高效率隧道掘进机：提升工程效率新选择

隧道掘进机是一种专门用于开挖地下通道工程的大型高科技施工装备,它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点。按照地层条件和具体施工方法的不同,一般将隧道掘进机分为三类,即盾构掘进机(shield machine)、岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)和顶管掘进机(pipe jacking machine)。

20世纪50年代,中国开始研究和开发各种类型盾构掘进机及其施工技术,盾构法施工得到了不断发展和改进。50年间在中国许多大中城市的不同地层中用不同类型盾构完成了一批水底公路隧道、地铁区间隧道、地下人防通道、引水隧道、排水隧道、电缆隧道等地下工程。目前,中国北京、上海、广州、深圳、南京、武汉、厦门等许多城市进行地下铁道及市政公用设施的施工,均在不同程度上采用盾构掘进机开挖。

(1)我国隧道掘进机的制造技术水平。

1)盾构掘进机。中国从90年代以来,已成功地研制了直径3.8～6.34m 的土压平衡盾构掘进机10余台,国产化率达70%,用于地铁隧道、引排水隧道、电缆隧道工程,技术上已接近国际先进水平,在隧道导向技术、监控技术方面的研究也达到了国际先进水平。

2)顶管掘进机。在直径1.2～3m 的顶管掘进机方面,我国已经先后研制了先进的反铲顶管机、土压平衡顶管机等,国内已完全有能力制造国产机械去取代进口设备。上海研制的3.8m×3.8m 矩形顶管掘进机,已完成了2条地下人行通道的施工,使中国在异形盾构的开发研究方面挤入世界先进行列。在微型隧道掘进机方面,我国也已研制了直径600～800mm 的中心螺杆出土顶管机、夯管顶管机和水平定向钻机等设备。

3)岩石掘进机(TBM)。在TBM 掘进机方面,我国已具备设计制造国外各种盾构掘进机的能力。1998年上海隧道工程股份有限公司为国外厂商制造安装了2台直径4.88m TBM 掘进机,已在我国隧道工程中使用。1999年又为广州地铁2号线改制了2台直径6.1m 的复合型盾构掘进机。1999年上海重型机器厂作为分包商,与法国法马通公司合作为香港制造了一台直径8.75m 的TBM 掘进机,在上海进行整体组装后运至香港。

(2)我国隧道掘进机使用和技术管理水平。(www.xing528.com)

1)使用隧道掘进机的行业和企业。我国最早使用隧道掘进机的只有上海隧道工程局(现为上海隧道工程股份有限公司),而现在,市政建设(共同沟、输水、排污管道,交通地道等)、地铁建设(区间隧道)、铁路与公路长大隧道、水电站泄洪隧洞、长距离输水隧道(南水北调等)、石油天燃气输送隧道等行业和部门都正在或准备使用隧道掘进机。掌握隧道掘进机施工技术和施工企业较为熟练的有城市隧道工程公司、市政工程公司、铁路隧道施工公司、水电施工企业(局)等。

2)隧道掘进机施工的技术管理水平。随着我国隧道掘进机制造技术的提高和工程实践的增多,施工企业的管理和使用隧道掘进机的水平也在不断提高。上海隧道工程股份有限公司先后开发研制了“盾构法隧道施工智能化辅助决策系统”,“上海地区区间隧道盾构施工专家系统”,“土压平衡盾构监控系统”,“地铁盾构掘进导向系统”和“盾构施工数据采集系统”。中铁隧道工程局在使用德国WIRTH 公司TBM 开挖长18.45km 的秦岭隧道时,专门制定了施工技术管理办法,不断提高施工技术水平,顺利通过软弱地层和岩爆地段,使该型号的TBM 技术性能在我国得到了最大程度的发挥。

(3)隧道与地下工程开挖方法的预测分析。

1)隧道掘进机法将成为2l世纪我国隧道施工的主要方法之一。我国面对平均每年290km 需要开挖的各类隧道(岩石中、土层中、海底中等),完成它们的方法都比较成熟,这些方法是隧道掘进机法(TBM 法、盾构法和顶管法)、钻爆法、沉管法和浅埋暗挖法等。可以预料,这些隧道施工方法都会在实际工程中使用,但当工期对经济效益和生态环境有重大影响而掘进工作面又受限制的情况下,面对速度、环保、效益等问题,使用隧道掘进机将成为人们的首选。

2)我国2010年前隧道掘进机需求量预测。面对21世纪中国城市地下空间开发利用的广阔市场和非开挖技术的提高,在2001～2010年10年间,我国将有20余座城市建设地铁,而其区间隧道采用盾构掘进机施工将是必然的选择,正在建设中的深圳地铁和南京地铁采用盾构掘进区间隧道;广州地铁2号线、上海地快3号线、北京地铁5号线均采用盾构法施工;直径6m 左右的地铁盾构掘进机的需求量约达60余台,铁路隧道将有部分采用TBM 掘进机开挖,在今后10年内直径8.6m 的TBM 掘进机需求量约为6台,个别公路隧道将采用独臂TBM 掘进机开挖中导洞,需求约10台。水电隧道将有相当一部分采用TBM 掘进机,直径4m 左右的TBM 掘进机的需求量约20台。其他城市管道的建设,直径5.5m 的盾构掘进机需求量约为100台,直径0.6～3.0m 的顶管掘进机需求量约为30台。