1刀具種類和切削原理

1.1切刀（齒刀，刮刀）

切刀是軟土刀具，布置在刀盤(pán)開(kāi)口槽的兩側(cè)，其切削原理是盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)的同時(shí)，切刀隨刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)對(duì)開(kāi)挖面土體產(chǎn)生軸向（沿隧道前進(jìn)方向）剪切力和徑向（刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切線方向）切削力，在刀盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)下，刀刃和刀頭部分插入到地層內(nèi)部，不斷將開(kāi)挖面前方土體切削下來(lái)。切削刀一般適用于粒徑小于400mm的砂、卵石、粘土等松散體地層。

1.2先行刀（超前刀）

先行刀是先行切削土體的刀具，超前切刀布置。先行刀在設(shè)計(jì)中主要考慮與其它刀具組合協(xié)同工作。先行刀在切刀切削土體之前先行切削土體，將土體切割分塊，為切刀創(chuàng)造良好的切削條件。先行刀的切削寬度一般比切刀窄，切削效率較高。采用先行刀，可顯著增加切削土體的流動(dòng)性，大大降低切刀的扭矩，提高切刀的切削效率，減少切刀的磨耗。在松散體地層，尤其是砂卵石地層先行刀的使用效果十分明顯。

1.3貝型刀

摘要：盾構(gòu)機(jī)刀具配置是盾構(gòu)機(jī)刀具設(shè)計(jì)中是非常重要的內(nèi)容。本論文著重介紹了刀具的種類和切削原理，同時(shí)針對(duì)不同的地層情況，提出刀具的具體配置方式。針對(duì)盾構(gòu)機(jī)在復(fù)合地層隧道掘進(jìn)，解釋了刀具配置的差異性、刀具配置的“矛盾”現(xiàn)象。結(jié)合工程實(shí)例，在砂卵石地層中（尤其是含大直徑漂石）長(zhǎng)距離隧道掘進(jìn)的工況下，提出了盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)廠家關(guān)于刀具配置新的設(shè)計(jì)理念和思路。最后提出了刀具配置設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的因素。

關(guān)鍵詞：刀具種類；切削原理；配置方式；刀具設(shè)計(jì)

Abstract:TBM(TunnelBoringMachine)CuttingToolsConfigurationisoneofthemostimportantfactorduringTBMcuttingtooldesign.Thisarticlefocusondescribethetypeofcuttingtoolsandcuttingtheory,Meanwhile,thedetailcuttingtoolsconfigurationhasbeenproposedduetodifferentgeologiccondition.Analyzedthediscrepantcuttingtoolconfigurationand“theContradictoryPhenomenon”.Accordingtothereferenceproject,anewcuttingtoolsconfigurationdesignthought&theoryisproposedfromTBMmanufactureforlongdistancetunnelexcavationingravelgeologiccondition(especiallycontentbigboulder).Attheendofthisarticle,thenecessaryconsiderationfactorisprovidedduringcuttingtoolsconfigurationdesign.

Keywords:TypeofCuttingTools;CuttingTheory;CuttingToolsConfiguration;CuttingToolsDesign

0引言

盾構(gòu)機(jī)刀具的配置是盾構(gòu)機(jī)刀具設(shè)計(jì)中是非常重要的內(nèi)容，其配置是否適合應(yīng)用工程的地質(zhì)條件，直接影響盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)的使用壽命、切削效果、出土狀況、掘進(jìn)速度和施工效率。

摘要：盾構(gòu)機(jī)刀具配置是盾構(gòu)機(jī)刀具設(shè)計(jì)中是非常重要的內(nèi)容。本論文著重介紹了刀具的種類和切削原理，同時(shí)針對(duì)不同的地層情況，提出刀具的具體配置方式。針對(duì)盾構(gòu)機(jī)在復(fù)合地層隧道掘進(jìn)，解釋了刀具配置的差異性、刀具配置的“矛盾”現(xiàn)象。結(jié)合工程實(shí)例，在砂卵石地層中（尤其是含大直徑漂石）長(zhǎng)距離隧道掘進(jìn)的工況下，提出了盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)廠家關(guān)于刀具配置新的設(shè)計(jì)理念和思路。最后提出了刀具配置設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的因素。

關(guān)鍵詞：刀具種類；切削原理；配置方式；刀具設(shè)計(jì)

