[分享]土压平衡盾构隧道施工法的发展和现状

发表于2014-11-27    622人浏览    1人跟帖    总热度:14  

标签: 结构 施工

 盾构隧道施工法,即用盾构机挖土排土构筑隧道的工法,属于暗挖法。目前盾构工法已在地铁隧道,污水排放隧道,江河湖海底交通隧道,电力、电信、供水、引水、供气及共同沟等城市建造中占有重要地位,是在现代城市隧道建设卓有成效的施工方法。从Brunel于1843年首次用盾构工法建造横穿英国泰晤士河河底隧道成功以来,至今已有166年的历史,随后Great在1887年南伦敦铁道隧道施工中使用了盾构和压气组合工法获得了成功,为现在的盾构工法奠定了基础[1]。

    20世纪60年代中期至80年代期间,圆形截面的各种不同平衡方式的盾构工法得到不断完善,主要是土压平衡盾构与泥水平衡盾构工法为主[2]。60年代初,英国首先开发了泥水加压式盾构,用泥浆代替气压,一般不再辅以其他技术措施,施工效率高、安全可靠,大大提高了施工质量和工程进度,盾构施工技术的一座里程碑。泥水加压式盾构需要一套泥水分离设备,存在占地面积大和设备费用高等确定,为了弥补泥水加压式盾构的不足,1974年日本制造商IHI在东京研发制造了第一台土压平衡盾构,其外径为3.72m,在含水砾层中修建1866m的隧道。之后,很多生产制造厂商采用土压平衡系统,生产了不同样式的土压平衡盾构。这两种施工方法的出现,对隧道建设产生了深远的影响,极大的提高了生产效率,并为盾构工法的快速发展奠定了基础。

土压平衡盾构自1974年在日本首次使用以来,以其独特的优势广泛用于世界各地的隧道工程中。在国内,土压平衡盾构在地铁、市政、能源等工程建设中也得到广泛的应用,其中上海使用土压平衡盾构施工最多,从国外引进和自己设计生产了不同型号的盾构用于地铁隧道的施工建设。上世纪八十年代,上海率先引进一台日本川崎重工制造的φ4.33m小刀盘土压平衡盾构用于芙蓉江路排水隧道工程施工,该盾构具有机械化切削和螺旋机出土功能,施工效率高,对地面影响小的特点。接着上海自行研制了φ4.3m加泥土压平衡盾构掘进机,用于市南站过江电缆隧道工程,穿越黄浦江底粉砂层,隧道掘进顺利解决了高水压情况下的密封和砂性土加泥塑流技术难题,施工性能技术指标达到80年代国际先进水平[3]。九十年代,在上海地铁1号线工程中,采用7台由法国FCB公司、上海隧道股份、上海隧道工程设计院、上海船厂联合制造的φ6.34m土压平衡盾构机。据统计,截至1995年上海隧道工程施工中使用盾构59台。随着我国对盾构工法的了解和熟悉,上海、北京、广州以及其他城市相继采用盾构工法修建城市地下隧道。北京在20世纪80-90年代末,由于地铁建设的大力发展,促使盾构施工技术得到广泛的应用和发展。从1999年开始,北京市政工程总公司开始在北京的污水睡到建设中成功应用盾构施工技术,北京城建集团也开始在北京做地铁盾构施工试验段工程,以此为标志揭开了盾构施工技术在北京地区的广泛应用,相应的研究工作也取得了相当的进步。随着北京地铁工程5号线、4号线、10号线(含奥运支线)、机场线的相继开工,可以预计盾构施工技术将会在北京市政基础建设中发挥更重要的作用,也必将得到更大的发展。

2005年,三台用于地下隧道施工的盾构机在首钢问世,这也是我国首次制造这种先进的大型机械设备。这三台设备长70m、直径6.3m。这三台盾构机用于北京地铁4号线、10号线的隧道施工中。在隧道导向技术、监控技术方面的研究也达到了国际先进;但是我国液压泵和阀件的加工制造水平与国外相比尚存在一定差距[3]。

2006年上海长江隧道工程引进两台φ15.43m泥水加压盾构机,“长江一号”盾构于2006年9月23日始发,“长江二号”盾构于2007年1月5日始发。2008年9月实现双线贯通。该隧道内部结构分上下层:上层为单向三车道高速公路;下层为轨道交通预留空间。上海长江隧道隧道工程的成功建设,开创了我国超大直径隧道施工的新纪元。

经过20多年的发展,土压平衡式盾构适用的地质条件由软弱黏性土和砂砾土,范围不断扩展,得到广泛应用。2007年,成都地铁施工引进多台土压平衡盾构和泥水盾构施工,在施工过程中遇到了大面积的卵石地层,刀具和刀盘的磨损比较严重,地面沉降的控制难度加大,经过土体改良取得了较好的施工效果。

随着土体改良技术等方面的发展,土压平衡盾构的土层适用范围将进一步扩大,越来越多的盾构机应用于地下隧道工程中,将创造巨大的社会价值和经济价值[4]。实践证明,土压平衡式盾构因其能较好地控制地表沉降、保护环境、适应在市区和建筑密集处施工等优点,以及在经济上的优势,正在我国的隧道开挖中正走向普及。

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 发表于2016-11-01   |  只看该作者       筑龙币+10

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