1.1 Introducción Escudo es en realidad la abreviatura de máquina de escudo. Se trata de una máquina con la misma forma de sección que el túnel, de dimensiones ligeramente mayores, con maquinaria de excavación y vertido incorporada y su propia carcasa protectora. Un conjunto completo de métodos de construcción de túneles con túneles de escudo como núcleo se denomina método de construcción de túneles de escudo. La situación general se muestra en la Figura 1.1. La idea del método del escudo nació en Inglaterra a principios del siglo XIX y tiene una historia de 200 años. Antes de la aparición del método del escudo, la construcción de túneles se basaba principalmente en la excavación. Sin embargo, en lo que respecta a la construcción de túneles urbanos, el método de excavación está limitado por la topografía, las formas del terreno y las condiciones ambientales; el método de excavación genera grandes inconvenientes para el tráfico urbano; la excavación provoca un gran asentamiento del suelo; Provoca contaminación al medio ambiente y muchos otros factores desfavorables. Relativamente hablando, el método del escudo no tiene estos inconvenientes, por lo que la gente le concede gran importancia y se desarrolla rápidamente. La gente no solo ha desarrollado métodos de construcción de túneles de escudo en suelos blandos, sino que también ha desarrollado métodos de construcción de túneles de escudo adecuados para estratos de guijarros y otros estratos. Además, se ha llevado a cabo una cuidadosa investigación y desarrollo en aspectos como mejorar la seguridad, mejorar la calidad del proyecto, acortar el período de construcción y reducir costos, y se ha logrado un gran éxito. En la actualidad, el método de escudo ha establecido una posición estable y dominante en la tecnología de construcción de túneles urbanos y se ha convertido en una tecnología general indispensable de construcción de túneles.
Actualmente, los investigadores de ciencia y tecnología de túneles están trabajando en el desarrollo de métodos más avanzados de excavación de túneles con escudo inteligente, totalmente mecanizados y controlados por computadora, que son adecuados para métodos de túnel con escudo con grandes profundidades de enterramiento subterráneo, secciones transversales especiales y funciones.
1.2 Historia del desarrollo y situación actual de los túneles escudo En el siglo XVIII, los británicos propusieron la idea de construir un túnel a través del río Támesis en el metro de Londres y discutieron los métodos de excavación específicos y la uso de maquinaria. En 1798 comencé a tener esperanzas de hacer realidad esta idea, pero el plan se vio frustrado porque el pozo no se pudo cavar a la profundidad prevista. Sin embargo, la idea de un túnel que cruce el Támesis crece día a día. Cuatro años más tarde, Torevix decidió construir un túnel que conectara las dos orillas en otro lugar y el proyecto comenzó de nuevo. Durante la construcción se superaron varias dificultades. Cuando la excavación alcanzó los últimos 30 m, la superficie de la excavación se inundó repentinamente y la idea de cruzar el Támesis se hizo añicos nuevamente. El proyecto tardó cinco años desde su inicio hasta su terminación forzosa. Los planes para cruzar el Támesis no lograron avances significativos durante los siguientes 10 años.
En 1818, Brunel observó el proceso por el cual los insectos devoraban el fondo de un barco de madera y se inspiró. Sobre esta base propuso un método de construcción de escudos y obtuvo una patente. Este es el prototipo del llamado escudo excavado a mano abierto. Brunel confiaba tanto en su nuevo método de construcción que en 1823 trazó planes para construir otro túnel de carretera a ambos lados del río Támesis en Londres. Posteriormente, el plan fue confirmado por el Congreso de la época y la construcción comenzó en 1825. La longitud del túnel es de 458 m y la sección del túnel es de 11,4 mx 6,8 m. El proyecto avanzó sin problemas, pero debido al hundimiento del terreno, el proyecto se vio obligado a detenerse. Pero Brunel no se inmutó. Aprendió de su fracaso, mejoró el escudo durante siete años y luego reinició el proyecto en 1834. Después de 7 años de cuidadosa construcción, el túnel finalmente se completó en 1841. Brunel utilizó un escudo de estructura cuadrada de hierro fundido en el túnel. Han pasado veinte años desde que Brunel desafió la finalización del túnel del Támesis. Después de incansables esfuerzos, Brunel superó varias dificultades y finalmente logró la victoria. En ese momento tenía 72 años. La contribución de Brunel al método de construcción del escudo es extremadamente destacada, y es la opinión pública unánime de las generaciones futuras.
