盾构隧道施工法和盾构掘进机的改进都是在围绕着,盾构掘进机驱动外壳修复工程竣工新闻发布会在这里举行

北京奥宇可鑫集团成功修复超大型盾构掘进机

//www.lmjx.net 2009-5-11 9:27:17 中国路面机械网

5月3日上午10点30分,座落在北京市怀柔区的北京奥宇可鑫集团公司施工现场,欢声如潮,掌声阵阵,“日立”盾构掘进机驱动外壳修复工程竣工新闻发布会在这里举行!为弘扬民族自主创新精神,提升民族产业核心竞争力,促进科技进步和经济发展,开辟国内盾构掘进设备之先河,在全球经济危机中降低工程成本,支持推广节能减排新技术召开此次新闻发布会。

出席本次会议的领导有:九三学社中央副主席、全国政协常委邵鸿、中华全国总工会副主席倪健民、第九、十届全国人大常委、中华全国总工会原副主席杨兴富、中国工程院院士、中国表面工程创始人徐滨士、北京市总工会党组书记、常务副主席韩子荣、还有怀柔区委、区政府、区工会的领导、长哨营满族自治乡政府的有关领导;参加会议的还有中国设备管理协会、中国石油化工设备协会、中国电力设备协会、中国铸造协会等单位;城建集团及国内盾构掘进设备的使用单位也派代表参加了会议;参会的媒体有:中央电视台、北京电视台、人民日报、光明日报、工人日报、北京日报、金属加工、中国金属加工在线等30多家。

会议由北京市工会副主席时纯利主持。第九、十届全国人大常委、中华全国总工会原副主席杨兴富致开幕词,北京市总工会党组书记、常务副主席韩子荣代表北京市工会致辞,怀柔区政府副区长祝自河代表区委、区政府致欢迎词,九三学社中央副主席、全国政协常委邵鸿先生为大会做了重要讲话。接着,奥宇可鑫集团董事长在新闻发布会上作《盾构掘进机驱动外壳修复技术及未来发展趋势》专题报告,装备再制造国家重点实验室副主任张伟博士宣布了盾构机驱动外壳修复期间的试验数据,北方工业大学研究生部主任朱宏军教授宣读专家鉴定组鉴定报告。各种数据表明:本次盾构机驱动外壳的修复是完全成功的,多数数据等于新品,部分超过了新品,达到了再制造的标准。

由该集团成功完成驱动外壳密封位拉伤修复任务的两台“日立”牌大型盾构机驱动外壳,即日起正式交付北京城建集团,两位重新再世的“土行孙”将立即参与即将开工的北京地铁亦庄线建设。

盾构机全名叫盾构隧道掘进机,是一种隧道掘进的特大型专用工程机械,广泛用于地铁、铁路等隧道工程。中国盾构机研制和生产目前仍处于起步阶段,国内大约90%的盾构掘进机依赖进口,其市场价格在3000万元—7000万元之间。

2004年底,北京城建集团投资380万美元购置的第一台日立EPB Φ6170
土压平衡盾构机,参与了北京地铁四号线10—11标段工程,设计使用8公里,实际使用仅3.8公里就出现了驱动外壳密封位严重磨损导致整机瘫痪。日本“日立”盾构机整个驱动外壳在制造过程中,是用焊接方式成型,净重量约为20吨。该盾构机在委托奥宇可鑫修复前准备请日立公司帮助修复,日立公司的方案是在密封位使用原始镶套方式恢复性能,而盾构机的结构证明:使用镶套法无疑会降低盾构机的结构性能。在日本,盾构机属于一次性产品,经过堆焊成型后出厂使用,出现磨损或其他严重故障影响正常施工就报废,整个近百吨的大型机械,焊接拆解对环境的污染将不可估量,报废后直接埋在地下,对矿产资源、土地资源的浪费也非常巨大。

今年初,北京城建集团通过多方论证认为:复合应用奥宇可鑫修复技术可以在不破坏主体结构基础上完成此次修复工程。于是,城建集团派专业人员全面考察奥宇可鑫集团及技术的应用,并将两台“日立”盾构机驱动外壳密封位修复任务交给奥宇可鑫。

