盾構技術在中國的應用與發(fā)展

盾構技術在中國的應用與發(fā)展ApplicationandDevelopmentforShieldMethodinChina2011年3月2日主要介紹內(nèi)容

盾構技術發(fā)展歷史盾構技術在中國的應用盾構技術施工基本原理工程實例分析一、盾構技術發(fā)展歷史

盾構機問世至今已有近180年的歷史，其始于英國，發(fā)展于日本、德國。近30年來，通過對土壓平衡式、泥水式盾構機中的關鍵技術，如盾構機的有效密封，確保開挖面的穩(wěn)定、控制地表隆起及塌陷在規(guī)定范圍之內(nèi)，刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換，對一些惡劣地質(zhì)如高水壓條件的處理技術等方面的探索和研究解決，使盾構機有了很快的發(fā)展。盾構機技術仍有巨大的發(fā)展余地?，F(xiàn)在的盾構機幾乎全是針對具體項目規(guī)范和地質(zhì)條件而量身訂做。

盾構機根據(jù)工作原理一般分為手掘式盾構，擠壓式盾構，半機械式盾構（局部氣壓、全局氣壓），機械式盾構（開胸式切削盾構，氣壓式盾構，泥水加壓盾構，土壓平衡盾構，混合型盾構，異型盾構）。根據(jù)盾構機開挖方法可分為：敞開式、機械切削式、網(wǎng)格式和擠壓式等。為了減少盾構施工對地層的擾動，可先借助千斤頂驅動盾構使其切口貫入土層，然后在切口內(nèi)進行土體開挖與運輸。敞開式手掘式及半機械式盾構均為半敞開式開挖，這種方法適于地地質(zhì)條件較好，開挖面在掘進中能維持穩(wěn)定或在有輔助措施是能維持穩(wěn)定的情況，其開挖一般是從頂部開始逐層向下挖掘。若土層較差，還可借用千斤頂加撐板對開挖面進行臨時支撐。采用敞開式開挖，處理孤立障礙物、糾偏、超挖均為其它方式容易。為盡量減少對地層的擾動，要適當控制超挖量與暴露時間。機械切削式指與盾構直徑相仿的全斷面旋轉切削刀盤開挖方式。根據(jù)地質(zhì)條件的好壞，大刀盤可分為刀架間無封板及有封板兩種。刀架間無封板適用于土質(zhì)較好的條件。大刀盤開挖方式，在彎道施工或糾偏是不如敞開式開挖便于超挖。此外，清除障礙物也不如敞開式開挖。使用大刀盤的盾構，機械構造復雜，消耗動力較大。目前國內(nèi)外較先進的泥水加壓盾構、土壓平衡盾構，均采用這種開挖方式。網(wǎng)格式采用網(wǎng)格式開挖，開挖面由網(wǎng)格梁與格板分成許多格子。開挖面的支撐作用是由土的粘聚力和網(wǎng)格厚度范圍內(nèi)的阻力而產(chǎn)生的。當盾構推進是，土體就從格子里擠出來。根據(jù)土的性質(zhì)，調(diào)節(jié)網(wǎng)格的開孔面積。采用網(wǎng)格式開挖時，在所有千斤頂縮回后，會產(chǎn)生較大的盾構后退現(xiàn)象，導致地表沉降，因此，在施工務必采取有效措施，防止盾構后退。擠壓式全擠壓式和局部擠壓式開挖，由于不出土或只部分出土，對地層有較大的擾動，在施工軸線時，應盡量避開地面建筑物。局部擠壓時施工時，要精心控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓式施工時，盾構把四周一定范圍內(nèi)的土體擠密實。Brunel盾構1825年應用于泰晤士河，1841年貫通敞開式盾構

泥水式雙圓盾構土壓平衡盾構2006年上海地鐵六號線9標應用2003年翔殷路軌道8號線運用荷蘭14.87泥水盾構復合式盾構廣州地鐵2號線擠壓式盾構網(wǎng)格式盾構二、盾構技術術在中國的應應用1.1950年初，在遼寧寧阜新煤礦使使用手掘式盾盾構修建疏水水巷道工程2.1957年的北京市下下水道工程中中進行過小口口徑盾構工法法的嘗試。3.60年代，為了修建北北京地鐵，也有過過研究盾構施工技技術，并成功地進進行了試驗。4.60年代在北京進行了了1:500的盾構擠壓混凝土土襯砌的模擬試驗驗。60年代北京地鐵用盾構試驗5.上海地區(qū)軟土地基基盾構發(fā)展歷史6.1966年采用φ10.22m網(wǎng)格擠壓式盾構修修建打浦路過江隧隧道工程打浦路直徑10.2m網(wǎng)格擠壓型盾構掘掘進機建成于1970年，位于市區(qū)西南南角，以貨運為主主。