隧道掘進機在中國地下工程中應用現狀及前景展望

萬祖清

摘要：隨著我國工業的飛速發展，地下工程逐漸增多。而為了滿足我國地下工程的現場施工需求，隧道掘進機的誕生與應用成為其發展的一項重大突破。現分析不同類型的隧道掘進機在中國地下工程施工中的應用情況，針對中國隧道掘進機在地下工程施工過程中的應用建議展開論述。

關鍵詞：隧道掘進機;中國地下工程;應用現狀;前景展望

引言：在地下工程的施工過程當中，為了確保施工工作的有序推進，隧道掘進機發揮著積極作用。隧道掘進機本身具備工作效率高以及自然環境破壞程度低的特點，同時還可以有效降低施工過程中的勞動強度，因此，在地下工程的施工過程當中，需要充分發揮隧道掘進機的優勢。

一、隧道掘進機在中國地下工程施工中的應用及成就

1.盾構掘進機

我國對各種類型掘進機的研究開始于上世紀五十年代，并且經過反復的創新與優化，盾構法已趨于完善，在地下工程施工中也得到廣泛應用。其中盾構掘進機主要分為手掘式盾構掘進機、網格擠壓盾構掘進機、土壓平衡盾構掘進機以及泥水加壓平衡盾構掘進機。

（1）手掘式盾構掘進機

手掘式盾構掘進機是我國在最早時期發應用和發展的掘進機械，可以進行最簡單的隧道掘進工，是人力與機械相結合的產物。手掘式盾構掘進機就是在電路殼體的保護作用下開展人工挖掘隧道工程，僅適用于那些含水量較少且自立性較為良好的土層區域。早在1956年，我國就開始運用直徑長達2.66米的手掘式盾構掘進機對東北地區的露天礦進行開，在開采過程中主要是應用手掘式盾構掘進機在沙土層開鑿輸水通道。我國于1963年在上海市隧道工程局組織研發了新型的手機式盾構機，其直徑為4.2米，在其首次掘進試驗中，所達到的潔凈程度為63米。

（2）網格擠壓盾構掘進機

在1965年，我國上海隧道工程設計院與江南造船廠就開始聯合設計并制造出最初階段的網格擠壓盾構掘進機，當時所設計的網絡擠壓盾構掘進機的直徑為5.8米，隨后其在地鐵衡山路段的擴大實驗工程中，這也是我國首次應用盾構掘進機開展地鐵隧道線路建設。

（3）土壓平衡盾構掘進機

我國最初對土壓平衡盾構掘進機的引進和使用是在1985實現的，并于1987年開始自主研發并動手制造新一代的土壓平衡盾構掘進機，一直發展至今，現如今我國的土壓平衡盾構水平已經處于較為領先的地位，甚至已經逐漸趕超世界先進水平。全程長達18公里的上海地鐵1號線于1990年正式建設開工，其所采用的就是各項功能已經初步完善的土壓平衡盾構掘進機，其月掘進量200米以上的掘進任務可以輕松實現。

（4）泥水加壓平衡盾構掘進機

盾構掘進機是將一些特殊配置的壓力泥漿罐輸于其內部的密封艙，將刀盤浸沒在泥漿中開展日常掘工作，在隧道掘進工作開展過程中可以對開挖面以及整體的隧道結構起到良好的支撐和保護作用，其支撐作用主要是由內部泥漿滾動所產生的壓力以及掘進機上的刀盤面板來共同提供，而泥漿產生的壓力主要是在掘進工作開展過程中對掘進面和隧道內壁起到一定的支護作用，而刀盤面板主要是在掘進工作停止后，掘進機處于靜止狀態時對開挖面提供支護作用。在1996年的廣州地鐵1號線工程建設過程中所采用的直徑尺寸為直徑6.14米的泥水加壓平衡盾構掘進機，其掘進里程可以達到5852米，其掘進過程中所針對的決定對象多為粉細砂、中砂以及風化巖等。

2.巖石掘進機

自1964年開始我國就著手對巖石掘進機開展研究工作，經過幾十年的反復研究和實際的工程實踐，已經取得較為顯著的成效。現階段我國國內部分生產廠商已經可以對各種中小型的巖石掘進機進行生產制造，并且與國外的一些大型掘進機生產廠商合作研各種高性能的巖石掘進機。國內一些較為先進的施工企業，已經可以熟練掌握先進巖石掘進機的使用原理進行熟練操作。到2001年5月份，佳木斯力士隧道掘進機械股份有限公司所自主研發生產出來的的s100掘進機被稱為掘進機制造領域的一次全新突破，隨后其被有效應用到焦晉高速公路路段中所涉及到的黃塘隧道工程的施工中。

