1、盾構(gòu)技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展盾構(gòu)技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展Application and Development for Shield Method in China王夢(mèng)恕 袁大軍 宋克志W(wǎng)ang Mengshu， Yuan Dajun， Song Kezhi北京交通大學(xué)隧道及地下工程試驗(yàn)研究中心 北京 中國(guó)Beijing JiaoTong University Research Center of Tunneling and Underground Works，Beijing China2005年8月289月1日 主要介紹內(nèi)容主要介紹內(nèi)容Brunel盾構(gòu)倫敦Blackwall盾構(gòu)隧道原始盾構(gòu)網(wǎng)格式

2、盾構(gòu)插刀盾構(gòu)開(kāi)敞式盾構(gòu)輻條式盾構(gòu)面板式盾構(gòu)閉胸式盾構(gòu)復(fù)合式盾構(gòu)荷蘭 14.87泥水盾構(gòu)易北河盾構(gòu)易北河盾構(gòu)14.5m 大直徑盾構(gòu)1.1950年初，在遼寧阜新煤礦使用手掘式盾構(gòu)修建疏水巷道工程2.1957年的北京市下水道工程中進(jìn)行過(guò)小口徑盾構(gòu)工法的嘗試。3.60年代，為了修建北京地鐵，自己研制過(guò)網(wǎng)格式壓縮混凝土盾構(gòu)施工技術(shù)，并成功地進(jìn)行了試驗(yàn) .60年代北京地鐵用盾構(gòu)試驗(yàn)60年代初在北京進(jìn)行了1:5的盾構(gòu)擠壓混凝土襯砌的模擬試驗(yàn) ，成功后，制造了7.34m的壓縮混凝土的網(wǎng)格式盾構(gòu)，并進(jìn)行了180m的間距試驗(yàn)。盾構(gòu)壓縮混凝土襯砌模擬試驗(yàn)60年壓縮環(huán)與鋼模板4. 上海地區(qū)軟土地基盾構(gòu)發(fā)展歷史 5.

3、1966年采用10.22m網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)修建打浦路過(guò)江隧道工程 打浦路直徑10.2m網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)6. 1988年建成的11.3m的延安東路過(guò)江隧道等都是應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)在富水、軟土地層施工成功 延安東路直徑11.3m網(wǎng)格型水力出土盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)7. 2003年6月，當(dāng)時(shí)中國(guó)最大的盾構(gòu)法隧道翔殷路開(kāi)工，采用直徑為11.58m的超大型泥水平衡盾構(gòu)掘進(jìn) 翔殷路盾構(gòu)8. 上海上中路隧道工程盾構(gòu)直徑達(dá)14.87m 9. 1995年，中隧集團(tuán)研制了半斷面插刀盾構(gòu)，并在高速公路隧道施工中成功應(yīng)用10. 中國(guó)國(guó)家863計(jì)劃支持，中鐵隧道集團(tuán)、上海隧道公司研制出了有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“復(fù)合式盾構(gòu)”、“先行號(hào)”盾構(gòu)“

4、先行號(hào)”盾構(gòu)“6.23m復(fù)合式盾構(gòu)”11. 中國(guó)采用盾構(gòu)修建地鐵歷史及規(guī)劃60年代北京地鐵用盾構(gòu)掘進(jìn)試驗(yàn)1990年上海開(kāi)始建設(shè)地鐵1號(hào)線1996年上海開(kāi)始建設(shè)地鐵2號(hào)線，后開(kāi)始建設(shè)3號(hào)線、4號(hào)線、M8線、6號(hào)線1996年廣州開(kāi)始建設(shè)地鐵1號(hào)線，后2號(hào)線、3號(hào)線、5號(hào)線2001年深圳地鐵1號(hào)線,南京地鐵1號(hào)線2002年北京開(kāi)始建設(shè)地鐵5號(hào)線1999年北京地鐵5號(hào)線試驗(yàn)段采用盾構(gòu)法設(shè)計(jì)施工2004年北京開(kāi)始建設(shè)地鐵4號(hào)線，10號(hào)線，機(jī)場(chǎng)線、奧運(yùn)支線還有蘇州、武漢、西安等地鐵進(jìn)入預(yù)科研階段即將開(kāi)工開(kāi)始建設(shè)：杭州、沈陽(yáng)、哈爾濱、成都等，2002年天津地鐵1號(hào)線開(kāi)工建設(shè)北京地下直徑線9.5m盾構(gòu) 初步預(yù)

