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我国隧道盾构掘进机技术的发展现状

1. 我国盾构隧道掘进技术的发展历史

盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。我国的盾构掘进机制造和应用始于1963年，上海隧道工程公司结合上海软土地层对盾构掘进机、预制钢混凝土衬砌、隧道掘进施工参数、隧道接缝防水进行了系统的试验研究。研制了1台直径4.2m的手掘式盾构进行浅埋和深埋隧道掘进试验，隧道掘进长度68m。

1965年，由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压型盾构掘进机，掘进了2条地铁区间隧道，掘进总长度1200m。

1966年，上海打浦路越江公路隧道工程主隧道采用由上海隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的我国第一台直径10.2m超大型网格挤压盾构掘进机施工，辅以气压稳定开挖面，在黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长度1322m。

70年代，采用1台直径3.6m和2台直径4.3m的网格挤压型盾构，在上海金山石化总厂建设1条污水排放隧道和2条引水隧道，掘进了3926m海底隧道，并首创了垂直顶升法建筑取排水口的新技术。

1980年，上海市进行了地铁1号线试验段施工，研制了一台直径6.41m的刀盘式盾构掘进机，后改为网格挤压型盾构掘进机，在淤泥质粘土地层中掘进隧道1230m。

1985年，上海延安东路越江隧道工程1476m圆形主隧道采用上海隧道股份设计、江南造船厂制造的直径11.3m网格型水力机械出土盾构掘进机。

1987年上海隧道股份研制成功了我国第一台φ4.35m加泥式土压平衡盾构掘进机，用于市南站过江电缆隧道工程，穿越黄浦江底粉砂层，掘进长度583m，技术成果达到80年代国际先进水平，并获得1990年国家科技进步一等奖。

1990年，上海地铁1号线工程全线开工，18km区间隧道采用7台由法国FCB 公司、上海隧道股份、上海隧道工程设计院、沪东造船厂联合制造的φ6.34m土压平衡盾构掘进机。每台盾构月掘进200m以上，地表沉降控制达+1～-3cm。1996年，上海地铁2号线再次使用原7台土压盾构，并又从法国FMT公司引进2台土压平衡盾构，掘进24km区间隧道。上海地铁2号线的10号盾构为上海隧道公司自行设计制造。

90年代，上海隧道工程股份有限公司自行设计制造了6台φ3.8～6.34m土压平衡盾构，用于地铁隧道、取排水隧道、电缆隧道等，掘进总长度约10km。在90年代中，直径1.5～3.0m的顶管工程也采用了小刀盘和大刀盘的土压平衡顶管机，在上海地区使用了10余台，掘进管道约20km。1998年，上海黄浦江观光隧道工程购买国外二手φ7.65m铰接式土压平衡盾构，经修复后掘进机性能良好，顺利掘进隧道644m。

1996年，上海延安东路隧道南线工程1300m圆形主隧道采用从日本引进的φ11.22m泥水加压平衡盾构掘进机施工。

1998年，上海隧道股份成功研制国内第1台φ2.2m泥水加压平衡顶管机，用于

上海污水治理二期过江倒虹管工程，顶进1220m。

1999年5月，上海隧道股份研制成功国内第1台3.8m×3.8m矩形组合刀盘式土压平衡顶管机，在浦东陆家嘴地铁车站掘进120m，建成2条过街人行地道。2000年2月，广州地铁2号线海珠广场至江南新村区间隧道采用上海隧道股份改制的2台φ6.14m复合型土压平衡盾构，在珠江底风化岩地层中掘进。

2.网格挤压式盾构掘进机的应用

1965年6月，上海地铁60工程区间隧道采用由隧道工程设计院设计、江南造船厂制造的2台φ5.8m网格挤压型盾构施工，总推力为3.724×104kN。隧道覆土约12m，掘进长度2×600m。盾构推进穿越的建筑物和地下管线均未受影响。1967年7月，地铁试验工程完成，这是我国首次采用盾构掘进机施工地铁隧道。1967年3月，上海打浦路越江公路隧道采用φ10.2m网格挤压型盾构，掘进总长1324m。盾构总推力达7.84×104kN。盾构穿越地面以下深度为17～30m的淤泥质粘土层和粉砂层，在岸边段采用降水全出土、气压全出土和局部挤压方法施工，在江中段采用全气压局部挤压出土法施工。

1970年以来，上海又用网格挤压盾构在长江边和海边建成了6条φ3.6～4.3m 的排水及引水隧道。北京、江苏、浙江、福建等省市也用盾构法建造了各种不同用途的小直径隧道。

1983年，上海建设第2条黄浦江越江公路隧道一延安东路隧道。1476m圆形主隧道采用盾构掘进施工，其中500m穿越黄浦江底，500m穿越市中心区建筑密集群。为提高掘进速度和确保隧道沿线的构筑物安全，上海隧道公司自行设计研制了φ11.3m网格型水力出土盾构，这是在网格挤压型盾构基础上发展起来的新颖掘进机。网格上布有30扇可开启和关闭的液压闸门，具有调控开挖面进土部位、面积和进土量的作用，可辅助盾构纠偏和控制地面沉降。网格上还布设了20只钢弦式土压计，可随时监测开挖面部位土压值的变化，首次在盾构掘进过程中实现信息化施工。开挖面高压水冲切土体，并采用大型泥浆泵接力输送泥浆，自动计量装置控制出土量，实现掘进、出土运输自动化。衬砌拼装机的回旋装置首次采用了带制动器的大扭矩液压马达，起重量达5t，运转平衡。盾尾密封装置吸收国外新技术，采用三道钢丝刷，并注入自行研制的盾尾油脂，确保了盾尾密封。盾构推力由尾部周围48只油压千斤顶提供1.08×105kN推力，采用φ11.3m 网格型水力出土盾构，顺利穿越江中段浅覆土层和浦西500m建筑密集区，保护了沿线的主要建筑物和地下管线。该盾构技术成果被评为国家科技进步二等奖和上海市科技进步一等奖。

3.土压平衡盾构掘进机的开发和应用

70年代以来，英国和日本分别开发了具有刀盘切削的密闭式的可平衡开挖面水土压力的两种新颖掘进机一泥水加压平衡盾构和土压平衡盾构，使盾构掘进技术发生了一次新的飞跃。1975年，日本隧道业兴起了泥水加压盾构热，1978年起，土压盾构也得到广泛的应用。

1987年，上海隧道工程公司成立土压盾构攻关小组，在消化吸收国外土压平衡盾构机理和设计制造技术的基础上，研制了国内首台φ4.3m加泥式土压平衡盾构掘进机。

φ4.35m土压平衡盾构全部采用国产部件，由上海船厂制造，用于市南站过江电