盾构法隧道与应用——第一章第一节盾构法隧道的起源及历史(五)

1994年10月，南京第一条用盾构法施工的秦淮河治理工程夹江隧道推进。

秦淮河治理夹江隧道工程是南京市府的一项重点工程，位于南京城外西南角，隧道位于长江南岸棉花堤至江心洲之间的水下地层浅处，隧道全长403m，上方覆土层仅7m。

最具风险的是盾构推抵江中段，即钻入全断面粉砂层中，该粉砂层上方没有其它土层与夹江水间隔。

直径6.34m土压平衡盾构掘进机于1995年2月5日顺利进入江心州接收井。

南京夹江直径6.34m盾构掘进机
1995年，上海地铁2号线24km区间隧道开始掘进施工，地铁1号线工程所用的七台φ6.34m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两台土压盾构，加上隧道股份制造的一台土压盾构，共计十台土压平衡盾构用于隧道施工，并从日本三菱重工引进四台φ6.14m土压平衡盾构。

1995年，上海开始研究矩形隧道技术。

1996年研制一台2.5m³2.5m可变网格矩形隧道掘进机，顶进矩形隧道60m，解决了推进轴线控制、纠偏技术、沉降控制、隧道结构等技术难题。

矩形隧道掘进机第一次工程应用是在上海地铁2号线陆家嘴车站5号出入口通道工程。

该工程位于浦东陆家嘴金融贸易中心区，工作井及接收井分布于延安东路隧道引道段南侧和北侧，设计的两条矩形隧道，长各80m，主要穿越陆家嘴路、延安东路隧道浦东引道段及上水管、煤气管、污水管等。

矩形顶管机
根据工程需要，隧道股份设计的矩形掘进机断面为3.8m³3.8m组合式刀盘式土压平衡矩形顶管机。

这台掘进机的特点是刀盘设计新颖，机头正面四个角设有仿形刀，能解决矩形断面四个角的土体切削，既能保持土压的平衡，又能对周围土体的扰动较小。

工程总平面、纵剖面图
在实际施工中，我们严格控制顶进轴线，顶进速度控制在15mm/min左右，力求均衡施工。

施工中，对始发推进段的管节上部进行注浆，机头没有发生“背土”现象。

随着隧道掘进的延伸，还是进行持续、均匀压浆，迅速填充掘进机与土层的建筑空隙，保证了顶管管道上部土体的稳定。

最终，延安东路隧道引道段的地表沉降控制在10mm以内，环境保护、管线保护和地面交通保护都完全符合设计要求。

矩形隧道掘进机成功在上海地铁2号线人行出入口过程中得到成功应用，标志着上海在矩形隧道施工方面有了一个重大的突破。

1996年，上海延安东路隧道南线工程开始施工。

长1300m圆形主隧道采用从日本引进的直径11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。

泥水平衡式盾构大致可分为盾构掘进机、掘进管理，泥水输送。

泥水处理和同步注浆等五大系统。

该盾构系统设计合理，掘进系统操作方便，盾构的数据采集，信息反馈能力极强。

掘进系统设有操作步骤设定，各操作步骤间设有联锁装置以制约因误操作而引起事故。

管片在盾构车架间的垂直、水平运输和拼装均采用无线遥控控制，操作方便，施工安全可靠。

该盾构掘进机外径，φ11220mm；盾尾内径：φ11080mm；盾构总长：10945mm；盾尾设有三道刷状密封装置，总推力；112000kN(3500kN³32)；最大掘进速度：46mm／min。

举重臂：管片提升力216kN，采用液压油马达旋转驱动形式，旋转驱动速度：0～0．63r／min；旋转角度；±220°大刀盘采用十二台75kW电动机旋转驱动，刀盘旋转挖掘外径：φ11240mml额定力矩；18550kN²m，最大力矩，22260kN.m。