5、測(cè)2005-2015年間至少要建設(shè)500-1000公里，需要投資3000多億元。 全國(guó)每年建成20km的地鐵投入運(yùn)營(yíng)。 目前，已有30多個(gè)城市開(kāi)展了城市軌道交通的前期工作。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)地鐵建設(shè)中，共有約60臺(tái)盾構(gòu)在使用中。中國(guó)地鐵建設(shè)計(jì)劃中國(guó)地鐵建設(shè)計(jì)劃上海地鐵規(guī)劃廣州地鐵規(guī)劃南京地鐵規(guī)劃深圳地鐵規(guī)劃深圳地鐵1號(hào)線天津地鐵1號(hào)線沈陽(yáng)地鐵規(guī)劃哈爾濱地鐵規(guī)劃上海地鐵建設(shè)用盾構(gòu) 在上個(gè)世紀(jì)90年代，修建上海地鐵一號(hào)線的時(shí)候，區(qū)間隧道都采用盾構(gòu)施工，共使用了7臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，推進(jìn)長(zhǎng)度約為18.6km。 以后在地鐵二號(hào)線、明珠線和M8線的施工中，所有區(qū)間隧道都采用了盾構(gòu)法施工，現(xiàn)在共有20余臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在

6、作業(yè)。 廣州修建地鐵一號(hào)線由日本青木公司采用了3臺(tái)盾構(gòu)機(jī)施工，造價(jià)昂貴，每延米約1萬(wàn)美元。 2號(hào)線盾構(gòu)施工每延米0.5萬(wàn)元。 目前施工的三號(hào)線，共有15臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在作業(yè)，即將開(kāi)工的地鐵四號(hào)線計(jì)劃新購(gòu)8臺(tái)盾構(gòu)機(jī)。每延米0.4萬(wàn)元 北京修建地鐵五號(hào)線也采用了盾構(gòu)法施工，進(jìn)行了試驗(yàn)段的施工，并順利完成。 現(xiàn)在后期3臺(tái)盾構(gòu)機(jī)已到場(chǎng)組裝。 北京地鐵4號(hào)線、10號(hào)線盾構(gòu)施工招標(biāo)已結(jié)束，計(jì)劃采用13臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，大部分為新購(gòu)。但選型和必要性未認(rèn)真研究，有些盾構(gòu)區(qū)間無(wú)水，造成刀具刀盤磨耗嚴(yán)重。 12.中國(guó)用掘進(jìn)機(jī)修建鐵路隧道TB880E修建的秦嶺18.4km鐵路隧道TB880E掘進(jìn)機(jī)秦嶺18.4km鐵路隧道13.

7、安康至南京磨溝嶺桃花鋪鐵路隧道(掘進(jìn)機(jī))，采用開(kāi)敞式TBM在軟巖中應(yīng)用成功14. 遼寧大伙房輸水隧道，開(kāi)敞式TBM，4臺(tái)8mTBM施工，進(jìn)度600m/月15.中國(guó)的江（海）底隧道南水北調(diào)工程中線建造了穿越黃河河底的引水隧道(TBM) 重慶主城越江排水隧道(6.7m泥水式硬巖盾構(gòu)) 城陵磯西氣東輸越江隧道(3.185m泥水盾構(gòu)) 三江口西氣東輸越江隧道(4.3m泥水盾構(gòu)) 武漢長(zhǎng)江公路隧道（長(zhǎng)江第一隧道） (11.4m泥水盾構(gòu)) 上海崇明越江隧道(15.1m泥水盾構(gòu)) 南京長(zhǎng)江越江隧道(15.1m泥水盾構(gòu)) 上海上中路越江隧道(14.87m泥水盾構(gòu)) 杭州錢塘江越江隧道越江隧道(11.4m泥水盾