Abstract:TBM(TunnelBoringMachine)CuttingToolsConfigurationisoneofthemostimportantfactorduringTBMcuttingtooldesign.Thisarticlefocusondescribethetypeofcuttingtoolsandcuttingtheory,Meanwhile,thedetailcuttingtoolsconfigurationhasbeenproposedduetodifferentgeologiccondition.Analyzedthediscrepantcuttingtoolconfigurationand“theContradictoryPhenomenon”.Accordingtothereferenceproject,anewcuttingtoolsconfigurationdesignthought&theoryisproposedfromTBMmanufactureforlongdistancetunnelexcavationingravelgeologiccondition(especiallycontentbigboulder).Attheendofthisarticle,thenecessaryconsiderationfactorisprovidedduringcuttingtoolsconfigurationdesign.

Keywords:TypeofCuttingTools;CuttingTheory;CuttingToolsConfiguration;CuttingToolsDesign

0引言

盾構(gòu)機(jī)刀具的配置是盾構(gòu)機(jī)刀具設(shè)計(jì)中是非常重要的內(nèi)容，其配置是否適合應(yīng)用工程的地質(zhì)條件，直接影響盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)的使用壽命、切削效果、出土狀況、掘進(jìn)速度和施工效率。

1工程概況

某盾構(gòu)區(qū)間隧道采用兩臺(tái)泥水/土壓雙模式盾構(gòu)掘進(jìn)。如圖1所示，在完成下穿河流后，進(jìn)入農(nóng)新排水站區(qū)域，區(qū)域施工長(zhǎng)度約120m，覆土8～10m，排水站房屋坐落在排水箱涵上方，其余建筑全為20世紀(jì)60年代老舊的淺基礎(chǔ)建筑。除保留的原有排水功能作用外，其它建筑現(xiàn)作為加工廠和居住用途。其中，泵房為下沉式集水，隧頂距底板小于4m。隧道上覆建筑物原計(jì)劃拆遷，但由于各種原因無(wú)法進(jìn)行拆遷，經(jīng)第三方鑒定為一般損壞房，施工時(shí)地面沉降及建筑物的保護(hù)是重要風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)。由于建筑物只拆除了一小部分（上圖下方515～530環(huán)位置），地質(zhì)勘查資料有限，房屋下方無(wú)鉆孔勘察地質(zhì)。從周邊地勘揭示：地層主要為砂層和微風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r，灰?guī)r侵入盾構(gòu)開(kāi)挖面最高約為4.5m，該區(qū)域溶洞發(fā)育強(qiáng)烈，存在洞高超過(guò)10m的3層串珠式溶洞。地質(zhì)條件差，施工風(fēng)險(xiǎn)控制是關(guān)鍵。

2風(fēng)險(xiǎn)控制

圍繞雙模式盾構(gòu)的突出優(yōu)勢(shì)、嚴(yán)密組織掘進(jìn)管理，以監(jiān)控管理、應(yīng)急防控為主要思路，加強(qiáng)應(yīng)急預(yù)案處理準(zhǔn)備，主要控制措施如下。

2.1溶洞預(yù)處理

1）溶洞預(yù)處理，降風(fēng)險(xiǎn)部分可能存在位于建筑物下方的溶洞，使用斜孔引孔，引孔后下袖閥管進(jìn)行注漿，減少盾構(gòu)下穿施工的風(fēng)險(xiǎn)。控制要點(diǎn)：①斜孔施工時(shí)，確保角度的準(zhǔn)確性，根據(jù)直孔探明的洞高，與斜孔施工位置，計(jì)算出鉆孔角度；②鉆孔一是加強(qiáng)泥漿比重，減少塌孔，二是要保證袖閥管下管長(zhǎng)度；以單液漿為主，延長(zhǎng)初凝時(shí)間；適當(dāng)增大注漿壓力（幅度0.1MPa左右）以增加注漿影響范圍；同時(shí)加強(qiáng)地面及建構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)。2）盾構(gòu)穿越溶洞區(qū)，避風(fēng)險(xiǎn)①穿越巖溶區(qū)最大的風(fēng)險(xiǎn)為盾構(gòu)失穩(wěn)，利用雙模盾構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，使用濃泥漿或惰性漿，快速灌入掌子面，避免掘進(jìn)失壓、保壓困難等異常問(wèn)題；②對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)和掘進(jìn)速度進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)記錄土倉(cāng)壓力并進(jìn)行24h監(jiān)測(cè)，保證盾構(gòu)安全通過(guò)；③在注漿方面，盾構(gòu)配置有兩套注漿系統(tǒng)和3臺(tái)注漿泵，同時(shí)快速進(jìn)行同步注漿和管片補(bǔ)漿。管片補(bǔ)漿采用每隔2～3環(huán)進(jìn)行一次雙液漿作封閉環(huán)，有效形成保護(hù)。每環(huán)推進(jìn)前，對(duì)注漿的漿液進(jìn)行小樣試驗(yàn)。

