【正文】 規(guī)鉆爆法（俗稱(chēng)“打眼放炮” ），近代掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的最大特點(diǎn)是廣泛使用電子、信息、遙 控等高新技術(shù)對(duì)全部作業(yè)進(jìn)行制導(dǎo)和臨控，使掘進(jìn)進(jìn)程始終處于最佳狀態(tài)。最佳日進(jìn)尺可達(dá) 150m。因此，掘進(jìn)機(jī)技術(shù)自 20 世紀(jì) 50 年代中期進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，日益受到人們的重視，已廣泛應(yīng)用于各國(guó)的能源、交通、城建、國(guó)防等部門(mén)的地下工程建設(shè)。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，掘進(jìn)機(jī)的類(lèi)型和使用范圍也不斷擴(kuò)大。從松散軟土、淤泥，到極堅(jiān)硬的巖石（抗壓強(qiáng)度 350~450~MPa）都可應(yīng)用。由于掘進(jìn)機(jī)有諸多優(yōu)勢(shì)，因此在國(guó)際上有“移動(dòng)式掘進(jìn)工廠”之稱(chēng)。 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，微型掘進(jìn)機(jī)技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家普遍得到應(yīng)用。由于許多國(guó)際大城市通過(guò)立法，不允許在市內(nèi)采用明挖方法，進(jìn)一步促進(jìn)了微型掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)形成一種新興產(chǎn)業(yè)。 1 隧道掘進(jìn)機(jī)的研究與應(yīng)用 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 6 隧道掘進(jìn)機(jī)是一種專(zhuān)門(mén)用于開(kāi)挖地下通道工程的大型高科技施工裝備，它具有開(kāi)挖快、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)、有利于環(huán)境保護(hù)和降低勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)挖的需要和科學(xué)。 20 世紀(jì) 80 年代初，在國(guó)家科委領(lǐng)導(dǎo)下，成立了掘進(jìn)機(jī)辦公室，采取聯(lián)合攻關(guān)的方式，制造出 8 臺(tái)掘進(jìn)機(jī)，先后在云南西洱河水電站、河北引灤入津水利工程、山西太原古交煤礦等得到應(yīng)用。目前，我國(guó)研制的巖石掘進(jìn)進(jìn)機(jī)，基本上處于閑置狀態(tài) [2]。 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，在甘肅引大人泰水利工程，由國(guó)外承包商使用國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的成功實(shí)例，經(jīng)我國(guó)帶來(lái)巨大沖擊。由意大利 CMC 公司使用 Robbino 雙護(hù) 盾掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖，僅用一年多時(shí)間就順利完工。此后，在引黃入晉水利工程，由意大利 CMC、 IMPREGILO 等公司中標(biāo)建的總班干線，南班干線引水隧洞，均采用國(guó)外掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖，也取得了顯著的效益。 國(guó)外務(wù)公司開(kāi)發(fā)的掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品自成系列產(chǎn)品，使產(chǎn)品達(dá)到公司內(nèi)部 通用化，從 每把刀 20179。 104 N，盤(pán)刀直徑從φ mm 增至φ 534mm，洞 內(nèi)換刀普遍由刀盤(pán)前換刀改為刀盤(pán)背面換刀新技術(shù)，成功地發(fā)展了適用于軟硬巖層的雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)。法國(guó)布衣格公司和德國(guó)維爾特公司先后研制了適用于軟巖的搖臂式掘進(jìn)機(jī)，可開(kāi)挖圓形和矩形斷面。 掘進(jìn)機(jī) 管片可分為鋼管片和預(yù)制混凝土管片，從近十多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，用預(yù)制混凝土管片較多，如我國(guó)的萬(wàn)家寨引黃工程、引黃入晉工程等，國(guó)外的日本宮瀨壩隧洞、愛(ài)爾蘭都柏林隧洞、英國(guó)的希思羅新隧洞等。