1、盾構技術在中國的應用與發展Application and Development for Shield Method in China2011年3月2日主要介紹內容 盾構技術發展歷史 盾構技術在中國的應用 盾構技術施工基本原理 工程實例分析一、盾構技術發展歷史 盾構機問世至今已有近180年的歷史，其始于英國，發展于日本、德國。近30年來，通過對土壓平衡 式、泥水式盾構機中的關鍵技術，如盾構機的有效密封，確保開挖面的穩定、控制地表隆起及塌陷在規定范圍之內，刀具的使用壽命以及在密封條件下的刀具更換，對一些惡劣地質如高水壓條件的處理技術等方面的探索和研究解決，使盾構機有了很快的發展。盾構機技術仍有巨

2、大的發展余地。現在的盾構機幾乎全是針對具體項目規范和地質條件而量身訂做。 盾構機根據工作原理一般分為手掘式盾構，擠壓式盾構，半機械式盾構（局部氣壓、全局氣壓），機械式盾構（開胸式切削盾構，氣壓式盾構，泥水加壓盾構，土壓平衡盾構，混合型盾構，異型盾構）。 根據盾構機開挖方法可分為：敞開式、機械切削式、網格式和擠壓式等。為了減少盾構施工對地層的擾動，可先借助千斤頂驅動盾構使其切口貫入土層，然后在切口內進行土體開挖與運輸。 敞開式 手掘式及半機械式盾構均為半敞開式開挖，這種方法適于地地質條件較好，開挖面在掘進中能維持穩定或在有輔助措施是能維持穩定的情況，其開挖一般是從頂部開始逐層向下挖掘。若土層較差

3、，還可借用千斤頂加撐板對開挖面進行臨時支撐。采用敞開式開挖，處理孤立障礙物、糾偏、超挖均為其它方式容易。為盡量減少對地層的擾動，要適當控制超挖量與暴露時間。 機械切削式 指與盾構直徑相仿的全斷面旋轉切削刀盤開挖方式。根據地質條件的好壞，大刀盤可分為刀架間無封板及有封板兩種。刀架間無封板適用于土質較好的條件。大刀盤開挖方式，在彎道施工或糾偏是不如敞開式開挖便于超挖。此外，清除障礙物也不如敞開式開挖。使用大刀盤的盾構，機械構造復雜，消耗動力較大。目前國內外較先進的泥水加壓盾構、土壓平衡盾構，均采用這種開挖方式。 網格式 采用網格式開挖，開挖面由網格梁與格板分成許多格子。開挖面的支撐作用是由土的粘聚

4、力和網格厚度范圍內的阻力而產生的。當盾構推進是，土體就從格子里擠出來。根據土的性質，調節網格的開孔面積。采用網格式開挖時，在所有千斤頂縮回后，會產生較大的盾構后退現象，導致地表沉降，因此，在施工務必采取有效措施，防止盾構后退。 擠壓式 全擠壓式和局部擠壓式開挖，由于不出土或只部分出土，對地層有較大的擾動，在施工軸線時，應盡量避開地面建筑物。局部擠壓時施工時，要精心控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓式施工時，盾構把四周一定范圍內的土體擠密實。 Brunel盾構1825年應用于泰晤士河，1841年貫通敞開式盾構 泥水式雙圓盾構土壓平衡盾構2006年上海地鐵六號線9標應用 2003年翔殷路軌道

5、8號線運用 荷蘭14.87泥水盾構復合式盾構廣州地鐵2號線 擠壓式盾構網格式盾構二、盾構技術在中國的應用1.1950年初，在遼寧阜新煤礦使用手掘式盾構修建疏水巷道工程2.1957年的北京市下水道工程中進行過小口徑盾構工法的嘗試。3.60年代，為了修建北京地鐵，也有過研究盾構施工技術，并成功地進行了試驗 。4.60年代在北京進行了1:500的盾構擠壓混凝土襯砌的模擬試驗 。60年代北京地鐵用盾構試驗5.上海地區軟土地基盾構發展歷史 6.1966年采用10.22m網格擠壓式盾構修建打浦路過江隧道工程 打浦路直徑10.2m網格擠壓型盾構掘進機 建成于1970年，位于市區西南角，以貨運為主。隧道西雙車

6、道，全長2761m。隧道采用全橫向通風方式，隧道內設有照明、通訊、監視儀、排水泵房、消防等裝置。是國內第一條水底公路隧道，也是第一條采用盾構法施工的隧道。 隧道位于區境西南打浦路處，為上海市第一條穿越黃浦江水底的公路隧道。1959年制訂規劃，上海隧道局設計，經專家組審定，由國務院批準列為國家基本建設項目。 1966年動工，1970年建成，1971年6月正式通車。 7.1988年建成的11.3m的延安東路過江隧道等都是應用盾構技術在軟土地層施工成功,長2.2公里。延安東路直徑11.3m網格型水力出土盾構掘進機 是上海連接浦東與浦西，跨越黃浦江的一條主要道路，由南北兩條隧道組成，共4條行車道。隧道

