李宗藝

（鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001）

1 前言

盾構(gòu)機(jī)的基本工作原理就是一個(gè)圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進(jìn)邊對(duì)土壤進(jìn)行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護(hù)盾，它對(duì)挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時(shí)文撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時(shí)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。

我國(guó)的盾構(gòu)法第一次使用是在上海，最初是用在修建城市隧道。之后由于盾構(gòu)法施工作業(yè)較為隱蔽，對(duì)周圍環(huán)境影響小，自動(dòng)化程度高，工程推進(jìn)快，受環(huán)境制約較小等優(yōu)點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)在中國(guó)得到了迅速的普及，應(yīng)用和發(fā)展。

2 盾構(gòu)機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀發(fā)展

中國(guó)隧道盾構(gòu)機(jī)技術(shù)雖然引進(jìn)的時(shí)間比較短，但是其在中國(guó)的發(fā)展還是突飛猛進(jìn)的，下面以刀盤結(jié)構(gòu)形式，盾構(gòu)機(jī)斷面形狀兩個(gè)方面來介紹盾構(gòu)機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀發(fā)展。

2.1 刀盤結(jié)構(gòu)形式的選擇：現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的主要有兩種，輻條式和面板式，面板式刀盤主要適用在水泥盾構(gòu)機(jī)上，而輻條式道具主要適用在水壓盾構(gòu)機(jī)。

面板式刀盤：刀具布置簡(jiǎn)便,一般為焊接箱型結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置刀座，刀具開口，添加劑注入口以及主軸承連接部件。其刀盤開口大小決定土倉(cāng)內(nèi)卵石粒徑。對(duì)于這種刀盤，開口率太小，刀面板對(duì)其施工效果的影響較大，渣土不易進(jìn)入土倉(cāng)，開挖面壓力穩(wěn)定性不高，地面沉降風(fēng)險(xiǎn)較大且施工過程中容易形成泥餅。

輻條式刀盤主要由輪緣，輻條以及布置在輻條上的刀具組成，刀具布置設(shè)置在輻條兩側(cè)，一般較難布置滾刀，和面板式相比他的開口率較大，砂石、泥土流動(dòng)順暢,粘土附著防范效果好,不易形成堵塞、泥餅等現(xiàn)象,土壓控制靈活性好,方便土壓管理(無面板阻力,渣土經(jīng)過開挖掌子面順進(jìn)入土倉(cāng),且測(cè)量土壓與開挖面土壓相等),刀具使用壽命長(zhǎng)(刀盤開口大,方便卵石及礫石進(jìn)入土倉(cāng),刀具負(fù)荷等小于面板式刀盤)。若施工環(huán)境以砂性土、粘性土或黃土等為主,則盾構(gòu)應(yīng)選用輻條式刀盤;缺點(diǎn)：輻條式刀盤由六根輻條結(jié)構(gòu)構(gòu)成,則刀具布置難度系數(shù)較大,且在實(shí)際工程施工中,因難以布置足夠數(shù)量的刀具而致使刀具使用壽命等降低[1]。

2.2 盾構(gòu)機(jī)形狀，現(xiàn)在施工中常用的盾構(gòu)機(jī)形狀很多，主要為圓形和異型，異性主要包括馬蹄形，矩形，雙圓，橢圓等形狀，下面介紹圓形和矩形斷面盾構(gòu)機(jī)的特點(diǎn)。

圓形盾構(gòu)機(jī)：圓形盾構(gòu)機(jī)是最常用的盾構(gòu)機(jī)斷面，因?yàn)閳A形是隧道的常用斷面，圓形可以等向的承受各方向的外部力，結(jié)構(gòu)受力均勻，尤其是在軟土層中，頂壓力和側(cè)壓力比較接近。但是這種斷面不能完全利用空間，造成土地征用量和地下掘進(jìn)面積的浪費(fèi)。