如美國(guó)猶他州 Stillwater tunnel 施工過(guò)程中，為適應(yīng)擠壓地層和極度不穩(wěn)定圍巖中進(jìn)行 TBM 掘進(jìn)施工 ，首先采用鋼管片進(jìn)行一次支護(hù)，而后安裝預(yù)制混凝土二次襯護(hù)，獲得了理想的施工效果；瑞 Sorenberg Tunnel，采用的襯護(hù)形式為圓形的預(yù)制混凝土管片，外面再澆筑一層 25cm 厚的鋼纖維混凝土 (Bekaert metallic fibres RC 65/60 BN)進(jìn)行加固。 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)管片結(jié)構(gòu)計(jì)算尚無(wú)一個(gè)公認(rèn)的、準(zhǔn)確的計(jì)算方法，計(jì)算中以結(jié)構(gòu)力學(xué)法為 主，再輔以有限元法、特性曲線法分析計(jì)算，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)、規(guī)范要求確定管片的尺寸、配筋和聯(lián)結(jié)方式等。 國(guó)內(nèi)外管片的安裝一般采用傳統(tǒng)的管片安裝機(jī)械手進(jìn)行安裝。 TBM 施工中的質(zhì)量控制 TBM 全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)是由美國(guó)羅賓斯（ Robins）公司生產(chǎn)的大斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)，主要用于公路、鐵路、水利及礦山工程中大型涵洞與隧道的掘進(jìn)施工 [3]。機(jī)頭部主要由刀盤(pán)、前護(hù)盾、伸縮盾和后護(hù)盾等部分組成，主要實(shí)現(xiàn)截割、裝渣、行走等功能。前護(hù)盾為開(kāi)挖系統(tǒng)，有 26 個(gè)單刀頭和 4 個(gè)雙刀頭嵌于刀盤(pán)中，開(kāi)挖時(shí)通過(guò)刀盤(pán)系統(tǒng)大圓盤(pán)的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)、盤(pán)形刀頭在主推進(jìn)油缸推力的作用下向前回轉(zhuǎn)滾動(dòng)破碎巖石，開(kāi)挖邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 8 的巖渣由周邊式鏟斗不斷鏟起通過(guò)漏斗和溜槽卸落到皮帶機(jī)上送入渣車(chē)。開(kāi)挖和襯砌是一個(gè)連續(xù)而完整的工作循環(huán)。隧道施工中的測(cè)量，是將洞外測(cè)量控制網(wǎng)引入洞內(nèi)之后，輸入 ZED 激光導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行的。通過(guò)操作面板上的操作鍵調(diào)向。TBM 隧道施工質(zhì)量控制包括開(kāi)挖、管片安裝、豆礫石回填、灌漿四個(gè)工序，且前一工序往往直接影響 后一工序。所以在施工前和施工過(guò)程中，要對(duì)主要人員、原材料及中間產(chǎn)品、施工設(shè)備進(jìn)行預(yù)控和監(jiān)控，并及時(shí)檢查施工質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)分析判斷，找出產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題的原因，進(jìn)行糾偏。 施工測(cè)量質(zhì)量控制 測(cè)量人員在將測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地輸入 TBM 激光導(dǎo)向系統(tǒng)后，日常工作便是根據(jù)已有測(cè)量控制點(diǎn)或臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，每天或開(kāi)挖一定洞長(zhǎng)后測(cè)量一次，然后將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入激光導(dǎo)向系統(tǒng)，當(dāng)隧道轉(zhuǎn)彎時(shí)需加密測(cè)點(diǎn)，且每周利用 TBM 停機(jī)維修的時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng) 復(fù)核。操作人員必須是經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)、并有一定操作經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)工人，在開(kāi)挖過(guò)程中需時(shí)刻掌握 TBM 當(dāng)前位置、前方 4m 的掘進(jìn)偏 差、掘進(jìn)機(jī)偏轉(zhuǎn)情況和掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)已偏離設(shè)計(jì)洞軸線要及時(shí)分析原因、調(diào)整偏差。