盾構(gòu)技術(shù)在地鐵施工中的應(yīng)用

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近年來(lái)，隨著盾構(gòu)施工的掘進(jìn)速度不斷刷新，盾構(gòu)應(yīng)用水平大幅度提升。在前不久北京地鐵望京站的施工中，盾構(gòu)機(jī)完成了1400多米的掘進(jìn)任務(wù)。盾構(gòu)技術(shù)，在地下施工領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。
       盾構(gòu)技術(shù)開(kāi)創(chuàng)新局面
       中國(guó)工程院錢(qián)七虎、王夢(mèng)恕等5位院士曾在一份研究報(bào)告中指出：人均GDP500美元，就具備了大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用地下空間的條件；1000至2000美元之間，則達(dá)到開(kāi)發(fā)利用的高潮。2003年，我國(guó)人均GDP首次突破1000美元時(shí)，北京等大城市已經(jīng)迎來(lái)了地下工程開(kāi)發(fā)建設(shè)的高潮。在地下工程施工工法中，盾構(gòu)以其技術(shù)先進(jìn)和安全、快捷，受到越來(lái)越多的推崇。業(yè)內(nèi)人士公認(rèn)，21世紀(jì)是地下空間開(kāi)發(fā)與利用的世紀(jì)，盾構(gòu)專業(yè)技術(shù)將成為地下工程施工技術(shù)潮流新秀。
        盾構(gòu)機(jī)是一種特殊的隧道掘進(jìn)機(jī)，可以在防止開(kāi)挖面崩塌并保持開(kāi)挖面穩(wěn)定的同時(shí)，在盾殼保護(hù)下安全地進(jìn)行隧道開(kāi)挖和襯砌作業(yè)，速度比傳統(tǒng)施工快8至10倍，具有自動(dòng)化程度高、占地面積小、不用大面積降水、有利于環(huán)境保護(hù)和降低勞動(dòng)強(qiáng)度等諸多優(yōu)點(diǎn)。日本、歐洲是盾構(gòu)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)。20世紀(jì)末，我國(guó)實(shí)力雄厚的央企開(kāi)始引進(jìn)盾構(gòu)機(jī)，用于南方的隧道工程。
        1994年，在修建北京酒仙橋污水處理廠及亮馬河北路污水管線工程中，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究、多方論證，盾構(gòu)法施工成為污水截流工程的最佳方案。到2000年5月，亮馬河污水管線盾構(gòu)工程全長(zhǎng)1700米的污水管線完工。沉降監(jiān)測(cè)記錄表明，所有數(shù)據(jù)都在可控范圍內(nèi)，工程沿線地面上的百余座建筑物安然無(wú)恙，工程質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，工程總投資由4.5億元減少到 1.5億元，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。由于盾構(gòu)施工不需要降水，因而少抽取地下水380萬(wàn)立方米，相當(dāng)于一個(gè)半昆明湖的水量，對(duì)于水資源緊缺的北京來(lái)說(shuō)，彌足珍貴。
        亮馬河污水管線工程獲得北京市科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)，被專家稱為華北地區(qū)應(yīng)用盾構(gòu)施工技術(shù)的開(kāi)先河之舉。緊接著，北京市政集團(tuán)四處在壩河污水截流工程中，只用10個(gè)月時(shí)間，完成了全長(zhǎng)3900米的污水管線施工。其間，盾構(gòu)機(jī)不但連續(xù)穿越東四環(huán)路、京順路、機(jī)場(chǎng)路等，而且創(chuàng)下一次性掘進(jìn)2500米、伴有隧道轉(zhuǎn)彎的國(guó)內(nèi)最高紀(jì)錄。
       盾構(gòu)機(jī)“洋”為“中”用
       至今國(guó)內(nèi)的盾構(gòu)機(jī)主要依賴進(jìn)口。我國(guó)幅員遼闊、地質(zhì)條件復(fù)雜，南方土壤含水高，北方土質(zhì)硬且多鵝卵石，而“洋”盾構(gòu)機(jī)恰恰是喜水懼石。怎樣將“洋”設(shè)備“本土化”，使之適合我國(guó)北方的地質(zhì)條件，是科技人員首先要解決的課題。
        北京涼水河南岸污水管線，是迄今為止國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)施工難度最大的工程之一。難點(diǎn)一：盾構(gòu)幾乎在全斷面無(wú)水砂卵石地層中長(zhǎng)距離推進(jìn)，這種土體中的盾構(gòu)掘進(jìn)在國(guó)內(nèi)是第一例。難點(diǎn)二：盾構(gòu)需要多次穿越公路和鐵路干線，必須確保鐵路在“不限速、不慢點(diǎn)、不預(yù)加固”的前提下正常運(yùn)營(yíng)。市政集團(tuán)四處的工程技術(shù)人員借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，探索改良土質(zhì)的途徑。最終，盾構(gòu)機(jī)優(yōu)質(zhì)、高效地在無(wú)水砂卵石地層中推進(jìn)3300米，安全穿越了“京九”等4條鐵路主干線，確保了鐵路的正常運(yùn)營(yíng)，創(chuàng)造了提前完工的佳績(jī)。這項(xiàng)工程的科研成果后來(lái)被廣泛應(yīng)用到北京地鐵工程建設(shè)之中。