摘要：目前常見(jiàn)的刀盤(pán)結(jié)構(gòu)有面板式和輻條式2種基本型式，以及介于2者之間的幅板式刀盤(pán)。通過(guò)文獻(xiàn)分析和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，首先闡述了幾種型式刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)、基本配置及工程應(yīng)用。隨后從刀盤(pán)土艙構(gòu)造、開(kāi)挖面穩(wěn)定、土壓平衡控制、砂土的流動(dòng)性、刀盤(pán)負(fù)荷、障礙物的處置、地層適應(yīng)性等方面，對(duì)2種基本刀盤(pán)型式的特性進(jìn)行了比較和分析。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；刀盤(pán)型式；面板式刀盤(pán)；輻條式刀盤(pán)

國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐表明，盾構(gòu)在施工中會(huì)遇到各種不同地層，從淤泥、粘土、砂層到軟巖及硬巖等。作為盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，刀盤(pán)主要起到開(kāi)挖土體、穩(wěn)定工作面及攪拌土砂的功能，因此在掘進(jìn)過(guò)程中刀盤(pán)工作環(huán)境惡劣，受力復(fù)雜。

刀盤(pán)型式及結(jié)構(gòu)關(guān)系到盾構(gòu)的開(kāi)挖效率、使用壽命及刀具費(fèi)用。刀盤(pán)配置及選型主要依賴于工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，不同的地層應(yīng)采用不同的刀盤(pán)型式，但在地質(zhì)適應(yīng)性設(shè)計(jì)方面缺少完整的理論依據(jù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在很大程度上還依賴工程經(jīng)驗(yàn)。

1刀盤(pán)結(jié)構(gòu)型式

盾構(gòu)刀盤(pán)由鋼結(jié)構(gòu)件焊接而成，目前其主流型式有2種：面板式和輻條式［1］。另外，還有介于2者之間的輻板式刀盤(pán)（由輻條和幅板組成）［2］。

[摘要]詳細(xì)介紹了基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)防控方法，針對(duì)大數(shù)據(jù)分析方案設(shè)計(jì)、架構(gòu)及原理、功能設(shè)計(jì)等進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，并結(jié)合具體項(xiàng)目開(kāi)展了應(yīng)用研究，表明了利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以輔助施工單位建立立體綜合的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)防控體系，有效降低盾構(gòu)施工生產(chǎn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu);大數(shù)據(jù)分析;風(fēng)險(xiǎn)防控

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的深入發(fā)展，盾構(gòu)法施工面臨的特殊地質(zhì)情況越來(lái)越多，隧道開(kāi)挖向大直徑、長(zhǎng)距離、大埋深的方向發(fā)展，地下工程地質(zhì)環(huán)境的特殊性、復(fù)雜多變性、不可預(yù)測(cè)性以及施工過(guò)程中災(zāi)害事故的突發(fā)性使得對(duì)環(huán)境影響的控制難度加大，特別是國(guó)家一批超大、超深埋、水下高風(fēng)險(xiǎn)隧道及小間距、大坡度等特殊地質(zhì)條件的隧道掘進(jìn)工程陸續(xù)規(guī)劃和開(kāi)工建設(shè)，這對(duì)盾構(gòu)連續(xù)、高效、智能、文明、安全施工提出了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管理模式和方法，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前施工建設(shè)的需要。但是，由于隧道建設(shè)的特殊性和復(fù)雜性，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不夠成熟，人機(jī)交互能力弱，數(shù)據(jù)的采集與上傳困難，尤其是高頻次、大數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集與分析滿足不了要求[1]。當(dāng)前，信息化發(fā)展已經(jīng)達(dá)到新階段，人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+等技術(shù)的快速發(fā)展為盾構(gòu)TBM風(fēng)險(xiǎn)防控提供了可靠載體，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開(kāi)展盾構(gòu)TBM施工風(fēng)險(xiǎn)防控已經(jīng)成為一種可靠高效的手段。

