【doc】隧道盾构掘进机技术和沉管法施工回顾及其展望.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流【doc】隧道盾构掘进机技术和沉管法施工回顾及其展望.精品文档.隧道盾构掘进机技术和沉管法施工回顾及其展望口专题论述工业技术进步2001年第5期l0露螽匆ll_一|t._|.|=jt.|:Is-l-|:.|l一:0|l.盾阔掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械,现代盾构掘进机集机,电,液,传感,信息技术于一体,具有开垃切削土体,输送土碴,拼装隧道衬砌,测量导向纠偏等功能.盾构掘进机已广泛用于地铁,铁路,公路,市政,水电隧道=程.我国的盾构掘进机制造和应用始于1963年,上海隧道工程公司结合上海软土地层对盾构掘进机,预制钢混凝土衬砌,隧道掘进施工参数,隧道接缝防ZK进行了系统的试验研究.研靓了1台直径4.2m的手掘式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验,磋道掘进长度68rn.1965年,由上海隧道工程设计院设计,江南造船厂制造的2台直径5.8m匏网络挤压型盾构掘进机,掘进了2条地铁区间隧道,掘进总长度1200m.目前.上海沪东造船厂,上海船厂,南造船厂,上海重型机器厂等都先后制造,安装过盾构掘进机,并为国外厂商制造安装,调试土压盾构和TBM掘进机.1966年,上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程设计院设计,江南造船厂制造的我国第一台直径10.2m大型网梧挤压盾构掘进机进行施工,辅以气压稳定开挖面.顺利地在粉砂含水豆腐地层里掘进1322m.于1971年建成我国第一条轫土水底公路燧道.七十年代,采用1台直径3.6m和2台直径4.3m的网格挤压型盾构,在上海金山石化总厂建设1条污水排放隧道和2条引水隧道,掘进了3926m海底隧道,并首创了垂直顶升法建筑取排水口的新技术.1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台口4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机,用于市南站过江电缆隧道工程,穿越黄浦江底粉砂层,掘进长度583m,技术成果达到80年代国际先进水平,并靛鹤1990年国家科技进步一等奖.1990仨.上海地铁1号线工程全线开工,18km区间隧道采用7台白法国FCB公司,上海隧道股份,上海隧道工程设计院,沪东造船厂联合制造的口6.34m土压平衡盾构掘进机.每台盾构月掘进200m以上,地表沉降控制达+1一一3cm.1996年.上海地铁2号线再次使用原7台土压盾构,并又从法国FMT公司引进2台土压平衡盾构,掘进24km区间隧道.上海地铁2号线的10号盾构为上海隧道公司自行设计制造.九十年代,上海隧道工程股份有限公司设计制造了6台(3386.34m土压平衡盾构,用于地铁隧道,取排水隧道,电缆遂道等,掘进总长度约1Okm.在90年代中,直径1.53.Om的顶管工程也采用了小刀盘和大刀盘的土压平衡顶管机,在上海地区使用了10余台,掘进管道约20krn.1998年,上海黄清江观光隧道工程购买国外二手(37.65m铰接式土压平衡盾构,经修复后掘进机性能良好,顺利掘进隧道644m.口专题论述工业技术进步生蔓塑1996年,上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日引进的11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施二.1998仨,上海隧道股份成功乱国内第1台2.2m泥水加压平衡顶管机,用于上海污水治理二期过江倒虹管工程,顶进1220m.1999年5月,二海隧道股分研制成功国第1台3.8mx3.8m矩形组合刀盘式土压平笺顶管机,在浦表陆家嘴地铁车站掘进120m,建成2条过街八地道.隧道公司正是依靠技术创新在上海轫弱地层和非常复杂朝局围环境条件下,高效优质地完成了上海三条越江隧道,上海地铁1,2号线隧道工程,上海合流污工程等重大工程施工,为公司创下了技术创新的品牌和优势.2000年2月,广州地铁2号线海珠广场至江南1730m的淤泥质粘土层和粉砂层,在岸边段采用降水全出土,气压全出土和局部挤压万法施工,在江中段采月气压局瓠挤压出土法施工.1983年,上海建设第2条黄浦江越汪公路璇道一延安东路隧道.1476m匠形主隧道采用盾蛔掘进施工,500m顺利穿越江中段浅覆土层灞匿建筑密集区,保护了沿线的主要建筑物和地下管线.盾构技术成果被评为国家科技进步二等奖和三海币斟技进步一等奖.