    幾年來(lái)，以四處為主體，北京市政集團(tuán)探索完成了在輕亞黏土、中亞黏土、重亞黏土、不同砂質(zhì)地層、卵礫石層等各類地層條件下，安全、快速、優(yōu)質(zhì)、高效的盾構(gòu)施工方法，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了若干重大技術(shù)突破。特別是砂卵石地層，率先實(shí)現(xiàn)了在全斷面無(wú)水砂卵石地層中的盾構(gòu)掘進(jìn)，被專家視為盾構(gòu)技術(shù)的“重大突破”，是市政工程盾構(gòu)隧道施工技術(shù)的里程碑，其科技成果居世界先進(jìn)水平，榮獲北京市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。
    開(kāi)拓地下施工領(lǐng)域
    北京地鐵5號(hào)線18號(hào)標(biāo)，不但隧道距離是全線最長(zhǎng)的，而且盾構(gòu)機(jī)要穿越地壇公園。園內(nèi)的方澤壇是我國(guó)現(xiàn)存最大的“祭地”之壇，周邊還有幾十棵數(shù)百年樹(shù)齡的古柏，施工難度堪稱全線之最。四處技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)狀況，改進(jìn)盾構(gòu)機(jī)的刀具和出土方式，使盾構(gòu)機(jī)在堅(jiān)硬的卵石層里“削石如泥”、行進(jìn)自如，地上文物、古樹(shù)及沿途建筑物毫發(fā)未傷。
    地鐵4號(hào)線最難的標(biāo)段——14標(biāo)，包括兩個(gè)半地鐵車(chē)站和三段盾構(gòu)區(qū)間，6條隧道總長(zhǎng)7300多米。四處技術(shù)人員反復(fù)琢磨盾構(gòu)機(jī)的工作原理，最后，通過(guò)優(yōu)化控制掘進(jìn)參數(shù)、合理應(yīng)用施工輔助材料、提高機(jī)械性能等一系列措施，有效減輕了刀盤(pán)的磨損，創(chuàng)造出掘進(jìn)1100米不換刀盤(pán)的世界新紀(jì)錄。
    在地鐵15號(hào)線01標(biāo)段和03標(biāo)段工程中，他們克服進(jìn)場(chǎng)晚、困難多等不利因素，以應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，齊頭并進(jìn)、你趕我超，不斷創(chuàng)造出地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)的新紀(jì)錄。01標(biāo)段望京站—望京西站區(qū)間，創(chuàng)造了盾構(gòu)單月掘進(jìn)858環(huán)、長(zhǎng)度1029.6米的全國(guó)地鐵盾構(gòu)施工速度新紀(jì)錄。03標(biāo)在馬泉營(yíng)站到崔各莊站區(qū)間，不僅穿越770米的民房段和區(qū)間風(fēng)井，同時(shí)在曲線半徑400米的轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，又刷新01標(biāo)的進(jìn)尺，創(chuàng)造了單月1077.6米的地鐵盾構(gòu)施工的最新紀(jì)錄，在盾構(gòu)快速推進(jìn)方面又向前邁出了一大步。
    目前，北京市政集團(tuán)四處已經(jīng)完成污水、上水、地鐵、電力等盾構(gòu)隧道達(dá)40余公里。應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)施工獲得多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)：北京市南水北調(diào)配套工程團(tuán)城湖至第九水廠輸水工程04標(biāo)段，獲市政基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)長(zhǎng)城杯工程。地鐵五號(hào)線18標(biāo)，榮獲第八屆中國(guó)土木工程詹天佑大獎(jiǎng)。地鐵五號(hào)線18標(biāo)，榮獲中國(guó)建設(shè)工程魯班獎(jiǎng)國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程。機(jī)場(chǎng)線02標(biāo)工程，獲北京市基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)長(zhǎng)城杯金質(zhì)獎(jiǎng)?！渡奥咽貙佣軜?gòu)隧道施工工法》已由北京市建設(shè)委員會(huì)審定通過(guò)，獲得北京市工法。
    科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新成果與盾構(gòu)應(yīng)用技術(shù)的大幅提升，將使地下施工更加得心應(yīng)手。盾構(gòu)應(yīng)用技術(shù)將在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中做出新的貢獻(xiàn)。