1盾構(gòu)主要施工風(fēng)險(xiǎn)及案例

由于盾構(gòu)/TBM本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備工作環(huán)境惡劣以及人為失誤等因素，導(dǎo)致盾構(gòu)/TBM施工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)異常情況，輕則影響工程進(jìn)度，重則造成重大事故。盾構(gòu)主要施工風(fēng)險(xiǎn)可歸納為地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)和人為風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其所占比例分別約為40％、30％和30％[2]。典型案例如下。案例一：天津地鐵2號(hào)線建國(guó)道～天津站區(qū)間，右線盾構(gòu)因螺旋輸送機(jī)被水泥土固結(jié)塊卡死無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，在開(kāi)啟觀察孔進(jìn)行處理時(shí)，發(fā)生突沙涌水事件。由于該地段的地質(zhì)異常復(fù)雜，突泥及涌水量較大，導(dǎo)致地面塌陷，且左線掘進(jìn)快于右線35環(huán)，左線線路高于右線，致使左右線隧道均發(fā)生局部管片變形破損開(kāi)裂，最終被封堵回填并重新改線施工，2臺(tái)盾構(gòu)被埋于地下，造成極其惡劣的社會(huì)影響。后經(jīng)事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，裝備掘進(jìn)參數(shù)控制不當(dāng)是造成此次事故的主要原因。類似原因還造成2007年11月南京地鐵2號(hào)線施工事故。案例二：2017年2月12日，廈門地鐵2號(hào)線過(guò)海段海東區(qū)間右線泥水盾構(gòu)因突然遭遇未事先堪明的微風(fēng)化安山巖基巖凸起，造成盾構(gòu)刀盤(pán)刀具嚴(yán)重磨損停機(jī)達(dá)6個(gè)多月。因處海底，壓力高，遂決定采用帶壓進(jìn)倉(cāng)的輔助工法進(jìn)行換刀作業(yè)，但在減壓艙減壓過(guò)程中操作不當(dāng)發(fā)生起火，導(dǎo)致3人燒傷，后經(jīng)搶救無(wú)效死亡，造成重大損失及惡劣社會(huì)影響。案例三：成都地鐵1號(hào)線南延線華陽(yáng)站～廣都北站右線區(qū)間盾構(gòu)施工過(guò)程中，項(xiàng)目部對(duì)1～56環(huán)管片姿態(tài)進(jìn)行復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)17～56環(huán)均出現(xiàn)不同程度的超限，其中56環(huán)垂直偏差達(dá)到+2010mm、水平偏差+52mm，但盾構(gòu)測(cè)量導(dǎo)向系統(tǒng)56環(huán)處顯示的盾構(gòu)垂直偏差為盾首-29mm、盾尾-25mm，水平偏差盾首+41mm、盾尾+35mm，成型隧道實(shí)測(cè)偏差與盾構(gòu)測(cè)量導(dǎo)向系統(tǒng)顯示偏差嚴(yán)重不符。經(jīng)過(guò)調(diào)查，確認(rèn)是操作人員誤操作，導(dǎo)致盾構(gòu)VMT系統(tǒng)中輸入了錯(cuò)誤的盾構(gòu)推進(jìn)計(jì)劃線數(shù)據(jù)文件，致使盾構(gòu)按照錯(cuò)誤的計(jì)劃線推進(jìn)，導(dǎo)致盾構(gòu)隧道軸線偏差。加之項(xiàng)目部未按照測(cè)量規(guī)定的頻次（每20環(huán)人工復(fù)測(cè)一次）進(jìn)行人工復(fù)核，致使偏差不斷擴(kuò)大而未能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，造成直接經(jīng)濟(jì)損失273萬(wàn)余元[3]。

2大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘要:以實(shí)際項(xiàng)目為例，為了控制施工進(jìn)度及成本，從地質(zhì)角度入手，并從盾構(gòu)掘進(jìn)清單談判和鉆孔灌注樁工程兩方面探討了具體的做法，包括盾構(gòu)硬巖定額、盾構(gòu)帶壓換刀、長(zhǎng)護(hù)筒、土方定額等內(nèi)容，最終取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞:清單談判;軌道交通工程;地質(zhì)角度

