大直径盾构隧道工程技术

傅德明

上海市土木工程学会 1 . 盾构法隧道技术的发展 1.1 盾构隧道概述

1.1.1盾构法隧道基本概念

盾构法是在盾构保护下修筑软土隧道的一类施工方法。这类方法的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等作业都在盾构保护下进行，并需随时排除地下水和控制地面沉降，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。

1.1.1.1盾构法施工的优点

⑴、场地作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；

⑵、隧道施工的费用和技术难度基本不受覆土深浅的影响，适宜于建造覆土深的隧道； ⑶、穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候的影响； ⑷、穿越地面建筑群和地下管线密集区时，周围可不受施工影响； ⑸、自动化程度高、劳动强度低、施工速度较快。 1.1.1.2 盾构法施工的缺点 施工设备费用较高； 覆土较浅时，地表沉降较难控制； 用于施工小曲率半径隧道时，掘进较困难。 1.1.1.3．施工的适用范围

适用于各类软土地层和软岩地层的隧道掘进，尤其适用于城市地下隧道工程。

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水底公路隧道； 地铁区间隧道； 排水污水隧道； 引水隧道； 公用管线隧道。 1.1.1.4．盾构隧道的断面形状

1.1.2国外盾构隧道的发展

* 1818年，英国的布鲁诺从蛀虫钻孔得到启示，提出盾构掘进隧道设想。

* 1825～1843年，布鲁诺在伦敦泰吾士河下用盾构法修建458m长的矩形隧道（11.4m×6.8m）。

* 1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧道涌水。

* 1865年，英国的布朗首次采用圆形盾构和铸铁管片，1869年用圆形盾构在泰吾士河下修建外径2.2m的隧道。

* 1874年，英国的占姆斯首创盾尾空隙压浆的辅助工法，并用于伦敦地铁南线内径3.2m隧道施工。

* 1880～1890年，在英国和加拿大间的圣克莱河下用盾构法建成直径6.4m、长1800m的水底铁路隧道。

* 1896年，开始应用刀盘式机械掘进盾构。

* 20世纪初，美国、英国、德国、苏联、法国等国开始采用盾构法修筑地铁和水底公路隧道。

* 1940年后，苏联用直径6.0～9.5m盾构在莫斯科和列宁格勒修建地铁。

* 1939～1942年，日本首次用盾构施工国铁关门隧道工程（盾构直径7.18m，隧道长度725.8m）。

* 1967年，英国开发成功首台泥水加压平衡盾构。 * 1974年，日本开发成功首台土压平衡盾构。

* 1987～1991年，英国、法国采用11台盾构掘进深50km长的英法海峡隧道，创造单台盾构连续掘进21km的记录。

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* 1989～1996年，日本采用8台世界最大直径14.14m泥水加压盾构，掘进东京湾海峡隧道，2条隧道各长15.1km。

* 日本在1990年以来，开发应用双圆盾构、多圆盾构、矩形盾构、母子盾构等工法，并应用于各类工程，引领世界盾构隧道新技术发展。

* 2003年，荷兰绿色心脏隧道采用1台直径14.89m泥水气平衡盾构一次掘进7.1km。 * 2007年，西班牙马德里M30环线工程采用2台直径15.m土压平衡盾构掘进2条3.5km地下道路隧道。

1．3我国盾构法隧道技术的发展

* 50年代，东北阜新煤矿首次采用直径2.6m手掘式盾构施工巷道。 * 1957年，北京市政工程局采用2台直径2.0m和2.6m手掘式盾构进行城市下水道施工。 * 1963年，上海隧道工程股份有限公司在软土地层进行直径4.2m手掘和网格盾构的浅推进和深推进工程试验。 * 1965年，上海采用直径10.22m网格挤压盾构掘进国内首条水底公路隧道－打浦路隧道掘进长度1322m。

* 1985～1988年，上海采用自行研制的直径11.33m网格型水力出土盾构掘进机延安东路隧道，掘进长度1476m。

* 1985～1986年，上海引进日本川崎重工制造的直径4.33m小刀盘土压平衡盾构掘进芙蓉江路排水隧道1656m。 * 1987~1989年，上海研制了国内首台直径4.35m加泥式土压平衡盾构掘进朵完成穿越黄浦江底的市南站电缆隧道583m。技术成果获国家科技进步一等奖。

* 1991～1993年，上海与法国FCB公司合作设计制造7台直径6.34m土压平衡盾构，完成上海地铁1 号线78km区间隧道掘进施工。

* 1995～1997年，上海引进日本三菱重工直径11.22m泥水加压盾构掘进延安东路隧道南线工程1300m主隧道。

* 1996～1998年，广州引进日本1 台直径6.14m土压平衡盾构和2台直径6.14m泥水加压盾构，完成广州地铁1 号线8.8km区间隧道掘进施工。

* 1999年，上海研制国内首台3.8m×3.8m组合刀盘型矩形土压平衡盾构，掘进104m地铁2号线陆家嘴车站过街人行地道。

* 1999年，北京市政总公司引进日本石川岛播磨直径3.6m土压平衡盾构，完成亮马河排水隧道工程。

* 2000年，广州地铁2号线采用改制的直径6.14m复合型土压平衡盾构，进行风化岩地层中的区间隧道掘进施工。

* 2001年初北京地铁5号线从德国海瑞克公司引进一台?6.20m土压平衡盾构，用于雍和宫－－北新桥站区间隧道工程。

* 2001年6月南京地铁1号线引进4台?6.34m土压平衡盾构，用于区间隧道掘进施工。 * 2001年7月深圳地铁1号线先后引进4台?6.14m复合型土压盾构用于区间掘进施工。 * 2002年上海地铁8号线引进2台双圆型土压盾构，用于2.5km区间隧道工程。

* 2006年武汉、上海、南京三大长江隧道开工建设，其中上海长江隧道隧道工程采用2台世界最大直径15.43m泥水气平衡盾构掘进2条7.5km隧道，于2008年9月贯通，将于2009年底通车运营。

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