大型矩形斷面地下工程機(jī)械化建造技術(shù)綜述及展望

于少輝， 高 毅， 李 洋， 程 鵬， 王全勝

(中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司地下空間設(shè)計(jì)研究院， 河南 鄭州 450016)

0 引言

城市地下空間開發(fā)市場(chǎng)巨大。城市地下空間的合理利用對(duì)于改善城市環(huán)境、建設(shè)宜居城市、提高城市綜合承載能力具有重要意義，其已成為推動(dòng)中國(guó)新型城鎮(zhèn)化、大型現(xiàn)代化城市再造、城市可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

大型矩形斷面地下空間開發(fā)建造技術(shù)亟待創(chuàng)新。地鐵車站、多艙綜合管廊、地下商業(yè)、地下車庫、多車道地下快速路等，大多埋深較淺，位于土層或軟弱巖地層內(nèi)，一般為矩形斷面，其相比圓形斷面，空間利用率更高，結(jié)構(gòu)受力更合理，通常采用明挖法施工，若不具備明挖條件，也可采用暗挖法施工。明挖法具有施工技術(shù)簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)及主體結(jié)構(gòu)受力較好等特點(diǎn)，但在既有城區(qū)內(nèi)采用明挖法施工，需要進(jìn)行大量的征地拆遷、管線改遷、綠地移植、交通導(dǎo)改，加劇了城市交通擁堵和環(huán)境污染，影響了市民的正常生活。常用的暗挖法有CRD工法、PBA工法、管幕工法等，能有效避免大面積露天開挖，減小對(duì)周邊環(huán)境的影響[1-5]；但是，此類工法存在臨時(shí)設(shè)施廢棄量大、工作環(huán)境惡劣、人工作業(yè)量大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、效率低和成本高等問題。

在國(guó)內(nèi)外地下空間開發(fā)利用相關(guān)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展、城市建設(shè)環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)、建筑產(chǎn)業(yè)工人極度匱乏以及勞務(wù)人員工資激增等多種因素的影響下，與地下工程建設(shè)相關(guān)的“新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備”得以突飛猛進(jìn)的發(fā)展。新型矩形斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的研制與成功應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)大型矩形斷面地下工程建設(shè)的安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保提供了多種解決方案[6]。本文從中選擇部分典型案例進(jìn)行介紹，并對(duì)大型矩形斷面地下工程機(jī)械化建造技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展方向進(jìn)行初步構(gòu)想，以期為讀者提供一些啟發(fā)和參考。

1 矩形隧道全斷面建造技術(shù)

矩形隧道全斷面建造技術(shù)即采用與工程結(jié)構(gòu)斷面接近的大型設(shè)備通過全斷面施工的方式建造地下工程的技術(shù)。

世界上最早的矩形隧道是1826年開始建造的英國(guó)倫敦穿越泰晤士河底的公路隧道，隧道斷面為11.4 m×6.8 m。由于初始未能掌握抵制泥水涌入隧道的方法，隧道施工過程中2次被淹，后來在東倫敦地下鐵道公司的合作下，通過對(duì)盾構(gòu)施工進(jìn)行改進(jìn)，用氣壓輔助施工，于1843年完成了全長(zhǎng)458 m的第1條盾構(gòu)法隧道。該項(xiàng)目開創(chuàng)了盾構(gòu)法建造地下工程的先河，但當(dāng)時(shí)的設(shè)備比較簡(jiǎn)陋，采用人工掘進(jìn)(見圖1)，工效相對(duì)較低，安全性也很差。

圖1 泰晤士隧道盾構(gòu)施工示意圖

日本有多個(gè)工程采用了矩形盾構(gòu)法進(jìn)行施工。1999—2004年，在日本京都市地鐵東西線的六地藏北工區(qū)，采用矩形盾構(gòu)修建了長(zhǎng)760.79 m的區(qū)間隧道[7]。矩形盾構(gòu)外包尺寸為10.24 m×6.87 m，采用的管片為鋼筋混凝土復(fù)合管片和鑄鐵管片(見圖2)，管片外包尺寸為9.9 m×6.5 m，壁厚550 mm，管片寬高比為1.52。

圖2 六地藏北工區(qū)盾構(gòu)管片圖(單位： mm)