矩形盾構(gòu)機(jī)：矩形盾構(gòu)機(jī)和其他形狀盾構(gòu)機(jī)相比在長(zhǎng)距離掘進(jìn)施工，大斷面掘進(jìn)施工。大深度掘進(jìn)施工，地下人行道掘進(jìn)施工等方面顯示了其巨大的優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)階段正在急速發(fā)展的一種斷面形式，所以它的設(shè)計(jì)施工技術(shù)也要急需進(jìn)行研究和開發(fā)[2]。

3 盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展前景

由于用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧洞施工具有自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時(shí)可控制地面沉降、減少對(duì)地面建筑物的影響和在水下開挖時(shí)不影響水面交通等特點(diǎn)，在隧洞洞線較長(zhǎng)、埋深較大的情況下，用盾構(gòu)機(jī)施工更為經(jīng)濟(jì)合理所以在城市地鐵的建設(shè)中應(yīng)用比較多，而且現(xiàn)在各大城市都在積極的建設(shè)地鐵，所以盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用匯越來越廣泛，同時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)性能，功能，方便度的要求也將越來越高，盾構(gòu)技術(shù)也朝著一定的方向發(fā)展。

1)微型和超大型化。隧道的建設(shè)對(duì)于不同的項(xiàng)目，特點(diǎn)也不一樣，為適應(yīng)現(xiàn)代隧道工程項(xiàng)目的變化要求, 使盾構(gòu)技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用在每個(gè)隧道工程,盾構(gòu)機(jī)的橫斷面直徑正朝著微型和超大型兩個(gè)極端方向發(fā)展。

2)高度自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)控制、遙感、激光超導(dǎo)、通信等領(lǐng)域技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，盾構(gòu)技術(shù)也越來越多的應(yīng)用了這些技術(shù)，而且在這些技術(shù)的應(yīng)用下，盾構(gòu)技術(shù)變得更加智能，安全，方便，快捷高效和自動(dòng)化。

3)高適應(yīng)性。由于隧道的建設(shè)會(huì)越到各種情況，水下，山嶺，城市，市政等等各種不同形式，不同要求的隧道，所以這要求用來開挖隧道的盾構(gòu)技術(shù)也要有較高的適應(yīng)性，能夠適用于各種不同地質(zhì)條件，不同建設(shè)條件的隧道。

4)多樣化。針對(duì)不同工程橫斷面不同的情況,盾構(gòu)機(jī)的形式也在不斷發(fā)展變化, 目前已經(jīng)有矩形、圓形、雙圓、球形等形狀的盾構(gòu)機(jī),但是隨著技術(shù)的發(fā)展，時(shí)間的推移，我們也將通過對(duì)隧道受力以及空間利用就行研究，找到一個(gè)能夠達(dá)到兩種平衡的中間點(diǎn)的形狀，進(jìn)一步增加了隧道工程的適應(yīng)性[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

由于盾構(gòu)機(jī)的高效性，實(shí)用性，便捷性等等優(yōu)點(diǎn)，盾構(gòu)技術(shù)會(huì)成為隧道施工的主要手段，尤其是城市的地鐵建設(shè)，所以在未來盾構(gòu)技術(shù)也會(huì)得到更好更快的發(fā)展，就目前中國(guó)的盾構(gòu)機(jī)市場(chǎng)來說，現(xiàn)在的盾構(gòu)機(jī)數(shù)量過在10年已經(jīng)達(dá)到400臺(tái)以上，潛在市場(chǎng)也將超過200億，市場(chǎng)前景巨大，本文介紹現(xiàn)狀和對(duì)未來盾構(gòu)技術(shù)要求，相信未來盾構(gòu)技術(shù)會(huì)越來越好。

[1]房興紅.淺談地鐵施工盾構(gòu)機(jī)的選型.[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2013(02)：12

[2]黃毅.矩形地下隧道設(shè)備與施工技術(shù)研究.[J].建筑機(jī)械化，2012（05）：64-67+92

[3]王凱強(qiáng)，田明飛，周陽(yáng).淺談盾構(gòu)技術(shù)及發(fā)展前景.[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2013（03）：80