隧道西雙車道道，全長2761m。隧道采用全橫向向通風方式，隧道道內(nèi)設有照明、通通訊、監(jiān)視儀、排排水泵房、消防等等裝置。是國內(nèi)第第一條水底公路隧隧道，也是第一條條采用盾構法施工工的隧道。隧道位于區(qū)境西南南打浦路處，為上上海市第一條穿越越黃浦江水底的公公路隧道。1959年制訂規(guī)劃，上海海隧道局設計，經(jīng)經(jīng)專家組審定，由由國務院批準列為為國家基本建設項項目。1966年動工，1970年建成，1971年6月正式通車。7.1988年建成的φ11.3m的延安東路過江隧隧道等都是應用盾盾構技術在軟土地地層施工成功,長2.2公里。延安東路直徑11.3m網(wǎng)格型水力出土盾盾構掘進機是上海連接浦東與與浦西，跨越黃浦浦江的一條主要道道路，由南北兩條條隧道組成，共4條行車道。隧道浦浦西出口位于延安安東路福建路口，，浦東出口則位于于陸家嘴銀城中路路路口，直接連接接世紀大道。全長長2,261米，穿越黃浦江的的部分有1,476米。車道寬7.5米，高4.5米，原本為雙程行行車，每小時流量量為1,000輛。8.2003年6月，當時中國最大大的盾構法隧道翔翔殷路開工，采用用直徑為11.58m的超大型泥水平衡衡盾構掘進翔殷路盾構9、2008年7月，上海外灘通道道工程施工方采用了直徑徑14.27米的超大土壓平衡衡盾構。10.北京樞紐北京站至至北京西站地下直直徑線，簡稱北京京地下直徑線，是是北京市正在建設設中的一條鐵路地地下聯(lián)絡線，兩端端分別連接北京西西站和北京站，是是北京鐵路樞紐的的重要組成部分。。該線在2005年12月24日動工。地下直徑徑線全長9.156公里，盾構直徑徑11米。11.“十二五”中國軌道道交通發(fā)展規(guī)劃2010年5月27日召開的2010中國（長春）國際際軌道交通與城市市發(fā)展高峰論壇上上了解到，中國城城市正在興起軌道道交通建設熱潮，，目前有27個城市正在籌備軌軌道交通的建設。。中國土木工程學會會理事長譚慶璉介介紹說，截至2009年底，中國投入運運行的城市軌道交交通線路總長達到到962公里，目前有27個城市正在籌備軌軌道交通的建設。。預計到2015年前后，中國城市市軌道交通線路將將達到87條，運營總里程將將超過2500公里。此外，南京、武漢漢、長春、沈陽、、杭州、成都、西西安等中國一大批批省會城市也紛紛紛規(guī)劃建設地鐵。。城區(qū)人口約300多萬的長春市正在在準備建設全長約約20公里的首條地鐵線線路。與會業(yè)內(nèi)人士普遍遍表示，積極發(fā)展展軌道交通，正在在成為中國解決城城市擁堵難題的一一項重要措施。交通擁堵問題是中中國在城市化進程程中遇到的前所未未有的突出問題。。中國住房和城鄉(xiāng)鄉(xiāng)建設部總經(jīng)濟師師李秉仁認為，““解決城市交通擁擁堵問題，關鍵是是我們要減少機動動出行，優(yōu)先發(fā)展展公共交通，特別別是發(fā)展城市軌道道交通，這是解決決城市交通擁堵的的有力措施之一。?！敝袊ば挪垦b備工工業(yè)司副司長王富富昌表示，中國發(fā)發(fā)展軌道交通面臨臨著難得的機遇，，既符合中國政府府實施的積極擴大大內(nèi)需的方向，同同時，隨著全球氣氣候的變化，低碳碳經(jīng)濟越來越受到到世界各國的重視視，軌道交通方式式具有單位能耗低低、排放少等特點點，順應未來的發(fā)發(fā)展趨勢。同時，一些專家和和業(yè)內(nèi)人士也表示示，發(fā)展軌道交通通，也需要解決很很多現(xiàn)實問題，包包括如何解決軌道道交通的運營和管管理問題，扭轉軌軌道交通普遍虧損損的局面。此外，，中國軌道交通設設備的核心技術也也需要加強攻關，，盡快實現(xiàn)新的突突破，帶動軌道交交通事業(yè)實現(xiàn)更快快發(fā)展?！氨本?、上海等地都都在修改擴容原先先的規(guī)劃，‘十二二五’期間，這些些城市的地鐵線路路或將延長一倍。?！鄙虾＼壍澜煌ㄍI域專家王振信說說，其他的省會城城市大多已開始規(guī)規(guī)劃地鐵線路，二二線城市也在積極極規(guī)劃。