《軌道交通工程盾構(gòu)施工技術(shù)》 課件 項(xiàng)目1 盾構(gòu)發(fā)展歷史認(rèn)知

軌道交通工程盾構(gòu)施工技術(shù)項(xiàng)目1盾構(gòu)發(fā)展歷史認(rèn)知目錄

CONTENTS2中國(guó)盾構(gòu)發(fā)展認(rèn)知1國(guó)外盾構(gòu)發(fā)展認(rèn)知任務(wù)1.1國(guó)外盾構(gòu)發(fā)展認(rèn)知（1）以布魯內(nèi)爾盾構(gòu)為代表的手掘式盾構(gòu)；（2）以半機(jī)械式、機(jī)械式、網(wǎng)格式、氣壓式為代表的機(jī)械開(kāi)挖式盾構(gòu)；（3）以土壓平衡或泥水平衡為代表的閉胸式盾構(gòu)；（4）以大斷面、大深度、長(zhǎng)距離、斷面多樣化為代表的多元化盾構(gòu)。國(guó)外盾構(gòu)主要經(jīng)歷了4個(gè)發(fā)展階段：相關(guān)知識(shí)1.1.1 手掘式盾構(gòu)1806年，法國(guó)工程師馬克·布魯內(nèi)樂(lè)（Marc

Brunel）在蛀蟲(chóng)鉆孔的啟示下，發(fā)現(xiàn)了盾構(gòu)掘進(jìn)隧道的原理，并在英國(guó)注冊(cè)了專利。1818年，馬克完善了盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)，設(shè)計(jì)成用全斷面螺旋式開(kāi)挖的封閉式盾殼，襯砌緊隨其后，如圖所示。布魯內(nèi)爾申請(qǐng)的盾構(gòu)專利示意1.1.1 手掘式盾構(gòu)1825年，馬克和他的兒子金德姆·布魯內(nèi)爾（Kingdom

Brunel）第一次在倫敦泰晤士河下用一個(gè)斷面高6.8

m，寬11.4

m的矩形盾構(gòu)修建第一條盾構(gòu)法隧道。1869年，英國(guó)人詹姆斯·亨利·格雷特黑德（JamesHenry

Greathead）用圓形盾構(gòu)再次在泰晤士河底修建了一條外徑為2.18m，長(zhǎng)402m的隧道（Rotherhithe隧道），并第一次采用了鑄鐵管片。國(guó)際上公認(rèn)馬克為盾構(gòu)法隧道創(chuàng)始人，而他的兒子金德姆更是作為杰出發(fā)明家和工程師留名青史。Greathead圓形盾構(gòu)后來(lái)成為大多數(shù)盾構(gòu)的模型。1.1.2 機(jī)械式盾構(gòu)用機(jī)械開(kāi)挖代替人工開(kāi)挖是盾構(gòu)施工的一個(gè)巨大進(jìn)步。第一個(gè)機(jī)械化盾構(gòu)的專利是1876年英國(guó)人約翰·迪金森·布倫頓（JohnDickinson

Brunton）和他的兄弟喬治·布倫頓（George

Brunton）申請(qǐng)的專利。1886年，格雷特黑德將壓縮空氣方法與盾構(gòu)掘進(jìn)相結(jié)合使用。壓縮空氣在盾構(gòu)掘進(jìn)中的使用，標(biāo)志著在承壓水地層中掘進(jìn)隧道的一個(gè)重大進(jìn)步，填補(bǔ)了富水地層隧道施工的空白，促進(jìn)了盾構(gòu)在世界范圍內(nèi)的推廣。1896年，英國(guó)人普賴斯（Price）開(kāi)發(fā)了一種幅條式刀盤(pán)機(jī)械化盾構(gòu)，并于1897年成功地應(yīng)用在倫敦的黏土地層的施工中。1.1.3 閉胸式盾構(gòu)第三代盾構(gòu)以閉胸式盾構(gòu)為代表，主要包括土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)，以新型襯砌為主要技術(shù)特點(diǎn)。土壓平衡盾構(gòu)是通過(guò)調(diào)節(jié)土艙的土壓力穩(wěn)定開(kāi)挖面，棄土可以從土艙排出的盾構(gòu)。泥水平衡盾構(gòu)是通過(guò)調(diào)節(jié)泥水艙的泥水壓力穩(wěn)定開(kāi)挖面，棄土以泥水方式排出的盾構(gòu)。土壓平衡盾構(gòu)土壓平衡盾構(gòu)又稱為泥土加壓式盾構(gòu)。所謂土壓平衡就是密封艙中切削下來(lái)的土體和泥水充滿密封艙，并具有適當(dāng)壓力與開(kāi)挖面土壓平衡，以減少對(duì)土體的擾動(dòng)，控制地表沉降。1.1.3 閉胸式盾構(gòu)2.

