1、 我国隧道盾构掘进机技术的发展现状 1. 我国盾构隧道掘进技术的发展历史 盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。 我国的盾构掘进机制造和应用始于 1963 年，上海隧道工程公司结合上海软土地层对盾构掘进机、预制钢混凝土衬砌、隧道掘进施工参数、隧道接缝防水进行了系统的试验研究。研制了 1 台直径 4.2m 的手掘式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验，隧道掘进长度 68m。 1965 年，由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的
2、2 台直径 5.8m 的网格挤压型盾构掘进机，掘进了 2 条地铁区间隧道，掘进总长度 1200m。 1966 年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的我国第一台直径 10.2m 超大型网格挤压盾构掘进机施工，辅以气压稳定开挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长度 1322m。 70 年代，采用 1 台直径 3.6m 和 2 台直径 4.3m 的网格挤压型盾构，在上海金山石化总厂建设 1 条污水排放隧道和 2 条引水隧道，掘进了 3926m 海底隧道，并首创了垂直顶升法建筑取排水口的新技术。 1980 年，上海市进行了地铁 1 号线试验段施工，研制了一台
3、直径 6.41m 的刀盘式盾构掘进机，后改为网格挤压型盾构掘进机，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1230m。 1985 年，上海延安东路越江隧道工程 1476m 圆形主隧道采用上海隧道股份设计、江南造船厂制造的直径 11.3m 网格型水力机械出土盾构掘进机。 1987 年上海隧道股份研制成功了我国第一台 4.35m 加泥式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，掘进长度 583m，技术成果达 到 80 年代国际先进水平，并获得 1990 年国家科技进步一等奖。 1990 年，上海地铁 1 号线工程全线开工， 18km 区间隧道采用 7 台由法国 FCB公司、上海隧道股份
4、、上海隧道工程设计院、沪东造船厂联合制造的 6.34m 土压平衡盾构掘进机。每台盾构月掘进 200m 以上，地表沉降控制达 +1 -3cm。1996 年，上海地铁 2 号线再次使用原 7 台土压盾构，并又从法国 FMT 公司引进 2 台土压平衡盾构，掘进 24km 区间隧道。上海地铁 2 号线的 10 号盾构为上海隧道公司自行设计制造。 90 年代，上海隧道工程股份有限公司自行设计制造了 6 台 3.8 6.34m 土压平衡盾构，用于地铁隧道、取排水隧道、电缆隧道等，掘进总长度约 10km。在 90年代中，直径 1.5 3.0m 的顶管工程也采用了小刀盘和大刀盘的土压平衡顶管机，在上海地区使用
5、了 10 余台，掘进管道约 20km。 1998 年，上海黄浦江观光隧道工程购买国外二手 7.65m 铰接式土压平衡盾构，经修复后掘进机性能良好，顺利掘进隧道 644m。 1996 年，上海延安东路隧道南线工程 1300m 圆形主隧道采用从日本引进的11.22m 泥水加压平衡盾构掘进机施工。 1998 年，上海隧道股份成功研制国内第 1 台 2.2m 泥水加压平衡顶管机，用于上海污水治理二期过江倒虹管工程，顶进 1220m。 1999 年 5 月，上海隧道股份研制成功国内第 1 台 3.8m3.8m 矩形组合刀盘式土压平衡顶管机，在浦东陆家嘴地铁车站掘进 120m，建成 2 条过街人行地道。
6、2000 年 2 月，广州地铁 2 号线海珠广场至江南新村区间隧道采用上海隧道股份改制的 2 台 6.14m 复合型土压平衡盾构，在珠江底风化岩地层中掘进。 2.网格挤压式盾构掘进机的应用 1965 年 6 月，上海地铁 60 工程区间隧道采用由隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的 2 台 5.8m 网格挤压 型盾构施工，总推力为 3.724104kN。隧道覆土约 12m，掘进长度 2600m。盾构推进穿越的建筑物和地下管线均未受影响。1967 年 7 月，地铁试验工程完成，这是我国首次采用盾构掘进机施工地铁隧道。 1967 年 3 月，上海打浦路越江公路隧道采用 10.2m 网格挤压型盾构，
7、掘进总长 1324m。盾构总推力达 7.84104kN。盾构穿越地面以下深度为 17 30m 的淤泥质粘土层和粉砂层，在岸边段采用降水全出土、气压全出土和局部挤压方法施工，在江中段采用全气压局部挤压出土法施工。 1970 年以来，上海又用网格挤压盾 构在长江边和海边建成了 6 条 3.6 4.3m的排水及引水隧道。北京、江苏、浙江、福建等省市也用盾构法建造了各种不同用途的小直径隧道。 1983 年，上海建设第 2 条黄浦江越江公路隧道一延安东路隧道。 1476m 圆形主隧道采用盾构掘进施工，其中 500m 穿越黄浦江底， 500m 穿越市中心区建筑密集群。为提高掘进速度和确保隧道沿线的构筑物安