據(jù)悉，北京2009年地鐵通車里程共共228公里，今年年底預預計達到330公里。北京市副市市長黃衛(wèi)此前表示示，北京2015年地鐵規(guī)劃里程原原先是561公里，但實際可能能會達到580公里。再過5年，到2020年預計再翻一番，，超過1000公里。而上海目前軌道交交通建成線路總長長達到420公里，上海軌道交交通建設指揮部副副總指揮應名洪表表示，“十二五””期間，上海城市市軌道交通新建里里程將超過200公里。國家發(fā)展改革委基基礎產(chǎn)業(yè)司巡視員員李國勇今年3月份曾透露，全國國有33個城市正規(guī)劃建設設地鐵。2020年全國規(guī)劃地鐵總總里程將達6100公里，2010至2015年地鐵建設投資規(guī)規(guī)劃額將達11568億元，將是今年的的5.93倍。中金公司最近的報報告稱，中國已有有36個城市上報了城市市軌道交通建設規(guī)規(guī)劃，2009-2020年，城市軌道交通通新增營業(yè)里程將將達到6560公里。預計到2020年，全國城市軌道道交通累計營業(yè)里里程將達到7395公里。以每公里5億元造價計算，2009-2020年城市軌道交通將將投入3.3萬億，年均達2700億元，中國城市軌軌道交通建設將迎迎來黃金十年。北京在“十二五””期間，除東西二二環(huán)以外，還將在在首體南路、學院院南路等地建設5條地下隧道以疏解解節(jié)點處的擁堵。。昨日記者從市兩兩會上了解到，共共有7條地下隧道將在今今年規(guī)劃設計。市規(guī)劃委主任黃艷艷介紹說，目前已已經(jīng)確定先期建設設的7條地下隧道分別是是東西二環(huán)、首體體南路、學院南路路、西山隧道、臺臺基廠大街和北辰辰東路南延。地下隧道也是城市市道路建設的一部部分，目前本市路路網(wǎng)中還有不少斷斷頭路，而地下隧隧道是連接斷頭路路的有效方案之一一。據(jù)了解，這些地下下隧道都處在地上上基礎設施和地下下管線密集地區(qū)，，地質(zhì)較復雜，還還要涉及下穿立交交橋、地鐵、蓋板板河等施工難題。?？碧讲块T已經(jīng)開開始勘測，目前，，首體南路、學院院南路和西山隧道道3條地下道路已完成成了初期地質(zhì)勘探探，7條隧道的具體線位位將在勘探完成后后確定。北京上海天津廣州深圳南京重慶成都武漢沈陽長春杭州西安烏魯木齊蘭州合肥昆明哈爾濱佛山臺北香港大連鞍山濟南青島高雄長沙已通車的城市前期工作城市在建設的城市蘇州中國地鐵建設計劃劃上海地鐵規(guī)劃2010年，建成的線路是是：1（北延伸到泰和路路），2（虹橋臨空園區(qū)-浦東機場），3（北延伸到鐵力路路），4，5，6（港城路到主題公公園），7（祁連山路外環(huán)路路到新國際博覽中中心），8（新江灣城到三林林鎮(zhèn)和上南路外環(huán)環(huán)線），9（松江新城到楊高高路內(nèi)環(huán)線），10（西郊公園到軍工工路新江灣城）11（嘉定-石龍路）12（漕河涇到高橋））13（金沙江路外環(huán)線線-漢中路），2020年里程達到970公里。廣州地鐵規(guī)劃廣州地鐵(GuangZhouMetro)是廣州市的城市軌軌道交通系統(tǒng)，由由廣州市地下鐵道道總公司負責營運運管理?，F(xiàn)有1號線（西朗—廣州東站）、2號線（嘉禾望崗—廣州南站）、3號線（機場南—體育西路、天河客客運站—番禺廣場）、4號線（黃村—金洲）、5號線（滘口—文沖）、8號線（鳳凰新村—萬勝圍）、廣佛線線（魁奇路—西朗）及APM線（赤崗塔—林和西）正在營運運中，廣州地鐵現(xiàn)現(xiàn)時的運營總里程程為236公里（含廣佛線佛佛山段）。但遠遠遠無法滿足交通需需求，為解決擁阻阻的道路交通，廣廣州地鐵在亞運后后將進行新一輪的的建設。廣州地鐵鐵的遠期規(guī)劃長度度為600公里。2011年2月28日，北京正式開工工建設8條地鐵線，其中，，15號線一期西段、6號線二期等5條線路昨日動工；；山后線、16號線以及燕房線列列入本市2015年地鐵路網(wǎng)規(guī)劃，，年內(nèi)開工建設。。