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小編語(yǔ)：上次小編為大家主要介紹了地下管線中盾構(gòu)法和頂管法的差異，本期將為您介紹日本盾構(gòu)法發(fā)展新趨勢(shì)，如：長(zhǎng)距離施工、急曲線施工，以及近年來(lái)應(yīng)用實(shí)例較多的高速施工技術(shù)和防治地下障礙物措施的技術(shù)動(dòng)向。

盾構(gòu)機(jī)樣式的變遷

自1920年日本首次采用手掘式的開(kāi)放型盾構(gòu)以來(lái)，盾構(gòu)法在日本已有約100年的歷史。20世紀(jì)70年代起，泥水式、土壓式密閉型盾構(gòu)機(jī)開(kāi)始漸漸增多，到20世紀(jì)80年代中期已經(jīng)成為了城市內(nèi)非明挖法的主流盾構(gòu)機(jī)。為了解決各種各樣的問(wèn)題，還逐漸開(kāi)發(fā)出了一些特殊盾構(gòu)機(jī)。

長(zhǎng)距離施工

在日本，一般超過(guò)1.5km就被稱為長(zhǎng)距離施工，不過(guò)，近幾年5km以上的超長(zhǎng)距離施工都變得越來(lái)越多，因此，采用針對(duì)性措施以提高盾構(gòu)機(jī)的耐久性非常重要。

1）刀具磨損對(duì)策以及機(jī)械式更換技術(shù)

為延長(zhǎng)刀具的工作壽命，施工中會(huì)采用耐磨材料、擴(kuò)大刀頭、階梯式排列刀頭和開(kāi)發(fā)允許磨損量較大的特殊先行刀等方法。此外，過(guò)去操作人員需要到工作面去更換刀具，但現(xiàn)在開(kāi)發(fā)出了機(jī)械式更換技術(shù)，可以在機(jī)器內(nèi)部隨時(shí)、不限次數(shù)地完成刀具更換，既縮短了時(shí)間，又提高了安全性。

例如，日本大成建設(shè)和日立造船共同開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)機(jī)械式換刀技術(shù)“THESEUS“工法，從盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部通過(guò)可動(dòng)式人閘和滑移式換刀裝置完成換刀，無(wú)需設(shè)置換刀井，實(shí)現(xiàn)了小盾構(gòu)的機(jī)械式常壓換刀。

THESEUS換刀工法整體概要圖

2）刀具軸承部的磨損對(duì)策

刀具軸承部是盾構(gòu)機(jī)的心臟，它支撐著旋轉(zhuǎn)的刀面。如果這部分出現(xiàn)損壞，盾構(gòu)機(jī)就無(wú)法繼續(xù)掘進(jìn)，并且在當(dāng)前豎井內(nèi)無(wú)法修理，需要在刀盤(pán)前修建新的豎井以更換整套軸承，或者采用從終點(diǎn)一側(cè)往回挖之類的方法。為了防止刀具軸承部在長(zhǎng)距離掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生損壞，采用了耐滑動(dòng)發(fā)熱的材料、冷卻裝置、增加密封層數(shù)、油脂自動(dòng)潤(rùn)滑等方法。

3）提升盾尾密封耐久性

設(shè)置盾尾密封的目的是為了土砂和地下水從盾尾間隙滲入盾構(gòu)機(jī)。為了保持盾尾密封的彈性，多采用細(xì)鋼絲制成的刷狀材料。由于土水壓力和回填壓力始終作用于這部分，所以它的密封性能尤為重要。在長(zhǎng)距離施工中要求它耐磨、耐用，所以施工中會(huì)采用耐磨耐腐蝕的材料、增加密封層數(shù)、增加鋼絲刷的鋼絲數(shù)量、自動(dòng)向刷子內(nèi)填充盾尾密封油脂等方法。

最近開(kāi)發(fā)出了延遲硬化型盾尾密封油脂等材料，以避免盾尾刷因同步注漿材料的滲入而發(fā)生硬化，失去彈性，導(dǎo)致管片損壞。例如，大林組與JX能源共同開(kāi)發(fā)的新型盾尾密封填充材料“密封 Knock CR”（Cement Retarding，水泥硬化延遲）即使混入了壁后注漿材料，給脂泵也能維持可輸送的柔軟度（稠度）24小時(shí)左右，是傳統(tǒng)盾尾密封的2倍，在凝固之前可以將其排出盾尾，防止管片受損。