刀盘两侧设有两把仿形超挖刀，最大超挖直径：φll500mm，最大超挖量：4．65m3／环。

直径11.22m泥水平衡式盾构示意图
延安东路隧道南线工程经过隧道股份技术人员的共同努力，盾构顺利地穿越了素混凝土地下连续墙、江中浅覆土区、自行车地道、工商大厦地下车库、江西路管线群等重要构筑物及地下管线，保证了盾构施工过程中的工程安全和环境安全，减少了诸多辅助措施的实施，避免了大量的动拆迁及修补工作，产生了显著的社会效益和经济效益。

隧道工程所涉及的技术种类多、范围广、难度高，充分体现了我国在软土地下工程领域的施工实力，填补了我国泥水平衡盾构施工隧道的空白。

1996年，广州地铁1号线工程引进两台直径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。

1996年9月，上海地铁2号线杨高路站～东方路站区间隧道盾构施工，1997年4月全线贯通。

1997年4月，上海地铁2号线陆家嘴路站～东昌路站区间隧道盾构施工，8月承建静安寺站～石门一路站区间隧道，分别于1997年11月和1998年2月全线贯通。

1897年6月，日本营团地铁7号线采用世界最大直径的泥水盾构掘进。

营团地铁7号线 (南北线)，是以品川区的目黑站为起点，绕过皇宫西侧，南北方向纵贯市心区，终点在北区的赤羽岩渊站，全长为21.4km的线路。

使用了直径14.18m超大型断面泥水盾构机，从工作井推出，到麻布通风井为止的363.8m长度内筑造三线隧道工程。

对本工程中所使用的盾构机，还得继续施工从麻布通风井～清正公前车站止、长度为777m的双线隧道，是采用外径9.70m盾构掘进的，此盾构机内藏在上述大盾构机体之内，也是世界上最大直径的“搂抱式母子泥水盾构机”。

通常，对断面不同的盾构隧道，是要使用两台不同规格的盾构机，各自掘进不同的断面。

在施工长度短的区间中，会造成明显的不经济的结果。

“搂抱式母子泥水盾构机”只要用一台盾构机，就可以掘进不同断面隧道的两段区间施工长度，这是以提高经济性能为目的而开发出来的新颖盾构机种。

母机盾构从麻布车站推出，掘过了3线车道区间，在到达麻布通风井后，就把子机盾构从母机盾构体内分离推出。

分离后在竖井内经改造成为双线盾构机，然后再从通风井到清正公前站为止的长度内掘进以线车道的区间。

搂抱式母子泥水盾构机是在1997年6月中旬顶出的，于次年元月上旬顺利到达目的的。

在1998年2月底分离出来的子机盾构，接下来便是从麻布通风井顶出，到清正公前车站止的复线隧道的施工。

1997年10月，德国采用盾构法建设易北河第四管隧道，该隧道工程投资﹩42110万，施工进度达到每日14m。

盾构掘进机于2000年3月2日完成隧道掘进，精确地推入到北岸入洞井。

易北河第四隧道盾构直径达到14.2m，是目前所制造的直径最大的泥水加压平衡盾构，盾构机全长60m，并安装了17台液压马达，能产生功率3500kW。

盾构机总重约为2600t，其中刀盘重400t。

盾构穿越的土层地质情况复杂，连续的粘性土和非粘性土层内含各种杂质土：即松散至密实的砂、砾石、粘土质含云母的粉土以及冰川泥灰岩。

直径14.2m盾构的切土刀盘是专门用于穿越易北河的地基，且安装了总共30个431.8mm的圆盘滚刀和120个刮土刀。

3200kW的传动装置可提供最大安装扭矩26MN-m，可变转速最高达2.5r/min。

刀盘中部装有一个直径为3m的单独掘进机，它能在两个方向旋转，与主刀盘无关。

刀盘的可变转速为0～2.5r/min，最大扭矩600kN-m，并可在主刀盘前移动600mm。

中央独立掘进机还有其自己的独立泥水循环路线，并能保持刀盘自由转动，效用是很显著的。

这种独立刀盘已经证实使用切土扭矩可减少至50%。

所有的盾构钢制构件设计可承受的运行压力可达5巴(1bar=0.1MPa)。

易北河盾构设计中一项主要技术革新是可以进入切土刀盘五个主要轮辐中，并在常压条件下更换切土圆盘和刮土器。

在地基具有磨耗性的条件下，人员进入加压掘进间并更换刀具的频率要比预计的高。

直径14.2mTrude 泥水盾构掘进机进入接收井
1998年6月，位于新建的世纪大道下的上海地铁2号线陆家嘴至东昌路区间隧道联络通道，采用矩形掘进机成功地实施了联络通道的掘进施工。

