第一课(盾构法隧道施工发展史1205)

引言
城市化建设又带动了社会文明的发展，人文自然景观留在 地面，而发电厂、储存库、安全区、管道、隧道等地下都市设 施都建在地下，采用盾构施工技术掘进隧道的方法也得到了不 断的完善。 基础设施密集的 大都市中心区对创造 地下空间提出了更多 更高的要求，大深度、 长距离、狭空间隧道 开挖技术的开发和利 用是决定现代都市可 持续发展的重要因素。
10200
580 465 375 1230 2150 920
3.10～3.45
5.20 2.50 4.00 9.75 3.05 5.95
4.00
1.00 2.00～ 3.00 1.40 1.30 1.70
初期用压缩空气
压缩空气 压缩空气到2.9bar 压缩空气 管片盾构 压缩空气0.6～1.5bar 压缩空气2.0～2.7bar
引言
国内隧道建设前瞻 根据《2006 年中国城市轨道交通与设备行业分析及投资咨询报告》，截至 2005年年底，北京、上海、广州、天津、大连等国内20多个城市在建或准备建设 和规划中新的轨道交通线，线路总长超过4000公里，预计到2050年中国城市轨道 交通线路总长将超过4500公里。
上海规划： 根据现有的144多公里的轨道交
铸铁衬砌
铸铁衬砌 铸铁衬砌 轧制钢 砖砌 内填钢与 混凝土
1917年，日本引进盾构施工技术，是欧美国家以外第
一个引进盾构法的国家。日本国铁羽越线的折渡隧道 的一段，曾采用盾构法施工，但由于地质条件差而被 迫中途停工。 1939 年 -1942 年，日本采用盾构法施工世界上第一条 海峡隧道单线路（下行线）关门隧道完工。（盾构直 径7.182m，隧道总长725.8m）工程。两年后第二条单 线（上行线）关门隧道完工。 1957年，日本东京地铁丸之内线又一次采用了盾构法 施工技术修建了一段区间隧道。
盾构法隧道施工发展史
◆引言 ◆盾构法隧道施工的起源及发展史 ◆盾构法隧道施工基本原理及特点
◆盾构法隧道施工新趋势
引言
进入 21 世纪，世界经济的迅猛发展加 速了城市化建设。随着城市密集度的提高和 高层建筑的不断增加，地面可利用空间越来 越少，而地下又布满了各种用途的管线，所 以，如何更有效利用和创造地下空间已成为 当今城市现代化建设的重要课题，采用盾构 法来开发地下空间则是一种最佳选择。
直径10.22m盾构掘进机
打浦路隧道工程施工
1973年，上海隧道工程建设公司承接金山石油化工总
厂 4 号出水口排水隧道，采用直径 3.6m 水力机械化出 土网格盾构，掘进长度928.8m，隧道衬砌采用无螺栓 连接管片，相邻两环砌块采用错缝拼装。该工程首创 了垂直顶升法建造隧道取排水口的世界新工艺。
垂直顶升施工
垂直顶升排水口
1974 年第一台土压平衡盾构在东京被采用。该盾
构由日本制造商IHI（石川岛播磨）设计并用它掘 进了1900m长的主管线。在以后的年代里，很多制 造厂商以土压盾构、压力保持盾构、软泥盾构、 土壤压力盾构、受压的土壤盾构、泥压盾构，或 泥浆状的土壤盾构等名称生产了 “土压平衡盾 构”。所有这些名称的盾构基本上都应用了同一 种 工 法 —— 国 际 上 称 为 “ 土 压 平 衡 系 统 ” （EPBS）。
盾构掘进相组合使用。在压缩空气条件下施工，标志着 在承压水地层中掘进隧道的一个重大进步，它填补了隧 道施工中一项空白，并使得世界范围内采用盾构掘进隧 道的数目有了很大增加，20世纪初，大多数隧道都是采 用格瑞海德盾构修建的。
根据记载，1825～1911年为世界早期盾构法隧道
发展时期，下表为该阶段盾构法隧道发展概况。
年份 工程 长度 （m） 直径 （m） 日进尺 （m/d） 附注 衬砌
1825-1843
1869-1870 1869-
Thames隧道（London）
Broadway（New York） Tower Subway（London）
460
90 403
11.3х6.7
2.85 2.20
1.50
2.6
Brunel盾构（矩形）
莫斯科
巴黎
伦敦
据记载，人类设想建造各种用途的隧道的历史已 有上千年。
1802年，英国采矿工程