3.頂管掘進機

頂管施工是在盾構施工逐步趨于完善之后才初步發展起來的一種新型的地下管道施工方法，其在使用過程中不需要對施工區域內的面層進行挖掘工作，而是通過高架橋或其它方式來有效穿越公路、河川以及大量不可拆解的地面建筑物，從而避免對其造成損害。我國最早時期所開展的頂管施工是從1953年開始，之后又在上海開展頂管施工試驗，在1964年前后，上海的一些施工單位已就可以進行對各種較大直徑尺寸機械頂管的試驗與研究，在當時的實際施工測驗中，可以將口徑為兩米的頂管一次性朝前方推進120米而不產生卡頓，為我國以后開展中繼間奠定了基礎。

二、地下工程中應用隧道掘進機施工的建議

1.要加速實現隧道掘進機的國產化

因為我國具備較為遼闊的土地和相對來說較為復雜多變的紙質結構特點，在對地下空間的開發中具備卓越的優勢和廣闊的市場。根據相關部門的初步估計，在未來十年中我國在開展隧道掘進工作時需要上百臺各種類型的隧道掘進機，其中還不包括一些中小型的隧道掘進機，而每一臺隧道掘進機的造價極高，如果全部依靠進口，將會是一筆巨大的支出。相對來說，自己進行研發制造，可以有效節省成本，同時還可以彰顯我國的制造力。在實現隧道掘進機國產化的同時，可以加強我國的國際影響力，為今后提供掘進機出口開創了可能性，進一步推動我國經濟的發展。

2.我國隧道掘進機技術開發的內容及目標

（1）土壓平衡盾構的產品化系列化

土壓平衡盾構掘進是一種先進且實用的綜合性隧道掘進機，即可以對多種地質的土層進行掘進施工。結合各大城市所具備的不同地質水文施工條件，設計并制造與之相對應的不同型號的土壓平衡盾構掘進機，將盾構隧道測量導向系統跟監測施工系統相結合，并將其有效應用到實際的掘進工程中，使我國隧道掘進機的國產化達到70%以上，同時，盾構液壓閥件的國產化提升到60%以上。

（2）異形斷面盾構掘進機的研究

為了更好的適應不同用途要求下的隧道掘進工作，因此經過不斷地創新和優化而研發出來了具備不同形狀斷面的盾構。從研發異性斷面盾構至今，我國已經研制出以矩形盾構為首的多種形狀的斷面盾構，并且在實際的隧道掘進工程中得到有效應用，其中城市內部的過街人行地道工程就是最為成功的應用典例。異形盾構的技術難點在于需要通過反復的實驗來有效控制切削刀盤的構造特點，并且還要熟練掌握其相應的施工原理。基于此，需要結合不同類型隧道的實際掘進施工要求，將偏心多軸式土壓盾構掘進機的開發及應用與實際的隧道掘進工作相融合，盡可能的減少工程施工成本，降低工程預算，并且將其有效應用到各種要求下的隧道斷面施工。

結束語：綜上所述，我國在地下工程建設中應用隧道掘進機，對于工程建設本身的速度和質量具有不可忽視的促進作用，在不同施工環境下的地下工程建設中，多種類型的隧道掘進機應運而生，并得到大力發展。在各種隧道掘進機進行性能優化和結構設計過程中，相關單位及工作人員要提高其重視程度，以認真的工作態度投身到實際工作中。同時，針對于隧道掘進機在地下工程建設應用過程中出現的問題或潛在隱患，要及時通過有效手段進行監測和管控，對各類建設問題進行及時處理，切實保障隧道掘進機在中國地下工程中的有效應用。

參考文獻：

[1]錢七虎，李朝甫，傅德明.隧道掘進機在中國地下工程中應用現狀及前景展望[J].地下空間，2002（01）：1-11+93.

[2]徐姝霞. 隧道掘進機在地下工程中的選型及應用[J]. 城市建設理論研究：電子版， 2012， 000（005）：1-3.

[3]張虎發.隧道掘進機（TBM）在工程施工中的應用研究[J].城市建設理論研究（電子版），2011，000（022）：1-3

[4]賈向方. 隧道掘進機（TBM）在工程施工中的運用[J]. 工業C， 2015（19）：242-242.F1684D04-843B-4E09-9908-8F37A251DDA8