文献综述我国盾构法隧道施工技术研究.doc

1、毕业设计（论文）文件综述题 目： 我国盾构法隧道施工技术研究 学 院： 土木建筑学院 专 业：土木工程（岩土与地下结构工程）学 生： 00000000000 学 号： 0000000000 指导教师： 000000000000 重庆交通大学 2013 年二0一三届土木工程专业（岩土与地下结构工程）毕业设计文献综述我国盾构法隧道施工技术研究 000000（重庆交通大学，重庆，400074，中国）摘要: 经过近半个世纪的发展，我国盾构法隧道施工技术得到了不断进步。本文阐述了盾构法在我国轨道交通、越江公路隧道及能源隧道等不同领域的应用及发展，总结了目前我国盾构法施工的总体水平，并根据当今地下空间的开

2、发要求，对今后盾构法软土隧道新技术的发展方向作了探索 。关键词:盾构法；隧道；轨道交通；越江隧道；施工技术Research on construction technology of shield tunnel in our countryLifeng(Chongqing Jiaotong University, Chongqing 100074,china)ABSTRACKT: After nearly half a century of development, tunnel shield construction technique of our country has been con

3、tinuous progress. This paper describes the development and application of shield method in rail transit, cross-river tunnel and power tunnel in different fields, and summarized the overall level of construction of our shield, and according to the development of underground space requirements, the de

4、velopment direction of the new technology of shield tunnel in soft soil is studied.KEYWORDS: shield tunnel; tunnel; rail transit; cross-river tunnel; construction technique一、引言 盾构法施工技术自1806年由英国工程师布鲁诺首创，并用于英国伦敦泰晤士河水底隧道，至今已有200余年历史。该技术由于无需占用大量隧道沿线的施工场地，对城市的商业、交通、住居等影响很小，很快受到各国的推崇。经过数代技术人员的不懈努力，盾构法隧道施工

5、技术由最初只能在极少数欧美发达国家应用，发展成为目前发展中国家在城市市政建设中逐步应用的施工技术 。近年来，随着我国市政基础设施建设的全面展开，有效利用和开发地下空资源，成为各地政府的共识，由此，我国的盾构法隧道施工技术在各类工程实践中得到迅速发展。我国使用盾构法修建隧道时，该技术已在世界范围内经历了一个世纪的发展历程。正因为技术的相对成熟，加之国内市政基础设施建设的迫切需求，及国家对城市环境保护意识的增强。盾构法隧道施工以其节约城市空间及环保性，而受到广泛的认可和接受 。20世纪50、60年代以来，盾构法施工在我国的沿海（上海、广州、深圳、天津）和内陆城市（北京、南京、武汉）逐步得到应用，并

6、在轨道交通、越江公路、能源等领域累计施工隧道8600多座，累计里程4370多公里。20世纪90年代，盾构法施工技术进入发展时期。21世纪，随着我国城市化建设进程的加快，城郊互动日益密切，城市交通便捷化要求日益增强，我国的盾构法隧道施工进入高速发展时期 。二、我国现有的盾构法施工技术盾构法隧道施工涉及到土力学、基础工程学、机械等众多学科，具有很强的专业性和实践性。在过去的半个世纪的时间里，我国的施工单位、科研单位和大专院校等对我国盾构法隧道施工进行了较为广泛的研究，并取得了一定的成果，这些研究与我国地下空间的开发利用及国家经济水平相适应，促使我国形成了一套较为完整的盾构法施工技术体系，目前，我国

7、的部分技术、工法甚至达到国际先进水平。2.1我国成熟的盾构法施工技术经过近半个世纪的发展，我国已在盾构法软土隧道领域形成了相关的施工及验收规范、各类盾构法施工工法等标准性文件，并在以下八方面形成了较为成熟的关键技术体系。第一是盾构施工对地表沉降影响的控制技术，在我国的盾构法隧道施工中，主要通过隧道开挖面稳定性控制技术及同步注浆技术来控制地表沉降，经过多次工程实践，我国已经在施工中形成了一套独特的工艺，可将盾构施工引起的地表沉降控制在1-3cm范围内。第二是隧道轴线控制技术，在盾构法隧道施工中，小半径曲线的盾构轴线控制是一项关键技术。我国主要是通过盾构姿态、管片拼装、同步注浆等工艺的优化，以及盾

