隧道掘進(jìn)機(jī)在中國(guó)地下工程中應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望

萬(wàn)祖清

摘要：隨著我國(guó)工業(yè)的飛速發(fā)展，地下工程逐漸增多。而為了滿足我國(guó)地下工程的現(xiàn)場(chǎng)施工需求，隧道掘進(jìn)機(jī)的誕生與應(yīng)用成為其發(fā)展的一項(xiàng)重大突破?，F(xiàn)分析不同類型的隧道掘進(jìn)機(jī)在中國(guó)地下工程施工中的應(yīng)用情況，針對(duì)中國(guó)隧道掘進(jìn)機(jī)在地下工程施工過(guò)程中的應(yīng)用建議展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：隧道掘進(jìn)機(jī);中國(guó)地下工程;應(yīng)用現(xiàn)狀;前景展望

引言：在地下工程的施工過(guò)程當(dāng)中，為了確保施工工作的有序推進(jìn)，隧道掘進(jìn)機(jī)發(fā)揮著積極作用。隧道掘進(jìn)機(jī)本身具備工作效率高以及自然環(huán)境破壞程度低的特點(diǎn)，同時(shí)還可以有效降低施工過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，因此，在地下工程的施工過(guò)程當(dāng)中，需要充分發(fā)揮隧道掘進(jìn)機(jī)的優(yōu)勢(shì)。

一、隧道掘進(jìn)機(jī)在中國(guó)地下工程施工中的應(yīng)用及成就

1.盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)

我國(guó)對(duì)各種類型掘進(jìn)機(jī)的研究開(kāi)始于上世紀(jì)五十年代，并且經(jīng)過(guò)反復(fù)的創(chuàng)新與優(yōu)化，盾構(gòu)法已趨于完善，在地下工程施工中也得到廣泛應(yīng)用。其中盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)主要分為手掘式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)、網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)、土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)以及泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。

（1）手掘式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)

手掘式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是我國(guó)在最早時(shí)期發(fā)應(yīng)用和發(fā)展的掘進(jìn)機(jī)械，可以進(jìn)行最簡(jiǎn)單的隧道掘進(jìn)工，是人力與機(jī)械相結(jié)合的產(chǎn)物。手掘式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)就是在電路殼體的保護(hù)作用下開(kāi)展人工挖掘隧道工程，僅適用于那些含水量較少且自立性較為良好的土層區(qū)域。早在1956年，我國(guó)就開(kāi)始運(yùn)用直徑長(zhǎng)達(dá)2.66米的手掘式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)對(duì)東北地區(qū)的露天礦進(jìn)行開(kāi)，在開(kāi)采過(guò)程中主要是應(yīng)用手掘式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)在沙土層開(kāi)鑿輸水通道。我國(guó)于1963年在上海市隧道工程局組織研發(fā)了新型的手機(jī)式盾構(gòu)機(jī)，其直徑為4.2米，在其首次掘進(jìn)試驗(yàn)中，所達(dá)到的潔凈程度為63米。

（2）網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)

在1965年，我國(guó)上海隧道工程設(shè)計(jì)院與江南造船廠就開(kāi)始聯(lián)合設(shè)計(jì)并制造出最初階段的網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，當(dāng)時(shí)所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)擠壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的直徑為5.8米，隨后其在地鐵衡山路段的擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)工程中，這也是我國(guó)首次應(yīng)用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)開(kāi)展地鐵隧道線路建設(shè)。

（3）土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)

我國(guó)最初對(duì)土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的引進(jìn)和使用是在1985實(shí)現(xiàn)的，并于1987年開(kāi)始自主研發(fā)并動(dòng)手制造新一代的土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，一直發(fā)展至今，現(xiàn)如今我國(guó)的土壓平衡盾構(gòu)水平已經(jīng)處于較為領(lǐng)先的地位，甚至已經(jīng)逐漸趕超世界先進(jìn)水平。全程長(zhǎng)達(dá)18公里的上海地鐵1號(hào)線于1990年正式建設(shè)開(kāi)工，其所采用的就是各項(xiàng)功能已經(jīng)初步完善的土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，其月掘進(jìn)量200米以上的掘進(jìn)任務(wù)可以輕松實(shí)現(xiàn)。

