第一節(jié) 盾構(gòu)機(jī)的起源與分類
一、盾構(gòu)機(jī)的定義、起源與發(fā)展
盾構(gòu)機(jī)，全名叫盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)，是一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能，涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測量等多門學(xué)科技術(shù)，而且要按照不同的地質(zhì)進(jìn)行“量體裁衣”式的設(shè)計制造，可靠性要求極高。盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程。
盾構(gòu)機(jī)問世至今已有近180年的歷史，其始于英國，發(fā)展于日本、德國。近30年來，通過對土壓平衡式、泥水式盾構(gòu)機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù)，如盾構(gòu)機(jī)的有效密封，確保開挖面的穩(wěn)定、控制地表隆起及塌陷在規(guī)定范圍之內(nèi)，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(zhì)如高水壓條件的處理技術(shù)等方面的探索和研究解決，使盾構(gòu)機(jī)有了很快的發(fā)展。盾構(gòu)機(jī)尤其是土壓平衡式和泥水式盾構(gòu)機(jī)在日本由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及實際工程的需要發(fā)展很快。德國的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)也有獨(dú)到之處，尤其是在地下施工過程中，保證密封的前提以及高達(dá)0.3MPa氣壓的情況下更換刀盤上的刀具，從而提高盾構(gòu)機(jī)的一次掘進(jìn)長度。德國還開發(fā)了在密封條件下，從大直徑刀盤內(nèi)側(cè)常壓空間內(nèi)更換被磨損的刀具。目前我國盾構(gòu)機(jī)的生產(chǎn)水平以達(dá)到國際水平。
二、盾構(gòu)機(jī)的分類
盾構(gòu)機(jī)根據(jù)工作原理一般分為手掘式盾構(gòu)，擠壓式盾構(gòu)，半機(jī)械式盾構(gòu)（局部氣壓、全局氣壓），機(jī)械式盾構(gòu)（開胸式切削盾構(gòu)，氣壓式盾構(gòu)，泥水加壓盾構(gòu)，土壓平衡盾構(gòu)，混合型盾構(gòu)，異型盾構(gòu)）。
泥水式盾構(gòu)機(jī)是通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩(wěn)定開挖面，其刀盤后面有一個密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，里面充滿了泥漿，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經(jīng)分離后泥漿重復(fù)使用。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是把土料(必要時添加泡沫等對土壤進(jìn)行改良)作為穩(wěn)定開挖面的介質(zhì)，刀盤后隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉(zhuǎn)開挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉(zhuǎn)將土料運(yùn)出，泥土室內(nèi)土壓可由刀盤旋轉(zhuǎn)開挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉(zhuǎn)速度)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
三、盾構(gòu)的原理及其優(yōu)缺點
1、盾構(gòu)的原理