8、构铰接装置、超挖刀的综合运用，有效地将隧道轴线偏差控制在50 mm以内。上海地铁l号线汉中路上海火车站间上行线区间，隧道圆曲线段半径为299.851m，是目前已建地铁中曲线段半径最小的盾构施工区段。第三是盾构近距离穿越大型管涵施工技术，对于隧道施工而言，工程中遇到的各类管线问题一直是困扰盾构施工的难题，它对沉降控制的精度要求极为严格，而我国在软土盾构法隧道中形成的近距离穿越大型管涵施工技术，有效解决了这个难题。1999年，我国建设者在上海轨道交通2号线杨高路站东方路站区间施工中，顺利穿越上游引水箱涵管道。2005年，上海的轨道交通6号线民生路站源深体育中心站双圆盾构区间隧道，需要穿越浦东源深路

9、下的原水箱涵，走向与隧道轴线夹角成83，管渠底面距盾构机顶部仅为1.57m，这是目前已知的盾构成功穿越箱涵的最近距离，施工中，原水管渠的扰动位移始终保持在5mm之内，我国首个双圆盾构近距离穿越地下管涵获得成功。工程的成功表明我国对该技术的掌握又上了一个台阶。第四是盾构穿越障碍物施工技术，在城市轨道交通建设过程中，盾构施工有时需穿越既有的工作井，比如，上海的延安东路隧道南线施工需要穿越C15素混凝土槽壁，在此基础上，工程人员总结了一套与其相适应的施工参数和技术措施，并形成了切削障碍物（纤维钢筋混凝土等）的盾构的刀盘刀具设计模式及一套盾构穿越障碍物的切削技术，同时借助信息化的动态施工管理，达到满足

10、盾构切削障碍物施工及地面沉降控制技术的要求。第五是越江隧道施工技术，从上海成功建成打浦路隧道以来，已有三条（2号线、4号线、8号线）轨道交通及延安东路越江隧道、大连路越江隧道等10条大型越江公路隧道成功穿越黄浦江。通过穿越黄浦江的多条隧道施工实践，我国已形成了一系列过江专有技术，其中主要包括水底监测技术、浅气层应对技术、盾尾防漏技术及隧道稳定性控制技术，这些技术的成功应用确保了越江隧道的成功建设。第六是隧道施工高效运输技术，在盾构法施工中，我国通过对传统运输设备的配置改进，开发了大吨位设备运输系统和应用皮带运输系统，使盾构施工出土工序的时间大大缩短。另外，对隧道空间的充分应用，也使管片等工程材

11、料的运输和出土工序同步，保证了盾构推进的连续性。通过特殊移动道岔的设计与应用，实现运输车辆在车架后方的及时交会，保证了隧道施工运输线路的畅通和高效。2.2 国际先进水平的盾构法施工技术随着地下空间的开发，盾构施工技术已广泛地应用于软土层的市政工程领域。自上海首次开展软土隧道可行性试验至今，通过众多的工程实践，我国的软土盾构法施工技术得到快速提升，积累了大量施工经验，形成了独具特色的施工工艺、工法，并形成了一系列处于国际先进水平的软土盾构法隧道施工技术。一是海底隧道垂直顶升建设取排水口施工技术，从隧道内部用顶升方法安全、快速地向上顶出通水立管，顶升不受水面风浪和气候影响，顶升完毕后，只需短时小规

12、模的潜水作业，揭开通水立管的顶盖即可完成。该技术安全、快速、经济而又不受水上风浪潮汐影响。二是近距离穿越运营中的隧道施工技术，通过对叠交隧道影响的研究、分析和模拟试验，我国在施工中加强监测，由此积累了一套在上海软土地层条件下处理盾构掘进时相邻隧道相互影响的经验，形成一整套长距离叠交隧道掘进技术，从而把软土盾构法隧道施工中，近距离隧道的相互影响降到最低限度。三是大直径盾构推进与地面沉降控制技术，通过对大断面泥水盾构的开挖面稳定、施工参数匹配的系统研究分析，我国探索出了一套科学管理盾构施工参数、地面沉降控制技术和盾构穿越重要构筑物注浆控制沉降技术，并摸索出了大型盾构在上海软土地层中施工隧道的地面沉