當(dāng)遇到上述不利地質(zhì)條件時(shí)， TBM 操作手必須及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)速度、刀頭推力和刀盤(pán)轉(zhuǎn)速，才能有效地控制開(kāi)挖偏差。所以，在日常維修中，要注意檢查，以避免因故障而影 響開(kāi)挖質(zhì)量。在管片運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)和堆放期間，不可避免地要出現(xiàn)混凝土表面損壞、止水條部分脫落等現(xiàn)象，如堆放不當(dāng)且時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)還會(huì)出現(xiàn)管片裂縫。 管片安裝質(zhì)量是指襯砌管片的接縫、錯(cuò)臺(tái)、破損和裂縫滿足設(shè)計(jì)要求，它主要受隧道開(kāi)挖質(zhì)量、管片安裝人員素質(zhì)、管片結(jié)構(gòu)尺寸誤差的影響。因通常采用規(guī)格相同的管片襯砌，當(dāng)洞軸線發(fā)生彎曲時(shí)，管片間的接縫和錯(cuò)臺(tái)就必然增大以適應(yīng)洞軸線的變化。管片安裝人員素質(zhì)是影響管片安裝質(zhì)量的主要因素在施工過(guò)程中，需經(jīng)常了解開(kāi)挖軸線的變化情況，根據(jù)洞軸線的變化來(lái)調(diào)整管片；在直接觀察或測(cè)量管片接縫和錯(cuò)臺(tái)的同時(shí)，需測(cè)量管片的偏斜程度、輔助推力缸的對(duì)稱(chēng)程度、管片背面不同部位與尾盾的間隙，在直線洞段，理論上管片左右應(yīng)該對(duì)稱(chēng)，上下推力缸 間的長(zhǎng)度、左右推力間的長(zhǎng)度、管片與尾盾的間隙應(yīng)該相等。在一定程度上，管片的破損率與管片的接縫和錯(cuò)臺(tái)超差量成正比，即過(guò)大的接縫和錯(cuò)臺(tái)會(huì)造成較多和較大面積的破損。 豆礫石回填質(zhì)量控制 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 10 由于 TBM 隧道施工時(shí)豆礫石用量大，一般使用人工豆礫石。豆礫石回填質(zhì)量要控制回填順序和充填密實(shí)度。生產(chǎn)人員和質(zhì)檢人員可通過(guò)記錄回填時(shí)間、檢查管片安裝孔及直接檢查等方法控制豆礫石回填質(zhì)量。 灌漿順序和孔距質(zhì)量控制 由于 TBM 施工的特殊性，灌漿順序采用從下至上的灌漿 順序，即底孔→側(cè)孔→頂孔和頂垂孔。施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制灌漿順序和孔距，避免脫空。頂孔和頂垂孔回填灌漿閉漿標(biāo)準(zhǔn)：在通常情況下同規(guī)隧道施工，即在規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注 5min 即可結(jié)束。 灌漿質(zhì)量檢查 回填灌漿質(zhì)量檢查應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束 7 天后進(jìn)行。鉆孔取芯法可直觀檢查豆礫石灌漿層的密 實(shí)度和充盈度，并對(duì)豆礫石灌漿層的抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，若灌漿層充滿管片與圍巖間隙，且密實(shí)、無(wú)蜂窩，即認(rèn)為合格。對(duì)檢查不合格的部位，應(yīng)重新進(jìn)行灌漿和鉆孔檢查。所以，在施工中應(yīng)以事前控制、事中控制為主，嚴(yán)格每一施工工序，使各種隱患、缺陷消失于未然中。如何正確地選擇隧道掘進(jìn)機(jī)，使它達(dá)到對(duì)地質(zhì)條件、施工周期、機(jī)械成本、環(huán)境影響、安全性等一系列條件的盡量滿足，是我們面臨的一個(gè)問(wèn)題。 手掘式和網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用 手掘式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是我國(guó)在早期隧道掘進(jìn)中采用的最簡(jiǎn)單的掘進(jìn)機(jī)。網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)是一種在手構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái) 的、適應(yīng)于上海軟土地層掘進(jìn)隧道的實(shí)用新技術(shù)。 1963 年，上海隧道工程股份有限公司研制了一臺(tái)Ф 4. 2m 手掘式盾構(gòu)在浦東塘橋進(jìn)行掘進(jìn)試驗(yàn)，盾構(gòu)總推力 19600 kN，開(kāi)挖面人工挖土，并備有支護(hù)千斤頂，掘進(jìn)施工輔以氣壓和降水，隧道襯砌采用鋼筋混凝土管片拼裝。