巖土創(chuàng)造地下空間的盾構(gòu)工法技術(shù)(1)

　　處在海平面以下40m的豎井處，貼耳于井壁上時(shí)，可聽(tīng)到逐漸臨近傳來(lái)的盾構(gòu)機(jī)聲音，然后恢復(fù)到寂靜。

　　從地平面下70m深的豎井內(nèi)，φ9.1m的泥水盾構(gòu)始發(fā)推出。日本最大級(jí)別深度的東京煤氣扇島工廠受配管用的海底隧道，在海底下地層中掘進(jìn)了530m長(zhǎng)度后到達(dá)了海底豎井，轉(zhuǎn)瞬間便停止了盾構(gòu)機(jī)。

　　此盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)工程是在1995年3月6日～同年9月8日的6個(gè)月時(shí)間內(nèi)，包括豎井筑造、下沉，盾構(gòu)始發(fā)乃至到達(dá)的防護(hù)等準(zhǔn)備工程，以21個(gè)月、在700KPa的高水壓力下，完成了一條完全不滲漏水的盾構(gòu)隧道，成為日本盾構(gòu)工法技術(shù)處在世界第一流水準(zhǔn)的又一個(gè)佐證。

　　盾構(gòu)掘進(jìn)的發(fā)源，是在1818年英國(guó)人M·I布魯湟爾，在倫敦市泰晤士河岸所設(shè)置的深度為21m的工作坑處，采用“盾構(gòu)”推出擋土結(jié)構(gòu)，是以工作坑后壁為支承墻，通過(guò)所使用的螺旋千斤頂作為推進(jìn)動(dòng)力，把這個(gè)“擋土式盾構(gòu)”作了推進(jìn)。途中，由于河床土體坍塌、浸水事故而中斷。后來(lái)到隧道貫通時(shí)實(shí)際上是花了 20多年的時(shí)間，此時(shí)，作為盾構(gòu)機(jī)的創(chuàng)始人布魯湟爾已成了72歲的古稀老人了。發(fā)展到今天的盾構(gòu)工法，乃是這位布魯湟爾的熱情散發(fā)到頂端所至。

　　此后，在1887年的南倫敦鐵路隧道工程中，兼用了氣壓施工法的盾構(gòu)推進(jìn)，構(gòu)筑了盾構(gòu)工法的基礎(chǔ)。

　　到了1890年時(shí)代，盡管美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)多半也使用了盾構(gòu)工法應(yīng)用于隧道建設(shè)中。還使用了半盾構(gòu)(頂板盾構(gòu))、橢圓形、馬蹄形、矩形等盾構(gòu)。

　　在日本，通過(guò)學(xué)習(xí)歐美的技術(shù)，大約在1940年開(kāi)始，采用盾構(gòu)工法在地下鐵道、下水道等建設(shè)中，1970年后又開(kāi)發(fā)了密閉型工法，并有了飛躍的發(fā)展。在1989年時(shí)橫貫英法海峽隧道工程中，是采用了日本制造的土壓式盾構(gòu)機(jī)，領(lǐng)先于世界直到如今。

　　以下，就盾構(gòu)工法在日本的引進(jìn)、發(fā)展，并對(duì)今后的展望作一試敘。

　　日本的盾構(gòu)工法

　　1. 盾構(gòu)工法的引進(jìn)和發(fā)展

　　在日本最初成功的盾構(gòu)工法，是國(guó)鐵關(guān)門(mén)海底隧道工程(1939～1944)，在門(mén)司方的不良地基中上行線405m，下行線725m之中，是使用φ7.2m 的人工挖掘式盾構(gòu)機(jī)，兼用了氣壓施工法和化學(xué)藥液注漿法進(jìn)行了施工。通過(guò)這項(xiàng)工程，可以認(rèn)為是確立了日本的盾構(gòu)工法的技術(shù)。

　　是在1953年的關(guān)門(mén)公路隧道和1957年的帝都高速交通營(yíng)團(tuán)4號(hào)線永田町2工區(qū)中，使用的是頂板盾構(gòu)，再有，是名古屋市的地下鐵道覺(jué)王山隧道中，是兼用氣壓施工法的人工開(kāi)挖盾構(gòu)施工的。