13、降和隧道变形规律。三、盾构法施工技术在我国的应用近几年来，我国隧道及地下工程的建设发展很快，盾构法隧道施工技术广泛应用于城市地铁隧道、市政公用隧道、越江交通隧道和水利电力隧道,以及铁路公路隧道等工程建设。就城市地铁隧道而言，据统计，至2005年，我国在建的各类地铁线路共计13条，总长度约300 公里，其中约200公里采用盾构法隧道施工技术。杭州、武汉、成都、重庆、沈阳、哈尔滨、西安、苏州等地已规划2010年前建设的地铁线路约20条，长度约500公里，我国的市政公用隧道、水电隧道、公路铁路隧道2010年前建设的规划有上千公里。这里着重介绍盾构法施工技术在我国轨道交通建设、大直径公路隧道建设和能源

14、隧道建设中的应用情况。3.1盾构法隧道施工技术在轨道交通区间隧道建设中的应用上海和广州是我国运用盾构法隧道施工技术，建设城市轨道交通区间隧道比较典型的两大城市。上海地区的土质是典型的含水软土地层，1991年，上海率先引进法国FCB公司的7台6.34m土压平衡式盾构，建成了长16.8km的地铁1号线区间隧道。这7台盾构机采用大刀盘开挖、螺旋输送机排土，同时备有同步压浆、计算机控制系统等，性能比较完善。隧道处于淤泥土和淤泥质亚粘土，覆土深度518m，推进进度为46m/d，地面沉降控制在+10mm-30mm，为我国在含水软土地区的城市中修建隧道提供了宝贵的经验，上海轨道交通主要采用土压平衡盾构进行施

15、工。目前，上海已有5轨道交通线路投入运营，在建的轨道交通有8条，按照规划，到2012年，上海将建成500公里的轨道交通。广州地区土质是典型的复合地层，在隧道开挖断面内的垂直方向和水平方向上都可能存在多种地层的组合，因此，在不同类别岩层中的盾构施工，其施工进度、施工参数、刀具的磨损特性等方面都具有很大的差异。广州的第一条盾构法轨道交通线路（广州地铁1号线）始建于1993年12月底，1999年正式开通运营，全长18.48 km，其中从黄沙烈士陵园共有6个区间隧道采用盾构法开挖，开创了我国在复合地层中采用盾构法修建轨道交通区间隧道的先河。目前，广州已有4条轨道交通线路投入运营。按照规划，至2010年

16、，广州将建成8条轨道交通线合计189 km。继上海、广州等城市率先修建了盾构法地铁线路之后，南京、北京、天津、深圳等城市都已成功采用盾构法修建了自己的地铁。3.2 盾构法隧道施工技术在大直径公路隧道建设中的应用目前，我国在长江的中游、下游和入海口均有采用大直径盾构修建越江公路隧道的规划。其中，位于长江入海口的上海已经开始动工建设长江通道。上海长江越江通道工程为6车道的南隧北桥建设方案，南港隧道，全长约9km，其中圆形盾构隧道长约7.5km，隧道外径15m，为目前世界上一次掘进距离最长，直径最大的隧道。隧道采用2台15.43m泥水加压盾构掘进机施工（图2），由德国海瑞克公司中标制造。2006年9

17、月盾构正式出洞施工，目前隧道施工已达2500m，最快单日掘进16m。2007年1月17，结合工程实际研制的“超大直径、超长距离隧道盾构推进技术研究”通过验收，成果达到国际先进水平，解决了大埋深、高水压、流砂地层等不良地质水文条件下的盾构开挖面稳定，自主研发的HS系列泥水盾构专用处理剂，有效保护了开挖面的稳定。泥水处理技术重点解决了对粘土颗粒的分离技术，有效分离尺寸在4050m以上，泥水的循环利用率达到了80%90%，地面沉降控制在1030mm以内。武汉长江隧道是一条解决武汉内环线内主城区过江交通的城市主干道，它位于武汉长江大桥和二桥之间。该工程建设规模为双向四车道，道路等级为大城市主干道，设计