师阿贝尔•马蒂厄提出修 建英吉利海峡隧道的计 划，设计从英法两岸用 一种有掩体结构的挖掘 机修筑隧道，每侧各挖 掘18.7km，最后在瓦恩• 班克浅滩对接贯通。 1803年，爆发英法战争， 使该计划未能实施。
北京：现有地铁1号线及
延长线、2号线和13号线， 在建 5 号线，规划 4 号线、 9号线和10号线等，在08年 运营总里程达到300公里。
天津：现有地铁1号线，
规划了六条线路，总长度 160.6公里。
北京
天津
沈阳：在建1号线工程全
长约 22 公里，预计于 2010 年通车运营。共规划5条线 路。
采用的方法是将所有的单元格被牢靠地装在盾壳上。当 时设计了两种施工方法：
一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由液压千斤顶借助后靠
向前推进；
另一种方法是每一个单元格能单独地向前推进。
第一种施工方法后来得到推广应用，演变为成熟的盾构
法，目前所有的封闭式盾构都是基于这种方法。
布鲁诺尔在伦敦泰
1964年英国摩特•亥和安德森及约翰•巴勒特申请了
泥水加压平衡盾构掘进机原理专利。
1966 年 5 月，上海隧道建设公司用盾构法设计建造中
国第一条水底公路隧道 ——打浦路隧道。打浦路隧道 全长 2.7km ，隧道部分长 1320m ，外径 10m 。所用网格 盾构有所改进，敞开式施工可转换为闭胸式施工。
阿贝尔· 马蒂厄设计的隧道
1818 年，法国工程师布鲁诺尔（ Mare Isambard Brunel ）
在伦敦从船蛀在船板上蛀孔，再用分泌物涂在孔的四周中得 到启示，发现了盾构法掘进隧道的原理。
后来Biblioteka Baidu布鲁
诺尔完善了 构思，注册 了专利。
布鲁诺尔注册专 利的盾构
布鲁诺尔构想的盾构机械内部结构由不同的单元格组成，
广州：到2010年，建成8
条线路，总长189公里。 沈阳
广州
引言
国内主要城市：
深圳：中期规划8条线路，
总长约230多公里。 西安
成都：成都市快速轨道交
通网由7条线路组成，线路总 长度约274公里，其中地下线 长度约144公里。 西安：远期规划的西安地 铁总长为251.8公里，由三条 骨干线和三条辅助线组成。 近期建设规划（ 2015 年内） 建设2条总长50.3公里的线路。 南京：规划6条线路，总长 约137公里。 深圳
1980年，上海隧道建设公司（现名：上海隧道工
程股份有限公司）开始进行上海盾构法隧道地铁 试验工程，采用直径6.412m网格式机械出土盾构。 掘进长度为565m，采用泥水加压和局部气压施工。 1980年11月开始地铁试验一期、二期盾构推进， 1982 年 12 月推进结束； 1983 年 6 月开始地铁试验 三期盾构推进，1984年10月推进结束，隧道总长 为1130m。
电缆隧道内景
1989 年，日本最引人注目的泥水盾构隧道工程开工。
东京湾海底隧道长 9.1km，是世界最长的公路专用海 底隧道，用8台直径 14.14m的泥水加压式盾构施工。 到 1996 年 10 月底各工区的盾构已在海底进行地中对 接。 1997 年 12 月 18 日东京湾横断道路贯通，使川崎 到木更津的路程时间缩短到原来的39%。
1962 年 2 月，上海隧道建设公司（现名：上海隧道工程
股份有限公司）开始启动塘桥试验隧道工程。采用直径 为 4.16m 的一台普通敞胸盾构在两种有代表性的地层下 进行掘进试验，用降水或气压来稳定粉砂层及软粘土地 层。试验获得成功，采集了大量盾构法隧道数据资料。
Ф4.16m试验型盾构掘进机
试验隧道盾构掘进机准备始发推进
东京湾海底隧道示意图
泥水盾构掘进机结构示意图
1989 年 10 月，在日本广岛 54 号国道系统盾构工程建 设中，为确保广岛城和城市公园的景观，首次采用 石川岛（ IHI ）设计制造的φ6.09m×W10.69m 双圆盾 构机施工了世界第一条DOT隧道，该隧道总长850m。
晤士河下的隧道工 程中首次使用这种 盾构 , 设想成为现实。 矩形盾构断面尺寸 为 11.3m×6.7m 。 泰 晤士河下的隧道工 程 始 于 1825 年 ， 施 工期间遇到了许多 困难，在经历了五 次以上特大洪水后， 直 到 1843 年 才 全 部 完工。
