盾构技术在城市轨道交通中的应用

盾构技术在城市轨道交通中的应用

胡皓

（广东省国际工程咨询公司，广东，广州，510006）

【摘要】随着我国经济的不断发展，城市轨道交通获得了很大的发展空间。其中盾构法施工工艺以其特有的自动化、智能化、安全、快捷等优势，在地下工程中得到了广泛的推广和应用。盾构法已成为我国城市轨道交通中重要的施工方法。

【关键词】盾构；自动化；智能化；安全

随着我国经济的不断发展和城市化水平的不断提高，城市轨道交通也获得了很大的发展，给城市居民的出行带来了很大的便利。城市轨道交通工程有许多的工艺，其中盾构法这种新型的施工工艺在其中的应用十分广泛，不仅减少了施工的难度，降低了工程的危险，还有效地提高了施工的效率，保障了工程的安全。

1．盾构法施工工艺的概述

盾构法是一种全机械化的施工工艺。它是将盾构机械在地下推进，通过盾构外壳和管片支撑四周围岩，防止发生隧道内的坍塌。同时在开挖面前方利用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，依靠千斤顶在后部进行加压顶进，并拼装预制混凝土管片（衬砌），从而形成隧道结构的一种机械化施工方法。盾构机主要由三部分组成：：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾，

世界上最早进行盾构研究的是法国工程师M.I.布律内尔，他由观察船蛆在船的木头中钻洞，从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发，于1818年首创了盾构法，并在1847年创造了世界上第一台盾构机，此后经过不断研究与改良，盾构法施工工艺获得长足的发展。

2．盾构法施工工艺的特点

2.1传统的施工工艺

在城市轨道交通工程中，传统的明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法等施工工艺都存在很大问题。明挖法、盖挖法虽然简单易行，比较经济实惠，但是会对地面交通和周围建筑物、构筑物产生很大影响，并且需要占用大量土地和拆迁大量地下管线和地上结构物，造成很大的扰民。浅埋暗挖法脱胎于“新奥法”，在我国应用十分广泛，其特点是拆迁少、占地少、扰民少，但是浅埋暗挖法也存在着安全性低、施工速度慢、地下排水较为困难等问题。

2.2盾构法的主要优势

盾构法施工工艺虽然盾构机本身的设备费用较高，但相比于明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法等施工工艺，拥有很大的优势：

（1）盾构的推进出土、线性控制、衬砌拼装、注浆等可实现自动化、智能化以及施工远程控制信息化，掘进速度快，施工精度较高，施工的劳动强度较低;

（2）在盾构支护下可安全地进行开挖、安装衬砌，不受地面交通、河流、航运、气候、季节、潮汐等因素的影响，能比较经济合理地保障安全施工;

（3）除硬岩外的其他均质地层中，修建750m以上大直径、长距离的隧道，盾构具有技术、经济、、安全等方面的优越性；

（4）在施工过程没有噪声和振动，对周围环境的影响很小。;

（5）盾构机开挖面积较小，对周围地质扰动小，尤其在隧道工程中，对地下管线和地面建筑物及构筑物的影响小，对沿线居民的生活干扰少。

3．盾构法施工工艺的应用

自1843年，世界上第首个采用盾构法成功修建的泰晤士河水底隧道(位于英国伦敦)问世以来，盾构法在国外的发展至今已有170余年历史，在美、英、德日等发达国家得到了迅速发展和广泛应用。我国从上世纪50年代，开始将小型盾构机应用于地下管道工程，1966年又利用用盾构法修建穿越黄浦江的水下公路隧道工程，从此以后，盾构法在我国主要城市的轨道交通工程中尤其在地铁与区间隧道中得到了迅猛的发展。

3.1盾构法对不同地层的应用

盾构法会根据施工区域地层的特点不同选用相应的盾构机。盾构选型的主要原则有安全性、适用性、经济合理性、技术先进性，以保障盾构法施工的安全、可靠、经济、快速。北京、上海、广州这三座城市是我国采用盾构法的最早最多的地区，同时这三座城市还分别代表了我国3大典型的地层特征：砂卵石地层、软土地层以及复合式地层。砂卵石地层宜采用开敞式盾构机和土压式盾构机施工，如北京地铁、沈阳地铁、成都地铁等;软土地层宜采用土压式盾构机施工，如上海地铁、南京地铁、苏州地铁等;复合式地层宜采用复合式盾构机（泥水和土压工作模式同时在一台盾构机上）施工，如广州地铁和深圳地铁等。另外，膨胀土和黄地层因最怕浸水后地层导致加速变坏，应采用开敞式无刀盘盾构机和无水土压盾构机施工，如合肥地铁、西安地铁;而硬岩地层则要采用更为先进的TBM掘进机（在盾构机基础上的改良机械），如大连地铁、青岛地铁、厦门地铁、重庆地铁等。

3.2盾构法应用的典型案例

3.2.1北京地铁14号线

北京地铁14号线采用单洞双线隧道，盾构直径达10.22m，是国内轨道交通工程中最大直径的土压平衡盾构机。它最主要的特点是实现了施工工艺创新，其突出优点是:1)第一次采用“一洞双线”的技术，比以前的“单洞单线”工艺节省近40%的工程量；2)施工速度快，缩短了工期;3)大幅度减少工程建设拆迁量和施工占地面积;4)该施工方法对地面的干扰很小；5)在该盾构隧道的基础上，立起支柱便可在周边暗挖扩宽，形成地铁车站，方便后期施工。

3.2.2广深港狮子洋铁路盾构隧道

狮子洋隧道是目前国内里程最长、建设标准最高的第一座水下铁路隧道，总投资33亿元，于2011年双线贯通，被誉为中国铁路世纪隧道。狮子洋隧道在"广州一深圳”一线共3次穿江越洋，其中，狮子洋水面宽达3300m，最大水深26.6m，是珠江航运的主航道，最大的设计水压达0.67MPa。

该隧道全长10.8km，其中盾构施工段长达9.3km。盾构外径10.8m，隧道内径9.8m，采用了双层复合式衬砌，第1层衬砌用厚0.5m管片，第2层衬砌用厚30cm钢筋混凝土，以保障结构安全。针对该区域风化岩层和软硬不均匀地层，在国内首次采用大直径气压调节式泥水盾构施工，在盾构段内使用了4台气垫式泥水平衡盾构机，并应用“相向掘进、地中对接、洞内解体”的先进施工技术，取得了成功。

4．展望

盾构法已成为我国城市轨道交通中重要的施工方法，盾构法施工以其特有的自动化、智能化、安全、快捷等优势，在地下工程尤其在地铁与区间隧道中得到了广泛的推广和应用。尽管盾构还存在着设备购置费用昂贵、断面尺寸多变区段适应能力差等缺点，但相信通过科研人员不断地研究以及不断的工程实践，盾构法施工工艺将日趋成熟，在我国的城市建设中拥有更广阔的发展前景与市场。

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