盾構技術的研究現狀分析

【摘要】：地鐵作為解決地面擁堵的有效手段，近年來在國內外得到快速發展。在土層中修建地下隧道最合適的方法之一即盾構法。本文主要描述近些年來，盾構技術的發展和研究現狀，為研究人員提供一定的參考。

【關鍵詞】：盾構技術；研究現狀

0引言

為有效解決城市的交通擁堵的問題，已在地面上修建了大量的立交橋、高架橋，隨著地上空間越來越緊張，越來越多的城市交通也轉為向地下發展，大批建設地下立交、地鐵和地下快速交通主干隧道。在地鐵興建的高潮之際，掌握地鐵中的相關技術研究現狀，對工程及研究人員都有著重要的意義。

1 盾構技術

1.1盾構技術的發展

在中國，盾構技術最早出現在20世紀50年代末；1963年，上海隧道工程公司開始試驗性地采用盾構法掘進隧道，全面對網格式擠壓盾構法的施工進行了研究分析。

隨著1966年北京地鐵進入政府規劃，開始設計，我國地鐵進入了初步穩定發展階段。1966 年我國第一臺隧道掘進機誕生于水利部杭州機械研究所，并被應用于水電工程；接著1976年又為鄭州市設計了直徑為6m的盾構掘進機。1984年上海成功研制了直徑為11.32米的超大直徑盾構機并成功投入使用。1990年，上海地鐵1號線全線開工，便應用了盾構掘進機。1996年，上海地鐵2號線再次使用了盾構掘進機。

1.2盾構技術的快速發展

20世紀90年代上海隧道工程股份有限公司自行開發了中國第一臺土壓平衡掘進機。1996年，上海延安東路隧道南線工程成功采用泥水加壓平衡盾構掘進機施工。1998年，上海隧道股份成功研制國內第1臺φ2.2米泥水加壓平衡頂管機，用于上海污水治理二期過江倒虹管工程。1999年5月，上海隧道股份研制成功國內第1臺3.8米×3.8米矩形組合刀盤式土壓平衡頂管機，在浦東陸家嘴地鐵車站掘進120米，建成2條過街人行地道。

2研究現狀描述

2.1國外研究現狀

盾構法修建隧道[1]最早進行研究的是法國工程師Marc Isambard Brunel，距今已有 190余年的歷史，1887年Great在南倫敦鐵路隧道施工中使用了盾構和壓氣組合工法獲得成功， 為現在的盾構工法奠定了基礎。

2.2 國內研究現狀

丁春林等[12]基于廣州地鐵二號線某區間盾構隧道的背景之下，對比分析了彈性鉸法、彈性地基梁法和自由變形圓環法的計算結果。胡志平等[16]主要探討盾構隧道襯砌的穩定性風險分析，并提出了一些對策。樓葭菲[18]研究了現有盾構與傳統單圓形盾構隧道的異同點，得到了雙圓盾構隧道的襯砌內力解析模式，同時也得到了雙圓盾構隧道的影響因素。胡志平等[20]總結出關于盾構隧道管片襯砌結構的平板殼-彈性鉸-地基系統模型，這在很大程度上彌補了二維計算模型在計算中的一些不足。陳丹[22]以北京地區的實際情況為背景，量體裁衣提出了針對于于北京地區地鐵盾構隧道的設計的方法。王乾[24]以北京地層特點為基礎，對比研究了修正慣用法、均質圓環鏈桿法、多鉸圓環法、梁—彈簧模型法，總結出一種和實際的受力情況貼近的計算方法，能夠作為北京盾構隧道設計的規范。裴利華[25]主要詳細描述了盾構隧道管片結構的各種設計方法主要包括結構形式分塊方案、連接的形式和接縫的設計等主要內容。

楊阜東[28]以國內外盾構隧道理論和數值模擬研究的相關成果為基礎，對比分析修正圓環模型和梁-彈簧模型這兩種荷載結構法模型對盾構隧道襯砌進行數值模擬計算。王飛[29]詳細描述了隧道管片的抗彎試驗和抗滲性的試驗方法，對比分析了對管片在試驗過程中的受力狀況和受滲情況與實際可能的受力情況或受滲情況，以期能夠驗證試驗方法的可行性。李忠獻等[30]研究了一種新的力學模型，并說明了新的接頭模型的適用性。艾輝軍等[32]利用非線性接觸理論，模擬管片接頭結構和管片襯砌與圍巖及道床之間的相互作用，建立了道床–管片–圍巖的三維非連續接觸模型，對盾構隧道管片接頭在圍巖靜壓、列車動載作用下的受力與變形進行了深入研究。

彭益成等[34]提出了一種新型的盾構隧道襯砌結構計算模型殼–接頭模型，建立了接頭聯接單元的剛度矩陣和計算流程，定義了彎曲、剪切和拉壓剛度的計算方法，使之能準確模擬接頭的力學行為。最后利用殼–接頭模型模擬盾構隧道接頭原型試驗，計算結果與試驗較為吻合，驗證了殼–接頭模型模擬盾構隧道襯砌結構力學行為的準確性和適用性。

3 結論

由上述現狀描述可知：作為主要支撐結構的盾構隧道襯砌管片對于盾構隧道的穩定性發揮著重要作用。目前國內外的盾構技術已經相對成熟，盾構隧道襯砌結構計算體系也日趨完善，我國盾構技術也已達到世界領先水平。

參考文獻：

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[3]胡志平，馮紫良，劉學山，陳楓. 盾構隧道管片襯砌結構穩定性風險分析[J]. 同濟大學學報（自然科學版），2004，05：596-600

[4]樓葭菲，雙圓盾構隧道管片襯砌內力計算與分析，同濟大學.學院學報，2004，17（3）： 75-79

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