8、構(gòu)) 武漢長(zhǎng)江公路隧道、雙向4車道江中取消橫通道江中取消橫通道上中路公路隧道上海崇明越江公路隧道（雙向6車道）南京長(zhǎng)江越江公路隧道（雙向6車道）南京地鐵二號(hào)線即將開(kāi)工建設(shè)，需要8臺(tái)盾構(gòu)機(jī)杭州地鐵一號(hào)線需要810臺(tái)盾構(gòu)機(jī)。蘇州地鐵一號(hào)線需要79臺(tái)盾構(gòu)機(jī)。沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線需要57臺(tái)盾構(gòu)機(jī)成都地鐵一號(hào)線需要約6臺(tái)盾構(gòu)機(jī) 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2010年，全國(guó)地鐵施工共需要盾構(gòu)機(jī)約為120多臺(tái)次，目前國(guó)內(nèi)在使用的盾構(gòu)機(jī)約為60臺(tái)，市場(chǎng)缺口較大。3.盾構(gòu)工程市場(chǎng)預(yù)測(cè) 在一個(gè)地鐵項(xiàng)目中，一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)施工周期為2年左右的時(shí)間，承擔(dān)約3公里長(zhǎng)的單線隧道，120多臺(tái)次的盾構(gòu)機(jī)可施工540720公里長(zhǎng)的單線隧道（每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)

9、按1.52次施工），工程總造價(jià)約170230億元（單線隧道每延米按3.23.5萬(wàn)元計(jì)）。 中國(guó)江河湖海眾多，海岸線綿延萬(wàn)余公里，越江、跨海隧道大有前景?？绾Ｋ淼肋h(yuǎn)景大連煙臺(tái)渤海灣（暗挖、盾構(gòu)及掘進(jìn)機(jī)法）青島黃道膠州灣（鉆爆法）長(zhǎng)江口（盾構(gòu)法）錢塘江口（盾構(gòu)法）廈門海底隧道（鉆爆法）臺(tái)灣海峽隧道（鉆爆法、TBM）珠三角、伶仃洋（沉管、盾構(gòu)法）瓊州海峽隧道（盾構(gòu)法）港珠澳海底隧道港珠澳海底隧道規(guī)劃建設(shè)（三）市政管道建設(shè) 目前，我國(guó)老化的市政基礎(chǔ)設(shè)施需要改建，城市快速發(fā)展急需新建大量的通訊、電纜、上下水道、煤氣等設(shè)施。過(guò)去建設(shè)往往都是給馬路“開(kāi)堂破肚”，給城市環(huán)境及交通造成了很大的影響，市政設(shè)施發(fā)展

10、的趨勢(shì)是建設(shè)大量的城市共同溝及地下管廊，將各類管線置入共同溝內(nèi)，給管線鋪設(shè)、運(yùn)營(yíng)、檢修及城市環(huán)境等都提供了極大的便利。國(guó)外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)證明，共同溝及地下管廊建設(shè)采用小直徑盾構(gòu)或頂管進(jìn)行施工，具有安全、快速、有利于保護(hù)城市環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，是首選施工設(shè)備。 目前，3.5m壓縮混凝土開(kāi)敞式盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)預(yù)施工正在進(jìn)行。北京市政隧道建設(shè) 2700盾 構(gòu) 接 收 井 3000盾 構(gòu) 接 收 井 2700及 3000盾 構(gòu) 始 發(fā) 井新 建 2700盾 構(gòu) 污 水 管 線新 建 3000盾 構(gòu) 污 水 管 線南環(huán)高速公路接 入 D400污 水 管接 入 D400污 水 管接 入 D400污 水 管接 入 D400污