（4）泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)

盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是將一些特殊配置的壓力泥漿罐輸于其內(nèi)部的密封艙，將刀盤浸沒(méi)在泥漿中開(kāi)展日常掘工作，在隧道掘進(jìn)工作開(kāi)展過(guò)程中可以對(duì)開(kāi)挖面以及整體的隧道結(jié)構(gòu)起到良好的支撐和保護(hù)作用，其支撐作用主要是由內(nèi)部泥漿滾動(dòng)所產(chǎn)生的壓力以及掘進(jìn)機(jī)上的刀盤面板來(lái)共同提供，而泥漿產(chǎn)生的壓力主要是在掘進(jìn)工作開(kāi)展過(guò)程中對(duì)掘進(jìn)面和隧道內(nèi)壁起到一定的支護(hù)作用，而刀盤面板主要是在掘進(jìn)工作停止后，掘進(jìn)機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)對(duì)開(kāi)挖面提供支護(hù)作用。在1996年的廣州地鐵1號(hào)線工程建設(shè)過(guò)程中所采用的直徑尺寸為直徑6.14米的泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，其掘進(jìn)里程可以達(dá)到5852米，其掘進(jìn)過(guò)程中所針對(duì)的決定對(duì)象多為粉細(xì)砂、中砂以及風(fēng)化巖等。

2.巖石掘進(jìn)機(jī)

自1964年開(kāi)始我國(guó)就著手對(duì)巖石掘進(jìn)機(jī)開(kāi)展研究工作，經(jīng)過(guò)幾十年的反復(fù)研究和實(shí)際的工程實(shí)踐，已經(jīng)取得較為顯著的成效?，F(xiàn)階段我國(guó)國(guó)內(nèi)部分生產(chǎn)廠商已經(jīng)可以對(duì)各種中小型的巖石掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)制造，并且與國(guó)外的一些大型掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)廠商合作研各種高性能的巖石掘進(jìn)機(jī)。國(guó)內(nèi)一些較為先進(jìn)的施工企業(yè)，已經(jīng)可以熟練掌握先進(jìn)巖石掘進(jìn)機(jī)的使用原理進(jìn)行熟練操作。到2001年5月份，佳木斯力士隧道掘進(jìn)機(jī)械股份有限公司所自主研發(fā)生產(chǎn)出來(lái)的的s100掘進(jìn)機(jī)被稱為掘進(jìn)機(jī)制造領(lǐng)域的一次全新突破，隨后其被有效應(yīng)用到焦晉高速公路路段中所涉及到的黃塘隧道工程的施工中。

3.頂管掘進(jìn)機(jī)

頂管施工是在盾構(gòu)施工逐步趨于完善之后才初步發(fā)展起來(lái)的一種新型的地下管道施工方法，其在使用過(guò)程中不需要對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的面層進(jìn)行挖掘工作，而是通過(guò)高架橋或其它方式來(lái)有效穿越公路、河川以及大量不可拆解的地面建筑物，從而避免對(duì)其造成損害。我國(guó)最早時(shí)期所開(kāi)展的頂管施工是從1953年開(kāi)始，之后又在上海開(kāi)展頂管施工試驗(yàn)，在1964年前后，上海的一些施工單位已就可以進(jìn)行對(duì)各種較大直徑尺寸機(jī)械頂管的試驗(yàn)與研究，在當(dāng)時(shí)的實(shí)際施工測(cè)驗(yàn)中，可以將口徑為兩米的頂管一次性朝前方推進(jìn)120米而不產(chǎn)生卡頓，為我國(guó)以后開(kāi)展中繼間奠定了基礎(chǔ)。

