李 軍/華北理工大學(xué)

國內(nèi)盾構(gòu)法施工現(xiàn)狀淺析

李 軍/華北理工大學(xué)

通過對國內(nèi)盾構(gòu)法施工的文獻(xiàn)及相關(guān)資料的查閱，從盾構(gòu)法概述、國內(nèi)外盾構(gòu)發(fā)展史、國內(nèi)盾構(gòu)法施工研究現(xiàn)狀及國內(nèi)外現(xiàn)階段的差距方面加以淺析，得出結(jié)論，根據(jù)簡單的分析，對我國盾構(gòu)的今后發(fā)展趨勢做了展望。

國內(nèi)；盾構(gòu)法施工；展望

一、盾構(gòu)法施工簡介

（一）盾構(gòu)法施工概述

盾構(gòu)法施工是一種施工工藝，暗挖法隧道施工的一種，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。盾構(gòu)機(jī)則是其用到的最主要的機(jī)械，在施工過程中，盾構(gòu)機(jī)通過殼體和襯砌管片支撐隧道周圍各種壓力，運(yùn)用切削裝置進(jìn)行開挖，將開挖后的碴土利用專門設(shè)備運(yùn)出洞外，不斷進(jìn)行開挖，掘進(jìn)，拼裝（預(yù)制管片），再開挖，再掘進(jìn)，再拼裝的過程，最終完成整個隧道的施工[1]。

（二）盾構(gòu)法施工發(fā)展史簡介

1.國外

盾構(gòu)法已經(jīng)有190多年的發(fā)展歷程。最早在1818年，布魯諾通過對生活中細(xì)節(jié)的觀察，敞開式手掘盾構(gòu)的雛形被提出。1823年，盾構(gòu)首次在泰晤士河所修建的隧道中應(yīng)用。1869年，英國的格雷托海特開始將盾構(gòu)法用于泰晤士河海底隧道，并且在某些方面對盾構(gòu)的展起了推動作用。1887年，盾構(gòu)施工和氣壓組合工法結(jié)合，并用于倫敦鐵路隧道修建中。20世紀(jì)30～40年代，歐美國家可以成功的修建內(nèi)徑在3 m至9m的地下隧道。60年代，日本根據(jù)對不同種類的盾構(gòu)的需求，發(fā)展迅速，進(jìn)而也推動了盾構(gòu)法施工技術(shù)的發(fā)展。1974年日本首先研制出土壓式平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，這也標(biāo)志著盾構(gòu)法施工技術(shù)又進(jìn)入了新的階段。隨后世界各國根據(jù)本國的國情，及各種特殊工程的需要，對盾構(gòu)進(jìn)行使用和研究，一些發(fā)達(dá)國家整個盾構(gòu)法施工體系相對比較完整。目前，因為日本和德國的盾構(gòu)法施工用的早，當(dāng)今其技術(shù)水平比較領(lǐng)先。國外盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)商具有很強(qiáng)實力的國家有美國、德國、日本、加拿大等。

2.國內(nèi)

20世紀(jì)中期，盾構(gòu)技術(shù)開始傳入中國。1963年，上海建立了我國最早的盾構(gòu)施工技術(shù)研發(fā)基地，進(jìn)行盾構(gòu)的研究。1970年，直徑較之前大的擠壓式盾構(gòu)機(jī)在上海隧道工程中得以應(yīng)用。20世紀(jì)80年代后期，仍然是在上海應(yīng)用比較廣發(fā)，并且土壓平衡式、泥水加壓式盾構(gòu)技術(shù)相伴進(jìn)行。2004～2006年，上海依舊是盾構(gòu)用到最多的地兒，其中包括“先行號”土壓平衡盾構(gòu)研制成功;2007～2008年，“中鐵 1 號”、“進(jìn)越號”相繼研制成功，其具有我國自主知識產(chǎn)權(quán); 2009～2012年，我國一些隧道工程仍然用到盾構(gòu)法施工，尤其指出2013年，煤礦斜井雙模盾構(gòu)在中國鐵建重工集團(tuán)的努力下研制成功，代表國內(nèi)擁有了與傳統(tǒng)不一樣的盾構(gòu);2015年，類矩形盾構(gòu)、超大直徑泥水平衡盾構(gòu)等研制成功; 2016年，國內(nèi)最大直徑土壓平衡盾構(gòu)研制成功，其擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，我國的盾構(gòu)體系開始逐漸完善。