2009—2012年，在日本東京首都圈中央聯(lián)絡(luò)車輛道路相?？v貫川尻隧道工程中，采用矩形盾構(gòu)修建了長(zhǎng)417 m的往復(fù)段[8]。盾構(gòu)外包尺寸為11.96 m×8.24 m，襯砌管片為鋼纖維增強(qiáng)高流動(dòng)混凝土管片(見圖3)，厚度為400 mm。

圖3東京首都圈中央聯(lián)絡(luò)車輛道路相模縱貫川尻隧道管片(單位： mm)

Fig. 3 Segment of Tokyo Capital Circle Tunnel (unit： mm)

2015年，上海建工集團(tuán)研制了1臺(tái)10.1 m×5.3 m的土壓平衡矩形盾構(gòu)(見圖4)[9]，襯砌采用混凝土與鋼板的復(fù)合結(jié)構(gòu)(見圖5)，并用于上海虹橋臨空?qǐng)@區(qū)10-3、11-3地塊地下連接通道工程施工，掘進(jìn)距離28 m。該矩形盾構(gòu)主要適用于地下通道和城市地下快速路工程施工。

單體矩形掘進(jìn)機(jī)斷面尺寸不宜過大，現(xiàn)今既有成功案例的斷面寬度均在12 m以內(nèi)，適用于雙車道交通隧道、地下人行通道、地下綜合管廊等項(xiàng)目。

圖4 矩形盾構(gòu)

圖5 上海虹橋地下連接通道工程隧道管片(單位： mm)

Fig. 5 Segment of Shanghai Hongqiao Underground Connection Engineering (unit： mm)

2004年，新疆烏魯木齊采用20 m×6.2 m×7.8 m三聯(lián)體組裝形式的矩形盾構(gòu)(見圖6)、履帶式行走模板拼裝機(jī)和現(xiàn)澆襯砌箱體鋼模施工了超大斷面矩形隧道[10]。該項(xiàng)目為地下商業(yè)街，主體結(jié)構(gòu)南北長(zhǎng)約328 m，東西寬19.8 m，矩形筒體結(jié)構(gòu)(見圖7)高6 m，內(nèi)凈高4.9 m，覆土最大深度為4.75 m。該項(xiàng)目采用聯(lián)體盾構(gòu)全斷面施工，安全風(fēng)險(xiǎn)小，對(duì)周邊環(huán)境影響??；以現(xiàn)澆鋼筋混凝土取代傳統(tǒng)盾構(gòu)管片，結(jié)構(gòu)整體性好，承載機(jī)制明確，適用常規(guī)設(shè)計(jì)理論。

圖6 三聯(lián)體矩形盾構(gòu)斷面

圖7 三聯(lián)體矩形隧道結(jié)構(gòu)示意圖(單位： mm)

Fig. 7 Structure diagram of triplet of rectangular tunnels (unit： mm)

該項(xiàng)目原設(shè)計(jì)使用套筒式反鏟挖掘機(jī)械手開挖(見圖8)，利用螺旋輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)出土；施工時(shí)改為采用小型挖掘機(jī)直接挖土裝車的形式。由于隧道工作面采用敞開式開挖，施工對(duì)地層的影響不易控制；盾構(gòu)的推進(jìn)反力依靠鋼模和現(xiàn)澆混凝土的摩擦力提供，混凝土的初凝時(shí)間限制了盾構(gòu)的推進(jìn)速度。

圖8 單體盾構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于類似項(xiàng)目，可以通過改進(jìn)設(shè)備掘進(jìn)方式提高掘進(jìn)過程的安全性，使用新材料、新工藝提高主體結(jié)構(gòu)的制造安裝速度。

對(duì)于矩形隧道全斷面建造技術(shù)，受限于掘進(jìn)設(shè)備的制造難度、制造成本、施工難度等因素，適用斷面不能過大。

2 大斷面分部掘進(jìn)技術(shù)(口琴工法)

21世紀(jì)初，日本大成建設(shè)株式會(huì)社開發(fā)了“口琴工法”[11]。所謂口琴工法是將大斷面矩形隧道分成若干個(gè)小斷面隧道，使用小型掘進(jìn)機(jī)逐條開挖小斷面隧道后，再將數(shù)條小斷面隧道合并成一個(gè)大斷面隧道的施工方法。小斷面隧道洞口累積起來的形狀仿佛口琴，因此該工法被命名為“口琴工法”，見圖9和圖10。