這是我國(guó)首次進(jìn)行完整的盾構(gòu)隧道掘進(jìn)試驗(yàn)，試驗(yàn)成果應(yīng)用于上海地鐵工程和越江隧道工程 [4]。 104 kN 。 600 m 。盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)洞口土體采用降水法，隧道掘進(jìn)施工輔以氣壓，施工加氣壓值為 ～ MPa 。 1967 年 7 月，地鐵試驗(yàn)工程完成，這是我國(guó)首次采用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工地鐵隧道。盾構(gòu)總推力達(dá) 179。鋼筋混凝土管片采用整環(huán)澆筑，襯砌接縫防水采用環(huán)氧樹(shù)脂。 1970 年以來(lái)，上海又用網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)在長(zhǎng)江邊和海邊建成了 6 條Ф ～ m 的排水及引水隧道。 1980 年，上海重新規(guī)劃地鐵 1 號(hào)線，并在漕溪路進(jìn)行試驗(yàn)工程，兩條區(qū)間隧道采用刀盤(pán)式盾構(gòu)掘進(jìn)，因存在技術(shù)問(wèn)題后仍改為網(wǎng)格擠壓盾構(gòu)。 104 kN 。 1 mm 。地鐵試驗(yàn)隧道進(jìn)行了施工監(jiān)測(cè)和沉降控制研究，并進(jìn)行了管 片結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和多種形式管片的試用。 網(wǎng)格型水力出土盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī) 1983 年，上海建設(shè)第二條黃浦江越江公路隧道 ——— 延安東路隧道。為提高掘進(jìn)速度和確保隧道沿線的構(gòu)筑物安全，上海隧道股份公司自行設(shè)計(jì)研制了Ф m 網(wǎng)格型水力出土盾構(gòu)，這是在網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)基礎(chǔ)上改進(jìn)而得到的一種盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。網(wǎng)格上還布設(shè)了 20 只鋼弦式土壓計(jì)，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)挖面部位土壓值的變化，首次在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)信息化施工。網(wǎng)格型水力出土盾構(gòu)具有施力輸送泥漿，自動(dòng)計(jì)量裝置控制出土量，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、工性能好、掘進(jìn)速度較快、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。襯砌拼裝機(jī)的回旋裝置首次采用了帶制動(dòng)器的大扭矩液壓馬達(dá)，起重量達(dá) 5t，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。盾構(gòu)推力由尾部周?chē)?48 只油壓千斤頂提供 179。采用Ф 11. 3m 網(wǎng)格型水力出土盾構(gòu)，順利穿越江中段淺覆土層和浦西 500 m 建筑密集區(qū)，保護(hù)了沿線的主 1987 年開(kāi)發(fā)成功后，廣泛用于上海及江、浙沿海地區(qū)建造江底、海底的取排水隧道至今仍是一種成本低、實(shí)用性能好的盾構(gòu)機(jī)型 [4]。 1975 年，日本隧道業(yè)的 10 余年間，我國(guó)又陸續(xù)設(shè)計(jì)制造 了Ф ～ 興起了泥水加壓式盾構(gòu)熱， 1978 年起，土壓平衡式 m 土壓平衡式盾構(gòu)，用于取排水隧道和地鐵隧盾構(gòu)也得到廣泛的應(yīng)用。 1993 年，制造了一臺(tái)Ф 6. 34 m 土壓平衡式盾 2. 1 我國(guó)土壓平衡式盾構(gòu)的引進(jìn)和消化吸收構(gòu)，用于南京市夾江排水隧道工程，穿越粉砂地層， 1985 年，上海芙蓉江路排水隧道工程引進(jìn)日本掘進(jìn)長(zhǎng)度 1294 m 。 土壓平衡式盾構(gòu)在地鐵隧道工程中的應(yīng)用 1990 年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)上海地鐵 1 號(hào)線開(kāi)工 建削土砂經(jīng)螺旋輸送機(jī)運(yùn)至土箱。第一臺(tái)Ф 6. 34 m 土壓平衡式盾構(gòu)于 1991 年 6 月。芙蓉江路排水隧道掘月始發(fā)推進(jìn)， 7 臺(tái)盾構(gòu)掘進(jìn)總長(zhǎng)度 17. 