盾構(gòu)機(jī)的基本工作原理就是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進(jìn)邊對土壤進(jìn)行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護(hù)盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時文撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業(yè)在護(hù)盾的掩護(hù)下進(jìn)行。
2、優(yōu)點
1）在盾構(gòu)支護(hù)下進(jìn)行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航運(yùn)、潮汐、季節(jié)、氣候等條件的影響，能較經(jīng)濟(jì)合理地保證隧道安全施工；
2）盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、襯砌拼裝等可實行自動化、智能化和施工遠(yuǎn)程控制信息化，掘進(jìn)速度較快，施工勞動強(qiáng)度較低；
3）地面人文自然景觀受到良好的保護(hù)，周圍環(huán)境不受盾構(gòu)施工干擾；在松軟地層中，開挖埋置深度較大的長距離、大直徑速度，具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全、軍事等方面的優(yōu)越性。
3、缺點
1）盾構(gòu)機(jī)械造價較昂貴，隧道的襯砌、運(yùn)輸、拼裝、機(jī)械安裝等工藝較復(fù)雜；在飽和含水的松軟地層中施工，地表沉陷風(fēng)險極大；
2）需要設(shè)備制造、氣壓設(shè)備供應(yīng)、襯砌管片預(yù)制、襯砌結(jié)構(gòu)防水及堵漏、施工測量、場地布置、盾構(gòu)轉(zhuǎn)移等施工技術(shù)的配合，系統(tǒng)工程協(xié)調(diào)難；
3）建造短于750m的隧道沒有經(jīng)濟(jì)性；對隧道曲線半徑過小或隧道埋深較淺時，施工難度大。
第二節(jié) 盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)造
一、盾構(gòu)的外形和材料
1、盾構(gòu)的外形
盾構(gòu)的外形就是指盾構(gòu)的斷面形狀，有圓形、雙圓、三圓、矩形、馬蹄形、半圓形或與隧道斷面相似的特殊形狀等。
2、制造盾構(gòu)的材料
盾構(gòu)主要用鋼板（單層厚板或多層薄板）制成，鋼板一般用A3鋼。鋼板間連接可采用焊接和鉚接兩種方法，大型盾構(gòu)考慮到水平運(yùn)輸和垂直吊裝的困難，可制成分體式，到現(xiàn)場進(jìn)行就位拼裝，部件的連接一般采用定位銷定位，高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，最后焊接成型。
二、盾構(gòu)的基本構(gòu)造
1、盾殼
盾構(gòu)的殼體由切口環(huán)、支撐環(huán)和盾尾三部分構(gòu)成，外殼采用鋼板焊接成整體。
1）切口環(huán)部分
它位于盾構(gòu)的最前端，用于開挖和擋土，施工時切入地層并掩護(hù)開挖作業(yè)。切口環(huán)前端設(shè)有刃口，以減少切土?xí)r對地層的擾動。切口環(huán)的長度主要取決于支撐、開挖方法以及挖土機(jī)具和操作人員的工作回旋余地。
2）支撐環(huán)部分
它是盾構(gòu)的主體，內(nèi)部裝有千斤頂、舉重臂、真圓保護(hù)器等各種設(shè)備，它緊接于切口環(huán)后，位于盾構(gòu)的中部，是一個剛性較好的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。地層土壓力、所以千斤頂?shù)捻斄σ约扒锌凇⒍芪?、襯砌拼裝時傳來的施工荷載均由支撐環(huán)承擔(dān)。
3）盾尾部分
盾尾一般由盾構(gòu)外殼鋼板延長構(gòu)成，主要用于掩護(hù)隧道襯砌的安裝工作。盾尾末端設(shè)有密封裝置，以防止水、土及注漿材料從盾尾與襯砌之間進(jìn)入盾構(gòu)內(nèi)。盾尾鋼殼厚度從結(jié)構(gòu)上考慮盡可能減薄，但它除承受土壓力外，遇到糾偏及彎道施工時，還有難以估計的施工荷載，受力復(fù)雜，所以其厚度應(yīng)綜合考慮上述因素。
2、推進(jìn)系統(tǒng)