Comenzando con el escudo cuadrado de Brunel, la tecnología de los escudos ha ido mejorando en los últimos 23 años. En 1869 se construyó el segundo túnel que cruza el Támesis, que por primera vez tiene una sección circular, un diámetro exterior de 2,18 m y una longitud de 402 m. Burlow y Great son los responsables del proyecto. Great adoptó un escudo circular recientemente desarrollado y utilizó bloques sectoriales de hierro fundido sin incidentes hasta el final de la excavación del túnel. Posteriormente se logró un gran éxito en la construcción del túnel ferroviario del sur de Londres 65438-0887, sentando las bases para la construcción actual mediante el método del escudo. Desde los fracasos y reveses iniciales de Torevix, hasta la introducción del método de túneles con escudo de Brunel y la mejora del método de túneles con escudo del Gran, han pasado 80 años.
Desde finales del siglo XIX hasta mediados del siglo XX, el método del escudo se introdujo en Estados Unidos, Francia, Alemania, Japón, la Unión Soviética y otros países, y se desarrolló en diversos grados. .
Estados Unidos desarrolló por primera vez un escudo de sellado en 1892; ese mismo año, París, Francia construyó un túnel de alcantarillado utilizando segmentos de tubería de hormigón, de 1896 a 1899, Alemania construyó el túnel de Berlín utilizando bloques de tubería de acero. En 1913, Alemania construyó el túnel del río Elba con una sección en forma de herradura; en 1917, Japón utilizó el método del escudo para construir la línea de cruce de plumas del ferrocarril nacional, pero se detuvo debido a las malas condiciones geológicas; en 1931, la Unión Soviética construyó los británicos; Proteger el túnel del metro de Moscú mediante lechada química y método de congelación. En 1939, Japón cavó a mano un escudo circular para construir un túnel cerrado con un diámetro de 7 m; en 1948, la Unión Soviética construyó el túnel del metro de Leningrado en 1954, Fuxin, China construyó un túnel de drenaje de escudo circular de φ2,6 m; En 1957, Beijing, China, construyó túneles de protección para aguas residuales de φ2 my 2,6 m. En 1957, Japón utilizó un escudo cerrado para construir el túnel del metro de Tokio. En resumen, aunque los túneles de escudo también han progresado en los últimos 50 a 60 años, este período se caracteriza por el hecho de que los túneles de escudo se han extendido por todo el mundo.
Desde los años 1960 hasta los años 1980, el método del escudo continuó desarrollándose y mejorando, y logró logros notables. Las excavadoras de tambor se utilizaron en Londres, Inglaterra, desde 65438 hasta 0960. Ese mismo año se utilizaron por primera vez protectores de gatos hidráulicos en Nueva York; en 1964, se utilizaron por primera vez protectores de barro-agua en el túnel de Saitama. En 1969, Japón implementó la construcción de escudo presurizado de lodo y agua por primera vez en Tokio; en 1972, Japón desarrolló con éxito el escudo de presión de tierra en 1975, Japón lanzó con éxito el escudo de presión de tierra en 1978, Japón desarrolló con éxito un escudo de presión de tierra; escudo de concentración de agua y barro; en 1981, Japón desarrolló con éxito el escudo de burbujas; en 1982, Japón desarrolló con éxito el método de construcción de escudo superpuesto de doble círculo; Desarrolló con éxito el método de construcción de alta presión y el método de construcción del escudo de lechada. En resumen, este período se caracteriza por el desarrollo de una variedad de nuevos métodos de construcción de túneles con escudo, principalmente métodos de túneles con escudo de lodo y agua y métodos de túneles con escudo de presión de tierra.
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