創(chuàng)造地下空間的盾構(gòu)工法技術(shù)

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引言
    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),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。