盾構(gòu)的推進(jìn)系統(tǒng)由液壓設(shè)備和盾構(gòu)千斤頂組成。千斤頂數(shù)量由設(shè)計總推力和千斤頂類型確定，其直徑宜小不宜大，故采用高壓液壓系統(tǒng)提供動力，其位置應(yīng)均勻地安裝在盾殼支撐環(huán)的內(nèi)周，方向與隧道軸線平行。
3、正面支撐系統(tǒng)
開挖面支撐系統(tǒng)類型有千斤頂類、刀盤面板類和網(wǎng)格類。此外，采用氣壓法施工時由壓縮空氣提供的壓力也可使開挖面保持穩(wěn)定。開挖面支撐上常設(shè)有土壓計，以監(jiān)測開挖面土體的穩(wěn)定性。
4、襯砌拼裝系統(tǒng)
襯砌拼裝系統(tǒng)的主要設(shè)備為襯砌拼裝器（俗稱舉重臂）和真圓保持器。襯砌拼裝器是一種專用的機(jī)械手，用于鉗住管片并使其平轉(zhuǎn)、升舉和旋轉(zhuǎn)，使管片能按預(yù)定的位置就位，并安全、迅速地拼裝成環(huán)。一般設(shè)置在盾尾或支撐環(huán)內(nèi)，也可安裝在車架上。真圓保持器是使隧道管片保持真圓的裝置，當(dāng)某環(huán)管片拼裝成環(huán)后。
5、液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)由高壓油泵、油馬達(dá)、油箱、液壓閥及管路等組成，為千斤頂、舉重臂和大刀盤等提供動力。一般油泵和油箱設(shè)在盾構(gòu)后面的車架上。
6、操作系統(tǒng)
操作系統(tǒng)控制盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)。略……
第三節(jié) 國外盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展
一、世界盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展情況
盾構(gòu)技術(shù)自1823年由布魯諾爾首創(chuàng)于英國倫敦的泰晤土河的水底隧道工程以來，已有170余年的歷史。在這170余年的風(fēng)風(fēng)雨雨中，經(jīng)過幾代人的努力，盾構(gòu)法已從一種只能在極少數(shù)歐美發(fā)達(dá)國家中才見應(yīng)用的特殊技術(shù)，發(fā)展成為在發(fā)達(dá)國家中極為普通，在發(fā)展中國家中亦逐漸得到應(yīng)用的隧道施工技術(shù)。
據(jù)說最早發(fā)明盾構(gòu)法的思路是來自發(fā)明者的一個有趣的發(fā)現(xiàn)，英國的布魯諾爾發(fā)現(xiàn)船的木板中，有一種蛀蟲鉆出孔道，并用它自己分泌的液體覆涂在孔壁上。1818年布魯諾爾在蛀蟲鉆孔的啟示下，最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的設(shè)想，并且在英國取得了該施工法的專利。1825年，布魯諾爾用他自己的想法制成盾構(gòu)，并第一次在泰晤士河施工了水底隧道。這條道路隧道的斷面（11.4m×6.8m）相當(dāng)大，施工中遇到了坍方和水淹，加上隧道的損壞，當(dāng)時處于難于進(jìn)展的狀態(tài)，由于初始未能掌握控制泥水涌入隧道的方法，隧道施工中兩次被淹，后來在東倫敦地下鐵道公司的合作下，經(jīng)過對盾構(gòu)施工的改進(jìn)，用氣壓輔助施工，花了18年的時間才于1843年完成了全長458m的第一條盾構(gòu)法隧道。
1865年巴爾勞首次采用圓形盾構(gòu)，并用鑄鐵管片作為地下隧道襯砌。1869年，他用圓形盾構(gòu)在泰晤土河底下建成了外徑為2.21m的隧道。在盾構(gòu)穿越飽和含水地層時，施加壓縮空氣以防止涌水的氣壓法最先是在1830年由口切蘭斯爵士（LordCochrance）發(fā)明的。1874年，在英國倫敦地下鐵道南線的粘土和含水砂礫地層中建造內(nèi)徑為3.12m的隧道時，格雷塞德（HenryGreathead）（1844～1896）綜合了以往所有盾構(gòu)施工和氣壓法的技術(shù)特點，較完整地提出了氣壓盾構(gòu)法的施工工藝，并且首創(chuàng)了在盾尾后面的襯砌外圍環(huán)形空隙中壓漿的施工方法，為盾構(gòu)法發(fā)展起了重大的推動作用。1880～1890年間，在美國和加拿大間的圣克萊河下用盾構(gòu)法建成一條直徑6.4m，長1800余m的水底鐵路隧道。二十世紀(jì)初，盾構(gòu)施工法已在美、英、德、蘇、法等國開始推廣。30～40年代在這些國家已成功地使用盾構(gòu)建成內(nèi)徑自3.0～9.5m的多條地下鐵道及過河公路隧道。僅在美國紐約就采用氣壓法建成了19條重要的水底隧道，盾構(gòu)施工的范圍很廣泛，有公路隧道、地下鐵道、上下水道以及其他市政公用設(shè)施管道等。蘇聯(lián)40年代初開始使用直徑為6.0～9.5m的盾構(gòu)先后在莫斯科、列寧格勒等市修建地下鐵道的區(qū)間隧道及車站。