奥宇可鑫集团是一家集科技研究、生产销售、技术应用与推广于一体的多元化企业,拥有自主知识产权的五项国内领先技术、一项世界领先、两项国内首创,成功修复世界最先进UOE钢管生产线2.5万吨油压机柱塞、缸体拉伤、美国进口果蔬生产线、德国号称高精度、免维修的申克煤粉秤内胆、潜艇导弹壳体等重大工程。

此次盾构机修复过程中,奥宇可鑫根据盾构机驱动外壳磨损的实际情况,对原材质进行了分析,将多种先进修复技术复合应用,制定了切实可行的修复方案。在修复过程中,对修复部位采用了超声波释放应力及应力转化的新技术,通过金相分析、摩擦试验等数据显示,部分理化指标超过了原材质,达到了再制造标准。

据介绍,盾构机驱动外壳密封位的成功修复,打破了国外生产企业的技术垄断,遏制了外企抬高价格供应配件的行为。盾构机驱动外壳总承价值1000万元左右,驱动外壳仅材料费需要120万,再加之生产、加工、运输的时间,能够为使用单位节约几百万元的资金,同时可以节约几十吨原材料及其能源消耗。随着技术的成熟,工期也会不断缩短,同时该技术也可以应用于盾构机其他高额零部件的修复。

经装备再制造国家重点实验室、中船12所等专家采用超声波、涡流检测、X光射线等先进手段现场检测验收:“修复后的质量完全能够满足使用要求,部分性能超过新品”。

盾构是一种挖掘隧道用的工程机械。传统的隧道施工方法是用人工或机械方法将土挖掘下来,再装上矿车外运,紧接着对挖空了的隧道进行支护,这种方法当遇到淤泥或流沙层等地质条件时,很难做到“及时”支护,极易坍塌,造成大面积的地面塌陷。盾构施工是在一个能支撑地层压力而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,它的最大的特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称做护盾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。与传统的隧道掘进技术相比,盾构法施工具有安全可靠、机械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点,尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时,只能依赖盾构。在发达国家盾构法施工的隧道已占隧道总量的90%以上,日本一个国家在用盾构达千台以上。盾构法施工的隧道直径可以小到0.2m,大到18m,适用于地铁隧道、铁路隧道、公路隧道、引水隧道、矿山巷道、城市市政隧道等各种隧道工程。随着隧道工程对施工质量和环保要求的逐步提高,现代盾构已演变成为一种高度智能化,集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型工程机械装备。我国在盾构施工隧道的关键设备和技术方面与发达国家相比存在着较大的差距,如何尽快提高我国盾构掘进水平使我国在先进隧道施工技术方面占世界一席之地是相关科研和施工技术人员一直关注的问题,本文综述国内、外盾构设备和技术发展的历史和现状,指出国内外盾构掘进技术的差距,提出我国发展盾构掘进机的思路。