18、时速50km/h。设计线路总长度为3.63km。其中盾构隧道段总长度为2338m。圆隧道采用11580mm 泥水平衡式盾构机掘进施工。隧道外径11.2m、内径10.2m，隧道衬砌采用钢筋混凝土通用楔形预制管片通过螺栓连接拼装而成。隧道最大坡度4.50%，最小平曲线半径为850m，隧道在江中段顶覆土最小厚度10.2m，南北线隧道外壁最小净距仅为6.37m，最大覆土为37.0m左右。武汉长江隧道已于2004年10月开工，将于2007年建成通车。3.3盾构法隧道施工技术在能源等隧道建设中的应用自盾构法施工技术在地下工程建设中广泛应用以来，我国先后在电厂取排水隧道工程、水环境隧道工程、电缆隧道（共同沟

19、）工程和引水隧道工程等领域，采用盾构法技术进行施工。近年来，盾构法隧道技术不断被应用于引水隧道工程建设中。2007年6月，上海启动青草沙水源地原水过江管工程建设。工程包括2条全长7.172km的穿越长江隧道，衬砌为单层通用楔形钢筋混凝土管片，外径6800mm，内径5840mm，环宽1.5m，采用2台7m泥水平衡式盾构机掘进施工。工程计划于2010年全面竣工。四、 盾构法隧道施工发展新趋势世界经济的迅猛发展加速了城市化建设，随着城市密集度的提高和高层建筑的不断增加，环境污染问题日趋严重，地面可利用空间越来越少，如何更有效利用和创造地下空间已成为当今城市现代化建设的重要课题，采用盾构法来开发地下空

20、间将是一种最佳选择（图6）。通过技术更新，提高地下工程施工对邻近设施及周围环境的影响预测能力和保护控制技术水平，以及地下空间开发利用对地下水及地层中其他资源的影响与保护控制技术等，对未来隧道功能的扩展性、隧道施工的可靠性、智能性和隧道建设的可持续性提出了新的要求，这是未来盾构法隧道施工发展的新趋势。4.1隧道功能扩展性为适应城市发展的要求和工程建设发展的需要，人们对隧道功能的要求将会更为多样，将不再局限于轨道交通、公路隧道和能源隧道等方面，而将向外延伸。因此，笔者认为超大直径、超长距离和超深覆土将会是未来盾构法施工的发展趋势。超大直径隧道施工技术：随着人类文明的不断进步，城市地面交通对环境的污

21、染问题愈发受到关注。建设大直径公路隧道，达到高速公路车流要求，将成为一种趋势。超大直径盾构法隧道施工项技术对盾构机提出了全新要求（15m），必须重点研究复杂工况条件下，如何有效地控制盾构施工对环境的影响。超长距离隧道：在经济全球化趋势的推动下，各国之间以及各城市之间的合作、交流越来越密切，与之相对应的是交通的压力逐渐增大。越江、海峡隧道等交通在连接较远距离城市方面具有受地理条件影响较小、安全、快捷等优点，在解决区域性交通的问题上具有广泛的建设前景。超长距离盾构隧道施工技术重点解决超长距离（10km）对盾构机的特殊要求，一是提高机械的抗磨损能力，二是进行地下对接的技术。超深覆土隧道：随着城市市政

22、建设和轨道交通的飞速发展，地下空间不断被开发，可供利用的地下资源越来越少，并逐步开始制约城市的规划发展，这对我们开发利用地下空间提出了更高的要求。特别是在大型城市区间中，现在地面以下30m范围内的空间已经被大量开发。如果要进行进一步开发利用的话，则30100m范围内的地下空间无疑是重点，这就决定了深覆土条件下如何进行盾构隧道施工是即将面临的重要问题。4.2隧道施工可靠性随着隧道工程的不断增多，为适应不同条件下的施工要求和提高施工效率，人们对隧道施工机械的要求会越来越高，笔者认为主要体现在盾构法隧道施工的超小半经曲线施工、快速掘进施工及隧道施工的自动化等三个方面。超小半径曲线施工：由于原有地下市