泰晤士河底隧道施工时涌水
1866年，莫尔顿申请“盾构”专利。盾构最初称为小筒
1987 年，上海市隧道工程股份有限公司承建市南站
过 江 电 缆隧 道 工 程 ， 成 功 设计 了 我 国第 一 台 直径 4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，能控制正面土压 平 衡 和 减少 地 面 沉降 ， 施 工速 度 快 ，掘 进 长 度达 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。1988年 1月开始盾构推 进，9月推进结束。
1982 年，上海隧道建设公司承建长 1476m 的延安东路
北线隧道工程，采用自行设计的直径 11.3m 网格型水 力机械出土盾构掘进机。
Φ11.3m网格盾构掘进机
盾构掘进机结构示意图
1987 年 5 月，英法海峡隧道工程开工。两条铁路隧道中心距为
30m ，内径为 7.6m ，中间辅助隧道的内径为 4.8m 。隧道穿越海 峡的最窄处，距离为50.5km。有近37km隧道完全处在海峡底下。 掘进隧道管线总共用了十一台盾构机，法国一侧用了5台，英国 一侧用了6台。辅助隧道的盾构偏差只有 350mm（水平）和60mm （垂直）。隧道工程1991年中期完工，1993年夏季首辆短程列 车穿过该隧道，1994年夏末正式对外开放。
或圆筒，在莫尔顿专利中第一次使用了“盾构” （shield）这一术语。
1869 年，工程师詹尼斯 •亨利•格瑞海德用圆形盾构再次
在泰晤士河底修建了一条隧道，隧道衬砌第一次采用了 铸铁的衬砌管片，隧道基本上是在不透水的粘土层中掘 进，格瑞海德的圆形盾构成为后来大多盾构的模型。
1886年，格瑞海德在伦敦地下施工中将压缩空气方法与
Breach盾构 Greathead盾构
砖砌
砖砌 铸铁衬砌
1886-1890
1890-1893 1892-1894 1896-1899 18981899-1904 1907-1911
City South Subsay （London）
Glasgow Harbour road Sewer gallery（Clichy） Spree road隧道（Berlin） Orleans Railway（Paris） Sewer隧道（Hamburg） Elb隧道 Clichy
通基础，在 2010 年前扩建至 400 公 里，2012年更达520公里。 截至 2010 年，上海计划建筑军 工路、长江路、打浦路复线、龙 耀路、新建路和崇明长江隧道等 数条越江大隧道。
引言
国内主要城市： 目前国内大力发展轨道交通的城市有北京、天津、沈 阳、广州、深圳、成都、西安、南京、杭州等十多个。
第一课 盾构法隧道施工发展史 第二课 隧道轴线控制技术 第三课 管片拼装技术
第四课 同步注浆技术 第五课 隧道防水技术 第六课 主要配套设备操作及用电 第七课 隧道施工安全生产 第八课 隧道测量技术 第九课 隧道施工总体筹划 第十课 盾构法施工对地层的影响和防治 第十一课 盾构法隧道施工技术及工程实例分析 第十二课 盾构法隧道施工质量通病及防治
南京
杭州：2010年前完成2条线
路，总长约 82 公里。远期规 划8条线路，总长278公里。
成都 杭州
引言
国外隧道发展：
日本东京：东京大都市圈现有 280
多公里地铁线，拥有轨道交通线路 近2000公里。在建一条新线路 ,从东 京秋叶原到茨原县的筑波 ,共有58.3 公里。 美国纽约：纽约地铁系统有 27 条 线路，总长达722英里(合1162公里)， 468个车站遍及全市。 法国巴黎：长度为200公里的市内 地铁占 52.6 ％，快速地铁占 12.4 ％。 英国伦敦：地铁 500 公里，共 273 个地铁车站，可日运300万人次，足 够解决40％的出行人员的需要。 俄国莫斯科：莫斯科地铁全长 220 多公里，其布局与地面的布局一致， 呈辐射及环行线路。地铁总共有 9条 线，包括 8 条辐射线和 1 条环行线， 有150个站台。 纽约 东京