联络通道顶进施工穿越的地层为灰色粘土和灰色粉质粘土，土的含水量较少、强度较高、渗透系数小。

刀排式土压平衡矩形掘进机的特点：刀排式掘进机为土压平衡型，全断面切削土体，螺旋输送机出土，能有效控制地面沉降，最大限度地减少对土体的扰动，结构简单，操作方便，造价低。

掘进机外形尺寸为长1700mm、宽1900mm、高2600mm，刀排最大切削力为440kN，刀排运动速度0.015~0.035m/s，螺旋机直径350mm，转速0~19rpm，排土能力12m3/h。

1998年12月，上海中国第一条较长距离的水底观光游览隧道――上海外滩观光隧道盾构施工。

采用国外二手直径7.65m
铰接式土压平衡盾构施工。

外滩观光隧道东起浦东国际会议中心南广场，西抵浦西外滩陈毅广场，全长646.7m。

隧道施工不仅工期短，还要在极大的坡度和曲率的条件下，穿越建成才三个月的地铁2号线的两条越江隧道，观光隧道与地铁隧道间之间土
层仅1.47m，形成越江隧道施工中罕见的“三隧叠交”，施工工况极其复杂和严峻，隧道股份运用首创“盾构施工专家系统”，实施了盾构穿越叠交点施工的技术创新和实时监控，一举成功地从地铁2号线上悄然通过，顺利掘进隧道644m，创造了中外越江隧道史上的奇迹，开创世界盾构法隧道叠交施工的新技术。

上海外滩观光隧道于1998年12月11日盾构出洞，1999年3月28日进入浦西接收井，仅用了100天就成功贯通，实现了中国软土隧道施工史上的又一次飞跃。

中国第一条越江观光隧道（φ7.65m）全线贯通
1999年1月，埃及开罗长2.4km爱资哈尔道路双线隧道开始掘进，采用直径9.35m混合盾构施工。

隧道总长度2320m，掘进隧道长度1700m，隧道外径9.15m，隧道内径8.35m。

原初的设计差不多都满足严格的欧洲安全标准，每400m设有紧急出口，可以从这条隧道走到另一条隧道。

当施工已开始，一些欧洲国家开始调整隧道安全规则，于是出口间距再设计成200m。

横通道施工在地下水位以下30m处。

在开罗这是艰巨的工作，承包商于是建议利用宽3m、高2.07米、位于路面板以下的技术廊道改变成逃逸通道。

逃逸乘客走到短程的滑道，然后走到通风站，那里有阶梯通地面。

滑道计划代表被认为是加强安全的重大措施，因为这时隧道内逃逸点现在已经是100米间距。

廊道空气要轻微加压，以免烟雾进入，并且长时灯光通明，滑道进口路面高度装备有警示灯。

2000年5月开罗爱资哈尔道路双线隧道掘进完毕，2001年10月通车。

埃及开罗长2.4km爱资哈尔道路双线隧道贯通
1999年1月，英国自海峡隧道后开始在HULL市Humbercare工程中进行最大的隧道工程，此项工程总投资8.6亿，由TBM 盾构切削10.5km。