11、 水 管接 入 D2000污 水 管大 面 積 稻 田大 面 積 稻 田南快速干線華接 入 瀝 窖 污 水 處 理 廠北接 入 D400污 水 管（四）盾構(gòu)工程市場(chǎng)列強(qiáng)分析 目前已經(jīng)進(jìn)入地鐵盾構(gòu)施工市場(chǎng)的單位近20家，其中上海4家、廣州3家、北京3家、天津1家、鐵道部7家。其中實(shí)力比較強(qiáng)的單位有：隧道局、上海隧道股份、上海機(jī)施、上海基礎(chǔ)、廣州盾建、北京市政、北京城建等單位。（三）市場(chǎng)預(yù)測(cè) 據(jù)專家預(yù)測(cè)，僅2010年前的10年間就需購(gòu)置39m巖石和盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)190余臺(tái)，若包括微型掘進(jìn)機(jī)在內(nèi)，將超過(guò)200臺(tái)。遠(yuǎn)期估計(jì)，隨著城市立體化、管線入地化趨勢(shì)的到來(lái)，盾構(gòu)和掘進(jìn)機(jī)將超過(guò)千臺(tái)。 （五）盾構(gòu)工程市場(chǎng)

12、的幾個(gè)特點(diǎn)（1）隨著工程總承包的推廣，盾構(gòu)施工手段是以后承攬地鐵工程的必要條件之一。（2）掌握盾構(gòu)施工技術(shù)的單位數(shù)量較多，市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)提高。（3）地下施工實(shí)力將取決于擁有盾構(gòu)機(jī)和專業(yè)技術(shù)人員的數(shù)量和質(zhì)量。（4）工程造價(jià)日趨合理，且各地水平高低不一。（5）除地鐵外，市政、水利等亦采用盾構(gòu)施工，使用范圍擴(kuò)大。如南水北調(diào)西線方案，隧道全長(zhǎng)240km，TBM直徑4.5m、 5.5m、 7m、 9.5m不同直徑24臺(tái)（6）市場(chǎng)前景看好，競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，正確對(duì)待購(gòu)置風(fēng)險(xiǎn)。1.中國(guó)地域廣大、地層條件復(fù)雜根據(jù)地質(zhì)條件特點(diǎn)，可以粗略將盾構(gòu)技術(shù)可以分為三大地區(qū)：（1）以上海地區(qū)為代表的軟弱土地區(qū)（2）以廣州地區(qū)為主

13、的風(fēng)化巖及軟硬不均地層（3）以北京為代表的砂層、砂卵石地層2.所需盾構(gòu)種類多土壓平衡盾構(gòu)、泥水盾構(gòu)軟土盾構(gòu)、復(fù)合盾構(gòu)、巖石盾構(gòu)閉胸式盾構(gòu)、開(kāi)敞式盾構(gòu)4.盾構(gòu)機(jī)的來(lái)源 國(guó)外購(gòu)置：日本、德國(guó)、法國(guó)等 引進(jìn)配件組裝：上海、新鄉(xiāng)、大連等 國(guó)產(chǎn)化發(fā)展5.盾構(gòu)施工配套設(shè)置6.技術(shù)人員的培訓(xùn)3.盾構(gòu)機(jī)選型 應(yīng)根據(jù)各地水文、地質(zhì)條件選用合適的盾構(gòu) （1）世界盾構(gòu)技術(shù)正朝著大斷面化、工程的大深度化、長(zhǎng)距離化、高速化發(fā)展，施工技術(shù)也越來(lái)越成熟，越來(lái)越多樣化。 （2）在中國(guó)大量的城市隧道工程在大量工程實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在21世紀(jì)盾構(gòu)工法將會(huì)更加多種多樣，我們應(yīng)當(dāng)完善當(dāng)前已問(wèn)世的新工法、新工藝的技術(shù)細(xì)節(jié)，使之提高成熟；加速盾構(gòu)工法的自動(dòng)化進(jìn)程；推出嶄新概念的工法、工藝、材料。 （3）我們應(yīng)當(dāng)看到我國(guó)的盾構(gòu)技術(shù)還存在著許多不足之處，應(yīng)當(dāng)多注重原有技術(shù)的改造，解決現(xiàn)在工程中的難題，引進(jìn)概念全新的新技術(shù)。 （4）針對(duì)每一地區(qū)不同的地質(zhì)特征找到合適的盾構(gòu)機(jī)型和相應(yīng)的施工方法。 （5）中國(guó)將有大量隧道需要建設(shè)，每年山嶺隧道平均以500km速度增加，城市地鐵、地下工程