根據(jù)大斷面的尺寸、現(xiàn)場(chǎng)條件、掘進(jìn)機(jī)和鋼殼的運(yùn)輸條件等決定小斷面的數(shù)量。采用特殊結(jié)構(gòu)接頭以控制鄰近小斷面隧道之間的間距，并使其發(fā)揮止水作用。

圖9 口琴工法

(a) 施工期間

(b) 施工結(jié)束

口琴工法的施工順序如圖11所示，大矩形斷面分成縱向2層，橫向3列，共6個(gè)小斷面，具體施工順序如下。

(a) 步驟1 (b) 步驟2 (c) 步驟3

(d) 步驟4 (e) 步驟5 (f) 步驟6

(g) 步驟7 (h) 步驟8 (i) 步驟9

圖11口琴工法施工順序

Fig. 11 Construction sequence of Harmonica method

步驟1： 首先開挖下層中央的隧道①，其作為基準(zhǔn)隧道，影響著其他隧道的掘進(jìn)精度；

步驟2： 繼續(xù)開挖與隧道①相鄰的隧道②和③；

步驟3： 在始發(fā)井和接收井的下方組裝支護(hù)平臺(tái)，之后再按照順序開挖隧道④—⑥；

步驟4： 開挖完所有的6條隧道后，對(duì)各個(gè)隧道之間的接頭進(jìn)行止水處理；

步驟5： 拆除位于底板位置的外殼板；

步驟6： 組裝鋼筋；

步驟7： 澆筑底板混凝土，之后依次構(gòu)筑側(cè)壁和頂板，側(cè)壁上部及頂板使用不壓密的高流動(dòng)混凝土；

步驟8： 切斷、拆除內(nèi)部殘留的鋼殼部件；

步驟9： 大斷面隧道完成。

口琴工法將隧道分部施工與隧道掘進(jìn)機(jī)相結(jié)合，極大地提高了地下空間挖掘的機(jī)械化程度；但該工法通常采用鋼管片作為初期支護(hù)，臨時(shí)結(jié)構(gòu)廢棄量較大。

3 建筑分部群洞技術(shù)

對(duì)于某些大斷面矩形地下工程，在滿足建筑功能的前提下，可將其設(shè)計(jì)為分離式群洞，以便于全斷面機(jī)械化掘進(jìn)施工。

3.1 完全隔離隧道

鄭州紅專路隧道按4幅路布置，中間2幅路為機(jī)動(dòng)車道(雙向4車道),兩側(cè)分別有4 m的非機(jī)動(dòng)車道和2 m的人行道(見圖12)。下穿頂管隧道設(shè)計(jì)為4孔隧道平行布置(見圖13)，隧道間凈間距1.0 m，覆土厚度為3.5～4.0 m，頂管最長(zhǎng)頂進(jìn)距離為105 m。

圖12 明挖暗埋段隧道斷面圖(單位： mm)

圖13 矩形頂管段隧道斷面圖(單位： mm)

3.2 局部聯(lián)通隧道

佛山越秀星匯云錦項(xiàng)目采用4個(gè)小斷面矩形頂管以0.5 m的間距頂進(jìn)完成[12]。4條頂管通道從北向南功能定位依次為商鋪、人行通道、商鋪和車行道。人行通道和商鋪之間通過6個(gè)3 m×3 m和1個(gè)5 m×3 m的門洞相聯(lián)通。4個(gè)通道形成彼此聯(lián)通的空間，實(shí)現(xiàn)了由“隧道”向“地下空間”的轉(zhuǎn)變，見圖14。

建筑分部群洞技術(shù)適用于多種項(xiàng)目類型，如可基于隧道掘進(jìn)機(jī)的研制能力，將地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)斷面(見圖15)拆分成適用設(shè)備掘進(jìn)的若干個(gè)斷面(見圖16)，各條隧道分多次頂進(jìn)施工。各結(jié)構(gòu)之間可考慮留有一定的施工間隙。

圖14 頂管聯(lián)通道橫剖面圖

圖15 地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

圖16 車站建筑分部拆分示意圖

各條隧道施工完畢，根據(jù)建筑功能需求，在隧道的若干部位聯(lián)通相鄰隧道，施工內(nèi)部的站臺(tái)板、軌頂風(fēng)道、樓梯等結(jié)構(gòu)，如圖17所示。