1999年2月，瑞士的阿尔卑斯山脉运输工程的资金已经到位，它包含了史无前例的57km长的Gotthard双条隧道工程。

1999年5月，荷兰开始用直径9.6mTBM盾构掘进长3.4km的Botlek隧道，这也是该国掘进的第一条双轨隧道。

1999年5月，曼谷地下公众运输轨道系统的南段部分（首期项目）两台新的川崎重工生产的土压平衡盾构开始施工。

两台盾构从线路Rama站出发，向南掘进构成两条平行的隧道，它穿越泰国首都的商业区、直达河边的城市中心区。

作为业主的城市快速交通运输局已将日本提供资金的项目分为几个设计、施工段，每段长11km。

直径6.3m川崎盾构将开始南段线路的首期4～5km的施工掘进，此段施工由日本承包商Kunagi Gumi与当地公司Charn Karnchang、日本的Tokyu公司和德国Bilfinger&Berger 公司组成的联合企业承担。

1999年6月，深圳开埠以来第一台地铁盾构开始掘进益田～香蜜湖区间隧道。

此次由深圳地铁有限公司建设，由上海隧道工程股份有限公司设计、施工总承包，法国索菲图顾问公司监理的深圳地铁一期2A标由两条外径6.0m的区间隧道及部分结构工程组成，其中益田～香蜜湖左右线隧道长度分别为1594.50m和1597.45m。

由于首次在深圳地区采用盾构法隧道施工，在施工的实际过程中将面临许多难题：盾构不仅要穿越许多地下管线和新洲河堤坝等众多重要建筑，还将多次穿越软硬交错的地质断裂带，这对盾构机械性能和施工技术都是严峻的考验。

据统计，深圳地铁一期工程全长14km左右，其中65%的区间隧道采用矿山法施工，有5公里左右的区间隧道要用盾构法施工。

由于盾构隧道在环保、安全、质量等方面具有矿山法难以比拟的工法。

深圳地铁一期工程中盾构法的出色表现，不仅给深圳今后的隧道建设产生深远影响，还会给全国许多复合型质的地区隧道建设产生了重大影响。

1999年6月，荷兰WESTERSCHELDE隧道开建。

WESTERSCHELDE隧道是北海和安特卫普的水道，在其底下开建两条长6.6km 平行隧道，其外径11.33m，使用两台混合式盾构。

预期的最大支撑压力达8巴（比东京湾隧道的5巴要大）。

具有高塑性的BOOMSE 粘土（易于粘结）成为特殊挑战。

全长土质情况34%全部是砂，32%全部是粘土，34%混合的粘土和砂。

1999年7月，北京第一条盾构法隧道亮马河污水盾构工程开工。

亮马河污水管线工程总长为2459m，其中1658m段按设计要求采用盾构技术施工。

盾构段隧道为圆形，内径2.7m，结构厚度0.25m，隧道覆土5～8m，沿线建筑物密集，而且多为居民平房，地下水位高，施工难度大。

该工程分为东西两段施工，西段长919m，东段长739m。

西段从1999年7月5日开工，到2000年3月1日结束。

东段从3月16日零时正式掘进，5月18日完成。

1999年9月，代表国内铁路隧道修建的最高水平--秦岭I线隧道胜利贯通。

科研、设计施工中均取得了技术进步：（1）隧道全长18.4km，是我国在建的最长隧道；（2）隧道最大埋深1600m，是我国埋深最大的铁路隧道；（3）I线施工，引进世界上最先进的掘进机(简称TBM)施工的铁路隧道；（4）我国铁路隧道是第一次采用GPS全球定位仪定位；（5）我国铁路隧道建设首次应用VS大地音频电磁测深仪勘探；（6）隧道施工进行准确超前预报(是我国第一次经过地质选线子阶段工作)；（7）隧道施工精度最高(水平偏差只有12mm，高差仅为2mm)。

