多模式隧道掘进机

多模式隧道掘进机的应用

传统型隧道掘进机遇到多变的地质条件时，因其具体施工工艺，可能会受到其技术或经济上的限制。在隧道路线上，例如在一个较长的掘进区间中，地质条件可能从稳定岩层变为软质含水地层，或者相反。此种多变地层为隧道施工带来最艰难的挑战。海瑞克针对此类情形开发了多模式隧道掘进机，确保在整个隧道掘进过程中实现最高水准的作业安全和灵活性。此类隧道掘进机在掌子面支撑和开挖方式方面采用灵活设计。掘进模式可因应地质条件的变化而更改，模式转换时间相对较短，并且产生的成本也非常低。这意味着，使用海瑞克制造的创新型多模式隧道掘进机，即使面对极端多变的地质和水文条件，也能安全而且有经济效益地完成隧道掘进施工。

一个基本理念，两种技术方案

这三种类型都久经检验，在适用的专用领域均有自己的优势。过去数年中，通过技术的改进完善，各种机型已经扩大了各自地质条件的应用范围。如果能够针对给定的地质条件，使用最优化的机械技术，就能进一步提高项目效率。

许多隧道沿线地质条件变化剧烈，使传统机型面临其技术或经济上的极限。为解决这些特殊情况，海瑞克工程师开发了多模式隧道掘进机。基本原理是在同一段隧道掘进路线上，通过执行一系列转换，使掘进机能在敞开式、土压平衡式和泥水式之间转型。总体而言，有两种设计方案：
 

• 模块化基本结构式的多模式隧道掘进机。在掘进期间，通过对个别部件进行改装延伸其功能，以改变隧道掘进的模式；

• 集成能够执行多种掘进方式的各个部件的多模式隧道掘进机。掘进模式可在相对较短的时间内完成转换，而且成本较低。不过，此种机型在技术设计上要相对复杂得多。

土压平衡式与敞开式的结合

土压平衡式盾构机的螺旋输送机安装在仰供部位，它可执行常规的封闭式土压平衡作业，也可执行敞开式作业。开挖仓和螺旋输送机不是全部充满。在这种情况下，在掌子面不会形成支撑压力，而螺旋输送机仅用于清运渣土。作为备用方案，可在机器中心安装一条附带可收缩式集渣环的皮带输送机。这种方案要求在刀盘设置额外的转换机构，而螺旋输送机在敞开式作业模式下要部分收缩。土压平衡式和敞开式的结合机型可以设计为模块化基本结构，也可以设计为螺旋输送机和中心皮带输送机并用的机型。

敞开式与泥水平衡式的结合

结合敞开式和泥水平衡式的多模式隧道掘进机已在许多项目中成功应用。变更掘进模式时所遇到的最大挑战是如何处理不同的渣土清运方法。泥水平衡式盾构机装有一个泥水环路，而敞开式盾构机则利用附带收缩式集渣环的中心皮带输送机清运渣土。这意味着，对于这种组合，需在掘进机和后配套系统中同时安装这两种渣土输送系统。这种结合有模块化和集成式两种设计方案。

土压平衡式与泥水平衡式的结合

对于直径超过9米的大型掘进机，可以在开挖仓的仰拱部分同时安装螺旋输送机和泥水环路。但对于小直径机型则不可行，也就是说，变更掘进作业模式需要花费时间，并且会产生费用。如果需在泥水环路的入口格栅前加装碎石机，则花费的时间和开支将会更多。因此，只有在具体项目值得花费如此巨大的功夫时，才会采用土压平衡式和泥水平衡式的结合机型。

可变密度隧道掘进机（TBM Variable Density®）的特殊设计

兼具土压平衡和泥水平衡两种掌子面支撑模式的多模式隧道掘进机是最为复杂的可转换模式机型，只有在非常特殊的情况下，其应用才具有经济效益。由此，海瑞克开发了可变密度隧道掘进机，采用了海瑞克专有的掘进技术。这意味着，设备可以极其灵活的应对整条隧道掘进路线中遇到的全部地质和水文地质条件变化。

在土压平衡和泥水平衡两种模式下，渣土均通过一台螺旋输送机从有压开挖仓中排放。基于所用的作业模式，通过螺旋输送机的速度和掘进速度来控制支撑压力，也可以用由气垫自动控制的泥浆来控制支撑压力。沉浸墙上的开口由连通管路取代。在土压平衡模式下，螺旋输送机将渣土倾倒至皮带输送机。在泥水模式下，在螺旋输送机的末端加装一个泥浆箱，以实现在泥水环路的基础上使用隧道掘进机。对于泥水模式，既可使用常规的膨润土悬浮液，也可使用高密度悬浮液。

这种设计扩展了可变密度隧道掘进机的应用范围，并使这种机型成为各种疏松土壤条件下的全能专家。