7、浦西出口位于延安東路福建路口，浦東出口則位于陸家嘴銀城中路路口，直接連接世紀大道。全長2,261米，穿越黃浦江的部分有1,476米。車道寬7.5米，高4.5米，原本為雙程行車，每小時流量為1,000輛。 8.2003年6月，當時中國最大的盾構法隧道翔殷路開工，采用直徑為11.58m的超大型泥水平衡盾構掘進 翔殷路盾構9、2008年7月，上海外灘通道工程施工方采用了直徑14.27米的超大土壓平衡盾構。 10. 北京樞紐北京站至北京西站地下直徑線，簡稱北京地下直徑線，是北京市正在建設中的一條鐵路地下聯絡線，兩端分別連接北京西站和北京站，是北京鐵路樞紐的重要組成部分。該線在2005年12月24日動工

8、。地下直徑線全長9.156公里， 盾構直徑11米。11. “十二五”中國軌道交通發展規劃 2010年5月27日召開的2010中國（長春）國際軌道交通與城市發展高峰論壇上了解到，中國城市正在興起軌道交通建設熱潮，目前有27個城市正在籌備軌道交通的建設。中國土木工程學會理事長譚慶璉介紹說，截至2009年底，中國投入運行的城市軌道交通線路總長達到962公里，目前有27個城市正在籌備軌道交通的建設。預計到2015年前后，中國城市軌道交通線路將達到87條，運營總里程將超過2500公里。此外，南京、武漢、長春、沈陽、杭州、成都、西安等中國一大批省會城市也紛紛規劃建設地鐵。城區人口約300多萬的長春市正在準

9、備建設全長約20公里的首條地鐵線路。與會業內人士普遍表示，積極發展軌道交通，正在成為中國解決城市擁堵難題的一項重要措施。交通擁堵問題是中國在城市化進程中遇到的前所未有的突出問題。中國住房和城鄉建設部總經濟師李秉仁認為，“解決城市交通擁堵問題，關鍵是我們要減少機動出行，優先發展公共交通，特別是發展城市軌道交通，這是解決城市交通擁堵的有力措施之一。”中國工信部裝備工業司副司長王富昌表示，中國發展軌道交通面臨著難得的機遇，既符合中國政府實施的積極擴大內需的方向，同時，隨著全球氣候的變化，低碳經濟越來越受到世界各國的重視，軌道交通方式具有單位能耗低、排放少等特點，順應未來的發展趨勢。同時，一些專家和業

10、內人士也表示，發展軌道交通，也需要解決很多現實問題，包括如何解決軌道交通的運營和管理問題，扭轉軌道交通普遍虧損的局面。此外，中國軌道交通設備的核心技術也需要加強攻關，盡快實現新的突破，帶動軌道交通事業實現更快發展。 “北京、上海等地都在修改擴容原先的規劃，十二五期間，這些城市的地鐵線路或將延長一倍。”上海軌道交通 領域專家王振信說，其他的省會城市大多已開始規劃地鐵線路，二線城市也在積極規劃。 據悉，北京2009年地鐵通車里程共228公里，今年年底預計達到330公里。北京市副市長黃衛此前表示，北京2015年地鐵規劃里程原先是561公里，但實際可能會達到580公里。再過5年，到2020年預計再翻一

11、番，超過1000公里。而上海目前軌道交通建成線路總長達到420公里，上海軌道交通建設指揮部副總指揮應名洪表示，“十二五”期間，上海城市軌道交通新建里程將超過200公里。 國家發展改革委基礎產業司巡視員李國勇今年3月份曾透露，全國有33個城市正規劃建設地鐵。2020年全國規劃地鐵總里程將達6100公里，2010至2015年地鐵建設投資規劃額將達11568億元，將是今年的5.93倍。中金公司最近的報告稱，中國已有36個城市上報了城市軌道交通建設規劃，2009-2020年，城市軌道交通新增營業里程將達到6560公里。預計到2020年，全國城市軌道交通累計營業里程將達到7395公里。以每公里5億元造價

12、計算，2009-2020年城市軌道交通將投入3.3萬億，年均達2700億元，中國城市軌道交通建設將迎來黃金十年。 北京在“十二五”期間，除東西二環以外，還將在首體南路、學院南路等地建設5條地下隧道以疏解節點處的擁堵。昨日記者從市兩會上了解到，共有7條地下隧道將在今年規劃設計。市規劃委主任黃艷介紹說，目前已經確定先期建設的7條地下隧道分別是東西二環、首體南路、學院南路、西山隧道、臺基廠大街和北辰東路南延。地下隧道也是城市道路建設的一部分，目前本市路網中還有不少斷頭路，而地下隧道是連接斷頭路的有效方案之一。據了解，這些地下隧道都處在地上基礎設施和地下管線密集地區，地質較復雜，還要涉及下穿立交橋、地