從20世紀(jì)60年代起，盾構(gòu)法在日本得到迅速發(fā)展，除了大量在東京、大阪、名古屋等城市的地下鐵道建設(shè)中外，更多地是用在下水道等市政公用設(shè)施管道建設(shè)中。70年代，日本及聯(lián)邦德國等國針對在城市建設(shè)區(qū)的松軟含水地層中由于盾構(gòu)施工所引起的地表沉陷、預(yù)制高精度鋼筋混凝土襯砌和接縫防水等技術(shù)問題，研制了各種新型的襯砌和防水技術(shù)及局部氣壓式、泥水加壓式和土壓平衡式等新型盾構(gòu)及相應(yīng)的工藝和配套設(shè)備。
1993年建成的、連接英法兩國的英吉利海峽隧道，全長48.5km，海底段長37.5km，隧道最深處在海平面下100m。這條隧道全部采用盾構(gòu)法技術(shù)施工，英國一側(cè)共用6臺盾構(gòu)，3臺施工岸邊段，3臺施工海底段，施工海底段的盾構(gòu)要向海峽中單向推進(jìn)21.2km，與從法國側(cè)向英國方向推來的盾構(gòu)對接。法國側(cè)共用6臺盾構(gòu)，2臺施工岸邊段，3臺施工海底段。海峽隧道由2條外徑8.6m的單線鐵路隧道及1條外徑為5.6m米的輔助隧道組成。由于海底段最大深度達(dá)100m，因此無論盾構(gòu)機(jī)械還是預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌結(jié)構(gòu)均要承受10個大氣壓的水壓力，又由于單向推進(jìn)21.2km，盾構(gòu)推進(jìn)速度必須達(dá)到月進(jìn)1000m的速度才能在3年左右的時間內(nèi)完成，因此盾構(gòu)的構(gòu)造及其后續(xù)設(shè)備均須采用高質(zhì)量的耐磨耗及腐蝕的材料。所以該隧道的修建標(biāo)志著盾構(gòu)技術(shù)的最新水平。
第四節(jié) 日本盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展
第四節(jié) 日本盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展
1、盾構(gòu)技術(shù)的引進(jìn)和發(fā)展
在日本最初成功的盾構(gòu)技術(shù)，是國鐵關(guān)門海底隧道工程（1939～1944），在門司方的不良地基中上行線405m，下行線725m之中，是使用φ7.2m的人工挖掘式盾構(gòu)機(jī)，兼用了氣壓施工法和化學(xué)藥液注漿法進(jìn)行了施工。通過這項工程，可以認(rèn)為是確立了日本的盾構(gòu)技術(shù)的技術(shù)。
是在1953年的關(guān)門公路隧道和1957年的帝都高速交通營團(tuán)4號線永田町2工區(qū)中，使用的是頂板盾構(gòu)，再有，是名古屋市的地下鐵道覺王山隧道中，是兼用氣壓施工法的人工開挖盾構(gòu)施工的。
在此以后，由于要面向1964年的東京奧林匹克的工程，隨著經(jīng)濟(jì)的高度成長，要求城市設(shè)施建設(shè)工程急劇增加，建設(shè)工程有時也帶來的公害明顯化了。人工開挖式盾構(gòu)技術(shù)的使用就此替代了以往的城市隧道中的明挖工法。在此時期內(nèi)，伴隨著盾構(gòu)掘進(jìn)，作為對付地下水的對策便是降水工法和氣壓工法，而作為對付地基沉降等的措施，則是兼用了化學(xué)藥液注漿法等的輔助工法。
在普及盾構(gòu)技術(shù)的同時，希望能開發(fā)在縮短工期、省力化、對付復(fù)雜地基等問題上的盾構(gòu)技術(shù)，而機(jī)械式掘進(jìn)盾構(gòu)技術(shù)是在1963年大阪市上水道大淀輸水管道（φ2.6m，長度227m）中，是首先使用的新的盾構(gòu)。第二年在大阪市地下鐵道工程中，使用了φ6.97m，掘進(jìn)長度達(dá)668.4m大斷面機(jī)械掘進(jìn)式看構(gòu)工法，各制造廠方、公司致力于機(jī)械掘進(jìn)式盾構(gòu)機(jī)的開發(fā)并推向?qū)嵱没A段。
