國內盾構法施工現狀淺析

李 軍/華北理工大學

國內盾構法施工現狀淺析

李 軍/華北理工大學

通過對國內盾構法施工的文獻及相關資料的查閱，從盾構法概述、國內外盾構發展史、國內盾構法施工研究現狀及國內外現階段的差距方面加以淺析，得出結論，根據簡單的分析，對我國盾構的今后發展趨勢做了展望。

國內；盾構法施工；展望

一、盾構法施工簡介

（一）盾構法施工概述

盾構法施工是一種施工工藝，暗挖法隧道施工的一種，應用領域廣泛。盾構機則是其用到的最主要的機械，在施工過程中，盾構機通過殼體和襯砌管片支撐隧道周圍各種壓力，運用切削裝置進行開挖，將開挖后的碴土利用專門設備運出洞外，不斷進行開挖，掘進，拼裝（預制管片），再開挖，再掘進，再拼裝的過程，最終完成整個隧道的施工[1]。

（二）盾構法施工發展史簡介

1.國外

盾構法已經有190多年的發展歷程。最早在1818年，布魯諾通過對生活中細節的觀察，敞開式手掘盾構的雛形被提出。1823年，盾構首次在泰晤士河所修建的隧道中應用。1869年，英國的格雷托海特開始將盾構法用于泰晤士河海底隧道，并且在某些方面對盾構的展起了推動作用。1887年，盾構施工和氣壓組合工法結合，并用于倫敦鐵路隧道修建中。20世紀30～40年代，歐美國家可以成功的修建內徑在3 m至9m的地下隧道。60年代，日本根據對不同種類的盾構的需求，發展迅速，進而也推動了盾構法施工技術的發展。1974年日本首先研制出土壓式平衡盾構掘進機，這也標志著盾構法施工技術又進入了新的階段。隨后世界各國根據本國的國情，及各種特殊工程的需要，對盾構進行使用和研究，一些發達國家整個盾構法施工體系相對比較完整。目前，因為日本和德國的盾構法施工用的早，當今其技術水平比較領先。國外盾構機生產商具有很強實力的國家有美國、德國、日本、加拿大等。

2.國內

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

二、關于國內盾構法施工研究

（一）盾構法施工過程中的研究

1.盾構分體始發、始發與到達的研究

①盾構分體始發

通常情況下地鐵隧道盾構機為整體始發，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間依靠較小的施工豎井始發，從而不能在始發前將整個盾構放置于始發井內，分體始發因此而產生。

②盾構始發與到達

盾構始發出洞與接收進洞安全問題是盾構法施工以往重要內容。江玉生、王春河、江華等[2]對盾構始發與到達進行了比較詳細的研究，并且在這方面提供了一些有價值的理論分析，供后續研究的借鑒。

2.聯絡通道凍結法

張海濤、陳龍[3],通過查閱資料及歷史關于聯絡通道凍結的總結，較詳細設計了如何進行凍結施工過程。

3.盾構對地下管線影響研究

盾構施工對地下管線要采取避讓，遠離等措施，如果引起管線變形，除了帶給工程巨大經濟損失，對地面以上的相關企業人生安全等也會造成不同程度的損害，比如燃氣管道、飲水管道等破損，對人們會帶來相當的不便。

4.盾構法施工+綠色施工技術

我國現在的盾構法施工并不是只追求單調空洞的施工，而是在貫徹國家、行業和地方的相關政策和滿足施工相關功能的前提下,最大化節約資源,降低能耗,綠色施工。將"可持續發展"理念延伸到盾構施工過程中,進行"綠色建造",努力實現"四節一環保",這種以綜合效益最大化為目標的建造模式也是各種盾構施工建設的必然趨勢。

（二）盾構法與礦山法的結合

在國內城市軌道建設實踐中，將礦山法與盾構法進行結合設計得到了應用。該要領原理是初期開挖采用礦山法完成隧道開挖和支護，后期則采用盾構法施工。這也是我國在單一盾構法施工不能進行的情況下，集體智慧的結晶，盾構法與礦山法的完美結合也將開啟“盾構法+”的時代。

（三）盾構法施工的特殊形式

1.地面出入式盾構隧道（GPST）

傳統的盾構法需要做兩個工作井，作為始發井和接收井，中途需要檢修則需要更多豎井。而無工作井盾構法隧道法技術是盾構機由地表始發，進行掘進，最后盾構到達也是在地表完成。該工法稱之為地面出入式盾構法隧道新技術。

2.單襯砌盾構法隧道

國內單襯砌受高內水壓的盾構法隧道在青草沙水源處的一段隧道首次應用，實踐證明該工程在經濟、工期上均達到最優化。除了實現工程最優化，另外，對我國盾構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新，完善盾構法施工體系。

3.現階段研究方向

超深復合地層中長距離、大傾角盾構施工安全控制、預測、評價；盾構施工超前地質及環境預報；盾構泥餅預防和控制技術；盾構“欠壓”掘進技術；盾構機部件更換臨界條件的判定。

盾構設備對于不同地質條件下適應性具體研究；盾構設備制造技術；盾構施工對環境的影響及控制；復雜條件(近距有其他施工、列車通過產生振動等)下盾構隧道結構性能研究；襯砌結構劣化特征與耐久性。

4.我國盾構法施工與國外差距

我國盾構技術與國外相比的差距主要表現在以下幾個方面：

⑴關鍵部件。減速機、主軸承、變頻器、泵等盾構關鍵部件在生產流程、材質、優越性等方面不及國外。

⑵國家及行業標準。規范化程度較國外低。

⑶巖石掘進機。關鍵技術并未掌握，依靠國外技術資源。

⑷超大直徑盾構。特定條件下盾構制造工藝、密封材料級別、結構形式、快速更換刀具、大功率及高性能盾構研發、變頻驅動技術等方面在國內仍沒有效解決，與國外存在差距。

三、發展與展望

我國的盾構技術日趨完善，通過對我國盾構法施工現狀分析，可以預見其發展趨勢如下：

⑴由于我國各種隧道等工程的需求，盾構機的數量會越來越多。

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

⑶盾構機的形狀也會因工程需要，日趨多樣化，應用領域不斷拓展。

⑷盾構法施工工藝會更加完善，達到監測精準化、控制智能化、推進快速化、經濟最優化、環保綠色化、安全穩定化、管理網絡化。

⑸盾構的性能越來越優越，具備高適應性，跨江、跨海、超復雜地質、超深度開挖的設計數字化、制造模塊化、決策科學化。

⑹盾構國產化程度會越來越高，與世界最先進盾構水平越趨接近。

四、總結

要到達國際最先進水平不是一朝一夕的事，還是有一定差距，還需要穩步發展，積極進取，用世界的眼光看未來，在技術攻堅上有自信、有創新，相信我國的盾構技術會更加完善更加先進。

[1]住房和城鄉建設部科技發展促進中心.盾構法隧道施工與驗收規范[S].國家質檢總局.

[2]江玉生,王春河,江華,等.盾構始發與到達——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.盾構區間聯絡通道凍結法施工技術[J].山東科技大學,2016:104-151.