二、關(guān)于國內(nèi)盾構(gòu)法施工研究

（一）盾構(gòu)法施工過程中的研究

1.盾構(gòu)分體始發(fā)、始發(fā)與到達(dá)的研究

①盾構(gòu)分體始發(fā)

通常情況下地鐵隧道盾構(gòu)機(jī)為整體始發(fā)，但對于一般的電力、熱力等隧道以及超過一定長度的地鐵隧道區(qū)間依靠較小的施工豎井始發(fā)，從而不能在始發(fā)前將整個盾構(gòu)放置于始發(fā)井內(nèi)，分體始發(fā)因此而產(chǎn)生。

②盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)

盾構(gòu)始發(fā)出洞與接收進(jìn)洞安全問題是盾構(gòu)法施工以往重要內(nèi)容。江玉生、王春河、江華等[2]對盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)進(jìn)行了比較詳細(xì)的研究，并且在這方面提供了一些有價值的理論分析，供后續(xù)研究的借鑒。

2.聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法

張海濤、陳龍[3],通過查閱資料及歷史關(guān)于聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)的總結(jié)，較詳細(xì)設(shè)計了如何進(jìn)行凍結(jié)施工過程。

3.盾構(gòu)對地下管線影響研究

盾構(gòu)施工對地下管線要采取避讓，遠(yuǎn)離等措施，如果引起管線變形，除了帶給工程巨大經(jīng)濟(jì)損失，對地面以上的相關(guān)企業(yè)人生安全等也會造成不同程度的損害，比如燃?xì)夤艿?、飲水管道等破損，對人們會帶來相當(dāng)?shù)牟槐恪?/p>

4.盾構(gòu)法施工+綠色施工技術(shù)

我國現(xiàn)在的盾構(gòu)法施工并不是只追求單調(diào)空洞的施工，而是在貫徹國家、行業(yè)和地方的相關(guān)政策和滿足施工相關(guān)功能的前提下,最大化節(jié)約資源,降低能耗,綠色施工。將"可持續(xù)發(fā)展"理念延伸到盾構(gòu)施工過程中,進(jìn)行"綠色建造",努力實現(xiàn)"四節(jié)一環(huán)保",這種以綜合效益最大化為目標(biāo)的建造模式也是各種盾構(gòu)施工建設(shè)的必然趨勢。

（二）盾構(gòu)法與礦山法的結(jié)合

在國內(nèi)城市軌道建設(shè)實踐中，將礦山法與盾構(gòu)法進(jìn)行結(jié)合設(shè)計得到了應(yīng)用。該要領(lǐng)原理是初期開挖采用礦山法完成隧道開挖和支護(hù)，后期則采用盾構(gòu)法施工。這也是我國在單一盾構(gòu)法施工不能進(jìn)行的情況下，集體智慧的結(jié)晶，盾構(gòu)法與礦山法的完美結(jié)合也將開啟“盾構(gòu)法+”的時代。

（三）盾構(gòu)法施工的特殊形式

1.地面出入式盾構(gòu)隧道（GPST）

傳統(tǒng)的盾構(gòu)法需要做兩個工作井，作為始發(fā)井和接收井，中途需要檢修則需要更多豎井。而無工作井盾構(gòu)法隧道法技術(shù)是盾構(gòu)機(jī)由地表始發(fā)，進(jìn)行掘進(jìn)，最后盾構(gòu)到達(dá)也是在地表完成。該工法稱之為地面出入式盾構(gòu)法隧道新技術(shù)。

