盾构掘进机应用技术实例

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1、第五章!盾构掘进机应用技术实例第一节!盾构掘进机发展战略研究盾构是一种挖掘隧道用的工程机械。传统的隧道施工方法是用人工或机械方法将士挖掘下来，再装上矿车外运，紧接着对挖空了的隧道进行支护，这种方法当遇到淤泥或流沙层等地质条件时，很难做到“及时”支护，极易坍塌，造成大面积的地面塌陷。盾构施工是在一个能支撑地层压力而又能在地层中推进的圆形（或矩形和马蹄形等特殊形状）钢筒结构的掩护下，完成挖掘、出土、隧道支护等工作，它的最大的特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称做护盾的钢结构的掩护下完成的，可以最大限度地避免坍塌和地面塌陷。与传统的隧道掘进技术相比，盾构法施了具有安全可靠、机

2、械化程度高、工作环境好、土方量少、进度快、施工成本低等优点，尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构。在发达国家盾构法施工的隧道已占隧道总量的"#$以上，日本一个国家在用盾构达千台以上。盾构法施工的隧道直径可以小到%&’(，大到)*(，适用于地铁隧道、铁路隧道、公路隧道、引水隧道、矿山巷道、城市市政隧道等各种隧道工程。随着隧道工程对施工质量和环保要求的逐步提高，现代盾构已演变成为一种高度智能化，集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型工程机械装备。我国在盾构施工隧道的关键设备和技术方面与发达国家相比存在着较大的差距，如何尽快提高我国盾构掘进水平使我国在

3、先进隧道施工技术方面占世界一席之地是相关科研和施工技术人员一直关注的问题，本文综述国内、外盾构设备和技术发展的历史和现状，指出国内外盾构掘进技术的差距，提出我国发展盾构掘进机的思路。一、国外盾构掘进机的发展历史和现状)*)*年+,-./0,(1,-23-456/获得隧道盾构法施工的专利，并在)*’7年到)*89年间首次使用盾构在伦敦的泰晤士河下修建了一条河底隧道，初步证明盾构法隧道施工的价值。)*9#年由劳德考克让施（:%-2;%.<-,5.6）发明了施加压缩空气防止涌水的·!#87·地铁工程设计与施工新技术实用全书“气压法”。!"#$年格雷蒙特%&’()*+),-./-

4、)’01)’2）在伦敦地铁南线的隧道建设小采用了气压盾构法的施工工艺，并首创了在盾尾后面的衬砌外围环形空隙巾压浆的施引：方法，并开发了用流体支撑开挖面的盾构，开挖出的弃土以泥水流的方式排㈩。!"34年+’’5在柏林第出次申请了德国泥水式盾构的专利，形成了现代泥水式盾构的雏形，推动了盾构施工技术的发展。到67世纪初，盾构施工法在英、美、德、俄、法、日等国开始推广。!3!#年日本开始在铁羽越线的折返段隧道施工中引进盾构法，!38"年正式在国铁关门隧道应用盾构法施工，为日本盾构技术的发展奠定了基础。!34#年由英国提出的泥水加压系统在日本得到了实施，日本研制成功第一台有切削刀盘

5、、水力出土的泥水加压式盾构（直径为89!(）。!3#$年日本独创性地研制成功土压平衡盾构，同时德国:’.**;<-).0’5也研制成功颇具特点的膨润土悬浮液支撑开挖面的泥水平衡盾构。之后，盾构技术得到了迅猛发展，已成功应用于各种公路隧道、地铁隧道、引水隧道以及市政公用设施隧道等。纵观盾构隧道掘进!"7多年的发展历史，盾构隧道施工法和盾构掘进机的改进都是在围绕着：!地层稳定和地面沉降控制；"机械化、自动化掘进和掘进速度；#衬砌和隧道质量，这三个要素进行盾构掘进机的改进和施工方法的革命。传统的盾构法是把这三个要素分别独立考虑的，把地层稳定处理作为盾构的辅助方法，主要有降低地下

6、水位法、改良地基法、冻结法及气压法等。在盾构掘进机本身结构上没有考虑对地层稳定的影响或减少和防止地面沉降，盾构一般为敞胸式结构。然而，任何地层稳定处理方法即使能抑制对地层的影响，也很难满足在城市内施工时的各种要求，特别是关系到地面建筑安全的地面沉降问题，所以，很自然地发展到下一代盾构———闭胸式盾构。现代盾构的一个最为显著的特点就是统筹考虑盾构法的这三个要素，用盾构掘进机设备本身解决工作面稳定的问题。用压缩空气平衡土压力的方法，由于容易发生漏气、喷发、工作面崩塌等事故，和造成地面沉降等对环境的不良影响，尤其在遇到粘聚力小、透气性的地层这种方法无法胜任。自然，人们想到用液体

7、代替空期气乇来支撑工作面，最初在德国和英国进行了有关的试验，!34#年日本完成了这一系统，即产生了现代概念上的泥水平衡盾构。泥水平衡盾构是靠送入工作面、与密闭胸板间所形成字腔的加压泥水平衡土压、保持于作面稳定，并用泥水输送刀盘切削下来的弃土，这个方法的问世使：工作面稳定状况大大改善，盾构法的适用范围被大大拓宽，盾构掘进机得到了前所未有的发展。然而，由于泥水平衡盾构需要大规模的泥水分离处理系统，占地面积大，对环境影响大，施工成本高，对城市内施工的隧道这个系统并不理想。继而在!3#$年日本首先研制成功土压平衡盾构，这一系统是将刀盘