖泥船按其设计小时生产率一般分为：小型（小时生产率80m3/h以下）、中型（小时生产率200500m3/h）、大型（小时生产率500m3/h以上）。（二）链斗式挖泥船链斗式挖泥船是各类挖泥船中较早使用的一种，是机械式挖泥船较典型的船型。1.链斗式挖泥船工作原理、应用及分类链斗式挖泥船挖泥工具是以一定数量的泥斗通过链节串联组成挠性的斗链。斗链支承在斗桥上、下导轮和滚轮上，借助于上导轮的驱动，在斗桥上连续循环转动，使挖斗用斗刃或斗齿在水下切割、挖掘土壤并保留在泥斗中，挖斗提升至斗培上部后倾卸入泥井，经溜泥槽可装驳运出（此为最常见链斗式挖泥船船型）。链斗式挖泥船一般按生产率划分船型大小，生产率在120m3/h以下的为小型，200500m3/h为中型，超过500m3/h为大型。链斗式挖泥船开挖河槽规则、平整，误差极小，最适合用于港口泊位、航道、水工建筑物基槽等质量要求较严格的工程施工，但其施工占用水域较大，施工时噪声和振动较大，挖泥部件磨损较严重，辅助作业船只多。（三）抓斗式挖泥船1.抓斗式挖泥船工作原理及应用抓斗式挖泥船是较为普遍应用的机械式挖泥船，其主要挖泥设备由吊机、吊杆和抓斗组成。吊机是吊放抓斗的起重机械，安装在可旋转360度的转盘上。抓斗依靠吊杆及钢索悬挂，挖泥时利用抓斗本身重量、重力的作用，获得一定的贯入力，使抓斗插入泥土中，然后斗索起吊并关闭抓斗，使抓起的泥土提升至水面以上，转动吊机到预定地点（或驳）、开启抓斗卸泥，完成一次挖泥作业。重复上述动作进行循环施工。抓斗式挖泥船如图4-6-7所示。抓斗吊机换成吊钩即可改作起重船。（四）铲扬式挖泥船1.铲扬式挖泥船工作原理、应用及分类（1）工作原理。铲扬式挖泥船（图4-6-9）是一种单斗挖泥船。铲扬式挖泥船一般为非自航，但可利用抛锚或利用铲斗与后桩配合来移动船位，铲扬式挖泥船的吊杆顶端装有碎石装置，供破碎岩石挖掘层用，也可改作起重用。（2）应用范围。铲扬式挖泥船铲斗容积较大，适合直接挖掘胶结紧密的卵石、砾石、重黏土、砂质土，挖掘大石块及其他混合土。在水利水电工程施工中用于完成清理围堰、拆除旧堤、开挖底质坚硬的航道、打捞大型沉物、清理水下障碍物等施工项目。适用于沿海、港湾、河湖和航道等处施工。（五）耙吸式挖泥船1.耙吸式挖泥船概述耙吸式挖泥船为自航式挖泥船。它在航行过程中借助耙头在水下将泥土挖松、由泥泵通过吸管吸入泥沙，并可排至耙吸式挖泥船自身泥舱。它外形相似于运输货轮，配有航行与挖泥两套系统，如图4-6-10所示。第七节 盾构机和TBM机械本节主要知识点：盾构机与TBM机械的概念、分类以及适用条件。一、盾构机（一）盾构机概念盾构法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法。在地面具有建筑物、隧道埋深较大、地质又复杂时，用明挖法建造隧道很难实现，但运用盾构法建设隧道（洞）、城市地下铁道、上下水道、电子通信等各类地下工程，在技术经济方面具有明显优势。盾构机就是使用盾构法的隧道掘进机，是盾构法中最主要的特殊施工机具。它的外壳（护盾）是一个能支承围土（岩）压力而又能在地层中推进的钢筒结构。盾构的前面设置了各种类型的支撑和开挖土体的装置。在盾构中段沿周边装有顶进所需的千斤顶。盾构尾部是具有一定空间的壳体。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方，并及时向盾尾后的衬砌环与地层之间的空隙中压注足够的浆体，以防止隧道及地面下沉，同时使衬砌结构的受力状态得到改善。盾构机尤其适用于软土基、软岩的挖掘。（二）应用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。（三）分类及适用条件盾构机根据机械结构不同可主要分为敞口式盾构、普通闭胸式盾构和机械闭胸式盾构三类。1.敞口式盾构敞口式盾构又称为普通盾构，正面有切削土体或软岩的刀盘。这种盾构机适于地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施时能维持稳定的情况，开挖时一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均比其他方式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间。2.普通闭胸式盾构普通闭胸式盾构又称普通挤压式盾构或半机械化盾构，通常配合全挤压式和局部挤压式开挖方式使用，由于施工时不出土或只部分出土，对地层有较大的扰动，在施工轴线时，应尽量避开地面建筑物。局部挤压式施工时，要精心控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压式施工时，盾构把四周一定范围内的土体挤密实。3.机械闭胸式盾构机械闭胸式盾构根据正面密封舱内物体可进一步分类。正面密封舱中加氧压，刀盘切削土体的，称为局部气压盾构；正面密封舱中设泥浆或泥浆加气压平衡装置的，称为泥水平衡盾构；正面密封舱中设土压或土压加泥式装置的，称为土压平衡盾构。适用于土质较好的条件。二、TBM机械广义的“掘进机”包括岩石掘进机和软土盾构机。通常所说的“掘进机”其全称为“全断面岩石掘进机”（FullFace Rock Tunnel Boring Machine,TBM）。各种不同类型的TBM具有不同的工作模式，适宜不同的地质条件和工程条件，但其基本工作原理是相同的，即通过主轴传递的强大推力和扭矩，使刀盘紧压岩面旋转，由刀盘上均匀分布的盘形滚刀切削岩石破岩，通过出