二、地下工程中應(yīng)用隧道掘進(jìn)機(jī)施工的建議

1.要加速實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)機(jī)的國(guó)產(chǎn)化

因?yàn)槲覈?guó)具備較為遼闊的土地和相對(duì)來(lái)說(shuō)較為復(fù)雜多變的紙質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在對(duì)地下空間的開(kāi)發(fā)中具備卓越的優(yōu)勢(shì)和廣闊的市場(chǎng)。根據(jù)相關(guān)部門的初步估計(jì)，在未來(lái)十年中我國(guó)在開(kāi)展隧道掘進(jìn)工作時(shí)需要上百臺(tái)各種類型的隧道掘進(jìn)機(jī)，其中還不包括一些中小型的隧道掘進(jìn)機(jī)，而每一臺(tái)隧道掘進(jìn)機(jī)的造價(jià)極高，如果全部依靠進(jìn)口，將會(huì)是一筆巨大的支出。相對(duì)來(lái)說(shuō)，自己進(jìn)行研發(fā)制造，可以有效節(jié)省成本，同時(shí)還可以彰顯我國(guó)的制造力。在實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)機(jī)國(guó)產(chǎn)化的同時(shí)，可以加強(qiáng)我國(guó)的國(guó)際影響力，為今后提供掘進(jìn)機(jī)出口開(kāi)創(chuàng)了可能性，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2.我國(guó)隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)的內(nèi)容及目標(biāo)

（1）土壓平衡盾構(gòu)的產(chǎn)品化系列化

土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)是一種先進(jìn)且實(shí)用的綜合性隧道掘進(jìn)機(jī)，即可以對(duì)多種地質(zhì)的土層進(jìn)行掘進(jìn)施工。結(jié)合各大城市所具備的不同地質(zhì)水文施工條件，設(shè)計(jì)并制造與之相對(duì)應(yīng)的不同型號(hào)的土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，將盾構(gòu)隧道測(cè)量導(dǎo)向系統(tǒng)跟監(jiān)測(cè)施工系統(tǒng)相結(jié)合，并將其有效應(yīng)用到實(shí)際的掘進(jìn)工程中，使我國(guó)隧道掘進(jìn)機(jī)的國(guó)產(chǎn)化達(dá)到70%以上，同時(shí)，盾構(gòu)液壓閥件的國(guó)產(chǎn)化提升到60%以上。

（2）異形斷面盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的研究

為了更好的適應(yīng)不同用途要求下的隧道掘進(jìn)工作，因此經(jīng)過(guò)不斷地創(chuàng)新和優(yōu)化而研發(fā)出來(lái)了具備不同形狀斷面的盾構(gòu)。從研發(fā)異性斷面盾構(gòu)至今，我國(guó)已經(jīng)研制出以矩形盾構(gòu)為首的多種形狀的斷面盾構(gòu)，并且在實(shí)際的隧道掘進(jìn)工程中得到有效應(yīng)用，其中城市內(nèi)部的過(guò)街人行地道工程就是最為成功的應(yīng)用典例。異形盾構(gòu)的技術(shù)難點(diǎn)在于需要通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)來(lái)有效控制切削刀盤的構(gòu)造特點(diǎn)，并且還要熟練掌握其相應(yīng)的施工原理?；诖?，需要結(jié)合不同類型隧道的實(shí)際掘進(jìn)施工要求，將偏心多軸式土壓盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用與實(shí)際的隧道掘進(jìn)工作相融合，盡可能的減少工程施工成本，降低工程預(yù)算，并且將其有效應(yīng)用到各種要求下的隧道斷面施工。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，我國(guó)在地下工程建設(shè)中應(yīng)用隧道掘進(jìn)機(jī)，對(duì)于工程建設(shè)本身的速度和質(zhì)量具有不可忽視的促進(jìn)作用，在不同施工環(huán)境下的地下工程建設(shè)中，多種類型的隧道掘進(jìn)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，并得到大力發(fā)展。在各種隧道掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行性能優(yōu)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)單位及工作人員要提高其重視程度，以認(rèn)真的工作態(tài)度投身到實(shí)際工作中。同時(shí)，針對(duì)于隧道掘進(jìn)機(jī)在地下工程建設(shè)應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題或潛在隱患，要及時(shí)通過(guò)有效手段進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管控，對(duì)各類建設(shè)問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理，切實(shí)保障隧道掘進(jìn)機(jī)在中國(guó)地下工程中的有效應(yīng)用。

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