目前共16條地鐵線路在建。。深圳地鐵規(guī)劃目前深圳地鐵已開開通四條線路包括括羅寶線（原一號號線）羅湖至深大大段、蛇口線（原原二號線）赤灣至至世界之窗段、龍龍崗線（原三號線線）高架段及龍華華線（原四號線））南段。一期工程于2004年12月28日試通車運營?？偪傆?9個車站，總長21.866千米。2009年9月28日，深圳地羅寶線線續(xù)建工程首通段段正式開通試運營營，10月1日正式運營。1號線首通段包括白白石洲、高新園、、深大三站三區(qū)間間，全長3.39公里。直到2010年12月28日，蛇口線（世界界之窗—赤灣）南段、龍崗崗線（草埔—雙龍）北段已開通通試運營。2010年新開通的線路長長34千米。提出2011年至2020年間的建設方案，，其中包括龍華線線的北延段（三期期），以及8條新建的地鐵線路路：6－12號線，總長約245.4千米。遠期方案規(guī)規(guī)劃了至2030年的16條地鐵線路，總長長585.3千米，設站357座。其中組團快線線4條、干線6條、局域線6條。12.中國用掘進機修建建鐵路隧道TB880E全斷面硬巖掘進機機修建的秦嶺18.4km鐵路隧道TB880E掘進機對全長252m的TB880E掘進機而言，技術術含量高、操作復復雜，其90%的指令由主控室發(fā)發(fā)出，任意一個誤誤操作都會影響施施工或釀成重大事事故，所以，正確確地操作、合理地地選擇掘進參數(shù)是是非常重要的。秦嶺18.4km鐵路隧道安康至南京磨溝嶺嶺鐵路隧道(掘進機)磨溝嶺隧道全長6113米，位于我省商南南縣和丹鳳縣交界界處，地處秦嶺中中低山區(qū)，地質(zhì)結結構復雜。施工時時采取地質(zhì)超前預預報，TBM超前導管管注漿技技術和及及時施作作初期支支護等有有效手段段，攻克克了TBM軟弱圍巖巖施工技技術難題題，最高高月掘進進528．1米的記錄錄，僅用用18個月打通通了磨溝溝嶺隧道道。地震法是是當前隧隧道中長長期超前前預報的的主流方方法。它它包括：：負視速速度、HSP、TSP、TGP、TRT、TST等各種方方法，常常見的是是后4者。其中TSP、TGP、TRT應用的是是反射理理論，TST應用的是是散射理理論，相相比反射射理論較較先進，，可以求求出前方方波速分分布，可可以做方方向濾波波。在在巖溶地地帶、礦礦區(qū)、TBM\盾構隧道道中均可可應用。。武漢長江江公路隧隧道（長長江第一一隧道））(Φ11.2m泥水盾構構)13.中國的江江（海））底隧道道上海上中中路越江江隧道(Φ14.87m泥水盾構構)上海崇明明越江隧隧道(Φ15.1m泥水盾構構)南京長江江越江隧隧道南京長江江越江隧隧道(Φ15.1m泥水盾構構)北京地下下隧道西二環(huán)地地下隧道道初定起起止點，，從德勝勝門開始始一路向向南，直直達菜戶戶營，同同時西二二環(huán)地下下隧道中中間將在在金融街街設立入入口，實實現(xiàn)地下下連通金金融街和和麗澤商商務區(qū)，，以方便便停車和和疏散車車流。東東二環(huán)地地下隧道道建成后后，有望望通過地地下隧道道駛上京京承高速速，此外外隧道擬擬在左安安門設立立入口。。三、盾構構法施工工基本原原理盾構法施施工是以以盾構機機為隧道道掘進設設備，以以盾構機機的盾殼殼作支護護，用前前端刀盤盤切削土土體，由由千斤頂頂頂推盾盾構機前前進，以以開挖面面上拼裝裝預制好好的管片片作襯砌砌，從而而形成隧隧道的施施工方法法。盾構法施施工流程程示意圖圖土壓平衡衡盾構機機主要部部件構成成示意圖圖盾構機的的運輸盾構機的的運輸盾構機的的運輸盾構機的的運輸盾構機的的吊裝應應結合現(xiàn)現(xiàn)場情況況制訂出出切實可可行的盾盾構吊裝裝下井方方案。大型吊車車、大型型拖車及及其他運運輸車輛輛要確定定進出場場方案。。選擇有資資質(zhì)的吊吊裝單位位進行吊吊裝。要求進行行專家論證證。盾構機的的下井盾構機的的組裝應應嚴格按按廠家的的指導和和要求進進行。安裝人員員應經(jīng)過過培訓具具有相應應的工作作資格。。盾構機的的組裝盾構機的的組裝盾構機的的組裝盾構機的的組裝盾構機的的組裝盾構機的的組裝盾構機的的調(diào)試盾構機姿姿態(tài)