文 献 综 述 一，盾构的发展历史 自1841年世界第一座用盾构法修建英国泰晤士河水底隧道以来，盾构法迄今已有170余年历史。最早发明盾构法的思路是来自发明者的一个有趣的发现，他发现船的木板中，有一种蛀虫钻出孔道，并用它自己分泌的液体覆涂在孔壁上。l866年，莫尔顿在申请专利中第一次使用了盾构(shield)这一术语。1874年，在英国伦敦地铁隧道的施工中，格雷塞德(James Henry Greathead)综合了以往盾构施工和气压法的技术特点，首创了在盾尾后面的衬砌外围环形空隙中压浆的施工方法，为盾构施工法的发展起到重大推动作用。18801890年间，在美国和加拿大间的圣克莱河下用盾构施工法建成一条直径6.4m，长1800m的水底铁路隧道。 20世纪初，盾构施工法已在美、英、德、苏、法等国开始推广，3040年代这些国家已成功地使用盾构建成内径3.095m多条地铁及过河公路隧，仅在美国纽约采用气压法建成了19条重要的水底隧道，盾构施工的范围很广泛，有公路隧道、地下铁道、上下水道以及其他市政公用管道等。1939年，日本正式应用盾构施工法修建国铁关门隧道的海底部分，该盾构的外径7.182m，隧道总长为7258m，此工程奠定了日本盾构技术的基础。从20世纪60年代起，盾构施工法在日本得到迅速发展，70年代日本及德国针对城市建设区的松软含水地层中因盾构施工引起的地表沉降，解决了预制高精度钢筋混凝土管片和接缝防水等技术问题，研制了各种新型的衬砌和防水技术及局部气压式、泥水加压式和土压平衡式等新型盾构及相应的工艺和配套设备。 在我国，盾构(TBM)技术应用始于20世纪五六十年代，推广于20世纪90年代，到20世纪末，盾构已广泛应用于广州、北京、南京、深圳等大城市的地铁区间隧道施工中。新世纪以来，我国城市轨道交通、铁路、公路、输水、输气、排污等隧道建筑采用盾构的方法越来越多，盾构的型式多样，性能日益先进。 二，盾构法国内外现状 近年来随着国民经济的发展，交通及市政工程建设得到了迅速的发展。目前在欧美等发达国家使用盾构机进行施工的城市隧道已占90%以上。我国目前是世界上使用盾构数量最多、发展最快、未来需求最大的市场，已是世界上的隧道第一大国。当公路,铁路，城市地铁以及重要的市政管线遇到江河，海峡等障碍或遇地面交通密集交叉，建筑物密集林立的情况时，往往必须修筑城市地下隧道。这类隧道在地表以下埋置较深，多采用暗挖法施工，当隧道长度大于1000m时，采用盾构法施工的工程屡见不鲜。盾构是一种钢制活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底，海底，以及城市中心区修筑隧道的一种机械。盾构法施工技术经百余年的发展，改进，完善，技术已日趋成熟。现代盾构已不再局限与圆形断面，各类矩形，椭圆形，双圆形以和三圆形等。已成功的应用于各类地下工程的建设和施工中，世界盾构的数量逐年在上升，施工方法也逐步多样化。盾构法施工隧道的优点表现在施工作业可在盾构设备的掩护下，安全地进行地下开挖与衬砌支护工作；施工时振动和噪音小，对周围环境及附近居民几乎没有干扰；施工时不影响地表交通和航海通海；不受气候条件的影响；施工机械化程度高，施工管理容易。在土质差，水位高，埋深大的隧道施工中，有较高的技术经济优越性。该施工技术目前存在的主要问题是当覆土较浅时，开挖面稳定甚为困难；曲率半径较小的曲线段施工比较困难；在饱和含水层中，防水技术要求高；此外目前还不能完全防止盾构施工地区的地表沉降，只能采取严密措施把沉陷控制在最小限度。我国经过几十年来特别是改革开放以来的快速持续建设,我国在隧道及地下工程领域已得到了很大的发展,至今已建成各类隧道超过7000座,隧道总长度超过4000km,隧道数量和总延长位居世界首位,并且目前仍以每年新建200-300km隧道的速度在增加。 21世纪是我国隧道及地下工程大发展的世纪,据有关专家预测,到2020年,我国将要完成近6000km的地下隧道建设,平均每年约300km。到2011年,国内各种地下工程建设约需岩石掘进机、盾构机约180台(不包括微型机),年均需求量约为30台。截至目前,使用的盾构总数约有200多台次。城市地铁快速发展,对盾构需求最多。我国城市地铁正处在高速发展期,地铁和轨道交通规划总长度已超过3000km。目前已建成和在建的数量仅占规划数量的10%左右,未来城市地铁建设仍将快速发展。越江隧道建设方兴未艾,对大直径和超大直径盾构的需求将有快速增长。至今有10个城市已建或在建20多座盾构法越江隧道。计划中的越江盾构隧道更多。城市各种地下管线隧道有待发展,对盾构的潜在需求大。有关专家预测,我国城市的给水、排水、电缆、电讯、热力、输气等隧道工程的长度将超过1000km,其对小型盾构、微型盾构或掘进机的需求量也相当大。 三，盾构法优缺点 现代盾构可广泛适用于软土、砂卵石、软岩直至硬岩等各类地层条件,施工不受地形地貌、江河水域等地表环境条件的限制,施工受天气影响小。既可用来修建小断面的区间隧道,也可用来修建大断面的车站隧道。而且施工占地和征地费用少,施工速度快,对控制地面沉降有较大把握。 但盾构隧道施工也存在一些不足之处,当隧道曲线半径过小时,盾构隧道施工较为困难,不适合应用于折返线等大断面工程,修建城市隧道时,若隧道覆土太浅则施工难度较大,水下施工时,若覆土太浅将导致施工安全性较低,施工中隧道上方一定范围内的地表沉降难以完全消除,特别是对于饱和含水松弛地层而言,施工中应采取严密的技术措施以将沉降控制在设计要求范围内,饱和含水地层和水下隧道施工过程中,该施工法所采用的拼装衬砌对达到整体结构防水性的技术要求较高,两盾构隧道之间的联络通道尚需用矿山法人工开挖,存在较大风险。因此,盾构隧道施工仍存在施工风险,切不可掉以轻心,我们必须认真对待。 四，参考文献 [1] 地铁设计规范 GB50517-2013. [2] 铁路隧道设计规范TB10003-2005. [3] 建筑结构荷载规范GB50009-2012. [4]建筑抗震设计规范 GB50011-2010 [5]建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012 [6] 混凝土结构设计规范GB50010-2010. [7] 人民防空工程设计规范GB50225-2005. [8] 铁路工程抗震设计规范GB50111-2006. [9] 建筑基坑工程技术规范YB9528-97. [10] 施仲衡, 张弥. 地下铁道设计与施工. 陕西科学技术出版社, 2006. [11] 刘钊, 余才高, 周振强. 地铁工程设计与施工. 人民交通出版社, 2004. [12] 贺少辉. 地下铁道. 清华出版社, [13] 地铁工程设计指南. 中国铁道出版社, 2002. [14] 张庆贺, 朱合华. 土木工程专业毕业设计指南-隧道及地下工程分册. 中国水利水电出版社, 1999. [15] 黄熙龄. 高层建筑地下结构与基坑支护[M]. 宇航出版社, 1994. |