3.3 全部聯(lián)通地下空間

群洞施工完成后，隧道之間也可以大范圍聯(lián)通，形成貫通的整體空間。日本新御茶之水站為雙洞型盾構(gòu)隧道車站(寬度為9.0 m的島式車站)，如圖18所示。外徑為7.74 m的2條盾構(gòu)隧道的凈間距為2.0 m，使用了11個(gè)分塊的鑄鐵管片。盾構(gòu)隧道施工完成后，將車站范圍內(nèi)的隧道聯(lián)通形成島式站臺(tái)[13]。該項(xiàng)目車站與區(qū)間隧道共用1臺(tái)設(shè)備，故兩側(cè)為圓形結(jié)構(gòu)，其為單獨(dú)開發(fā)的矩形地下空間提供了一種建造思路。

圖17 群洞聯(lián)通示意圖(單位： mm)

圖18 雙洞型車站聯(lián)通示意圖

該項(xiàng)技術(shù)充分考慮了掘進(jìn)設(shè)備的研制能力及結(jié)構(gòu)施工的適用性，但不可避免地會(huì)對(duì)建筑功能有一定的影響。

4 地下工程結(jié)構(gòu)分割與轉(zhuǎn)換技術(shù)(CC工法)

4.1 工法概念

地下工程結(jié)構(gòu)分割與轉(zhuǎn)換工法[14]，首先按照斷面分部掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行大斷面拆分(見圖19(a)和圖19(b))，在空間拆分的同時(shí)，將迎土面結(jié)構(gòu)(見圖19(c))進(jìn)行拆分、預(yù)制，與臨時(shí)結(jié)構(gòu)組合成環(huán)(見圖19(d))，作為分部小斷面隧道掘進(jìn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)；然后，按一定順序先后完成小斷面隧道的掘進(jìn)(見圖20(a)—(d))，進(jìn)行地下工程內(nèi)部梁、柱、板等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的施工(見圖20(e))，拆除相鄰隧道的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，處理結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)、接縫，在進(jìn)行隔離式隧道向敞通式地下空間轉(zhuǎn)換的同時(shí)，完成結(jié)構(gòu)受力體系的轉(zhuǎn)換(見圖20(f))。

(a)(b)(c)(d)

圖19地下工程結(jié)構(gòu)拆分與臨時(shí)組合

Fig.19 Structure separation and temporary combination of underground engineering

(a)(b)(c)(d)(e)(f)

圖20地下工程結(jié)構(gòu)分隔與轉(zhuǎn)換工法施工步序

Fig. 20 Construction sequence of cut and convert method of underground engineering

4.2 技術(shù)特點(diǎn)

1)地下工程結(jié)構(gòu)分割與轉(zhuǎn)換技術(shù)充分借鑒了全斷面掘進(jìn)技術(shù)、建筑分部群洞技術(shù)、斷面分部機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)等地下工程建造技術(shù)的理論和經(jīng)驗(yàn)，確保了該項(xiàng)技術(shù)理論的成熟性和技術(shù)的可行性，為該項(xiàng)工法研究及創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。

2)在地下工程分割與轉(zhuǎn)換技術(shù)之前，大斷面地下工程施工技術(shù)主要著眼于通過將大斷面隧道分部為小斷面隧道施工，在初期支護(hù)的防護(hù)下，為主體結(jié)構(gòu)施工提供安全的作業(yè)空間。而該項(xiàng)技術(shù)，將構(gòu)筑空間和結(jié)構(gòu)施工2道工序合二為一，將迎土面臨時(shí)結(jié)構(gòu)和迎土面永久結(jié)構(gòu)合二為一，既提高了工效，又減少了浪費(fèi)。

3)地下工程結(jié)構(gòu)分割與轉(zhuǎn)換技術(shù)是預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)在地下工程中的創(chuàng)新應(yīng)用，延續(xù)了地下工程分部施工的理念，將預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)和隧道全斷面掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行整合，利用預(yù)制混凝土構(gòu)件(PC構(gòu)件，采用工廠化生產(chǎn))，具有制造節(jié)能、施工快、質(zhì)量好、現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)量小、建筑垃圾少、工地噪聲小等特點(diǎn)，可有效提高建筑質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境的目的。

4.3 技術(shù)應(yīng)用若干注意事項(xiàng)