泥水平衡盾構(gòu)泥水平衡盾構(gòu)也稱泥水加壓盾構(gòu)，它的開(kāi)發(fā)目的是通過(guò)噴射水流，將土料以泥漿的形式排出。但水不能支護(hù)開(kāi)挖面，無(wú)法阻止開(kāi)挖面不停地流動(dòng)。這種情況與充滿水的挖槽相類(lèi)似，從而提出在開(kāi)挖面用類(lèi)同槽壁法的支護(hù)，而膨潤(rùn)土泥漿可在無(wú)黏聚力土槽溝中支護(hù)掘出的開(kāi)挖面。這樣就誕生了泥水平衡盾構(gòu)。1964年英國(guó)人莫特·海（Mott

Hay）、安德森（Anderson）和約翰·巴特利特（John·Bartlett）申請(qǐng)了泥水平衡盾構(gòu)的專利。1.1.4 多元化盾構(gòu)1.

盾構(gòu)隧道長(zhǎng)距離化、大直徑化表 列出了部分直徑超過(guò)15

m的國(guó)外盾構(gòu)隧道工程序號(hào)工程名稱盾構(gòu)直徑/m盾構(gòu)類(lèi)型1馬德里M30環(huán)線隧道15.2土壓2意大利Sparvo隧道15.55土壓3東京灣公路海底隧道14.14泥水4意大利Santa

Lucia隧道15.87土壓5東京外環(huán)公路隧道16.1土壓6美國(guó)西雅圖SR99隧道17.45土壓7意大利Caltanissetta公路隧道15.08泥水1.1.4 多元化盾構(gòu)類(lèi)矩形盾構(gòu)2.

盾構(gòu)多樣化從斷面形狀方面:類(lèi)矩形、雙圓盾構(gòu)、三圓盾構(gòu)、馬蹄形盾構(gòu)等；從功能上講:球體盾構(gòu)、母子盾構(gòu)、擴(kuò)徑盾構(gòu)、變徑盾構(gòu)、分岔盾構(gòu)、途中更換刀具盾構(gòu)、障礙物直接切除盾構(gòu)等特種盾構(gòu)；從盾構(gòu)的掘削:出現(xiàn)了搖動(dòng)、擺動(dòng)掘削方式的盾構(gòu)。三圓盾構(gòu)馬蹄形盾構(gòu)母子型盾構(gòu)1.1.4 多元化盾構(gòu)3.

施工自動(dòng)化施工設(shè)備出現(xiàn)了：（1） 管片供給、運(yùn)送、組裝自動(dòng)化裝置；（2）盾構(gòu)掘進(jìn)中的方向、姿態(tài)自動(dòng)控制系統(tǒng)；（3）施工信息化、自動(dòng)化的管理系統(tǒng)及施工故障自診斷系統(tǒng)。任務(wù)1.2中國(guó)盾構(gòu)發(fā)展認(rèn)知1.2.1 中國(guó)盾構(gòu)的黎明期中國(guó)盾構(gòu)歷經(jīng)了黎明期、創(chuàng)新期和跨越期。中國(guó)盾構(gòu)從曾經(jīng)落后于世界發(fā)展到現(xiàn)在總體技術(shù)已位于世界領(lǐng)先水平。1953年至2001年是中國(guó)盾構(gòu)發(fā)展的黎明期。1953年，東北阜新煤礦用手掘式盾構(gòu)是我國(guó)首條用盾構(gòu)法施工的隧道。從而揭開(kāi)了中國(guó)盾構(gòu)從無(wú)到有的歷史。1962年2月，上海城建局隧道工程公司結(jié)合上海軟土地層對(duì)盾構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。1986年，中鐵隧道局集團(tuán)有限公司研制出半斷面插刀盾構(gòu)，并成功用于修建北京地鐵復(fù)興門(mén)折返線。1.2.1 中國(guó)盾構(gòu)的黎明期1987年12月，上海造船廠制造出我國(guó)首臺(tái)直徑4.35m加泥式土壓平衡盾構(gòu)。1988年上海又自主開(kāi)發(fā)研制了當(dāng)時(shí)我國(guó)直徑最大的新一代土壓平衡盾構(gòu)。上海自行開(kāi)發(fā)研制的直徑5.64

m土壓平衡盾構(gòu)是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)直徑最大的加水型土壓平衡盾構(gòu)。盾構(gòu)的總體設(shè)計(jì)合理，刀盤(pán)結(jié)構(gòu)新穎、切削硬土能力強(qiáng)，螺旋輸送機(jī)排泥性能良好，采用了具有自整定和預(yù)整定功能的土壓平衡控制系統(tǒng)，性能穩(wěn)定可靠。盾構(gòu)分解為幾個(gè)單元體制造并在工地總裝，簡(jiǎn)化了工藝、降低了造價(jià)、縮短了加工周期。1.2.2 創(chuàng)新期中國(guó)盾構(gòu)(2)

