微型隧道施工技术和微钻系统

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1、114·TrenchlessTechnology2002年第2～3期微型隧道施工技术和微钻系统MicrotunnellingandSmallBoreSystemsPaulHayward张淑娟译桂暖银校摘要：本文详细论述了微型隧道施工设备。施工工艺等各个环节，在此基础上介绍了几个世界上著名的钻机生产商的情况及其产品的性能。关t词：微型隧道、掘进机、馓钻一些重要技术已成功地使物体变的越来越小。这些技术不仅用于计算机和录像机，还同样用于链道施工系统，其集中体现就是微型隧道施工技术，隧道内的人类活动被电子自动控制系统所取代。微型隧道施工技术在非开挖

2、技术中占有重要地位，是顶管法的一种延伸。顶营法是在超前开挖的导孔中顶进新管线。然而传统的顶管法要求人工挖孔，微型隧道施工技术用一种小型全断面隧道掘进机(TBM)取代了这些手工劳动。TBM不仅能在比人工开挖最小孔径还小的膳道中工作，还可以节省大量人力。和其他非开挖或微型开挖技术相比，微型隧道施工法不仅具有并且通常超过了导向钻孔和定向钻进的能力，不需要回扩。通过使用自带的导孔开挖机，而不是依赖于钻具传递扭矩和牵引力，微型隧道施工系统可设计解决用其他技术不易处理的巨砾、岩石和其他地层条件，它适合各种类型的管道。其主要缺点是硬件结构复杂、成本高，即

3、微型隧道施工法不是一种便宜的管线铺设方法，虽然它在合适的环境中可能较为经济。“隧道施工”、“小型隧道施工”和“微型隧道施工”之间投有明显界限。现在既有口径约2m的远程控制微型隧道掘进机，也有可钻150mm直径钻孔的微型隧道掘进机。1．多种施工方式微型隧道施工系统主要分为三类：螺旋钻进、泥浆钻进和空气钻进。空气钻进中破碎的物质用空气输送和清除，用易操纵的螺旋钻头携带岩屑。虽然这套真空系统适用于多种地层条件，但并不适于承压水土层，因为没有办法止水。然而若在水位以上的稳定土层中铺设管线，它是一种比较经济的方法。最简单的微型隧道施工法是螺旋钻进：切

4、削头在盾构机前开挖土层，螺旋钻沿顶管内的螺旋套管清除岩屑，用与切削头相连的液压千斤顶控制方向，切削头由主控制台控制。虽然螺旋钻进系统常用于排污管道的安装，但它确实有某些局限性，它几乎没有处理地下水高压、高流速的能力。泥浆钻进系统则在这些领域应用较普遍。Sohau的RVS系统和早期的HerrenknechtAvT装置是典型的螺旋钻进系统。与大口径隧道施工原理相同，微型隧道施工泥浆钻进系统将岩屑和水或膨润土悬浮液混合转变为泥浆，泥浆维持足够的压力以防止地下水侵A，同时平衡地应力。泥浆被泵送到地面的沉淀池和过滤器，然后又重新循环到切削头。Herr

5、enknecht的AVN，Iseki的Unclemoles和Crunehlngmoles以及Sohau的RVS-AS装置是这些系统类型中的典型。2．导向微型隧道施工系统通常都有远程控制和导向功能。大部分系统使用激光束导向，激光束从工作坑发射到掘进机后部的激光靶，用光敏元件(这样可将数字信号传至计算机控制系统来调整激光束)或ccI'V摄像机监测并在主控制台上显示。现在有一些使用光电管中的荧光材料把图像转换成数字信号的系统可实现自动导向。操作员的技术水平对所有土木工程施工的成败具有重要作用，尤其是在微型隧道施工中。开挖过程中监测和反馈了大量参数

6、，控制台上显示的数据有直线、等级、扭矩、侧向压力、旋转速度、转向力、泥浆流速和压力，以及推进速率。太部分系统2002年第2～3期非开挖技术115·装有数据记录设备，可以记录操作过程中的这些信息，新铺设管线的这些信息可以以原始数据提供给顾客。3．顶进用于顶进施工机械和插入管线的顶进系统和微型隧道掘进机同样重要，必须正确操作。许多现代化的系统已用长行程顶进代替了短行程顶进，能够推进长达3m的管线而不需要使用多重垫块。顶进载荷因孔径和主要土层类型的不同而不同。例如稳定岩层中，管线的摩擦力实际为零，然而在干砂层中可能会遇到超过40KN／m2的阻力。

7、总顶进力与摩阻力和表面压力(隧道表面的平衡力)是一个函数关系。4．管线和泥浆通常微型隧道掘进机设计的超挖口径在10mm和20l"gffTl之间。这种超挖便于管线和隧道壁间注入膨润土或聚合物润滑剂。如果能控制浆液的漏失，就可以减小高达50％的顶进压力。钻井泥浆的选择是个很复杂的问题，已超出本文的范围。一个基本原则就是泥浆量必须充足，可以提供润滑并携带岩屑到地表，同时具有粘性和触变性以稳定钻孔和防止泥浆通过地层裂隙时过量漏失。现在有多种泥浆专用材料，每种都针对特定的地层条件和隧道施工参数，所以做出选择前必须明确告诉制造商和专家相关情况。使用恰当

8、的钻井液对施工成败有非常重要的意义。显然，微型隧道施工系统使用的管道必须可以承受强大的轴向顶进力，这是一个非常重要的设计因素，比安装后的载荷更重要。因方向变化或管道尺寸中微小的不