2、密閉型盾構(gòu)技術(shù)的開發(fā)
作為輔助工法的氣壓工法或者是化學(xué)注漿工法使用的結(jié)果，是可能發(fā)生缺氧事故，化學(xué)漿液為害事故或隧道內(nèi)火災(zāi)事故。在摸索這些事故的對策之中，成為泥水式盾構(gòu)和土壓式盾構(gòu)技術(shù)的先后誕生過程。
泥水式盾構(gòu)的原理，是在1961年由法國卡姆諾培羅納篤公司設(shè)想出來的，而在日本是用于1967年帝都高速交通營團(tuán)地下鐵道的9號線神田川工區(qū)主線工程的引水隧道（φ3.1m、長度312m）中使用過泥水盾構(gòu)技術(shù)。泥水盾構(gòu)技術(shù)是對原封不作改變的機(jī)械化盾構(gòu)的切削刀盤部分，用隔墻密閉化、用壓送泥水至開挖面上，而用排泥閥按流體方式輸送掘削土碴的。作為大型隧道斷面的使用，是在1969年，日本鐵道建設(shè)公團(tuán)京葉線的羽田隧道，在貫穿森崎運(yùn)河工區(qū)中，采用了φ7.29m、長度為856m×2線路工程，曾引起國外有關(guān)人士的較大關(guān)注。
此外，在1974年由日本獨(dú)自開發(fā)了土壓式盾構(gòu)。這種盾構(gòu)技術(shù)，也還是在機(jī)械化盾構(gòu)機(jī)的切削刀盤后面設(shè)置了隔墻，采用螺旋輸送機(jī)進(jìn)行排出土碴，將密閉艙內(nèi)掘削土經(jīng)混合攪拌機(jī)構(gòu)攪拌成泥土化，是通過給予所規(guī)定的壓力來求得開挖面的穩(wěn)定。作為土壓式盾構(gòu)技術(shù)的改良型，是在切削器的密閉艙內(nèi)注入添加材料（加泥材料、泥漿材料），開發(fā)了藉助攪拌葉輪的混合泥土加壓式盾構(gòu)技術(shù)，土壓式盾構(gòu)技術(shù)可能應(yīng)用的范圍逐漸地在擴(kuò)展。泥土加壓式盾構(gòu)技術(shù)首先采用的是在1976年東京都水道局本地區(qū)的水管建設(shè)工程中。作為使所用的添加材料，是使用氣泡、使得掘削土的流動性能和止水性能得以提高的氣泡（泡沫）盾構(gòu)技術(shù)。
泥水式和土壓式等的密閉型盾構(gòu)技術(shù)改善了施工坑道內(nèi)的大氣壓力作業(yè)的環(huán)境，不再有漏氣、缺氧等問題產(chǎn)生，也為謀求工程區(qū)域周圍的環(huán)境保護(hù)得到保證，已成為今后盾構(gòu)技術(shù)的主流了。
2、盾構(gòu)技術(shù)的多樣化
由于密閉型盾構(gòu)技術(shù)的實用化，對于開挖面的穩(wěn)定和地基沉降等對周邊環(huán)境的影響變小了，盾構(gòu)技術(shù)成為對付地下鐵道、上下水道、電力通信、道路、地下河渠等大規(guī)模的隧道工程施工條件不利情況下施工的主力軍。
此外，當(dāng)進(jìn)入到廿世紀(jì)八十年代的后半時期，成為對于這些隧道中對應(yīng)的規(guī)模、形狀、線形、自動化、省力化、降低成本等多種需要，開展了工程總承包商和制造商相互之間技術(shù)競爭的動力。
1）大斷面化
在克服開挖面的穩(wěn)定和物資、機(jī)械、材料組合的功效化課題，以φ14.14m的橫貫東京灣道路為起點，所進(jìn)行了大斷面鐵路、公路、地下河流等大直徑隧道施工。
2）大深度化
由于城市中比較淺的地下空間皆為已設(shè)置的構(gòu)筑物云集占據(jù)，要新建隧道必須變深，便成為要施工深度在下60～70m的隧道，要提高盾構(gòu)機(jī)和管片的承壓性，耐久性，乃是往大深度、高水壓施工的必要具備的條件。
3）長距離化
在過分密集的市中心部分，對于難以保證豎井用地的情況下，通過對盾構(gòu)機(jī)等功效的有效使用，把降低造價為目標(biāo)，要求使用1臺盾構(gòu)機(jī)作長距離的掘進(jìn)。在此情況下，成為盾構(gòu)機(jī)的耐久性，切削刀頭的更換技術(shù)，掘削土碴的處理設(shè)備，物資器材高速度輸向開挖面的設(shè)備等課題。正在出現(xiàn)施工長度為6.5km的工程實績。
4）隧道襯砌、地下對接技術(shù)
作為縮短工期、降低造價的技術(shù)開發(fā)之一，乃是開發(fā)了不使用預(yù)制管片襯砌塊，而是在盾構(gòu)中直接設(shè)置模板，在現(xiàn)場就地澆筑隧道襯砌的ECL工法。此種場合下，從兩側(cè)方向掘進(jìn)而至的盾構(gòu)機(jī)，作會在地層中進(jìn)行盾構(gòu)的接合技術(shù)，而開發(fā)發(fā)地層土凍結(jié)工法，MSD工法等項目。
