【正文】 施工經(jīng)驗(yàn)．如果施工控制不好，確實(shí)會(huì)引起隧道前方或周邊土體產(chǎn)生較大沉降與變形，造成地面房屋開(kāi)裂或嚴(yán)重干擾相鄰構(gòu)筑物。因而盾構(gòu)機(jī)選型時(shí)，將盾構(gòu)機(jī)配備控制土體沉降與變形的功能以及具有操作簡(jiǎn)便、靈巧等性能作為重點(diǎn)考察內(nèi)容。 同一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)多次解體、搬運(yùn)、組裝調(diào)試與掘進(jìn)根據(jù)北京地區(qū)地質(zhì)條件，盾構(gòu)機(jī)的使用壽命一般可達(dá)6km甚至10km以上，而盾構(gòu)法隧道工程標(biāo)段劃分不會(huì)過(guò)大，估計(jì)在兩個(gè)區(qū)間左右，即單線長(zhǎng)度不大于4km，低于盾構(gòu)機(jī)的使用壽命。筆者認(rèn)為應(yīng)考慮我國(guó)國(guó)情，盡可能增加盾構(gòu)機(jī)用于工程施工的長(zhǎng)度。故所選盾構(gòu)機(jī)在確保適應(yīng)北京各類(lèi)地層施工的前提下，須充分考慮盾構(gòu)機(jī)分塊的合理性，既要保證盾構(gòu)機(jī)的整體質(zhì)量，又要滿(mǎn)足便于組裝、解體和搬運(yùn)的要求。5 盾構(gòu)機(jī)機(jī)型選擇盾構(gòu)機(jī)問(wèn)世近180年，但得到迅速發(fā)展是在20世紀(jì)60年代以后。縱覽當(dāng)今世界各國(guó)，盾構(gòu)機(jī)綜合技術(shù)水平首推日本(截至2002年10月，生產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)及TBM近8500臺(tái))和歐洲(截至2002年10月，生產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)及TBM近500臺(tái))最高。盾構(gòu)機(jī)由初期的手掘式發(fā)展到半機(jī)械式、全機(jī)械式，以及近30多年來(lái)高速發(fā)展的泥水式平衡盾構(gòu)機(jī)和加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)等?，F(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)已在自動(dòng)控制、激光導(dǎo)向、液壓傳動(dòng)、開(kāi)挖面壓力控制、壁后同步注漿、盾尾密封、管片拼裝、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集等方面得到很大發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期，世界上又開(kāi)發(fā)出既可用于軟土地層又可用于巖石圍巖的復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)；開(kāi)發(fā)出可轉(zhuǎn)任意角度的復(fù)合子母式盾構(gòu)機(jī)。另外，盾構(gòu)法隧道成型斷面除圓形之外，多圓形、橢圓形、矩形及多室矩形也在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。當(dāng)今世界盾構(gòu)機(jī)的技術(shù)水平已發(fā)展到相當(dāng)高的階段。對(duì)于北京地區(qū)的地質(zhì)條件．以及地鐵隧道工程所穿越的區(qū)域，采用泥水式平衡盾構(gòu)機(jī)和加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)均能滿(mǎn)足隧道施工的需要。 盾構(gòu)機(jī)機(jī)型的確定，采用當(dāng)今技術(shù)水平最高的泥水式平衡盾構(gòu)機(jī)和加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，均能滿(mǎn)足北京市地鐵隧道的施工，但究竟采用那一種機(jī)型技術(shù)經(jīng)濟(jì)更合理，必須從盾構(gòu)機(jī)的工作原理、適用地質(zhì)領(lǐng)域的寬窄、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及對(duì)環(huán)境的影響等綜合均衡比較之后，才能得出正確的決策。泥水式平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理是通過(guò)向密封艙內(nèi)加入泥水(漿)來(lái)平衡開(kāi)挖面的水、土壓力，其開(kāi)挖面的平衡穩(wěn)定性及控制地面沉降性能較好，盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部空間較大，特別是大直徑隧道施工具有一定技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但施工棄土需進(jìn)行泥水分離處理。該設(shè)備系統(tǒng)龐大，占地面積多，且價(jià)格昂貴。加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理則是向密封艙內(nèi)加入塑流化改性材料，與開(kāi)挖面切削下來(lái)的土體經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢?，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流體，同時(shí)通過(guò)伺服控制盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)千斤頂速度與螺旋輸送機(jī)向外排土的速度相匹配，經(jīng)艙內(nèi)塑流體向開(kāi)挖面?zhèn)鬟f設(shè)定的平衡壓力，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)始終在保持動(dòng)態(tài)平衡的條件下連續(xù)向前推進(jìn)。由于加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)可以根據(jù)不同地層的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)和配制出與之相適應(yīng)的塑流化改性劑(如泡沫等)，極大地拓寬了該類(lèi)機(jī)型的施工領(lǐng)域，特別是在砂卵石地層中施工優(yōu)勢(shì)最為明顯。故近年來(lái)該機(jī)成為盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用的主流機(jī)型，在隧道工程中得到廣泛應(yīng)用。日本土木學(xué)會(huì)1997年修訂《隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(盾構(gòu)篇)及解釋》時(shí)，專(zhuān)門(mén)在日本全國(guó)境內(nèi)對(duì)盾構(gòu)機(jī)機(jī)型、使用地質(zhì)條件以及工程應(yīng)用數(shù)量等作了較全面的調(diào)查。調(diào)查結(jié)果如圖3～5所示。由圖3圖5可見(jiàn)，加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用的臺(tái)數(shù)最多，工程項(xiàng)目應(yīng)用的數(shù)量最大，適應(yīng)不同地質(zhì)條件(粘性土、砂性土、砂礫石甚至軟巖)的能力最強(qiáng)，特別是在砂礫地層(最大粒徑超過(guò)5mmm)中的應(yīng)用占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。為進(jìn)一步分析判斷，筆者對(duì)國(guó)內(nèi)各大城市地鐵工程應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)的機(jī)型也進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果如表1所示。由表1可清楚地看出，無(wú)論南方還是北方，國(guó)內(nèi)地鐵隧道工程使用的盾構(gòu)機(jī)型均以加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)型（含復(fù)合式）為主。盡管應(yīng)用的地域或范圍較廣泛，地質(zhì)條件相差較大，但據(jù)調(diào)查，該類(lèi)機(jī)型均能較好地適應(yīng)和順利地完成地鐵隧道的施工?？梢?jiàn)，國(guó)內(nèi)地鐵工程盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐，也證明了加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)具有良好的適應(yīng)性。筆者進(jìn)一步對(duì)泥水式平衡盾構(gòu)機(jī)和加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的主要特性進(jìn)行了比較，其內(nèi)容與結(jié)果詳見(jiàn)表2。根據(jù)國(guó)外與國(guó)內(nèi)盾構(gòu)機(jī)實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀和兩種機(jī)型技術(shù)特性的比較結(jié)果，筆者認(rèn)為，對(duì)于北京市地鐵隧道盾構(gòu)法施工，加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理，選型時(shí)宜優(yōu)先考慮。6 加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的基本技術(shù)（配置）前節(jié)已詳細(xì)闡明了采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性，下面針對(duì)北京市地鐵隧道工程，筆者試提出盾構(gòu)機(jī)的基本技術(shù)(配置)選擇和要求。盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)形式按照工程地質(zhì)條件和施工控制要求，大致可分為面板式和輻條式(復(fù)合式刀盤(pán)由這兩種形式派生而出)刀盤(pán)兩種形式。針對(duì)北京的地質(zhì)條件以及目前地鐵隧道埋深不超過(guò)25 m的情況，采用什么形式的刀盤(pán)將直接影響盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)效果，而且造價(jià)相差約為盾構(gòu)機(jī)造價(jià)的4％～8％。因此筆者對(duì)兩種型式的刀盤(pán)特性進(jìn)行了比較。比較結(jié)果表明，采用輻條式刀盤(pán)既能滿(mǎn)足工程施工需要，保證有較好的掘進(jìn)性能，又能節(jié)省設(shè)備投資(比較結(jié)果詳見(jiàn)表3)。刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式是盾構(gòu)機(jī)的重要組成部分，其承擔(dān)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削開(kāi)挖面土體攪拌密封艙內(nèi)土體的任務(wù)。刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也是盾構(gòu)機(jī)內(nèi)務(wù)系統(tǒng)中消耗功率較大的設(shè)備之一。過(guò)去為了保證刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削土體的能力和效果，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式多設(shè)計(jì)為液壓驅(qū)動(dòng)。但隨著變頻電機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸在盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)中被采用，而且由于其具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)價(jià)格也在逐年下降，應(yīng)用于盾構(gòu)機(jī)呈不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)。筆者從盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)效串的高低，后續(xù)配備設(shè)備的多少，設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)的難易以及作業(yè)人員工作環(huán)境的優(yōu)劣等方面綜合考慮，認(rèn)為北京地區(qū)隧道施工用盾構(gòu)機(jī)，其刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式以采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式為好。盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式特性比較見(jiàn)表4。盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)支撐方式如圖6所示，一般有中心支撐，中間支撐和周邊支撐三種方式。采用何種方式，主要依據(jù)盾構(gòu)機(jī)的直徑和工程的地質(zhì)條件。中心支撐方式主要用于中小直徑(直徑≤)的盾構(gòu)機(jī)，其對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性較好．中間支撐方式則主要用于中大直徑(～，有工程實(shí)績(jī))的盾構(gòu)機(jī)，當(dāng)直徑不太大、地質(zhì)條件為粘性土?xí)r，刀盤(pán)采用中間支撐方式易在支撐的中心部分粘附，并逐漸擴(kuò)大形成俗稱(chēng)泥餅的現(xiàn)象，造成出土不暢與盾構(gòu)機(jī)的阻力增大。因北京市有大量的粘土層，若盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)采用中間支撐方式，需對(duì)此給予充分注意和采取有效對(duì)策。周邊支撐方式則比較靈活，即可用于小直徑盾構(gòu)機(jī)，也可用于大直徑盾構(gòu)機(jī)，但也同樣存在刀盤(pán)支撐位置處易于粘附的問(wèn)題，需要采取相應(yīng)的解決措施。上述三種盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)支撐方式中，前兩種目前在盾構(gòu)機(jī)中廣泛應(yīng)用，后一種使用尚不多。故筆者僅對(duì)中心支撐方式與中間支撐方式進(jìn)行比較。根據(jù)筆者盾構(gòu)法隧道的施工經(jīng)驗(yàn)，以及查閱有關(guān)技術(shù)資料和與盾構(gòu)機(jī)制造商進(jìn)行專(zhuān)題研討， m左右的盾構(gòu)機(jī)，單就刀盤(pán)支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度(含剛度)而言，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)采用中心支撐方式或中間支撐方式均能滿(mǎn)足北京地區(qū)隧道施工要。但是針對(duì)北京地鐵隧道的規(guī)劃線路和可能碰到的地質(zhì)條件，這兩種支撐方式對(duì)盾構(gòu)機(jī)密封艙內(nèi)切削土體的攪拌狀態(tài)(反映切削土體在密封艙內(nèi)的流動(dòng)特性與平衡土壓力的控制效果)、刀盤(pán)密封性能(反映主軸的使用壽命)等方面有較大的差異，若處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的使用造成不利影響。筆者結(jié)合北京市地質(zhì)情況，對(duì)前述兩個(gè)方面進(jìn)行了比較。6 . 盾構(gòu)機(jī)密封艙內(nèi)切削土體攪拌狀態(tài)(1) 中間支撐方式如圖7所示，由于中心支座的存在，將盾構(gòu)機(jī)密封艙分隔成兩個(gè)區(qū)域，占密封艙內(nèi)相當(dāng)大的空間。當(dāng)?shù)侗P(pán)旋轉(zhuǎn)切削土體時(shí)，支座中心區(qū)域以外部分的土體流動(dòng)順暢，易于攪拌；中心區(qū)域內(nèi)的土體流動(dòng)較差，當(dāng)切削土體粘性較大或者所加泥漿攪拌不良并長(zhǎng)期積聚于中心區(qū)域時(shí)，中心區(qū)域土體逐漸增多最終形成泥餅，完全喪失流動(dòng)性。內(nèi)外兩個(gè)區(qū)域的土體流動(dòng)性差異較大，土體攪拌混合的效果難以確保。綜上所述，刀盤(pán)采用中間支撐方式的盾構(gòu)機(jī)在粘性土(包括粉細(xì)砂)中施工時(shí)，