土压平衡盾构掘进机的开发和应用70年代以来,英匡和日本分别开发了具有刀盘切削的密闭式可平衡挖面土压力的两种新颖掘进机一泥加压平衡盾构的土压平餐盾构,使盾掏掘进技术发生了一次新的飞跃.1975年,日本隧道业兴起了泥水加压盾构热,1978年起,土压盾构也得到了广泛的应用.c机型见左图及26页右下图)新村区间罐道采用-海隧道股份改制的2台6.14m复合型土压平衡盾构,成功穿越珠江底风化岩地层.籀事.j一.|j曩.|=|l0|jjii|.'_:土:乒i毒网络挤压式盾构掘进机的应用1965年6月,上海地铁6O工程区间隧道采用由隧道工程设计院设计,江南造船厂制造的2台5.8m网咯挤压型盾掏施工,总推力为3.724×104kN.隧道覆土约12m,掘进长度2×600m.盾构推进穿越的建筑物和地下管线均未受影响.1967年7月,地铁试验工程完成,这是我国首次采用盾构掘进机施工地铁隧道.1967年3月,上海打浦路越江公路璇道采用10.2m网梧挤压型盾构,掘进总长1322m.盾镯总挂力达7.84×104kN.盾构穿越地面以下深度为1987年,上海隧道工程公司成土压盾构攻关小组,在消化吸收匡外土压平衡盾构机理和设计制造技术的基础上,研制了国内首台4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机.4.35m土压平衡盾掏全韶采用国产部件,由上海船厂制造,用于市南站过江电缆隧道.隧道总长度534m,在黄浦江底掘进,隧道埋深2130m,穿越土层主要为砂质粉土.隧道掘进顺利解决了高压情况下密封和砂性土的加泥塑流技术难题,施工性能技术指标达到80年代国际先进水平,技术成果获9O年国家科技进步一等奖.1990年,国务院批准上海地铁1号线开工建设,圆形道选用7台6.34m土压平衡盾构推进.第1台6.34m土压盾掏于1991年6月始发推进,7台盾构掘进总长度17.374km,1993年2月全线贯通,掘进施工期仅20个月,每台盾构的月掘进长度达200250m.掘进施工穿越市区建筑群,道路,地下管线等,地面沉降控制在+1cm一3cm.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7台6.34m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2台土压盾构,加上上海隧道股份制造的1台土压盾构,共计10台土压盾构用于驻道施工,并从日本三菱重工引进4台口614m土压平衡盾构.2000仨,上海隧道股份于1995年H赠矩彤隧坦投北京地铁5号线工程进行区间璇道盾掏掘进试验工程,引进1台土压平衡盾构掘进机.南京地铣1号线区间遂道也选用3台土压平衡盾掏掘进机.泥水加压平衡盾构的引进和开发应用泥加压平衡盾构是七十年代英匡最里开发和应用的,1975年起在日本得到广泛的应用.1994年,日本东京湾道路隧道工程采用了8台世界最直径14.14m泥水加压亚衡盾构掘进18.8km海底隧道,这是世界最先进,自动化程匪最高的盾向掘进饥.1994年,上海延安东路隧道南线1300m圆形隧道施工弓l进日本三菱重工制造的口11.22m泥水加压平衡盾掏.泥水盾构设有掘进管理,泥水输送,泥水分离和同步注浆系统.掘进管理和姿态自动计测系统能及时反映盾掏面水压,送泥流量,排泥流量,送泥密度,排泥密匪,千斤顶页力和行程,刀盘扭矩,盾梅姿态,注浆量和压力等参数,便于准确设定和调整各类参数.泥水输送系统和泥水处理系统.延安东路南线璇道工程施工的口1122m泥水加压盾构具有自动化程匿高,盾构掘进对周围地层影响小的优点.盾构穿越厂房,防汛墙,地下人行道,高层建筑十分安全,沉降量小于2cm.掘进速匪般为6m/d.最高达12m/d.上海隧道股份在消化吸收口11.22m泥水平衡盾掏基础上,基本掌握了泥水加压盾构的设计计算方法,并于1997年自行设计制造了1台口2.2m泥水加压平衡顶管机,用于上海合流二期过江倒虹管噬道工程,在高水压的砂性地层中顺利掘进1220m,其技术成果达到国际先进,被评为1999年上海市科技进步二等奖.异形盾构掘进机的研究和应用常用的盾构隧道掘进机为圆形,主要是圆形结构受力合理,圆形掘进机施工摩阻力小,即使机头旋转也影响小.但是圆形隧道往往断面空间利用率低,尤其在入行地道和至行隧道工程中,矩形,椭圆形,马蹄形,双圆形和多圆形断面更为合理.日本在80年代开发应用了矩形遂道,在90年代开发应用了任意截面盾构和多圆盾构,并完成了多条人行隧道,公路髓道,铁路隧道,地铁隧道,排水遂道,市政共同沟隧道等,使异形盾构技术日益成熟,异形断面隧道工程日益增多.术,1996年研制1台2.5m×3.8m维合刀盘矩形顶管掘进机施工,掘进距离124m.