2002年至2008年是中國(guó)盾構(gòu)的創(chuàng)新期。2002年8月，國(guó)家將盾構(gòu)的自主研發(fā)正式列入國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（簡(jiǎn)稱“863”計(jì)劃），從而揭開(kāi)了中國(guó)盾構(gòu)從有到優(yōu)的歷史。2002年8月，國(guó)家科學(xué)技術(shù)部將“

6.3

m全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)研究設(shè)計(jì)”列入國(guó)家“863”計(jì)劃。為縮小我國(guó)在泥水平衡盾構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)方面與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。國(guó)家科學(xué)技術(shù)部于2005年7月將泥水平衡盾構(gòu)的研究列入“863”計(jì)劃，對(duì)大直徑泥水平衡盾構(gòu)消化吸收與設(shè)計(jì)課題進(jìn)行了專題立項(xiàng)。1.2.3 跨越期中國(guó)盾構(gòu)(3)

2009年至今，是中國(guó)盾構(gòu)的跨越期。這個(gè)時(shí)期中國(guó)盾構(gòu)自主創(chuàng)新能力顯著提高，在關(guān)鍵核心技術(shù)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制、盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)化跨越式發(fā)展等方面取得了重大突破。在關(guān)鍵核心技術(shù)方面，以“盾構(gòu)裝備自主設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目為依托，攻克了穩(wěn)定性、順應(yīng)性、協(xié)調(diào)性三大關(guān)鍵技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制方面，研制出了多臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的盾構(gòu)技術(shù)科研儀器設(shè)備。在盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，土壓平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)和巖石掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)化取得了重大突破。1.2.4 中國(guó)盾構(gòu)市場(chǎng)前景1.

城市地鐵盾構(gòu)應(yīng)用前景北京、天津、上海、廣州是中國(guó)前4個(gè)擁有地鐵的城市。目前中國(guó)運(yùn)作地鐵項(xiàng)目的城市，盡管1號(hào)線的長(zhǎng)度都在25

km以內(nèi)，但地鐵總長(zhǎng)度規(guī)劃沒(méi)有一個(gè)在100

km以下的。我國(guó)近期地鐵盾構(gòu)施工市場(chǎng)主要分布在以下三類(lèi)城市：①

區(qū)域地區(qū)經(jīng)濟(jì)龍頭城市：以北京、上海、廣州等城市為代表。②

經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的超大城市：以深圳、天津、重慶、成都等城市為代表。③

人口密集的特大城市：以杭州、沈陽(yáng)、青島等城市為代表。1.2.4 中國(guó)盾構(gòu)市場(chǎng)前景2.

過(guò)江隧道前景中國(guó)江河湖海眾多，海岸線綿延萬(wàn)余公里，越江、跨海隧道大有前景。泥水平衡盾構(gòu)已廣泛地應(yīng)用于越江、跨海等隧道工程。國(guó)家發(fā)改委于2020年發(fā)布了《長(zhǎng)江干線過(guò)江通道布局規(guī)劃（2020—2035年）》。規(guī)劃中指出，目前過(guò)江通道仍存在通道總量偏少、部分通道負(fù)荷較重、資源利用水平不高等亟待解決的矛盾和問(wèn)題，到2025年，建成過(guò)江通道180座左右，到2035年，建成過(guò)江通道240座左右，另長(zhǎng)江下游等重點(diǎn)河段應(yīng)堅(jiān)持“少橋多隧”“宜隧則隧”的原則。1.2.4 中國(guó)盾構(gòu)市場(chǎng)前景3.

鐵路隧道前景鐵路隧道是盾構(gòu)施工的重要對(duì)象，從2000年開(kāi)始，新建鐵路隧道每年平均以200

km的速度增長(zhǎng)，且長(zhǎng)大隧道所占相對(duì)密度增加。4.

市政管道前景城市綜合管廊是在城市道路、廠區(qū)等地下建造一個(gè)隧道空間，將電力、通信、燃?xì)?、供熱、給排水中兩種及兩種以上的市政公用管線鋪設(shè)在同一個(gè)構(gòu)筑物內(nèi)，同時(shí)設(shè)置專門(mén)的投料口、通風(fēng)口、檢修口和檢測(cè)系統(tǒng)保證其正常運(yùn)行。引水工程不可避免地會(huì)遇到引水隧道的施工問(wèn)題，而選擇盾構(gòu)或硬巖掘進(jìn)機(jī)施工是其最佳手段。1.2.5 盾構(gòu)施工發(fā)展展望:

智能盾構(gòu)智能建造相對(duì)于傳統(tǒng)的淺埋