2.單襯砌盾構(gòu)法隧道

國內(nèi)單襯砌受高內(nèi)水壓的盾構(gòu)法隧道在青草沙水源處的一段隧道首次應(yīng)用，實踐證明該工程在經(jīng)濟(jì)、工期上均達(dá)到最優(yōu)化。除了實現(xiàn)工程最優(yōu)化，另外，對我國盾構(gòu)隧道襯砌方面提出了新思路，新想法，相信以后在這方面會有其他的創(chuàng)新，完善盾構(gòu)法施工體系。

3.現(xiàn)階段研究方向

超深復(fù)合地層中長距離、大傾角盾構(gòu)施工安全控制、預(yù)測、評價；盾構(gòu)施工超前地質(zhì)及環(huán)境預(yù)報；盾構(gòu)泥餅預(yù)防和控制技術(shù)；盾構(gòu)“欠壓”掘進(jìn)技術(shù)；盾構(gòu)機(jī)部件更換臨界條件的判定。

盾構(gòu)設(shè)備對于不同地質(zhì)條件下適應(yīng)性具體研究；盾構(gòu)設(shè)備制造技術(shù)；盾構(gòu)施工對環(huán)境的影響及控制；復(fù)雜條件(近距有其他施工、列車通過產(chǎn)生振動等)下盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)性能研究；襯砌結(jié)構(gòu)劣化特征與耐久性。

4.我國盾構(gòu)法施工與國外差距

我國盾構(gòu)技術(shù)與國外相比的差距主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

⑴關(guān)鍵部件。減速機(jī)、主軸承、變頻器、泵等盾構(gòu)關(guān)鍵部件在生產(chǎn)流程、材質(zhì)、優(yōu)越性等方面不及國外。

⑵國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范化程度較國外低。

⑶巖石掘進(jìn)機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)并未掌握，依靠國外技術(shù)資源。

⑷超大直徑盾構(gòu)。特定條件下盾構(gòu)制造工藝、密封材料級別、結(jié)構(gòu)形式、快速更換刀具、大功率及高性能盾構(gòu)研發(fā)、變頻驅(qū)動技術(shù)等方面在國內(nèi)仍沒有效解決，與國外存在差距。

三、發(fā)展與展望

我國的盾構(gòu)技術(shù)日趨完善，通過對我國盾構(gòu)法施工現(xiàn)狀分析，可以預(yù)見其發(fā)展趨勢如下：

⑴由于我國各種隧道等工程的需求，盾構(gòu)機(jī)的數(shù)量會越來越多。

⑵由于我國的大型工程潛在的還有很多需要用到盾構(gòu)，“超級”盾構(gòu)（超大型或者超小型）也會應(yīng)用而生，將挑戰(zhàn)盾構(gòu)體系的種種極限。

⑶盾構(gòu)機(jī)的形狀也會因工程需要，日趨多樣化，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。

⑷盾構(gòu)法施工工藝會更加完善，達(dá)到監(jiān)測精準(zhǔn)化、控制智能化、推進(jìn)快速化、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化、環(huán)保綠色化、安全穩(wěn)定化、管理網(wǎng)絡(luò)化。

⑸盾構(gòu)的性能越來越優(yōu)越，具備高適應(yīng)性，跨江、跨海、超復(fù)雜地質(zhì)、超深度開挖的設(shè)計數(shù)字化、制造模塊化、決策科學(xué)化。

⑹盾構(gòu)國產(chǎn)化程度會越來越高，與世界最先進(jìn)盾構(gòu)水平越趨接近。

四、總結(jié)

要到達(dá)國際最先進(jìn)水平不是一朝一夕的事，還是有一定差距，還需要穩(wěn)步發(fā)展，積極進(jìn)取，用世界的眼光看未來，在技術(shù)攻堅上有自信、有創(chuàng)新，相信我國的盾構(gòu)技術(shù)會更加完善更加先進(jìn)。

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心.盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范[S].國家質(zhì)檢總局.

[2]江玉生,王春河,江華,等.盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)——端頭加固理論研究與工程實踐.人民交通出版社.2011: 23～40

[3]張海濤,陳龍.盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工技術(shù)[J].山東科技大學(xué),2016:104-151.