1PPP模式概述

近年來(lái)全國(guó)各大中城市地鐵建設(shè)正有序快速地開(kāi)展，由于財(cái)政資金所限，一些地方采取了PPP模式進(jìn)行融資。PPP模式源于英文Public－Private－Partnerships，是指政府、私人營(yíng)利性企業(yè)、私人非營(yíng)利性組織和非營(yíng)利性企業(yè)基于某個(gè)項(xiàng)目而形成的相互合作關(guān)系的形式［1］。我國(guó)學(xué)者對(duì)PPP模式的定義還沒(méi)有形成統(tǒng)一的觀點(diǎn)，大部分認(rèn)為PPP模式有廣義、狹義之分，廣義的PPP模式是泛指公共部門與私人部門為提供公共產(chǎn)品或服務(wù)而建立的各種合作關(guān)系，而狹義的PPP模式是指一些項(xiàng)目融資模式的總稱，包含BOT、TOT、DBFO等多種模式。我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)領(lǐng)域廣泛采用政府和社會(huì)資本合作(PPP)模式，伴隨著政策的春風(fēng)，PPP模式得到了全國(guó)各地方政府的積極響應(yīng)，PPP項(xiàng)目遍地開(kāi)花，PPP大市場(chǎng)初步建立。目前，各地為了加快PPP項(xiàng)目落地、開(kāi)工，在施工圖尚未完成甚至初步設(shè)計(jì)或概算還未批復(fù)時(shí)即進(jìn)行社會(huì)資本招標(biāo)。

2項(xiàng)目概況

某城市地鐵二號(hào)線一期工程采用PPP模式，總承包合同約定合同單價(jià)項(xiàng)目及總價(jià)項(xiàng)目?jī)r(jià)格依據(jù)招標(biāo)設(shè)計(jì)文件或經(jīng)批復(fù)的臨時(shí)設(shè)施方案和設(shè)計(jì)文件，根據(jù)工程量清單計(jì)算規(guī)則計(jì)算工程數(shù)量，按照工程量清單組價(jià)原則進(jìn)行組價(jià)，報(bào)市財(cái)政局財(cái)政評(píng)審中心審定后下浮7%予以確定。該項(xiàng)目屬于邊拆遷、邊設(shè)計(jì)、邊談清單的“三邊工程”。預(yù)算清單確定的流程是:發(fā)包方某城市軌道交通有限公司(下文簡(jiǎn)稱軌道公司)先行下發(fā)了一版暫計(jì)量工程量清單，用于前期過(guò)程中的暫計(jì)量工作，施工方根據(jù)圖紙、合同、施工方案、地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提出意見(jiàn)后，軌道公司根據(jù)雙方的談判階段性成果委托咨詢公司編制一版財(cái)審清單上報(bào)財(cái)政評(píng)審中心，施工單位根據(jù)自己的訴求再上報(bào)一版預(yù)算清單。市財(cái)政評(píng)審中心根據(jù)兩版清單再次組織各方談判，并依據(jù)最終結(jié)果委托咨詢公司形成最終預(yù)算清單。清單談判的結(jié)果將直接決定項(xiàng)目后期的盈虧。清單談判涉及定額選用、工程量計(jì)算規(guī)則、合同條款梳理等多個(gè)方面，是一項(xiàng)系統(tǒng)復(fù)雜的工作，本文從對(duì)清單價(jià)格影響較大的地質(zhì)角度進(jìn)行分析。