1 国外盾构掘进机的发展历史和现状 1818年Marc Isambard
Brunel获得隧道盾构法施工的专利,并在1825年到1843年间首次使用盾构在伦敦的泰晤士河下修建了一条河底隧道,初步证明盾构法隧道施工的价值。1830年由劳德考克让施(Lord
Cochrance)发明了施加压缩空气防止涌水的“气压法”。1874年格雷蒙特(James
Henry
Greathead)在伦敦地铁南线的隧道建设中采用了气压盾构法的施工工艺,并首创了在盾尾后面的衬砌外围环形空隙中压浆的施工方法,并开发了用流体支撑开挖面的盾构,开挖出的弃土以泥水流的方式排出。1896年Haag在柏林第一次申请了德国泥水式盾构的专利,形成了现代泥水式盾构的雏形,推动了盾构施工技术的发展。到20世纪初,盾构施工法在英、美、德、俄、法、日等国开始推广。1917年日本开始在铁羽越线的折返段隧道施工中引进盾构法,1938年正式在国铁关门隧道应用盾构法施工,为日本盾构技术的发展奠定了基础。1967年由英国提出的泥水加压系统在日本得到了实施,日本研制成功第一台有切削刀盘、水力出土的泥水加压式盾构(直径为3.1m)。1974年日本独创性地研制成功土压平衡盾构,同时德国Wayss
&
Freytag也研制成功颇具特点的膨润土悬浮液支撑开挖面的泥水平衡盾构。之后,盾构技术得到了迅猛发展,已成功应用于各种公路隧道、地铁隧道、引水隧道以及市政公用设施隧道等。[1~3]
纵观盾构隧道掘进180多年的发展历史,盾构隧道施工法和盾构掘进机的改进都是在围绕着:①地层稳定和地面沉降控制;②机械化、自动化掘进和掘进速度;③衬砌和隧道质量,这三个要素进行盾构掘进机的改进和施工方法的革命。传统的盾构法是把这三个要素分别独立考虑的,把地层稳定处理作为盾构的辅助方法,主要有降低地下水位法、改良地基法、冻结法及气压法等。在盾构掘进机本身结构上没有考虑对地层稳定的影响或减少和防止地面沉降,盾构一般为敞胸式结构。然而,任何地层稳定处理方法即使能抑制对地层的影响,也很难满足在城市内施工时的各种要求,特别是关系到地面建筑安全的地面沉降问题,所以,很自然地发展到下一代盾构——闭胸式盾构。
现代盾构的一个最为显著的特点就是统筹考虑盾构法的这三个要素,用盾构掘进机设备本身解决工作面稳定的问题。用压缩空气平衡土压力的方法,由于容易发生漏气、喷发、工作面崩塌等事故,和造成地面沉降等对环境的不良影响,尤其在遇到粘聚力小、透气性的地层这种方法无法胜任。自然,人们想到用液体代替空气来支撑工作面,最初在德国和英国进行了有关的试验,1967年日本完成了这一系统,即产生了现代概念上的泥水平衡盾构。泥水平衡盾构是靠送入工作面与密闭胸板间所形成空腔的加压泥水平衡土压、保持工作面稳定,并用泥水输送刀盘切削下来的弃土,这个方法的问世使工作面稳定状况大大改善,盾构法的适用范围被大大拓宽,盾构掘进机得到了前所未有的发展。然而,由于泥水平衡盾构需要大规模的泥水分离处理系统,占地面积大,对环境影响大,施工成本高,对城市内施工的隧道这个系统并不理想。继而在1974年日本首先研制成功土压平衡盾构,这一系统是将刀盘切削下来的弃土送入前端密闭仓内,搅拌或注入添加剂搅拌成塑流化的弃土并与螺旋型输送机等机构相结合,边使工作面保持适当稳定的压力,边通过螺旋输送机向外排土。这一系统由于排土处理简单,可靠性较高,得到了广泛的应用。现代盾构掘进机虽然在部件结构、驱动方式、自动控制、测控导向等方面做了很大的改进,但是这些工作面压力平衡的原理和方法一直沿用至今。当今盾构基本都是基于泥水平衡和土压平衡这两种模式,或是这两种模式的组合,或是这两种模式与开胸式组合,形成复合型盾构以适应地层条件多变的隧道施工的要求。
盾构掘进机的发展一直与基础工业的发展和地下工程的实际需要密切相关,而且,不同时期的盾构关键技术都被这个时期工业发达的少数几个国家所掌握,如19世纪的英国、德国和20世纪的德、日、美、法等国。随着这些国家经济、科技的发展,大量地下工程投入建设,促使盾构技术取得了长足的发展。盾构掘进技术是液压技术、机电控制技术、测控技术、计算机技术、材料技术等各类技术水平的综合体现。180年来,盾构掘进技术一直随这些相关技术的发展而不断发展完善。现代高新技术的应用使得盾构掘进的地面沉降控制、推进速度控制、测控导向、自动衬砌等变得越来越容易。
现代盾构掘进机较好地融合了盾构法的三要素,已经基本不需要围岩稳定处理和隧道的二次衬砌,在许多情况下盾构施工的综合施工成本比人工开挖施工低得多,而掘进速度高得多。为适合城市隧道需要的多样化,现已开发出超大断面盾构、多圆盾构、异形断面盾构、球体盾构等多种形式。对土压平衡技术也作了很多改进,气泡法和其它土质改性材料的开发使得土压平衡盾构的土质适用范围进一步拓宽,施工精度提高、成本降低。同时,盾构的自动化使施工安全和劳动环境、劳动强度大大改善。

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