城市轨道交通盾构施工技术简述PPT课件

势 验的积累。
一. 城市轨道交通现状及展望
我
国
盾
（4）建设环境复杂化
构
一直以来，城市地铁的修建都面临穿越城市建筑密集区的挑战，特别是在
技 现今城市建设速度加快的趋势下，隧道穿越城市密集建筑群、水库、高铁线路、
术
桥基等重要建(构)筑物的情况更是屡见不鲜。例如我公司承建的福州地铁2号线7 标仅宁化-西洋一个区间共计穿越建筑物89座。北京地铁4号线动物园至白石桥
城市轨道交通盾构施工技术简述
目录
城市轨道交通现状及展望 地铁盾构施工关键技术
一. 城市轨道交通现状及展望
发 展 现 状
截至2016年末，中国大陆地区共30个城市开通城市轨道交通运营，共计 133条线路，总长达到4152.8公里。其中，地铁3168.7公里，占76.3%，其他 制式城轨交通运营线路长度984.1公里，占23.7%。年度新增运营线路首次超 过500公里。拥有2条及以上城轨交通线路的城市增加至21个。运营线路增多 、客流持续增长、系统制式多元化、运营线路网络化的发展趋势更加明显。
2005年3月26日，上海地铁2号线西延伸工程盾构区间隧道成功贯通，标志 着中铁隧道集团承担的国家“863”计划土压平衡盾构关键技术研究取得阶段性 成果。
一. 城市轨道交通现状及展望
在新一轮的城市地铁建设中，盾构法将发挥更为重要的作用，但同时也面临
我 诸多技术难题，大体为以下几个方面：
国
（1）地质条件多样化
一. 城市轨道交通现状及展望
建设规模持续增长 网络化趋势明显 制式多元化发展
规 划 据不完全统计，58个城市已批复规划线路总投资37018.4亿元。14
个城市投资计划超过1000亿元，除北京、上海、广州、深圳、武汉、重
及 庆、成都等起步较早的城市外，青岛、厦门、西安、贵阳、杭州、合肥 、苏州、长沙等城轨交通新兴城市的投资计划明显加快，将成为“十三
发 五”期间城轨交通发展的新的生力军。 北京、上海、武汉、成都4市超过2000亿元，4市规划线路投资共计
展 达10388.6亿元，约占全国已批复规划线路投资的三成。大城市和特大城 市轨道交通发展仍保持快速增长的态势。
一. 城市轨道交通现状及展望
盾
近50年的城市地铁建设中往过引进、完善、开创了一系列适合中国
在 工技术。 作为盾构技术发展历程中尤为重要的里程碑事件，国家“863”计划不得不
中 再次被提起，2002年8月，国家科技部将直接6.3米土压平衡盾构机的研究设计列 入国家“863”计划。通过公开招标，当时国内盾构设计、制造与施工均有较大
国 优势的中铁隧道集团有限公司和上海隧道工程股份有限公司主要承担了设计、试 验研究、关键技术攻关、样机研制和标准规范编制等。
一. 城市轨道交通现状及展望
建 设 现 状
建设现状显示出了城市轨道交通的快速发展，其市场前景广阔。
一. 城市轨道交通现状及展望
城轨交通总投资计划3.7万亿，多市逾千亿
规 划 截至2016年末，据不完全统计，中国大陆地区已经获得城轨交通建设项目
批复的城市有58个，（包括地方批复的淮安、南平、珠海、红河州、文山洲、渭
构 地质条件、技术条件和经济条件的地铁隧道施工方法，已经由原来单一 的明挖法发展到现在的明挖、盖挖、矿山法、盾构法等多种方法。
技
术
盾构法由于对环境影响小，不受地形、地貌、江河水域等条件限制
发 ，以及施工安全、快速等诸多优点，得到了广泛的应用，下面我们就盾
展 构施工技术的发展历程以及在我国的使用情况、现状和发展趋势做一定 的探讨。
展 趋
计时速120Km/h，所处蛤地-陈屋区 间 长 3.8km ， 为 了 减 少 列 车 运 行 阻 力，节约能源，提高旅客乘车舒适
势 度，首次采用了直径6.7m的外径。
如右图所示。
一. 城市轨道交通现状及展望
我
国
另一方面，由于地铁隧道要穿越建(构)筑物密集的城市，由于线路规划的限
盾 制，同时为缩短建设周期，降低隧道建设成本，地铁断面有从“单洞单线”向“
术
采用地铁盾构隧道型式穿越长江，兰州轨道交通1号线也面临穿越黄河的问题； 正在规划和施工的福州地铁仅1～6号线穿越闽江、乌龙江就多达8次。选择抗水
