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