1隧道掘進(jìn)機(jī)的分類

隧道掘進(jìn)機(jī)作為目前廣泛使用且具有良好應(yīng)用前景的掘進(jìn)設(shè)備，依據(jù)掘進(jìn)巖土體強(qiáng)度大致可分為巖石隧道掘進(jìn)機(jī)和土體隧道掘進(jìn)機(jī)2類，前者在國(guó)內(nèi)一般稱作TBM（即巖石隧道掘進(jìn)機(jī)），后者一般稱為盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。巖石掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖的巖石一般比較堅(jiān)硬，掘進(jìn)速率、施工進(jìn)度和滾刀刀具的磨損是制約施工進(jìn)度與造價(jià)的主要因素。在堅(jiān)硬巖石地層中，巖體一般具有自穩(wěn)能力，開(kāi)挖過(guò)程不需要進(jìn)行特殊處理來(lái)保證巖體穩(wěn)定。若碰到特殊巖體地層（如軟弱巖體、大斷層通過(guò)的地層），則需要考慮采用護(hù)盾來(lái)保證掘進(jìn)機(jī)的正常和安全運(yùn)行［1］。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，土體較軟，易于開(kāi)挖，開(kāi)挖掘進(jìn)速度不是盾構(gòu)面臨的主要問(wèn)題，保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定和減小開(kāi)挖引起的土體沉降是盾構(gòu)開(kāi)挖的關(guān)鍵。盾構(gòu)中一般采用護(hù)盾和開(kāi)挖面的土壓平衡、泥水平衡或者氣壓平衡等方式來(lái)保證開(kāi)挖土體的穩(wěn)定與安全［1］。

2隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

基于不同巖土體內(nèi)掘進(jìn)機(jī)工作模式和工程難點(diǎn)的不同，TBM和盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題也存在差異。

2．1TBM研究現(xiàn)狀

如何加快巖石掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速率和優(yōu)化開(kāi)挖過(guò)程是巖石隧道工程的主要問(wèn)題，故TBM技術(shù)的研究熱點(diǎn)問(wèn)題主要集中在TBM滾刀的破巖機(jī)制和施工預(yù)測(cè)模型2方面。

摘要：盾構(gòu)機(jī)廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電等隧道工程，被稱為“工程機(jī)械之王”，而超大直徑盾構(gòu)機(jī)更是堪稱工程機(jī)械中的“王中王”。本文從國(guó)產(chǎn)超大型盾構(gòu)研制的緊迫性和必要性出發(fā)，闡述了國(guó)產(chǎn)超大型盾構(gòu)品牌創(chuàng)建的背景，品牌崛起的主要做法、創(chuàng)建路徑及成效，進(jìn)一步印證了中國(guó)高端裝備制造品牌堅(jiān)持自主創(chuàng)新，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)的重要意義，以期為行業(yè)企業(yè)的品牌建設(shè)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：超大型盾構(gòu)；自主研制；創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)；品牌建設(shè)

一、國(guó)產(chǎn)超大型盾構(gòu)研制的背景

盾構(gòu)工法于19世紀(jì)初在英國(guó)產(chǎn)生，至今已經(jīng)有200年的歷史。19世紀(jì)末到20世紀(jì)中葉，盾構(gòu)工法相繼傳入美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)。20世紀(jì)60年代到80年代，盾構(gòu)工法發(fā)展得到進(jìn)一步完善，且成效顯著。1984年，我國(guó)首次應(yīng)用從日本引進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)，建成了上海市芙蓉江下水道總管工程。盾構(gòu)機(jī)如地下游龍一般的掘進(jìn)方式讓剛剛打開(kāi)國(guó)門的國(guó)人大開(kāi)眼界，使用盾構(gòu)機(jī)不用開(kāi)挖地面、不用爆破土石，而且掘進(jìn)速度快，有利于人員安全和環(huán)境保護(hù)，這對(duì)地下施工來(lái)說(shuō)有著巨大的優(yōu)勢(shì)。此后，盾構(gòu)機(jī)在我國(guó)隧道施工中開(kāi)始普及，在龐大的中國(guó)基建市場(chǎng)上，充斥著各種國(guó)外品牌的盾構(gòu)機(jī)。2010年以前，我國(guó)工程建設(shè)所需的大直徑、超大直徑盾構(gòu)機(jī)完全依賴國(guó)外進(jìn)口。2001年，國(guó)家“86計(jì)劃”正式包含了“隧道掘進(jìn)機(jī)的主要技術(shù)研究”，啟動(dòng)了國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)的研發(fā)之旅。2010年，中國(guó)交通建設(shè)集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中交集團(tuán)”）敏銳地看到軌道交通和城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的風(fēng)口，發(fā)揮央企優(yōu)勢(shì)，在江蘇省常熟成立中交天和機(jī)械設(shè)備有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中交天和”），集中力量打造國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)專業(yè)制造商。中交天和工廠及廠房剛開(kāi)始建設(shè)，中交集團(tuán)承接的南京緯三路過(guò)江隧道工程，需要兩臺(tái)刀盤(pán)直徑超過(guò)14米的超大型盾構(gòu)機(jī)。南京緯三路過(guò)江隧道是當(dāng)時(shí)我國(guó)首個(gè)復(fù)合地質(zhì)條件下的超大型隧道工程，也是當(dāng)時(shí)世界上同類隧道中規(guī)模最大、距離最長(zhǎng)、水壓最高、地質(zhì)條件最復(fù)雜的隧道。國(guó)外唯一能夠提供這種設(shè)備的廠商以施工風(fēng)險(xiǎn)高為由，開(kāi)出7億元一臺(tái)的天價(jià)，且制造周期遠(yuǎn)超工程預(yù)期。刀盤(pán)直徑超過(guò)12米的盾構(gòu)機(jī)在國(guó)際上被稱為超大型盾構(gòu)機(jī)，但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一家企業(yè)能夠制造10米級(jí)的盾構(gòu)機(jī)。設(shè)備買不起，工程等不起，沒(méi)有技術(shù)就要任人宰割。由此，中交集團(tuán)決心自己進(jìn)行研發(fā)和制造。