发 压能力更强但造价颇高的泥水平衡盾构，还是充分利用土压平衡盾构的抗水压极
展 限，其决策将直接影响隧道施工与运营的安全性和经济性。此外，如何根据江河
趋
地质情况选择刀盘刀具，并进行优化配置，并合理处理运营期间水下复杂因素对 隧道结构的不利影响也至关重要。
构
单洞双线”或多种混合交通断面发展的趋势。例如，2011年上海轨道交通11号 线南段土建工程9标隧道采用“单洞双线”断面型式；2012年上海轨道交通16号
技 线再次采用“单洞双线”断面型式；2013年南京地铁10号线长3.6km的越长江
术 隧道采用直径11.2m的“单洞双线”断面型式；北京地铁14号线某段也完成了内
现
建设投资持续增长，“十三五”开局良好
状
据不完全统计（个别城市数据统计不完整，且不含淮安、红河州、珠海、南平、渭南 （韩城）、安顺（黄果树）、三亚、黄石、天水等地方政府批复项目的资金状况），截至 2016年末，中国大陆地区在建线路可研批复投资累计34995.4亿元。初设批复投资累计 28458.6亿元。2016年度完成投资3847亿元。15个城市完成投资超过百亿元，各城市的轨 道交通投资完成情况见下图。
构 右图。
一. 城市轨道交通现状及展望
建 设 现
建设规模快速增长 多市进入快速建设期
截至2016年末，中国大陆地区有48个城市在建线路总规模5636.5公里，在建线路 228条。建设规模300公里以上的有成都、武汉、广州、青岛、北京5市；建设规模在150300公里的有深圳、上海、天津、重庆、南京、厦门、杭州、西安、苏州、长沙10市；建设 规模在100-150公里之间的有昆明、宁波、南昌、佛山、温州、南宁、沈阳、福州8市，详 见下图。
发
直径9 m的大断面隧道。在建的武汉地铁7号线三阳路隧道更是创新性地提出采 用公轨(公路与武汉轨道交通线)合建的断面型式，上层为公路，下层为地铁，隧
展 道直径达15.2m，其断面直径位居国内第一，世界前三，它的修建也将再次刷新
趋 世界越江地铁盾构隧道建设的纪录。如下图所示。
势
一. 城市轨道交通现状及展望
运 营 情 况
一. 城市轨道交通现状及展望
场
运营车站总数为2671座，其中换乘车站457座，车辆场段168座。
站
及 在 4152.8 公 里 的 城 轨交通运营线路中，地铁
制 3168.7公里，占76.3%； 其他六种制式（包括轻轨
式 、单轨、市域快轨、现代 有轨电车、磁浮交通、
结 APM等）共计984.1公里 ，占23.7%，制式构成见
势
一. 城市轨道交通现状及展望
我
（3）结构多元化
国 盾
随着我国城市规模的不断扩张 ，市郊轨道交通不断拓展、市域联 系加强，长距离地铁区间不断出现
构 ，这些区间设计时速往往较高、区
技 术
间长度较长，常规地铁盾构隧道直 径6.0、6.2m的断面已不能满足要求 ，直径7.0、8.0m等中型断面不断涌
发 现。例如，东莞地铁R2线，最高设
一. 城市轨道交通现状及展望
第一类，初期手掘式，以Brunel盾构为代表；第二类：以机械手挖 掘式、气压式为代表；第三类：以闭胸式盾构为代表（泥水式、土压式
盾 ）；第四类：以多功能盾构及复合式盾构为代表。 构 技 术 发 展
一. 城市轨道交通现状及展望
早在1950年初期，我国东北阜新煤矿就有了使用手掘式隧道修建疏 水巷道，1957年在北京市下水道工程中使用小断面盾构施工的记载。但
及 南（韩城）、安顺（黄果树）、三亚、黄石、泉州、台州、海西州（德令哈）、 天水、毕节14个城市），规划线路总长度为7305.3公里。
发 50个城市批复规划线路均超过2条，线网规模超过100公里的城市有28个。 据不完全统计，规划车站4562座，其中换乘站1213座，换乘站占比为26.6%，
展 换乘站占比保持较高水平，表明线路的网络化结构已逐渐形成。 规划线路包含地铁、轻轨、单轨、市域快轨、现代有轨电车、磁浮交通、 APM等7种制式，城轨交通制式继续呈现多元化发展格局。
我 国
可见，我国地铁盾构隧道结构断 面并不限于传统，而是形成了以6m级
盾
直径为主，7、8、11、15 m等多种
构 技