在某些情況下，還會(huì)在盾尾刷之間安裝緊急止水裝置，以應(yīng)對(duì)可能需要更換的意外情況。

急曲線施工

自20世紀(jì)70年代后期，鉸接裝置和超挖裝置的誕生以來(lái)，盾構(gòu)急曲線施工技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，到目前為止，最小曲線半徑已達(dá)8m。

雖然鉸接裝置和超挖裝置本身自開(kāi)發(fā)以來(lái)沒(méi)有發(fā)生太大的變化，但是為了能安全可靠地轉(zhuǎn)過(guò)更小的彎，開(kāi)發(fā)了各種各樣的輔助工法。

急曲線施工中開(kāi)發(fā)的技術(shù)

例如，為了防止曲線內(nèi)側(cè)進(jìn)行大量超挖的部分發(fā)生坍塌，相繼開(kāi)發(fā)了注入高黏性填充材料的方法、用同步注漿材料填充袋體以盡早將管片固定在地面并保障盾構(gòu)機(jī)能獲得反作用力的方法等。另外，為使盾構(gòu)機(jī)更容易轉(zhuǎn)彎，鉸接裝置的2段配置和刀頭偏心于曲線內(nèi)側(cè)之類的方法也被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

高速施工

過(guò)去，常通過(guò)提升盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)耐屏图羟信ぞ氐男阅軄?lái)加速掘進(jìn)，抑或是采用一次成型的管片提高組裝的效率。近些年，開(kāi)發(fā)了同時(shí)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)和管片拼裝的推拼同步技術(shù)。采用推拼同步技術(shù)的施工系統(tǒng)大致分為長(zhǎng)千斤頂方式和雙千斤頂方式，無(wú)論哪種盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)度都比普通盾構(gòu)機(jī)更長(zhǎng)一些，因此，需要注意急曲線施工以及始發(fā)井的大小。

東西連接燃?xì)鈱?dǎo)管新建工程(富津工區(qū))泥水盾構(gòu)機(jī)

日本鹿島建設(shè)在千葉縣富津市新富~東京灣內(nèi)的東西連接燃?xì)鈱?dǎo)管新建工程(富津工區(qū))中，采用了推拼同步技術(shù)，施工總長(zhǎng)9,030m，外徑3,440mm，成型內(nèi)徑 3,000mm。

東西連接燃?xì)鈱?dǎo)管新建工程(富津工區(qū))

其次，在高速施工時(shí)，需要根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的挖掘情況向坑內(nèi)搬運(yùn)管片、搬出土砂等材料。為此，有的工地在坑內(nèi)安裝了自動(dòng)運(yùn)輸管片等的物料專用大型升降機(jī)，以及可一次性運(yùn)輸大量物資、機(jī)器和材料的輪胎式運(yùn)輸設(shè)備。

輪胎式管片臺(tái)車

例如，采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的施工中，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用連續(xù)傳送帶、垂直傳送帶等系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的鋼車運(yùn)輸渣土，使大斷面隧道的高速施工成為了可能。

延伸閱讀

大斷面隧道中的盾構(gòu)施工新技術(shù)發(fā)展——地下障礙物對(duì)策

在城市里修建隧道時(shí)，會(huì)遇到過(guò)去工程中殘留的擋土墻鋼材、樁等障礙物，并且常常難以從地面上直接取出。一般來(lái)說(shuō)，施工中需要先將工作面前方的地基處理好，確保地基的穩(wěn)定性和防水性后，再由操作人員到工作面前移除障礙物。但是，這種方法存在危險(xiǎn)性，還會(huì)耽誤工期。

為解決這點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了直接使用刀具切削鋼材等障礙物的盾構(gòu)法，通過(guò)將過(guò)去平置的輻條呈傾斜狀設(shè)置，使其中心部突出，與鋼材一點(diǎn)點(diǎn)接觸實(shí)施切削，從而有效防止刀具無(wú)法旋轉(zhuǎn)。另外，這種情況下掘進(jìn)速度應(yīng)注意控制在1mm/分左右。

東京外環(huán)線大泉南（南行）盾構(gòu)機(jī)，其刀盤(pán)可實(shí)現(xiàn)5°傾斜用于切削地下障礙物

在下期連載中，小編將繼續(xù)介紹頂管法的最新技術(shù)，如果您感興趣的話，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注！