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與檢算必須要考慮結(jié)構(gòu)的承載路徑和制造安裝條件。在水土壓力作用下，結(jié)構(gòu)體系先后以單體狀態(tài)、轉(zhuǎn)換狀態(tài)、整體狀態(tài)承載。外部作用和結(jié)構(gòu)體系都在變化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合施工工藝分階段進(jìn)行檢算。計(jì)算模型假定應(yīng)與作業(yè)程序及控制要點(diǎn)保持一致，宜采用增量法原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

2)地下工程結(jié)構(gòu)分割方案需要進(jìn)行系統(tǒng)性研究。在綜合考慮結(jié)構(gòu)幾何與受力特點(diǎn)、場(chǎng)地條件、設(shè)備及預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸條件、構(gòu)件組裝條件及效率外，還需考慮結(jié)構(gòu)分割處接頭后續(xù)處理的可行性、安全性與經(jīng)濟(jì)性。在富水地層，要特別注意接頭接縫的防水問題。

3)地下工程結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換工序需要制定嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)。分部永久結(jié)構(gòu)的制造安裝方式、臨時(shí)結(jié)構(gòu)的拆除方式會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件的受力狀態(tài)，應(yīng)該基于設(shè)計(jì)計(jì)算假定，制定永久結(jié)構(gòu)制造安裝和臨時(shí)結(jié)構(gòu)拆除施工的工藝控制標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格執(zhí)行。

4)分體隧道施工過程中要嚴(yán)格控制好隧道軸線偏差。一方面，采用分部機(jī)械化施工，相鄰隧道間距很小，軸線偏差過大會(huì)造成與相鄰隧道的干涉或?qū)е潞罄m(xù)節(jié)點(diǎn)處理困難；另一方面，矩形斷面的地下工程埋深通常較淺，軸線偏差過大，需要進(jìn)行大幅度的蛇形糾偏，對(duì)地層擾動(dòng)過大，易導(dǎo)致地層的整體破壞。

5)掘進(jìn)設(shè)備需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)?；谔岣吖ばЭ紤]： 采用模塊化設(shè)計(jì)，便于轉(zhuǎn)場(chǎng)；采用管線快速接頭，加快工序轉(zhuǎn)換；采用連續(xù)出渣系統(tǒng)，提高設(shè)備使用率等?；诒Ｗo(hù)環(huán)境考慮： 采用高效的測(cè)量系統(tǒng)，及時(shí)、準(zhǔn)確地獲知隧道軸線及掘進(jìn)設(shè)備空間姿態(tài)；完善渣土改良系統(tǒng)，保障渣土改良的質(zhì)量及均勻性；配備靈敏的土艙壓力測(cè)量系統(tǒng)，隨時(shí)掌控土艙壓力；增加盾體減摩裝置，減小設(shè)備背土效應(yīng)。

4.4 工程實(shí)例

中鐵工程裝備集團(tuán)地下停車場(chǎng)項(xiàng)目為地下1層自行式停車場(chǎng)，總建筑面積3 288 m2，覆土埋深3 m；主體結(jié)構(gòu)為預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)，采用地下工程結(jié)構(gòu)分割與轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)施完成。工程結(jié)構(gòu)主體由7條頂管隧道組成，采用1臺(tái)5 m×5.7 m頂管機(jī)頂推中間5跨，其余2個(gè)邊跨待頂管機(jī)改裝斷面為5 m×2.85 m后，再分別由始發(fā)井往接收井頂進(jìn)。地下停車場(chǎng)工程結(jié)構(gòu)劃分如圖21所示，施工現(xiàn)場(chǎng)如圖22所示。

(a) 平面圖

(b) 斷面圖

(a)

(b)

5 大型矩形斷面地下工程機(jī)械化建造技術(shù)展望

綜上所述，大型矩形斷面地下工程機(jī)械化建造技術(shù)形式多樣，可以廣泛應(yīng)用于城市地下空間開發(fā)建設(shè)。大型矩形斷面地下工程機(jī)械化建造技術(shù)應(yīng)用及創(chuàng)新，應(yīng)基于工程對(duì)象，以適用為根本，以保證工程質(zhì)量、安全、環(huán)保為基礎(chǔ)，以提高施工效率、降低工程成本為目標(biāo)，從建筑形式、結(jié)構(gòu)類型、建筑材料、工程裝備、組合創(chuàng)新、理論體系等方面進(jìn)行研究。