近年来,上海隧道股份研究所开展了对双圆噬道和多匠隧道掘进工程的可行-一生研究,进行了双圆隧道结构的模拟试验,为我国异形隧道的发展做了技术储备工作.预制管段沉放施工沉管法施工.用于修建水隧道,是重要的越江手段之一.所谤沉管法,就是先在船坞或中预大型混凝土管段或混凝土和钢的组合管段,并在两端用,15B隔墙封闭.舾装好拖运,定位,沉放等设备,然后埒管段浮运沉放到江中预先浚泛好的沟槽中,并连接起来,最看回填砂石将管段埋入原河床中.上海外环线隧道东起浦东三岔港,西至滔西吴淞公园附近,是上海城市外环线北部的重要逛江交通枢纽.这由隧道股份施工的隧道全长2880m,其中沉管段长736m,宽43m,高9.55m,管节内设3孔8条机动车遒,设i_车速为80km/h.隧道沉管段共7节.沉放的蒡段管:了长108m,自重达45000t,为与外环线8条道的通行量相匹配.目前,世界上已有100条沉管隧道,其中规模最大的是荷兰德雷赫德隧道,宽度达49.04m,管内设4孔8条机动车道.二海外环线隧道工程集大规模,高科技和多项领域施工技术为一体的重大工程.施工人员相继克服了大型管隧道干坞施工稳定性,大型沉管管节混凝土裂缝控制,大型沉管隧道岸壁维护保护技术等一系列难题.整条隧道预计将于2002年下半年全线贯通.届时,汽至过江速匪将比现在绕道杨浦大桥快约50min,比轮渡快约半小时,而其8车道的规模超迂了目前上海已有黄浦江底车行隧道6冬机动车道的总和.|.-毒亭I|.-垂毒-舞÷.-誊毒手:|t?:希胃移簿霸帮一-.:.再4'一.rII一再再_=一薯:-|我国从九十年代以来,已成功地研制了直径3.86.34m的土压平衡盾构掘进机10余台,用于地铁隧道,引进水隧道,电缆隧道工程,技术水平已接近国际先进,在隧道导向技术,监控技术方面的研究也达到了国际先进.但由于我国液压泵和阀件及加工制造水平与国外相比尚存在一定差距,在一些盾掏掘进机中适量采用了国的零备件.在直径1.23m的顶管掘进机方面,我国已经先后口专题论述工业技术进步2001年第5期20002009年国内各类盾构的需求量预测表盾枢型直径(m)台数单价c万美元/台)引进费用c亿美元1备注土压衡盾构675003.5掘遗地铁500km泥水加压盾构351002004003掘进市政隧道600km复合型盾构6156000.9掘进地铁120kmTBM掘进机452010002掘进水电隧遣200km89630001.8掘进铁路隧道60km总计18111.2研制了先进的反铲顶管机,土压平衡顶管机的泥水加压顶管机,国内己完全有能力铷造,国产机械替代进口设备.最近,上海已研制了国内第一台3.8mX3.8m组合刀盘土压平衡式矩形顶管机,完成了2条62m长的地下人行通道,使我国在异形盾构的开发研究方面挤入世界先进行列.在微型隧道掘进机方面,我国也已研制了直径600800mm的中心螺杆出土I页管机,夯管顶管机和水平定向钻机等设备.上海隧道工程股份有限公司机械厂是盾构掘进机专业制造厂.19951999年,该厂制造各类盾构32台(其中制造46m地铁盾构5台,修复9台,制造35m盾构6台,制造1.503m盾构10台,制造矩形盾梅2台).土压平衡盾构的设计制造技术水平已接近国际先进水平.国产化率达70%,掌握了泥水加压盾构的设计制造技术.并制造了1台直径2.64m的泥水加压盾构.在TBM掘进机方面,已具备设计制造能力.并为国外厂商制造安装了2台04.88mTBM掘进机.1999年为广州地铁2号线改制了2台06.1m的复合型盾构掘进机.上海隧道股份研究所具有设计开发国外各种盾构掘进机的能力,并有2O余项盾构掘进机的成果获国家,建设茁,上海市科技进步奖.面对21世纪我国城市地下空间开发利用的广阔市场,在20002009年10年间,我国将有20余座城市建设地铁,至少将建250km.而采用盾构掘进机施工将是必然的选择,正在建设中的深Il地铁和南京地铁采用盾构掘进区间隧道;广州地铁2号线,上海地铁3号线,北京地铁5号线均采用盾构施工.06m的地铁盾掏的需求量约达40余台.铁路隧i哿有部分采用TBM掘进机,在今后1O年内8.6m的TBM掘进机需求量约为6台.水电隧道将有相当一韶分采用TBM掘进机,04m的T8M掘进机的需求量约20台.其它城市管道的建设.a'.55m的盾构掘进机需求量约为lOO台.因此,盾构国产1七替代进口是我们的目标和主要任务,以每台培m的地铁盾构509万美元计算.40台盾构若全部进口将花外汇2亿美元.铁路隧道85m的TBM掘进机每台3000万美元.进口约需1.8亿美元.水电隧道2l4.5的TBM掘进机每台1000万美元,20台约需2亿美元.(20002009年盾构需求预测见上表).由E表预测,今后十达10亿美元,若有6O%采用国产掘进机,至少可节省外6亿美元.并可振我国的掘进机制造业.(作者:上海隧道施工技术研究所所长高级工程师)