二、國(guó)產(chǎn)超大型盾構(gòu)品牌建設(shè)的主要做法

（一）啃下硬骨頭，立足自主研制

摘要:以沈陽(yáng)綜合管廊項(xiàng)目為工程背景，分析綜合管廊盾構(gòu)法施工存在的老城區(qū)盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、盾構(gòu)機(jī)過(guò)節(jié)點(diǎn)井、錨索施工區(qū)、富水地層小半徑掘進(jìn)、盾構(gòu)和節(jié)點(diǎn)井的施工順序等技術(shù)難題，提出盾構(gòu)分體始發(fā)、空推過(guò)節(jié)點(diǎn)井、錨索處理、小半徑掘進(jìn)、先盾后井等施工技術(shù)，為施工的順利進(jìn)行提供保障。

關(guān)鍵詞:綜合管廊，盾構(gòu)法，施工技術(shù)

1概述

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的大部分城市普遍存在因各種市政管線的維修和改遷，重復(fù)開(kāi)挖城市道路而形成的“道路拉鏈”現(xiàn)象，造成經(jīng)濟(jì)和人力的浪費(fèi)，為此的道路施工更是造成交通堵塞、居民出行不便的原因之一［1-3］。管廊的建造有效的解決了城市高速發(fā)展而造成的“道路拉鏈”及“蛛網(wǎng)式”架空線等問(wèn)題。目前，綜合管廊的建造有明挖法施工和暗挖法施工兩大類，暗挖法施工以頂管和盾構(gòu)為主［4-6］。本文以沈陽(yáng)綜合管廊項(xiàng)目為工程背景，分析綜合管廊盾構(gòu)法施工中存在的技術(shù)難題，提出盾構(gòu)分體始發(fā)、空推過(guò)節(jié)點(diǎn)井、錨索處理、小半徑掘進(jìn)、先盾后井等施工技術(shù)，為施工的順利進(jìn)行提供保障。

2工程概況

沈陽(yáng)市地下綜合管廊(南運(yùn)河段)PPP項(xiàng)目是首個(gè)在舊城區(qū)建造的盾構(gòu)管廊，全長(zhǎng)約12．8km，管廊結(jié)構(gòu)為內(nèi)直徑D=5．4m的盾構(gòu)隧道。本工程劃分為7個(gè)盾構(gòu)區(qū)段，共設(shè)29個(gè)節(jié)點(diǎn)井，其中7個(gè)盾構(gòu)井，22個(gè)工藝井。經(jīng)地質(zhì)勘探，盾構(gòu)區(qū)間地層主要由第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)黏性土、砂類土及碎石類土組成。盾構(gòu)區(qū)間隧道施工范圍內(nèi)所處地層主要由圓礫層、礫砂層及粉細(xì)砂層組成，地質(zhì)軟硬不均。地下水為第四系松散巖類孔隙潛水。潛水主要賦存在第四系全新統(tǒng)沖積、沖洪積及第四系上更新統(tǒng)沖洪積地層中，是影響地下管廊盾構(gòu)施工的主要地下水。