5.1 建筑形式創(chuàng)新

在滿足建筑功能需要的前提下，將大型矩形斷面地下工程拆解成若干個(gè)分離式隧道，以便于應(yīng)用中小型隧道掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行施工。如： 將雙向4車道或6車道交通隧道分離成上下行2條隧道；將多艙綜合管廊分離成若干條隔離式隧道；將地鐵車站的站廳、站臺(tái)或上下行拆解成隔離式隧道先行施工，然后再局部聯(lián)通等。

5.2 結(jié)構(gòu)形式創(chuàng)新

在滿足地下工程結(jié)構(gòu)極限承載力、保證其正常使用的前提下，靈活選擇既有結(jié)構(gòu)類型或研制新型的結(jié)構(gòu)類型，如復(fù)合式襯砌、單層襯砌、預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)等。

5.3 建筑材料創(chuàng)新

適用的建筑材料可以提高施工技術(shù)的工效，為技術(shù)創(chuàng)新提供基礎(chǔ)。如： 高強(qiáng)纖維混凝土為減小管片質(zhì)量創(chuàng)造了條件；速凝早強(qiáng)混凝土為擠壓混凝土工藝的推廣應(yīng)用提供了保障；玻璃纖維筋混凝土的應(yīng)用提高了隧道掘進(jìn)機(jī)工法破拆洞門的效率及安全性。

5.4 工程裝備創(chuàng)新

工程裝備創(chuàng)新可推動(dòng)工法的創(chuàng)新，促進(jìn)施工技術(shù)的進(jìn)步。矩形斷面隧道掘進(jìn)設(shè)備(如盾構(gòu)、頂管、巷道掘進(jìn)機(jī)等)的研制與成功應(yīng)用，奠定了大型矩形斷面地下工程盾構(gòu)法建造技術(shù)的基礎(chǔ)。矩形斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的創(chuàng)新，可考慮以下方向： 1)適用于大斷面的單體或聯(lián)體隧道掘進(jìn)機(jī)； 2)適用于超前支護(hù)或結(jié)構(gòu)預(yù)筑的小斷面掘進(jìn)機(jī)； 3)適用于軟巖、碎巖、軟硬不均、富水地層等不良地質(zhì)類型的隧道掘進(jìn)機(jī)； 4)適用于新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的隧道掘進(jìn)機(jī)等。

5.5 組合創(chuàng)新

組合創(chuàng)新可以從2個(gè)方面考慮： 1)不同創(chuàng)新要素的組合，即根據(jù)工程建設(shè)的需要，采用不同的建筑形式、結(jié)構(gòu)形式，使用不同新型材料，應(yīng)用先進(jìn)的工程裝備，實(shí)現(xiàn)工法創(chuàng)新的目的； 2)不同工法的組合，即綜合考量項(xiàng)目特點(diǎn)，整合不同工法，揚(yáng)長(zhǎng)避短，實(shí)現(xiàn)工程施工效益最大化，如盾構(gòu)法+新奧法擴(kuò)挖、盾構(gòu)法+明挖法擴(kuò)挖、口琴工法+箱涵頂進(jìn)等。

5.6 理論體系創(chuàng)新與發(fā)展

最后，非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容是大型矩形斷面地下工程機(jī)械化建造技術(shù)理論的創(chuàng)新和發(fā)展?？v觀地下工程的建筑史，其工程實(shí)踐往往先行于理論研究。實(shí)踐是理論的基礎(chǔ)，理論對(duì)實(shí)踐的反作用也至關(guān)重要。地下工程結(jié)構(gòu)分割與轉(zhuǎn)換技術(shù)的一大貢獻(xiàn)就是“分割與轉(zhuǎn)換”概念的提出，為大型矩形斷面地下工程技術(shù)研究提供了一個(gè)科學(xué)的方法和工具?！胺指钆c轉(zhuǎn)換”從“部分與整體”的角度對(duì)地下工程技術(shù)進(jìn)行詮釋?！胺指钆c轉(zhuǎn)換”的對(duì)象可以是建筑功能、結(jié)構(gòu)、空間等，也可以對(duì)2種及以上要素同時(shí)進(jìn)行“分割”，進(jìn)而展現(xiàn)為相應(yīng)的技術(shù)形態(tài)。