23、政基础设施的复杂性，将会面临超小半径曲线隧道施工工况（小于50m），开发、应用球体盾构施工将是一种较好的解决方法。快速掘进施工：为了适应城市建设的高速发展，必须研发一套掘进、拼装同步进行的全新技术，将原有盾构施工进度提高一倍以上（大于600m/月）。盾构施工自动化：盾构机将不断采用类似机器人的技术，如控制、遥控、传感器、导向、测量、探测、通讯技术等，盾构机的自动化发展趋势不可阻挡。盾构法隧道施工中，运输及管片拼装工序的安全隐患最大。研究运输系统及管片拼装的自动化设计，最终实现无人驾驶盾构，同时提高效率，符合未来隧道工程的总趋势。4.3隧道施工智能性对隧道施工的全过程实施监控是保证盾构正常运行和

24、施工安全的重要手段。“智能性”是将专家的智力资源、计算机技术和互联网的信息通讯资源结合起来，通过先进的分析手段，对施工方进行指导，具有极强的实效性，能够实时反映施工现场的施工情况，便于总部管理人员对各施工工地进行远程实时的全面监控。通过合理运用经典数学方法、人工智能法以及一些土力学计算方法，将能够实现多种智能咨询功能，可以有效地指导施工现场盾构施工；并且通过在施工现场收集、存储、整理大量的盾构施工参数，形成了强大的盾构动态数据库，为解决同类技术问题提供了必要的知识储备。实时预测地面沉降是指系统利用神经网络理论，根据已成环隧道施工时所设定的各类施工参数、地面沉降控制效果等有关信息资料，建立系统模

25、型，实时预测现阶段或下阶段盾构掘进可能产生的地面沉降量。同时，每隔一段时间系统将根据最近采集的施工数据校正模型。另外，根据系统对信息处理具有自组织、自学习并可不断提高系统预测的准确性的特点，加强盾构法隧道施工的智能化信息化可以在保证施工安全的前提下大大的提高施工速度。4.4 隧道建设可持续性盾构法施工可以有效利用城市地下空间，而对地下空间的开发利用是城市可持续发展的重要领域，在地下空间开发利用过程中，同样要坚持可持续的发展观，为此必须加强地下空间开发利用过程中环境保护技术的研究，笔者认为应从投资经济性、隧道耐久性及异型截面盾构法三方面综合考虑隧道建设的可持续性。投资经济性：盾构法隧道投资成本高

26、，在有效规避各类风险的前提下，如何进一步提高工程建设（设计、施工）的经济性，将是今后隧道建设者的重点研究方向。隧道耐久性：从目前已建的盾构隧道来看，均存在不同程度的后期影响，严重者将影响隧道的正常运营，如何进一步提升施工质量，保证隧道的百年设计寿命，有待于我们进一步研究解决。异型截面盾构法：为适应城市复杂地下空间的有效利用，合理经济的盾构工法的开发和普及运用是社会发展的趋势。如何开发异型盾构施工法，在进行工程建设的同时节约地下资源、保护环境是目前面临的重要任务，双圆隧道施工法即是其中的一种，开发三圆盾构施工地铁车站的矩形盾构施工公路隧道等多将是未来城市市政建设中的新课题。五、结 语我国的盾构法

27、隧道施工，从初期的可行性研究发展到现在水平，已有近半个世纪的时间。随着施工技术的不断发展，其应用领域和范围不断拓展，目前已经发展成为我国地下空间开发的主要施工技术，这对于有效利用地下空间，改善城市环境有重要作用。我们也应清醒地意识到，盾构法隧道施工是一项复杂的技术，它集机、电、液、传感、信息技术等于一体。我国在这方面的水平，与一些发达国家相比，如日本、德国等，还有相当大的差距。我国的盾构法隧道施工技术，还有待进一步探索、研究，需要通过不断的工程实践，提高技术、锻炼队伍和培养人才，争取与国际接轨甚至超越国外先进水平。参考文献：1 周文波.盾构法隧道施工技术及应用M.北京：中国建筑工业出版社，20

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