盾构技术在地铁施工中的应用

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近年来，随着盾构施工的掘进速度不断刷新，盾构应用水平大幅度提升。在前不久北京地铁望京站的施工中，盾构机完成了1400多米的掘进任务。盾构技术，在地下施工领域发挥了重要作用。
       盾构技术开创新局面
       中国工程院钱七虎、王梦恕等5位院士曾在一份研究报告中指出：人均GDP500美元，就具备了大规模开发利用地下空间的条件；1000至2000美元之间，则达到开发利用的高潮。2003年，我国人均GDP首次突破1000美元时，北京等大城市已经迎来了地下工程开发建设的高潮。在地下工程施工工法中，盾构以其技术先进和安全、快捷，受到越来越多的推崇。业内人士公认，21世纪是地下空间开发与利用的世纪，盾构专业技术将成为地下工程施工技术潮流新秀。
        盾构机是一种特殊的隧道掘进机，可以在防止开挖面崩塌并保持开挖面稳定的同时，在盾壳保护下安全地进行隧道开挖和衬砌作业，速度比传统施工快8至10倍，具有自动化程度高、占地面积小、不用大面积降水、有利于环境保护和降低劳动强度等诸多优点。日本、欧洲是盾构技术比较发达的国家和地区。20世纪末，我国实力雄厚的央企开始引进盾构机，用于南方的隧道工程。
        1994年，在修建北京酒仙桥污水处理厂及亮马河北路污水管线工程中，经过反复研究、多方论证，盾构法施工成为污水截流工程的最佳方案。到2000年5月，亮马河污水管线盾构工程全长1700米的污水管线完工。沉降监测记录表明，所有数据都在可控范围内，工程沿线地面上的百余座建筑物安然无恙，工程质量完全满足设计要求。同时，工程总投资由4.5亿元减少到 1.5亿元，经济效益十分明显。由于盾构施工不需要降水，因而少抽取地下水380万立方米，相当于一个半昆明湖的水量，对于水资源紧缺的北京来说，弥足珍贵。
        亮马河污水管线工程获得北京市科学技术三等奖，被专家称为华北地区应用盾构施工技术的开先河之举。紧接着，北京市政集团四处在坝河污水截流工程中，只用10个月时间，完成了全长3900米的污水管线施工。其间，盾构机不但连续穿越东四环路、京顺路、机场路等，而且创下一次性掘进2500米、伴有隧道转弯的国内最高纪录。
       盾构机“洋”为“中”用
       至今国内的盾构机主要依赖进口。我国幅员辽阔、地质条件复杂，南方土壤含水高，北方土质硬且多鹅卵石，而“洋”盾构机恰恰是喜水惧石。怎样将“洋”设备“本土化”，使之适合我国北方的地质条件，是科技人员首先要解决的课题。
        北京凉水河南岸污水管线，是迄今为止国内外盾构施工难度最大的工程之一。难点一：盾构几乎在全断面无水砂卵石地层中长距离推进，这种土体中的盾构掘进在国内是第一例。难点二：盾构需要多次穿越公路和铁路干线，必须确保铁路在“不限速、不慢点、不预加固”的前提下正常运营。市政集团四处的工程技术人员借鉴国外的经验，探索改良土质的途径。最终，盾构机优质、高效地在无水砂卵石地层中推进3300米，安全穿越了“京九”等4条铁路主干线，确保了铁路的正常运营，创造了提前完工的佳绩。这项工程的科研成果后来被广泛应用到北京地铁工程建设之中。
    几年来，以四处为主体，北京市政集团探索完成了在轻亚黏土、中亚黏土、重亚黏土、不同砂质地层、卵砾石层等各类地层条件下，安全、快速、优质、高效的盾构施工方法，在国内率先实现了若干重大技术突破。特别是砂卵石地层，率先实现了在全断面无水砂卵石地层中的盾构掘进，被专家视为盾构技术的“重大突破”，是市政工程盾构隧道施工技术的里程碑，其科技成果居世界先进水平，荣获北京市科学技术一等奖。
    开拓地下施工领域
    北京地铁5号线18号标，不但隧道距离是全线最长的，而且盾构机要穿越地坛公园。园内的方泽坛是我国现存最大的“祭地”之坛，周边还有几十棵数百年树龄的古柏，施工难度堪称全线之最。四处技术人员根据地质状况，改进盾构机的刀具和出土方式，使盾构机在坚硬的卵石层里“削石如泥”、行进自如，地上文物、古树及沿途建筑物毫发未伤。
    地铁4号线最难的标段——14标，包括两个半地铁车站和三段盾构区间，6条隧道总长7300多米。四处技术人员反复琢磨盾构机的工作原理，最后，通过优化控制掘进参数、合理应用施工辅助材料、提高机械性能等一系列措施，有效减轻了刀盘的磨损，创造出掘进1100米不换刀盘的世界新纪录。
    在地铁15号线01标段和03标段工程中，他们克服进场晚、困难多等不利因素，以应用盾构机的绝对优势，齐头并进、你赶我超，不断创造出地铁盾构掘进的新纪录。01标段望京站—望京西站区间，创造了盾构单月掘进858环、长度1029.6米的全国地铁盾构施工速度新纪录。03标在马泉营站到崔各庄站区间，不仅穿越770米的民房段和区间风井，同时在曲线半径400米的转弯过程中，又刷新01标的进尺，创造了单月1077.6米的地铁盾构施工的最新纪录，在盾构快速推进方面又向前迈出了一大步。
    目前，北京市政集团四处已经完成污水、上水、地铁、电力等盾构隧道达40余公里。应用盾构技术施工获得多个奖项：北京市南水北调配套工程团城湖至第九水厂输水工程04标段，获市政基础设施结构长城杯工程。地铁五号线18标，荣获第八届中国土木工程詹天佑大奖。地铁五号线18标，荣获中国建设工程鲁班奖国家优质工程。机场线02标工程，获北京市基础设施结构长城杯金质奖。《砂卵石地层盾构隧道施工工法》已由北京市建设委员会审定通过，获得北京市工法。
    科学技术创新成果与盾构应用技术的大幅提升，将使地下施工更加得心应手。盾构应用技术将在基础设施建设中做出新的贡献。