盾構(gòu)的發(fā)展陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

盾構(gòu)國(guó)外發(fā)展盾構(gòu)國(guó)內(nèi)發(fā)展盾構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)用前景主要內(nèi)容一、盾構(gòu)在國(guó)外的發(fā)展第一代手掘式盾構(gòu)最早是在1806年由英國(guó)工程師布魯諾爾(M.I.Brunel)從蛀蟲(chóng)在船板上蛀孔，并用它分泌的粘液加固洞穴得到啟發(fā)而研制出的，并于1925年開(kāi)始用一個(gè)寬11.58m、高6.7m的矩形盾構(gòu)，在英國(guó)倫教的泰晤出河下面修建世界第一條水底隧道。

圖1布魯諾爾注冊(cè)專利的盾構(gòu)，1806年

1818年布魯諾爾完善了盾構(gòu)機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了用全斷面螺旋式開(kāi)挖的封閉式盾殼，襯砌緊隨其后，被認(rèn)為是土壓平衡式盾構(gòu)的先行者。圖2M.I.Brunel螺旋盾構(gòu)，1818年1869年，詹姆斯·亨利·格瑞海德（JanesHearyGreathead）工程師采用圓形盾構(gòu)在泰晤士河底修建了一條隧道，該盾構(gòu)被稱為“格瑞海德盾構(gòu)”。圖3

英國(guó)Markham公司制造的格瑞海德盾構(gòu)1874年，格瑞海德開(kāi)發(fā)了用液體支撐隧道工作面的盾構(gòu)，通過(guò)液體流，渣土以泥漿的形式排出，如圖4所示。

圖4格瑞海德泥漿盾構(gòu)，1874年專利

1886年格瑞海德在倫敦地下施工中將壓縮空氣方法盾構(gòu)掘進(jìn)相結(jié)合使用，標(biāo)志著在承壓水地層中掘進(jìn)隧道的一個(gè)重大進(jìn)步，促進(jìn)了盾構(gòu)在世界范圍內(nèi)的進(jìn)一步推廣。第二代機(jī)械式盾構(gòu)第一個(gè)機(jī)械盾構(gòu)可追溯到1876年。1876年英國(guó)人約翰·荻克英森·布倫敦（DickinsonBrunyon）和姬奧基·布倫敦（GeorgeBrunton）在盾構(gòu)上采用了半球形的旋轉(zhuǎn)刀盤，開(kāi)挖的土料落入徑向裝在到盤上的料斗中，料斗將渣料轉(zhuǎn)運(yùn)至膠帶輸送機(jī)上，再轉(zhuǎn)到后方運(yùn)出。該盾構(gòu)即為第一個(gè)機(jī)械盾構(gòu)。圖5約翰·荻克英森·布倫敦和姬奧基·布倫敦機(jī)械化盾構(gòu)

英國(guó)專利，1876年1896年，英國(guó)人普萊斯（price）開(kāi)發(fā)了一種輻條式刀盤機(jī)械化盾構(gòu)，第一次將格瑞海德圓形盾構(gòu)與旋轉(zhuǎn)刀盤結(jié)合在一起，在4個(gè)輻條式到盤上裝有切削和刮削的工具，刀盤通過(guò)一根長(zhǎng)軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，如圖6所示。

圖6普萊斯機(jī)械化盾構(gòu)第三代閉胸式盾構(gòu)1896年，哈姬（Haag）在柏林為第一臺(tái)德國(guó)盾構(gòu)申請(qǐng)了專利，它是一臺(tái)用液體泥水支撐隧道工作面并把開(kāi)挖倉(cāng)密封作為壓力倉(cāng)的盾構(gòu)，也是世界上第一臺(tái)閉胸式盾構(gòu)，如圖7所示。

圖7哈姬泥水平衡式盾構(gòu)1967年，第一臺(tái)用刀盤切削土體和水力出渣的泥水加壓平衡盾構(gòu)在日本投入使用。1963年，日本StatoKogyo公司首先開(kāi)發(fā)出土壓平衡是盾構(gòu)，如圖8所示。圖8StatoKogyo公司開(kāi)發(fā)的土壓平衡式盾構(gòu)第四代復(fù)合式盾構(gòu)1985年，Wayss&Freytag公司和海瑞克公司申請(qǐng)了復(fù)合式盾構(gòu)的專利，它以泥水加壓平衡盾構(gòu)為基礎(chǔ)，有其獨(dú)特的壓力隔板結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在土壓平衡模式與氣壓平衡模式之間的轉(zhuǎn)換。復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)本質(zhì)上是對(duì)開(kāi)挖面支撐方式以及刀具布置、排土機(jī)構(gòu)等進(jìn)行調(diào)整。復(fù)合式盾構(gòu)的組合模式有壓縮空氣/開(kāi)敞式、泥水平衡式/開(kāi)敞式、土壓平衡式/開(kāi)敞式、泥水平衡式/土壓平衡式、開(kāi)敞式/泥水平衡式/土壓平衡式等。二、盾構(gòu)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展敞胸式盾構(gòu)的研發(fā)1963年，第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)正式問(wèn)世，這是一臺(tái)直徑4.16m普通敞胸式盾構(gòu)，隨后這臺(tái)盾構(gòu)在上海埋深8m的粉砂地層中進(jìn)行了長(zhǎng)27m的推進(jìn)試驗(yàn)，這次試驗(yàn)為中國(guó)盾構(gòu)法隧道的起步和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。網(wǎng)格式盾構(gòu)的研發(fā)1966年5月，由上海隧道建設(shè)公司設(shè)計(jì)、江南造船廠制造的網(wǎng)格盾構(gòu)成功用于中國(guó)第一條水底公路隧道——打浦路隧道。這臺(tái)盾構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)敞式施工向閉胸式施工的轉(zhuǎn)換。1982年由上海隧道建設(shè)公司設(shè)計(jì)、江南造船廠制造的直徑11.3m網(wǎng)格型水力機(jī)械出土盾構(gòu)制作完成，該盾構(gòu)采用網(wǎng)格胸板支撐擠壓、進(jìn)土水力沖切和水力機(jī)械輸送的挖土方式。圖9直徑11.3m網(wǎng)格盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)土壓平衡式盾構(gòu)的研發(fā)1987年，上海市南站過(guò)江電纜隧道工程，成功應(yīng)用我過(guò)第一臺(tái)直徑4.35m加泥式土壓平衡式盾構(gòu)。盾構(gòu)為加泥式，具有刀盤切削，螺旋輸送機(jī)出土，能達(dá)到控制正面土壓平衡和減少地面沉降，施工速度快，還輔以先進(jìn)的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)和施工數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，技術(shù)成果達(dá)到80年代國(guó)際先進(jìn)水平。

圖10直徑4.35m土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖2002年國(guó)家科技部將直徑6.3m土壓平衡式盾構(gòu)的研究設(shè)計(jì)列入國(guó)家“863”計(jì)劃。2004年，2臺(tái)直徑6.3m的土壓平衡式盾構(gòu)制作完成，并成功應(yīng)用于廣州地鐵4號(hào)線和上海地鐵2號(hào)線隧道工程中。2008年4月，中鐵隧道集團(tuán)在引進(jìn)消化吸收和自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，研制成功了我國(guó)第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合式土壓平衡式盾構(gòu)。我國(guó)盾構(gòu)應(yīng)用的特點(diǎn)1、地質(zhì)復(fù)雜，對(duì)盾構(gòu)的底層適應(yīng)性要求