8、全，上海隧道公司自行设计研制了 11.3m 网格型水力出土盾构，这是在网格挤压型盾构基础上发展起来的新颖掘进机。网格上布有 30 扇可开启和关闭的液压闸门，具有调控开挖面进土部位、面积和进土 量的作用，可辅助盾构纠偏和控制地面沉降。网格上还布设了20 只钢弦式土压计，可随时监测开挖面部位土压值的变化，首次在盾构掘进过程中实现信息化施工。开挖面高压水冲切土体，并采用大型泥浆泵接力输送泥浆，自动计量装置控制出土量，实现掘进、出土运输自动化。衬砌拼装机的回旋装置首次采用了带制动器的大扭矩液压马达，起重量达 5t，运转平衡。盾尾密封装置吸收国外新技术，采用三道钢丝刷，并注入自行研制的盾尾油脂，确保了盾
9、尾密封。盾构推力由尾部周围 48 只油压千斤顶提供 1.08105kN 推力，采用 11.3m网格型水力出土盾构 ，顺利穿越江中段浅覆土层和浦西 500m 建筑密集区，保护了沿线的主要建筑物和地下管线。该盾构技术成果被评为国家科技进步二等奖和上海市科技进步一等奖。 3.土压平衡盾构掘进机的开发和应用 70 年代以来，英国和日本分别开发了具有刀盘切削的密闭式的可平衡开挖面水土压力的两种新颖掘进机一泥水加压平衡盾构和土压平衡盾构，使盾构掘进技术发生了一次新的飞跃。 1975 年，日本隧道业兴起了泥水加压盾构热， 1978 年起，土压盾构也得到广泛的应用。 1987 年，上海隧道工程公司成立土压盾构
10、攻关小组，在消化吸收国外土压平衡盾构机理 和设计制造技术的基础上，研制了国内首台 4.3m 加泥式土压平衡盾构掘进机。 4.35m 土压平衡盾构全部采用国产部件，由上海船厂制造，用于市南站过江电缆隧道。隧道总长度 534m，在黄浦江底掘进，隧道埋深 21 30m，穿越土层主要为砂质粉土。隧道掘进顺利解决了高水压情况下的密封和砂性土的加泥塑流技术难题，施工性能技术指标达到 80 年代国际先进水平，技术成果获 90 年国家科技进步一等奖。 在掌握了国际先进的土压盾构技术以后的 10 余年间，隧道公司又陆续设计制造了 10 余台 3.8 6.34m 土压平衡盾构，用于取排水隧道 和地铁隧道。 199
11、3 年，制造了 1 台 6.34m 土压盾构，用于南京市夹江排水隧道工程，穿越粉砂地层，掘进长度 1294m。 1990 年，国务院批准上海地铁 1 号线开工建设，圆形隧道选用 7 台 6.34m 土压平衡盾构推进。第 1 台 6.34m 土压盾构于 1991 年 6 月始发推进， 7 台盾构掘进总长度 17.374km， 1993 年 2 月全线贯通，掘进施工期仅 20 个月，每台盾构的月掘进长度达 200 250m。掘进施工穿越市区建筑群、道路、地下管线等，地面沉降控制在 +1cm -3cm。 6.34m 土压平衡盾构见图。 1995 年上海地 铁 2 号线 24km 区间隧道开始掘进施工
12、，地铁 1 号线工程所用的7 台 6.34m 土压盾构经维修以后，继续用于 2 号线区间隧道掘进，同时又从法国 FMT 公司和上海的联合体购置 2 台土压盾构，加上上海隧道股份制造的 1 台土压盾构，共计 10 台土压盾构用于隧道施工，并从日本三菱重工引进 4 台6.14m 土压平衡盾构。 2000 年开工兴建的地铁明珠线二期区间隧道仍使用这 10 台 6.34m土压平衡盾构施工。 2000 年，广州地铁 2 号线工程海珠广场至江南新村 3423m 区间隧道选用 2 台6.14m 复合型土压盾构掘进施工。地铁隧道要从珠江 底穿越，埋深 16 28m，掘进地层主要为全风化岩。 2000 年，北京
13、地铁 5 号线工程进行区间隧道盾构掘进试验工程，引进 1 台土压平衡盾构掘进机。南京地铁 1 号线区间隧道也选用 3 台土压平衡盾构掘进机。 4.泥水加压平衡盾构的引进和开发应用 泥水加压平衡盾构是 70 年代英国最早开发和应用的， 1975 年起在日本得到广泛的应用。 1994 年，日本东京湾道路隧道工程采用了 8 台世界最大直径 14.14m泥水加压平衡盾构掘进 18.8km 海底隧道，这是世界最先进、自动化程度最高的盾构掘进机。 1994 年，上海延安东路隧道南线 1300m 圆形主隧道施工引进日本三菱重工制造的 11.22m 泥水加压平衡盾构。 泥水盾构设有掘进管理、泥水输送、泥水分离
14、和同步注浆系统。掘进管理和姿态自动计测系统能及时反映盾构开挖面水压、送泥流量、排泥流量、送泥密度、排泥密度、千斤顶顶力和行程、刀盘扭矩、盾构姿态、注浆量和压力等参数，便于准确设定和调整各类参数。泥水输送系统和泥水处理系统。 延安东路南线隧道工程施工的 11.22m 泥水加压盾构具有自动化程度高、盾构掘进对周围地层影响小的优点。盾构穿越厂房、防汛墙、地下人行道、高层建筑十分安全，沉降量小于 2cm。掘进 速度一般为 6m/d，最高达 12m/d。 广州地铁 1 号线工程于 1996 年引进 2 台 6.14m 泥水加压平衡盾构，掘进5852m。掘进地层为粉细砂、中砂、粗砂、粉质粘土和风化岩。 上海隧道股份在消化吸收 11.22m 泥水平衡盾构基础上，基本掌握了泥水加压