13、鐵、蓋板河等施工難題。勘探部門已經開始勘測，目前，首體南路、學院南路和西山隧道3條地下道路已完成了初期地質勘探，7條隧道的具體線位將在勘探完成后確定。北京上海天津廣州深圳南京重慶成都武漢沈陽長春杭州西安烏魯木齊蘭州合肥昆明哈爾濱佛山臺北香港大連鞍山濟南青島高雄長沙已通車的城市前期工作城市在建設的城市蘇州中國地鐵建設計劃上海地鐵規劃 2010年，建成的線路是：1（北延伸到泰和路），2（虹橋臨空園區-浦東機場），3（北延伸到鐵力路），4，5，6（港城路到主題公園），7（祁連山路外環路到新國際博覽中心），8（新江灣城到三林鎮和上南路外環線），9（松江新城到楊高路內環線），10（西郊公園到軍工路新江灣

14、城）11（嘉定-石龍路）12（漕河涇到高橋）13（金沙江路外環線-漢中路） ，2020年里程達到970公里。廣州地鐵規劃廣州地鐵(GuangZhou Metro)是廣州市的城市軌道交通系統，由廣州市地下鐵道總公司負責營運管理。現有1號線（西朗廣州東站）、2號線（嘉禾望崗廣州南站）、3號線（機場南體育西路、天河客運站番禺廣場）、4號線（黃村金洲）、5號線（滘口文沖）、8號線（鳳凰新村萬勝圍）、廣佛線（魁奇路西朗）及APM線（赤崗塔林和西）正在營運中，廣州地鐵現時的運營總里程為236公里（含廣佛線佛山段）。但遠遠無法滿足交通需求，為解決擁阻的道路交通，廣州地鐵在亞運后將進行新一輪的建設。廣州地鐵的

15、遠期規劃長度為600公里。 2011年2月28日，北京正式開工建設8條地鐵線，其中，15號線一期西段、6號線二期等5條線路昨日動工；山后線、16號線以及燕房線列入本市2015年地鐵路網規劃，年內開工建設。 目前共16條地鐵線路在建。深圳地鐵規劃 目前深圳地鐵已開通四條線路包括羅寶線（原一號線）羅湖至深大段、蛇口線（原二號線）赤灣至世界之窗段、龍崗線（原三號線）高架段及龍華線（原四號線）南段。 一期工程于2004年12月28日試通車運營。總計19個車站，總長21.866千米。 2009年9月28日，深圳地羅寶線續建工程首通段正式開通試運營，10月1日正式運營。1號線首通段包括白石洲、高新園、深大

16、三站三區間，全長3.39公里。 直到2010年12月28日，蛇口線（世界之窗赤灣）南段、龍崗線（草埔雙龍）北段已開通試運營。2010年新開通的線路長34千米。 提出2011年至2020年間的建設方案，其中包括龍華線的北延段（三期），以及8條新建的地鐵線路：612號線，總長約245.4千米。遠期方案規劃了至2030年的16條地鐵線路，總長585.3千米，設站357座。其中組團快線4條、干線6條、局域線6條。 12.中國用掘進機修建鐵路隧道TB880E全斷面硬巖掘進機修建的秦嶺18.4km鐵路隧道TB880E掘進機 對全長252m的TB880E掘進機而言，技術含量高、操作復雜，其90%的指令由主控

17、室發出，任意一個誤操作都會影響施工或釀成重大事故，所以，正確地操作、合理地選擇掘進參數是非常重要的。秦嶺18.4km鐵路隧道安康至南京磨溝嶺鐵路隧道(掘進機) 磨溝嶺隧道全長6113米，位于我省商南縣和丹鳳縣交界處，地處秦嶺中低山區，地質結構復雜。施工時采取地質超前預報，TBM超前導管注漿技術和及時施作初期支護等有效手段，攻克了TBM軟弱圍巖施工技術難題，最高月掘進5281米的記錄，僅用18個月打通了磨溝嶺隧道。 地震法是當前隧道中長期超前預報的主流方法。它包括：負視速度、HSP、TSP、TGP、TRT、TST 等各種方法，常見的是后4者。其中TSP、TGP、TRT應用的是反射理論，TST應用

18、的是散射理論，相比反射理論較先進，可以求出前方波速分布，可以做方向濾波。 在巖溶地帶、礦區、TBM盾構隧道中均可應用。 武漢長江公路隧道（長江第一隧道） (11.2m泥水盾構) 13.中國的江（海）底隧道上海上中路越江隧道(14.87m泥水盾構) 上海崇明越江隧道(15.1m泥水盾構) 南京長江越江隧道南京長江越江隧道(15.1m泥水盾構) 北京地下隧道 西二環地下隧道初定起止點，從德勝門開始一路向南，直達菜戶營，同時西二環地下隧道中間將在金融街設立入口，實現地下連通金融街和麗澤商務區，以方便停車和疏散車流。東二環地下隧道建成后，有望通過地下隧道駛上京承高速，此外隧道擬在左安門設立入口。 三、盾構法施工基本原理 盾構法施工是以盾構機為隧道掘進設備，以盾構機的盾殼作支護，用前端刀盤切削土體，由千斤頂頂推盾構機前進，以開挖面上拼裝預制好的管片作襯砌，從而形成隧道的施工方法。 盾構法施工流程示意圖 土壓平衡盾構機主要部件構成示意圖盾構機的運輸盾構機的運輸盾構機的運輸盾構機的運輸 盾構機的吊裝應結合現