374 km， 1993 進(jìn)長(zhǎng)度 1450 m，這是我國(guó)首次引進(jìn)簡(jiǎn)易式土壓盾構(gòu)年 2 月全線貫通，掘進(jìn)施工期僅 20 個(gè)月，每臺(tái)盾構(gòu)用于隧道工程，其施工性能和掘進(jìn)速度均優(yōu)于以往的月掘進(jìn)長(zhǎng)度達(dá) 200 ～ 250 m 。市區(qū)建筑群、道路、地下管線等，地面沉降控制在 1987 年，我國(guó)在消化吸收國(guó)外土壓平衡盾構(gòu)機(jī) +1 ～ 3cm 。理和設(shè)計(jì)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了國(guó)內(nèi)首臺(tái) 1995 年上海地鐵 2 號(hào)線 24 km 區(qū)間隧道開(kāi)始Ф 4. 3m 加泥式土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，見(jiàn)圖 4。隧道掘進(jìn)，同時(shí)又從法國(guó) FMT 公司和上海的聯(lián)合體購(gòu)道總長(zhǎng)度 534 m，在黃浦江底掘進(jìn)，隧道埋深 21 ～ 置兩臺(tái)土壓盾構(gòu)，加上上海隧道股份公司制造的一 30 m，穿越土層主要為砂質(zhì)粉土隧道掘進(jìn)順利解臺(tái)土壓盾構(gòu)，共計(jì) 10 臺(tái)土壓平衡式盾構(gòu)用于隧道施決了高水壓情況下的密封和砂性土加泥塑流技術(shù)難工。 1996 年，廣州地鐵 1 號(hào)線工程中有 8. 825 km 區(qū)間隧道選用 3 臺(tái)Ф 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 15 m 盾構(gòu)機(jī)施工，由日本青木建設(shè)承擔(dān)隧道掘進(jìn)施工，采用日本川崎重工制造的一臺(tái)土壓平衡 式盾構(gòu)和兩臺(tái)泥水加壓平衡壓盾構(gòu)。該復(fù)合型土壓平衡式盾構(gòu)刀盤(pán)上設(shè)置兩種刀具，切割粘土的割刀和磨巖石的滾刀。盾構(gòu)機(jī)頭為鉸接型，盾構(gòu)機(jī)設(shè)有中折裝置，由兩節(jié)組成，機(jī)身長(zhǎng) m，便于轉(zhuǎn)彎糾偏，左右糾轉(zhuǎn) 1. 5o，上下糾轉(zhuǎn) 0. 5o 。地鐵隧道要 從珠江底穿越，埋深 16～ 28 m，掘進(jìn)地層主要為全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖。南京地鐵 1 號(hào)線已開(kāi)工建設(shè)，規(guī)劃中的區(qū)間隧道也選用土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。 1994 年，日本東京灣橫斷道路隧道工程采用了 8 臺(tái)世界最大直徑 m 泥水加壓式盾構(gòu)掘進(jìn) km 海底隧道，這是 世界最先進(jìn)、自動(dòng)化程度最高的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。盾構(gòu)穿越廠房、防汛墻、地下人行道、高層建筑十分安全，沉降量小于 2 cm 。 d 1 最高達(dá) 12 m178。泥水加壓式盾構(gòu)設(shè)有掘進(jìn)管理、泥水輸送、泥水分離和同步注漿系統(tǒng)。廣州地鐵 1 號(hào)線工程于 1996 年引進(jìn)兩臺(tái)Ф 6. 14 m 泥水加壓式盾構(gòu)，掘進(jìn) 5852 m 。 2． 3 其它形式掘進(jìn)技術(shù)的研究和應(yīng)用 在工程實(shí)踐中，還應(yīng)用了其他形式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的掘進(jìn)機(jī)。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 16 頂管掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 當(dāng)隧道和管道的直徑小于 3m 時(shí)，用拼裝式管片作 隧道襯砌由于作業(yè)面小而較困難，一般采用預(yù)制管節(jié)作隧道襯砌，將盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)放置在管段后頂進(jìn)，而盾構(gòu)機(jī)頭放在管節(jié)前端掘進(jìn)，稱(chēng)之為頂管施工法。至今，在我國(guó)許多城市還較多地使用手掘式頂管掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行管道頂進(jìn)。 1985 年，上海從日本伊勢(shì)機(jī)株式會(huì)社引進(jìn)一臺(tái)Ф 800 mm 泥水機(jī)械平衡頂管機(jī)，這是一臺(tái)遙控操作的全自動(dòng)化掘進(jìn)頂管機(jī)，具有刀盤(pán)切削、機(jī)械平衡、泥水輸送功能，掘進(jìn)速度快，對(duì) 環(huán)境影響小。 20 世紀(jì) 90 年代，是國(guó)內(nèi)頂管掘進(jìn)機(jī)技術(shù)大發(fā)展的 10 年