三、歐洲盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展
目前歐洲開始采用ECL（擠壓混凝土襯砌施工法）技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管片襯砌系統(tǒng)，在施工成本和襯砌質(zhì)量方面都取得了良好的效果，這項技術(shù)在國內(nèi)還沒有應(yīng)用。德國海瑞克公司和德國維爾特公司是歐洲的兩大知名生產(chǎn)商，德國維爾特公司聲8.8m敞開式掘進(jìn)機(jī)，平均月進(jìn)尺316m(純作業(yè)時間達(dá)到40％左右)。
1、英國愛德蒙努爾公司盾構(gòu)
沃林頓排污隧道的直徑為2.87m。用膨潤土泥水盾構(gòu)開挖，施工中遇到的地質(zhì)是砂層和砂巖層。由于分界面接近表層，所以開挖中遇到了粒徑為500mm的中礫層。這就迫使工程師不得不對切削頭進(jìn)行多次改進(jìn)，但對膨潤土泥漿系統(tǒng)未作重大改動。不過，從隧道施工最大進(jìn)尺每班(10h)6.7m以及地面沉降量(最大19mm)相對較小來看，這種系統(tǒng)具有較大的靈活性和安全性，可以對付各種難于處理的地層。
2、水力噴射盾構(gòu)及工程應(yīng)用
在漢堡哈爾堡排污隧道施工中，與泥水加壓盾構(gòu)法配合，采用了鋼纖維混凝土襯砌(外層襯砌)技術(shù)(開挖隧道直徑為3.55m)。
隧道直徑一般都在3.6m和10.6m之間。若采用頂管法混凝土襯砌，隧道內(nèi)徑可以減小到2.5m；采用混凝土管片襯砌，內(nèi)徑最小為3m。隧道直徑小使得與開挖面聯(lián)系困難，開挖設(shè)備只能縱向布置，成本相對較高。為了滿足泥水盾構(gòu)在小直徑隧道中施工，又開發(fā)一種簡單的盾構(gòu)，即水力噴射盾構(gòu)。
水力噴射盾構(gòu)機(jī)頭于1980年首次在漢堡哈爾堡排污隧道工程中使用。這項工程包括若干豎井施工、一部分填方和挖方施工以及總長920m的內(nèi)徑1.5m和2.4m不等的幾條隧道的開挖。這些隧道有一部分是上下相疊布置的，隧道外壁間距最小0.55m。上層隧道覆蓋層小于它的開挖隧道直徑。上層隧道為下水道(內(nèi)徑2.4m)。采用素混凝土管襯砌，開挖隧道直徑為3m，為了防腐，排污隧道的內(nèi)表面涂有一層聚酯材料。
這條排污隧道的支線長430m，開挖隧道直徑1.9m，隧道底板離地面約8～10m，地下水水頭為6～7m。隧道沿線的地層為密實的中砂層，局部為泥炭層。在隧道施工中，即未采取排水法也未采用壓縮空氣，因為隧道附近有建筑物，這兩種措施對它都很敏感。最后，采用水力噴射盾構(gòu)機(jī)頭，并配合使用頂管法進(jìn)行施工，每段混凝土管長3.3m，豎井底的頂進(jìn)設(shè)備、中繼頂進(jìn)站及潤滑裝置與普通頂管設(shè)備都相同。
盾構(gòu)的切削裝置是在控制頭內(nèi)組裝的，有三個噴嘴(直徑22mm)，按12、4、8三個鐘點的位置布置，噴嘴擺動范圍為120°。噴嘴前端的機(jī)械保護(hù)裝置上有一塊彈簧片，碰上固體障礙物時會將噴嘴關(guān)上。噴嘴水流速度的變化可以從操作者的控制盤上反映出來。操作者只是在隧道內(nèi)進(jìn)行觀測，若將控制盤的電纜接長，也可以在隧道外的地面上觀測泥水的流速變化。
在這條隧道施工中，多數(shù)時間的進(jìn)尺達(dá)到10m。其推進(jìn)速度主要受混凝土管節(jié)安裝速度的影響，而與切削裝置的切削能力無關(guān)。施工中只是在局部地區(qū)觀測到有較小的地面沉降(約5mm)。
隨著泥水加壓式盾構(gòu)和水力噴射式盾構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展，直徑小于1.0m的隧道也可用盾構(gòu)開挖，操作人員還可以在隧道外工作。
用水和價格便宜的填料配制的支護(hù)液可以取代昂貴的膨潤土泥漿。這是降低開挖成本的一種方法。施工中還發(fā)現(xiàn)，通過對系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以減少動力方面的耗資。略……
第五節(jié) 城市軌道交通的發(fā)展分析
