国内盾构法施工现状浅析
2017-12-23华北理工大学
李 军/华北理工大学
国内盾构法施工现状浅析
李 军/华北理工大学
通过对国内盾构法施工的文献及相关资料的查阅，从盾构法概述、国内外盾构发展史、国内盾构法施工研究现状及国内外现阶段的差距方面加以浅析，得出结论，根据简单的分析，对我国盾构的今后发展趋势做了展望。
国内；盾构法施工；展望
一、盾构法施工简介
（一）盾构法施工概述
盾构法施工是一种施工工艺，暗挖法隧道施工的一种，应用领域广泛。盾构机则是其用到的最主要的机械，在施工过程中，盾构机通过壳体和衬砌管片支撑隧道周围各种压力，运用切削装置进行开挖，将开挖后的碴土利用专门设备运出洞外，不断进行开挖，掘进，拼装（预制管片），再开挖，再掘进，再拼装的过程，最终完成整个隧道的施工[1]。
（二）盾构法施工发展史简介
1.国外
盾构法已经有190多年的发展历程。最早在1818年，布鲁诺通过对生活中细节的观察，敞开式手掘盾构的雏形被提出。1823年，盾构首次在泰晤士河所修建的隧道中应用。1869年，英国的格雷托海特开始将盾构法用于泰晤士河海底隧道，并且在某些方面对盾构的展起了推动作用。1887年，盾构施工和气压组合工法结合，并用于伦敦铁路隧道修建中。20世纪30～40年代，欧美国家可以成功的修建内径在3 m至9m的地下隧道。60年代，日本根据对不同种类的盾构的需求，发展迅速，进而也推动了盾构法施工技术的发展。1974年日本首先研制出土压式平衡盾构掘进机，这也标志着盾构法施工技术又进入了新的阶段。随后世界各国根据本国的国情，及各种特殊工程的需要，对盾构进行使用和研究，一些发达国家整个盾构法施工体系相对比较完整。目前，因为日本和德国的盾构法施工用的早，当今其技术水平比较领先。国外盾构机生产商具有很强实力的国家有美国、德国、日本、加拿大等。
2.国内
20世纪中期，盾构技术开始传入中国。1963年，上海建立了我国最早的盾构施工技术研发基地，进行盾构的研究。1970年，直径较之前大的挤压式盾构机在上海隧道工程中得以应用。20世纪80年代后期，仍然是在上海应用比较广发，并且土压平衡式、泥水加压式盾构技术相伴进行。2004～2006年，上海依旧是盾构用到最多的地儿，其中包括“先行号”土压平衡盾构研制成功;2007～2008年，“中铁 1 号”、“进越号”相继研制成功，其具有我国自主知识产权; 2009～2012年，我国一些隧道工程仍然用到盾构法施工，尤其指出2013年，煤矿斜井双模盾构在中国铁建重工集团的努力下研制成功，代表国内拥有了与传统不一样的盾构;2015年，类矩形盾构、超大直径泥水平衡盾构等研制成功; 2016年，国内最大直径土压平衡盾构研制成功，其拥有完全自主知识产权，我国的盾构体系开始逐渐完善。
二、关于国内盾构法施工研究
（一）盾构法施工过程中的研究
1.盾构分体始发、始发与到达的研究
①盾构分体始发
通常情况下地铁隧道盾构机为整体始发，但对于一般的电力、热力等隧道以及超过一定长度的地铁隧道区间依靠较小的施工竖井始发，从而不能在始发前将整个盾构放置于始发井内，分体始发因此而产生。
②盾构始发与到达
盾构始发出洞与接收进洞安全问题是盾构法施工以往重要内容。江玉生、王春河、江华等[2]对盾构始发与到达进行了比较详细的研究，并且在这方面提供了一些有价值的理论分析，供后续研究的借鉴。
2.联络通道冻结法
张海涛、陈龙[3],通过查阅资料及历史关于联络通道冻结的总结，较详细设计了如何进行冻结施工过程。
3.盾构对地下管线影响研究
盾构施工对地下管线要采取避让，远离等措施，如果引起管线变形，除了带给工程巨大经济损失，对地面以上的相关企业人生安全等也会造成不同程度的损害，比如燃气管道、饮水管道等破损，对人们会带来相当的不便。