　　在此以后，由于要面向1964年的東京奧林匹克的工程，隨著經(jīng)濟(jì)的高度成長(zhǎng)，要求城市設(shè)施建設(shè)工程急劇增加，建設(shè)工程有時(shí)也帶來(lái)的公害明顯化了。人工開(kāi)挖式盾構(gòu)工法的使用就此替代了以往的城市隧道中的明挖工法。在此時(shí)期內(nèi)，伴隨著盾構(gòu)掘進(jìn)，作為對(duì)付地下水的對(duì)策便是降水工法和氣壓工法，而作為對(duì)付地基沉降等的措施，則是兼用了化學(xué)藥液注漿法等的輔助工法。

　　在普及盾構(gòu)工法的同時(shí)，希望能開(kāi)發(fā)在縮短工期、省力化、對(duì)付復(fù)雜地基等問(wèn)題上的盾構(gòu)工法，而機(jī)械式掘進(jìn)盾構(gòu)工法是在1963年大阪市上水道大淀輸水管道 (φ2.6m，長(zhǎng)度227m)中，是首先使用的新的盾構(gòu)。第二年在大阪市地下鐵道工程中，使用了φ6.97m，掘進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)668.4m大斷面機(jī)械掘進(jìn)式看構(gòu)工法，各制造廠方、公司致力于機(jī)械掘進(jìn)式盾構(gòu)機(jī)的開(kāi)發(fā)并推向?qū)嵱没A段。

　　2. 密閉型盾構(gòu)工法的開(kāi)發(fā)

　　作為輔助工法的氣壓工法或者是化學(xué)注漿工法使用的結(jié)果，是可能發(fā)生缺氧事故，化學(xué)漿液為害事故或隧道內(nèi)火災(zāi)事故。在摸索這些事故的對(duì)策之中，成為泥水式盾構(gòu)和土壓式盾構(gòu)工法的先后誕生過(guò)程。

　　泥水式盾構(gòu)的原理，是在1961年由法國(guó)卡姆諾培羅納篤公司設(shè)想出來(lái)的，而在日本是用于1967年帝都高速交通營(yíng)團(tuán)地下鐵道的9號(hào)線神田川工區(qū)主線工程的引水隧道(φ3.1m、長(zhǎng)度312m)中使用過(guò)泥水盾構(gòu)工法。泥水盾構(gòu)工法是對(duì)原封不作改變的機(jī)械化盾構(gòu)的切削刀盤(pán)部分，用隔墻密閉化、用壓送泥水至開(kāi)挖面上，而用排泥閥按流體方式輸送掘削土碴的。作為大型隧道斷面的使用，是在1969年，日本鐵道建設(shè)公團(tuán)京葉線的羽田隧道，在貫穿森崎運(yùn)河工區(qū)中，采用了 φ7.29m、長(zhǎng)度為856m×2線路工程，曾引起國(guó)外有關(guān)人士的較大關(guān)注。

　　此外，在1974年由日本獨(dú)自開(kāi)發(fā)了土壓式盾構(gòu)。這種盾構(gòu)工法，也還是在機(jī)械化盾構(gòu)機(jī)的切削刀盤(pán)后面設(shè)置了隔墻，采用螺旋輸送機(jī)進(jìn)行排出土碴，將密閉艙內(nèi)掘削土經(jīng)混合攪拌機(jī)構(gòu)攪拌成泥土化，是通過(guò)給予所規(guī)定的壓力來(lái)求得開(kāi)挖面的穩(wěn)定。作為土壓式盾構(gòu)工法的改良型，是在切削器的密閉艙內(nèi)注入添加材料(加泥材料、泥漿材料)，開(kāi)發(fā)了藉助攪拌葉輪的混合泥土加壓式盾構(gòu)工法，土壓式盾構(gòu)工法可能應(yīng)用的范圍逐漸地在擴(kuò)展。泥土加壓式盾構(gòu)工法首先采用的是在1976年?yáng)|京都水道局本地區(qū)的水管建設(shè)工程中。作為使所用的添加材料，是使用氣泡、使得掘削土的流動(dòng)性能和止水性能得以提高的氣泡(泡沫)盾構(gòu)工法。

　　泥水式和土壓式等的密閉型盾構(gòu)工法改善了施工坑道內(nèi)的大氣壓力作業(yè)的環(huán)境，不再有漏氣、缺氧等問(wèn)題產(chǎn)生，也為謀求工程區(qū)域周?chē)沫h(huán)境保護(hù)得到保證，已成為今后盾構(gòu)工法的主流了。

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