一、我國城市軌道交通產(chǎn)業(yè)需求狀況分析
目前我國正處于軌道交通建設(shè)的繁榮時期，中國已經(jīng)成為世界上最大的城市軌道交通市場。
中國城市軌道交通發(fā)展至今約有40年的時間，目前國內(nèi)40多座百萬人口以上的特大城市中，已經(jīng)有30多座城市開展了城市快速軌道的建設(shè)或建設(shè)前期工作，約有14個大城市上報城市軌道交通網(wǎng)規(guī)劃方案，擬規(guī)劃建設(shè)55條線路，長約1500公里，總投資5000億元。
隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，軌道交通面臨巨大的運(yùn)輸需求。目前中國已經(jīng)開通城市軌道交通的有北京、上海、天津、廣州、長春、大連、深圳、武漢、南京等9個城市。
目前我國軌道交通技術(shù)裝備水平不斷提高，裝備工業(yè)不斷發(fā)展，中國軌道交通多渠道融資的局面已經(jīng)初步形成。初步預(yù)測，到2010年，我國新建城市軌道交通線路將達(dá)到1000公里以上。
二、我國城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模
截止到2007年12月31日，中國已經(jīng)開通運(yùn)行軌道交通的城市12個（含香港、臺灣地區(qū)），其中大陸10個城市通車線路總計達(dá)30條（含有軌電車和磁懸浮線路），通車總里程729公里（含磁懸浮）。預(yù)計全國“十一五”期間將會建設(shè)1500公里左右軌道交通，總投資額在4000-5000億左右。其中，北京、廣州的投資均將超過500億元，上海更是高達(dá)1400多億元。我國的城市軌道交通行業(yè)已步入一個跨越式發(fā)展的新階段，市場前景十分廣闊。
截至2008年1月份，北京、上海、深圳等十幾個城市的軌道交通線路正在建設(shè)，在建線路里程達(dá)800多公里。根據(jù)各城市近期軌道交通發(fā)展規(guī)劃，到2012年，其中，北京軌道交通線網(wǎng)將全部覆蓋中心城，運(yùn)營里程將達(dá)到440公里；上海軌道交通將形成13條線路、300多座車站、運(yùn)營總長度超過500公里的軌道交通基本網(wǎng)絡(luò)。
中國已開通城市軌道交通現(xiàn)狀
三、我國北京、上海、廣州等城市軌道交通發(fā)展分析
1、北京
北京是中國第一個擁有地鐵的城市，1965年7月1日，北京市開始興建第一條地下鐵道，即地鐵1號線，一期工程全長23.6公里，于1969年10月1日建成通車。而此時的新加坡、舊金山、漢城、華盛頓、亞特蘭大等國際都市城內(nèi)還沒有一寸地鐵，即使是現(xiàn)在地鐵較為發(fā)達(dá)的香港也是從1980年才開始起步。隨后，地鐵2號線也于1984年9月通車試運(yùn)營。然而到2001年，這32年的建設(shè)時間里，北京共竣工了42公里地鐵，平均每年只修建1.3公里地鐵。特別是從1987年到1997年的十年間，只開通了復(fù)興門到西單的1.8公里。此時的北京地鐵已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地被其他國際大都市拋在了后面。
隨著城市地面交通壓力日益增大，北京軌道交通建設(shè)也緊鑼密鼓地進(jìn)行。2002年12月28日，地鐵5號線開工建設(shè)，緊接著4號線、10號線（一期）、奧運(yùn)支線、機(jī)場軌道線陸續(xù)開工，到08年底，共有10條地鐵線路同時開工建設(shè)，北京地鐵在建里程達(dá)到了創(chuàng)歷史的115公里。如此大規(guī)模的地鐵建設(shè)，在世界地鐵建設(shè)史上也是很少見的。
目前，包括剛開通的北京北站至延慶縣的S2線與北京地鐵10號線(含奧運(yùn)支線)和軌道交通機(jī)場線在內(nèi)，北京已建成了輻射天安門30公里半徑范圍內(nèi)的城區(qū)軌道交通線，軌道交通第一階段建設(shè)目標(biāo)基本實現(xiàn)，完全滿足了奧運(yùn)會的需要。
按照北京市軌道交通近期(2007年~2015年)建設(shè)規(guī)劃，2008年起北京市將著力加快第二階段建設(shè)任務(wù)，確保未來一個時期內(nèi)每年建成通車一條軌道交通線路。到2012年全市將基本完成中心城線網(wǎng)建設(shè)，累計軌道交通運(yùn)營里程達(dá)到440公里，完成第二階段建設(shè)任務(wù)。