秦岭I线隧道工程建设的整体技术水平提高，成为我国隧道修建技术的标志性工程。

继已建成的大瑶山隧道(全长1413km，最大埋深900m，用15年时间建成)后的秦岭特长隧道，更代表了我国铁路隧道修建技术的先进水平。

1999年12月，俄罗斯东部建造11km双条卡赞隧道。

承包商KAZMETROSTROI采用直径5.6m的TBM盾构进行掘进。

该TBM
盾构正在始发井中拼装。

它备有一个适用于软土施工的刀盘，同时也适用于土压平衡切削。

它被设计可以应付淤泥、回填土、粘土以及砂等地质。

最大切削深度为－28m，可承受的最大水压力为1.9Pa。

管节将由7块管片组成，由拼装机拼装，拼装后隧道内径为5.1m，管片宽度1m。

泥土从正面被运送出去，主要通过皮带输送机和一个长10.5m的螺旋输送机，此时将达到正面土压平衡。

双条隧道将穿越入口密集的城市，沉降不允许超过10mm，并由卡赞市地铁建设管理局作出承诺。

此工程资金一半由塔塔斯坦投资，一半由俄联盟投资，此地铁的第一期将于2005年开始运营，正好是卡赞市的100年纪念日。

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两台直径6.14m复合型土压平衡盾构，在珠江底风化岩地层中掘进。

2000年3月，上海开工兴建地铁明珠线二期区间隧道，仍然使用地铁1号线的十台直径6.34m土压平衡盾构施工。

2000年4月，北京地铁5号线工程进行区间隧道盾构掘进试验工程，引进一台土压平衡盾构掘进机。

南京地铁1号线区间隧道也选用三台土压平衡盾构掘进机。

2000年5月，俄罗斯嗒旦共和国的首都克山第一条地铁采用LOVAT直径5.7m盾构完成1200m的隧道推进。

盾构再回到原地开始其第二条1.2km掘进。

第一条地铁全长8.7km、5个车站，隧道深度在18m，穿过饱和地层。

该隧道采用锲形混凝土管片，用1m宽螺拴连接垫片密封的7块管片，另外还有1块封顶块；采用TACS导向系统可预告盾构方位，每环管片的顺序，借以克服定线的复合式曲线段；盾构一旦离开衬砌环，高规格中空环形压浆将消除俄罗斯迄今使用的管片接缝的嵌缝和第二次衬砌。

该线拟定于2005年8月通车。

2000年5月，日本在地下铁道――未来港21线本街盾构建设中首次采用DPLEX盾构。

未来港21(以下简称MM21)线，以横滨车站起经过“MM21地区”，“北仲地区”，在山下公园，中华街处连接上有名的“元街”为止，是全长约为4.1km的地下铁道新设置线路。

车站之间的五个区间隧道，是以盾构施工法来连接的。

其中，介于北仲车站和县府前车站之间的450m内，是本街盾构隧道，在地下铁道建设中，首次采用偏心多轴式(DPLEX)的泥土加压盾构法掘进的。

本工程是从MM21线的北仲站始发推进的，到县府前站间的并列单线盾构隧道，按使用DPLEX方式的泥土加压式盾构工法建造隧道工程。

工程概况：工程地点：横滨市中心区本街一段
发包者：日本铁道建设公团东京分公司
施工者：间²大丰²森本特定建设工程共同企业体
工期：1998年3月～2001年2月
工程内容：施工长度452m³2 (盾构掉头回转推进)
盾构外径：φ7510mm
管片种类：钢筋混凝土管片
管片外径：φ7000mm
管片内径：φ6400mm
管片宽度：B1200mm
2000年9月，美科罗拉多隧道掘进创班尺最高纪录。

美国承包商Affholder公司采用直径3m的全断面巷道掘进机，在科罗拉多州普赖陶利管道更换（PCPR）二期工程的F峡谷隧道工程施工中，在的一个8小时工作班中，进尺67m。

施工采用一台罗宾斯91－155型全断面巷道掘进机，该机过去已为7项工程掘进隧道总进尺约30km。

该管道更换二期工程包括两条直径3m的隧道，用同一台全断面掘进机施工。

第一条是长1km的F曼沙隧道，穿过砂岩、粉砂岩、页岩的搞压强度分别为50、142和167N/m2。

2000年 8月21日竣工后，机械解体，运到大山另一侧的隧道口，重新组装后推进到第二条隧道的工作面，即F峪谷隧道的工作台，日前正在向前掘进，穿过的砂岩、粉砂岩、页岩的抗压强度分别为90和162N/ m2，创造班进尺最高纪录时，隧道已进尺650m。