|
隧道掘進(jìn)機(jī)器人
隧道掘進(jìn)技術(shù)是由早期的盾構(gòu)（適用于軟土層掘進(jìn)的又稱盾構(gòu)）技術(shù)發(fā)展而來，是地下暗挖隧道的一種工程建設(shè)技術(shù)，是隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸、地下工程、礦山開采、水利工程、市政建設(shè)以及電氣通訊設(shè)施的發(fā)展而發(fā)展起來的。
 |
|
復(fù)合式直徑6.14米盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī) |
全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)問世已有180年的歷史。1818年，英國(guó)布魯諾（M.I.Brunel）在蛀蟲鉆孔的啟示下，最早提出了用于施工地下隧道的掘進(jìn)機(jī)的雛形及施工方法。1825年，他第一次在倫敦泰晤士河下用一個(gè)斷面高6.8m，寬11.4m的矩形盾構(gòu)修建了一條隧道。由于初始未能掌握抵制泥水涌入隧道的方法，隧道施工兩次被淹，后來在東倫敦地下鐵道公司的合作下，經(jīng)過對(duì)盾構(gòu)施工的改進(jìn)，用氣壓輔助施工，于1843年完成了全長(zhǎng)458m的第一條盾構(gòu)法隧道。
早期的盾構(gòu)，主要是利用盾構(gòu)機(jī)械所特有的盾殼作為支護(hù)，防止地層的坍塌，以保證在其內(nèi)部安全地進(jìn)行開挖和襯砌等各種作業(yè)，開挖基本上是采用人工開挖方式。隨著隧道工程的不斷增多，為適應(yīng)不同條件下的施工要求和提高施工效率，隧道掘進(jìn)機(jī)器人得以應(yīng)用并不斷地發(fā)展，除不斷完善軟土隧道掘進(jìn)機(jī)（即盾構(gòu)）及應(yīng)用技術(shù)，又開發(fā)出能夠適應(yīng)巖石地層施工的巖石隧道掘進(jìn)機(jī)及應(yīng)用技術(shù)。到目前為止，隧道掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)發(fā)展到比較高的水平。全世界共生產(chǎn)各種類型的隧道掘進(jìn)機(jī)約8000余臺(tái)，并且在工程應(yīng)用中獲得了滿意效果。
隨著地下空間的開發(fā)，盾構(gòu)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于軟土層的地鐵、隧道、市政管道等工程領(lǐng)域。為適應(yīng)不同工程的需要，盾構(gòu)機(jī)的形式也越來越多，目前，已生產(chǎn)了斷面為圓形、矩形、雙圓、三圓、球型盾構(gòu)、子母盾構(gòu)等，尺寸也從直徑200mm到18 m。盾構(gòu)機(jī)的類型較多，但其工作原理基本相同，主要由切削刀盤、動(dòng)力機(jī)構(gòu)、液壓主軸頂進(jìn)機(jī)構(gòu)、液壓糾偏機(jī)構(gòu)、液壓中繼頂進(jìn)機(jī)構(gòu)、液壓主頂進(jìn)機(jī)構(gòu)、襯砌及巖土排運(yùn)機(jī)構(gòu)以及檢測(cè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分。
隨著高新技術(shù)的發(fā)展，盾構(gòu)機(jī)的控制技術(shù)科技含量越來越高，遙控控制技術(shù)、激光制導(dǎo)技術(shù)以及陀螺儀定位系統(tǒng)已普遍應(yīng)用于盾構(gòu)機(jī)中，使得盾構(gòu)機(jī)的操作、地表沉降的控制更趨簡(jiǎn)易，隧道的施工質(zhì)量也越來越好。
為適應(yīng)工程建設(shè)發(fā)展的需要，盾構(gòu)機(jī)的斷面尺寸具有向超大、微小兩個(gè)方向發(fā)展的趨勢(shì)。直徑18 m的盾構(gòu)機(jī)已在研制，小到直徑200 mm的微型盾構(gòu)已在工程中得到應(yīng)用。盾構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，如水工隧道、地鐵隧道、市政管道、共同溝等。
近幾年來，我國(guó)隧道及地下工程的建設(shè)發(fā)展很快，目前我國(guó)鐵路隧道總數(shù)達(dá)5300余座，總長(zhǎng)度達(dá)到2500km；公路隧道達(dá)到450多座，總長(zhǎng)度達(dá)到120km；水電站地下工程和水工隧洞達(dá)到100km；已建和正在建設(shè)的地鐵長(zhǎng)度達(dá)到170km。在這些工程中，其中有不少是采用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行施工。在2000年—2009年的十年中，新建鐵路隧道的長(zhǎng)度將達(dá)到300—400km；地鐵建設(shè)長(zhǎng)度將達(dá)到700km；城市市政隧道工程將達(dá)100km；水電隧道將達(dá)400km。由此可見隧道掘進(jìn)技術(shù)在我國(guó)將有廣闊的應(yīng)用前景。
我國(guó)在盾構(gòu)施工技術(shù)方面已有多年經(jīng)驗(yàn)，在北京、上海、廣州等地下鐵道、排水隧道工程中應(yīng)用了盾構(gòu)施工并取得成功。九十年代以來，我們已成功地研制了Φ3.8m—6.34m的土壓平衡隧道掘進(jìn)機(jī)10余臺(tái)，技術(shù)水平已接近國(guó)際先進(jìn)，用于地鐵隧道、引排水隧道、電纜隧道工程；在導(dǎo)向技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)方面的研究也達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)。最近，上海已研制了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)3.8mΧ3.8m組合刀盤土壓平衡矩形盾構(gòu)，完成2條62m長(zhǎng)的地下人行通道，使我國(guó)在異形隧道的開發(fā)研究方面進(jìn)入世界行列。
北京首臺(tái)加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)——“京盾一號(hào)”也在最近研制并試運(yùn)轉(zhuǎn)成功，該機(jī)是專門針對(duì)北京地區(qū)含水砂卵石地層面研制的盾構(gòu)機(jī)，直徑3.63米，日掘進(jìn)速度10米，是傳統(tǒng)開槽施工的10倍。
為什么把盾構(gòu)機(jī)與機(jī)器人相提并論呢？第一，盾構(gòu)機(jī)采用了類似機(jī)器人的技術(shù)，如控制、遙控、傳感器、導(dǎo)向、測(cè)量、探測(cè)、通訊技術(shù)等，這些也是廣義的自動(dòng)化技術(shù)。第二，信息時(shí)代既展現(xiàn)了多學(xué)科的相通又體現(xiàn)了多技術(shù)的集成，信息一詞本身的內(nèi)涵就有了巨大的變化，機(jī)器人也同樣在傳統(tǒng)的概念上及應(yīng)用領(lǐng)域方面不斷創(chuàng)新。
［上一頁(yè)］ |