4.盾构法施工+绿色施工技术
我国现在的盾构法施工并不是只追求单调空洞的施工，而是在贯彻国家、行业和地方的相关政策和满足施工相关功能的前提下,最大化节约资源,降低能耗,绿色施工。将"可持续发展"理念延伸到盾构施工过程中,进行"绿色建造",努力实现"四节一环保",这种以综合效益最大化为目标的建造模式也是各种盾构施工建设的必然趋势。
（二）盾构法与矿山法的结合
在国内城市轨道建设实践中，将矿山法与盾构法进行结合设计得到了应用。该要领原理是初期开挖采用矿山法完成隧道开挖和支护，后期则采用盾构法施工。这也是我国在单一盾构法施工不能进行的情况下，集体智慧的结晶，盾构法与矿山法的完美结合也将开启“盾构法+”的时代。
（三）盾构法施工的特殊形式
1.地面出入式盾构隧道（GPST）
传统的盾构法需要做两个工作井，作为始发井和接收井，中途需要检修则需要更多竖井。而无工作井盾构法隧道法技术是盾构机由地表始发，进行掘进，最后盾构到达也是在地表完成。该工法称之为地面出入式盾构法隧道新技术。
2.单衬砌盾构法隧道
国内单衬砌受高内水压的盾构法隧道在青草沙水源处的一段隧道首次应用，实践证明该工程在经济、工期上均达到最优化。除了实现工程最优化，另外，对我国盾构隧道衬砌方面提出了新思路，新想法，相信以后在这方面会有其他的创新，完善盾构法施工体系。
3.现阶段研究方向
超深复合地层中长距离、大倾角盾构施工安全控制、预测、评价；盾构施工超前地质及环境预报；盾构泥饼预防和控制技术；盾构“欠压”掘进技术；盾构机部件更换临界条件的判定。
盾构设备对于不同地质条件下适应性具体研究；盾构设备制造技术；盾构施工对环境的影响及控制；复杂条件(近距有其他施工、列车通过产生振动等)下盾构隧道结构性能研究；衬砌结构劣化特征与耐久性。
4.我国盾构法施工与国外差距
我国盾构技术与国外相比的差距主要表现在以下几个方面：
⑴关键部件。减速机、主轴承、变频器、泵等盾构关键部件在生产流程、材质、优越性等方面不及国外。
⑵国家及行业标准。规范化程度较国外低。
⑶岩石掘进机。关键技术并未掌握，依靠国外技术资源。
⑷超大直径盾构。特定条件下盾构制造工艺、密封材料级别、结构形式、快速更换刀具、大功率及高性能盾构研发、变频驱动技术等方面在国内仍没有效解决，与国外存在差距。
三、发展与展望
我国的盾构技术日趋完善，通过对我国盾构法施工现状分析，可以预见其发展趋势如下：
⑴由于我国各种隧道等工程的需求，盾构机的数量会越来越多。
⑵由于我国的大型工程潜在的还有很多需要用到盾构，“超级”盾构（超大型或者超小型）也会应用而生，将挑战盾构体系的种种极限。
⑶盾构机的形状也会因工程需要，日趋多样化，应用领域不断拓展。
⑷盾构法施工工艺会更加完善，达到监测精准化、控制智能化、推进快速化、经济最优化、环保绿色化、安全稳定化、管理网络化。
⑸盾构的性能越来越优越，具备高适应性，跨江、跨海、超复杂地质、超深度开挖的设计数字化、制造模块化、决策科学化。
⑹盾构国产化程度会越来越高，与世界最先进盾构水平越趋接近。
四、总结
要到达国际最先进水平不是一朝一夕的事，还是有一定差距，还需要稳步发展，积极进取，用世界的眼光看未来，在技术攻坚上有自信、有创新，相信我国的盾构技术会更加完善更加先进。
[1]住房和城乡建设部科技发展促进中心.盾构法隧道施工与验收规范[S].国家质检总局.
[2]江玉生,王春河,江华,等.盾构始发与到达——端头加固理论研究与工程实践.人民交通出版社.2011: 23～40
[3]张海涛,陈龙.盾构区间联络通道冻结法施工技术[J].山东科技大学,2016:104-151.