尺寸断面协调发展的新局面，呈现出 多元化发展的趋势，也使我国地铁盾 构隧道的设计与施工技术得到了长足
术
进步。
发
展
然而，国内外大直径复杂断面型式的地铁盾构隧道的应用和研究较少，断面
趋 增大所带来的许多问题并未得到足够的重视，还需开展大量的研究工作和施工经
盾 是能够较为完整的反映盾构技术在我国的使用历史的还是具有软土地基 构 特点的上海地区，其发展历史如下图所示。
在 中 国
手 掘 式
1963
挤 压式
压气 施工
超
大
双
直
泥水式
泥
土圧式
水
泥
式
中 折 装 置
矩 形 断 面
1999
圆
径
盾
构
2006 =15.43m上海长江隧道
2002 上海地铁隧道 3.8m 3.8m陸家嘴地下街
发
展
趋
势
一. 城市轨道交通现状及展望
我
国
（2）越江跨海常态化
盾
我国水系众多，尤其在东南沿海地区与长江、黄河沿线，河湖较为密集，滨 江、临湖城市的地铁穿江越河在所难免。我国上海先后建成轨道交通4号线越江
构 隧道、轨道交通5号线虹梅南路—金海路越江隧道、轨道交通12号线利津路站—
技 复兴岛站区间越江隧道等城轨交通越江隧道；武汉轨道交通2号线于2011年首次
探索期
启用期
全面使用期
一. 城市轨道交通现状及展望
1996年开始的广州地铁1号线建设中使用了从日本引进的泥水加压盾构2台 和土压平衡式盾构1台，广州地区基岩埋深起伏较大，残积土层和风化岩是盾构
盾 的主要穿越地层。这也是国内首次在地质条件较为复杂的地基中进行盾构施工。
构
2001年开工的深圳地铁1号线、南京地铁1号线等一些区间也采用了盾构施
土
土
压
1998 =7.65m黄浦江观光隧道
1996 =11.22m延安東路南黄浦江越江隧道
压 1987 =4.35m 上海市南站电厂越江隧道
网
1985 =4.33m 芙蓉江排污隧道
格
1966 =10.2m 打浦路南黄浦江过江隧道
式
1965 =5.8m 地下铁道
1964 =4.2m 试验工程
=4.2m 试验工程
2016年，中国大陆城轨交通完成投资3847亿元，在建线路全长5636.5 公里，均创历史新高。可研批复投资累计34995.4亿元。截至2016年末，共有 58个城市的城轨线网规划获批，规划线路总长7305.3公里。在建、规划线路 规模进一步扩大、投资额持续增长，建设速度稳健提升。
一. 城市轨道交通现状及展望
一. 城市轨道交通现状及展望
盾
盾构工法是在保证开挖面稳定的前提下，使用盾构机在地下掘进、
构 开挖，同时在盾壳的保护下完成衬砌作业、构筑隧道的施工方法。
技
术
1806年法国布鲁诺尔（Brunel）从小虫打洞受到启发，研究盾构施
发 工法专利，并于1825年采用第一台手掘盾构机（矩形，高6.8m、宽
展 11.4m），在伦敦泰晤士河下修建第一条盾构隧道（全长458米），已有 二百年的历史。
盾
我国城市地铁建设地域分布广泛，东有以上海、杭州等地区为代表的软黏土 ，南有以广州、深圳为代表的软硬不均复合地层，北有以北京地区为代表的典型
构 砂卵石地层，西有以成都为代表的富水砂卵石地层。加之我国东北哈尔滨等地的
技 冻土、云南昆明面临的泥炭质土，中部地区如西安、兰州等地的老黄土，武汉、
术
南京等地越江地铁中的高磨耗卵砾石地层，重庆、福州等地面临的高硬度岩层等 ，我国地铁隧道建设的地质条件种类多样，典型地层如下图所示。
发 区间隧道，采用盾构法施工，与地铁9号线区间暗挖法隧道在其下方以约15°的
展 小角度空间立体交叉。由于交叉穿越的角度较小，彼此之间相互影响显著。
在建线路中，地铁4925公里，轻轨13.4公里，单轨33.4公里，市域快轨300.7公里， 现代有轨电车328.6公里，磁浮交通28.8公里，APM6.6公里，7种制式同时在建。
状
一. 城市轨道交通现状及展望 换乘站大幅增加，城轨交通网络化格局正在形成
建 设
据 不 完 全 统 计 ， 在 建 线 路 共 计 车 站 3463 座 ， 其 中 换 乘 站 1037 座 ， 占 车 站 总 数 的 29.9%，与目前运营线路换乘站占比17.1%相比，换乘站占比大幅提高，各城市轨道交通线 网逐渐形成，网络化进程加快。