北京城市軌道交通線網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃
2、上海
上海地鐵運(yùn)營線路總長236公里，有163座車站，目前運(yùn)營的有8條，貫穿于上海的各個角落，為生活出行帶來許多便捷。
上海市城市軌道交通線網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)
3、廣州
廣州城市軌道交通線網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃
第六節(jié) 隧道及地下空間的發(fā)展分析
1、隧道
隧道及地下工程大發(fā)展是以80年代為真正的起點。當(dāng)時是以大瑤山鐵路雙線隧道為契機(jī)、為范例，徹底改變了近100年隧道及地下工程的修建方法，是中國鐵路隧道修建史上的一次飛躍，被評為國家科技進(jìn)步特等獎。隨著隧道及地下工程的大發(fā)展，尤其我國要在廿一世紀(jì)把中西部地區(qū)的交通、能源、水源等基礎(chǔ)設(shè)施抓緊早上、快上，要落實開發(fā)西部、移民2～3億的戰(zhàn)略，鐵路、公路長大隧道不斷在中西部規(guī)劃和建成。如陜西省正在籌建穿越秦嶺山脈，打通包頭—西安—安康—重慶—北海的西部大通道，其中秦嶺終南山特長公路隧道最長方案為18.4km，準(zhǔn)備在近期開工。西安—安康線，西(安)寧(南京)、寶蘭、渝(重慶)懷(化)鐵路復(fù)線的相繼開工，都出現(xiàn)了大量的隧道群和長隧道。但對于支護(hù)結(jié)構(gòu)、防水處理、特長隧道服務(wù)通道設(shè)置、安全運(yùn)行、通風(fēng)、防災(zāi)、洞門位置、環(huán)境保護(hù)等許多重大問題，沒有立法，隨意性很大，百年大計的思想不能在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上體現(xiàn)出來。如地下結(jié)構(gòu)的構(gòu)造型式，公認(rèn)復(fù)合式襯砌最適合地下工程特點的合理結(jié)構(gòu)型式，一次支護(hù)是施工安全的需要，也是巖土被擾動后進(jìn)行力的調(diào)整、轉(zhuǎn)換、自趨平衡的需要，然而，不少設(shè)計院、建設(shè)方從短期行為出發(fā)，提出整體式單層混凝土襯砌的結(jié)構(gòu)型式，還提出施工臨時支護(hù)+模筑整體式襯砌結(jié)構(gòu)，還有減薄式襯砌等等，這樣做省不了多少圬工量，反而使建成后的隧道出現(xiàn)漏水、滲水、開裂等病害。又如特長隧道的維修很重要，在正洞旁邊設(shè)一服務(wù)隧道是完全正確的事，尤其超過10km的鐵路、公路隧道，及單洞雙向運(yùn)行的長度超過5km的公路隧道，在通風(fēng)、防災(zāi)、維護(hù)方面都會帶來很大好處，但很難被人們接受。最近聯(lián)通法國和意大利的勃朗峰公路隧道長11.6km，由于失火造成41人死亡，36輛汽車被毀，隧道被迫關(guān)閉1年進(jìn)行整修，人員死亡的主要原因是沒有撒離通道，沒有直接向外的通風(fēng)口。只有通過技術(shù)立法，才能防止不規(guī)范的設(shè)計，規(guī)范建設(shè)方、業(yè)主的行為。
2、城市地下空間的開發(fā)更為混亂
城市人口急劇膨脹，生存空間擁擠，交通阻塞，環(huán)境惡化。地下空間的開發(fā)、城市地鐵的快速修建已列入市長們的議事日程。地下鐵道、地下停車場、地下倉庫、地下商業(yè)街等都在進(jìn)行設(shè)計、施工，但很少統(tǒng)籌，處于無序狀態(tài)。如管道層一般在地下3～5m范圍，系統(tǒng)的共同溝可以避免反復(fù)破壞交通路面、影響市容、破壞環(huán)境，但不少城市對三通一平、設(shè)置共同溝缺乏足夠的認(rèn)識，熱力管道、電力管道、通訊電纜、供水下水管道、燃?xì)夤艿酪约案鞑块T名目繁多的管線仍各自為政，天上、地下混亂無序地布設(shè)，發(fā)生事故就東挖一坑，西挖一溝，非常落后，呼吁市長們把這些嚴(yán)重影響城市社會效益和形象的管線統(tǒng)管起來，迅速建立城市共同溝。略……
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