隧道掘进机在中国地下工程中应用现状及前景展望

万祖清

摘要：随着我国工业的飞速发展，地下工程逐渐增多。而为了满足我国地下工程的现场施工需求，隧道掘进机的诞生与应用成为其发展的一项重大突破。现分析不同类型的隧道掘进机在中国地下工程施工中的应用情况，针对中国隧道掘进机在地下工程施工过程中的应用建议展开论述。

关键词：隧道掘进机;中国地下工程;应用现状;前景展望

引言：在地下工程的施工过程当中，为了确保施工工作的有序推进，隧道掘进机发挥着积极作用。隧道掘进机本身具备工作效率高以及自然环境破坏程度低的特点，同时还可以有效降低施工过程中的劳动强度，因此，在地下工程的施工过程当中，需要充分发挥隧道掘进机的优势。

一、隧道掘进机在中国地下工程施工中的应用及成就

1.盾构掘进机

我国对各种类型掘进机的研究开始于上世纪五十年代，并且经过反复的创新与优化，盾构法已趋于完善，在地下工程施工中也得到广泛应用。其中盾构掘进机主要分为手掘式盾构掘进机、网格挤压盾构掘进机、土压平衡盾构掘进机以及泥水加压平衡盾构掘进机。

（1）手掘式盾构掘进机

手掘式盾构掘进机是我国在最早时期发应用和发展的掘进机械，可以进行最简单的隧道掘进工，是人力与机械相结合的产物。手掘式盾构掘进机就是在电路壳体的保护作用下开展人工挖掘隧道工程，仅适用于那些含水量较少且自立性较为良好的土层区域。早在1956年，我国就开始运用直径长达2.66米的手掘式盾构掘进机对东北地区的露天矿进行开，在开采过程中主要是应用手掘式盾构掘进机在沙土层开凿输水通道。我国于1963年在上海市隧道工程局组织研发了新型的手机式盾构机，其直径为4.2米，在其首次掘进试验中，所达到的洁净程度为63米。

（2）网格挤压盾构掘进机

在1965年，我国上海隧道工程设计院与江南造船厂就开始联合设计并制造出最初阶段的网格挤压盾构掘进机，当时所设计的网络挤压盾构掘进机的直径为5.8米，随后其在地铁衡山路段的扩大实验工程中，这也是我国首次应用盾构掘进机开展地铁隧道线路建设。

（3）土压平衡盾构掘进机

我国最初对土压平衡盾构掘进机的引进和使用是在1985实现的，并于1987年开始自主研发并动手制造新一代的土压平衡盾构掘进机，一直发展至今，现如今我国的土压平衡盾構水平已经处于较为领先的地位，甚至已经逐渐赶超世界先进水平。全程长达18公里的上海地铁1号线于1990年正式建设开工，其所采用的就是各项功能已经初步完善的土压平衡盾构掘进机，其月掘进量200米以上的掘进任务可以轻松实现。

（4）泥水加压平衡盾构掘进机

盾构掘进机是将一些特殊配置的压力泥浆罐输于其内部的密封舱，将刀盘浸没在泥浆中开展日常掘工作，在隧道掘进工作开展过程中可以对开挖面以及整体的隧道结构起到良好的支撑和保护作用，其支撑作用主要是由内部泥浆滚动所产生的压力以及掘进机上的刀盘面板来共同提供，而泥浆产生的压力主要是在掘进工作开展过程中对掘进面和隧道内壁起到一定的支护作用，而刀盘面板主要是在掘进工作停止后，掘进机处于静止状态时对开挖面提供支护作用。在1996年的广州地铁1号线工程建设过程中所采用的直径尺寸为直径6.14米的泥水加压平衡盾构掘进机，其掘进里程可以达到5852米，其掘进过程中所针对的决定对象多为粉细砂、中砂以及风化岩等。

2.岩石掘进机

自1964年开始我国就着手对岩石掘进机开展研究工作，经过几十年的反复研究和实际的工程实践，已经取得较为显著的成效。现阶段我国国内部分生产厂商已经可以对各种中小型的岩石掘进机进行生产制造，并且与国外的一些大型掘进机生产厂商合作研各种高性能的岩石掘进机。国内一些较为先进的施工企业，已经可以熟练掌握先进岩石掘进机的使用原理进行熟练操作。到2001年5月份，佳木斯力士隧道掘进机械股份有限公司所自主研发生产出来的的s100掘进机被称为掘进机制造领域的一次全新突破，随后其被有效应用到焦晋高速公路路段中所涉及到的黄塘隧道工程的施工中。

3.顶管掘进机

顶管施工是在盾构施工逐步趋于完善之后才初步发展起来的一种新型的地下管道施工方法，其在使用过程中不需要对施工区域内的面层进行挖掘工作，而是通过高架桥或其它方式来有效穿越公路、河川以及大量不可拆解的地面建筑物，从而避免对其造成损害。我国最早时期所开展的顶管施工是从1953年开始，之后又在上海开展顶管施工试验，在1964年前后，上海的一些施工单位已就可以进行对各种较大直径尺寸机械顶管的试验与研究，在当时的实际施工测验中，可以将口径为两米的顶管一次性朝前方推进120米而不产生卡顿，为我国以后开展中继间奠定了基础。

二、地下工程中应用隧道掘进机施工的建议

1.要加速实现隧道掘进机的国产化

因为我国具备较为辽阔的土地和相对来说较为复杂多变的纸质结构特点，在对地下空间的开发中具备卓越的优势和广阔的市场。根据相关部门的初步估计，在未来十年中我国在开展隧道掘进工作时需要上百台各种类型的隧道掘进机，其中还不包括一些中小型的隧道掘进机，而每一台隧道掘进机的造价极高，如果全部依靠进口，将会是一笔巨大的支出。相对来说，自己进行研发制造，可以有效节省成本，同时还可以彰显我国的制造力。在实现隧道掘进机国产化的同时，可以加强我国的国际影响力，为今后提供掘进机出口开创了可能性，进一步推动我国经济的发展。

2.我国隧道掘进机技术开发的内容及目标

（1）土压平衡盾构的产品化系列化

土压平衡盾构掘进是一种先进且实用的综合性隧道掘进机，即可以对多种地质的土层进行掘进施工。结合各大城市所具备的不同地质水文施工条件，设计并制造与之相对应的不同型号的土压平衡盾构掘进机，将盾构隧道测量导向系统跟监测施工系统相结合，并将其有效应用到实际的掘进工程中，使我国隧道掘进机的国产化达到70%以上，同时，盾构液压阀件的国产化提升到60%以上。

（2）异形断面盾构掘进机的研究

为了更好的适应不同用途要求下的隧道掘进工作，因此经过不断地创新和优化而研发出来了具备不同形状断面的盾构。从研发异性断面盾构至今，我国已经研制出以矩形盾构为首的多种形状的断面盾构，并且在实际的隧道掘进工程中得到有效应用，其中城市内部的过街人行地道工程就是最为成功的应用典例。异形盾构的技术难点在于需要通过反复的实验来有效控制切削刀盘的构造特点，并且还要熟练掌握其相应的施工原理。基于此，需要结合不同类型隧道的实际掘进施工要求，将偏心多轴式土压盾构掘进机的开发及应用与实际的隧道掘进工作相融合，尽可能的减少工程施工成本，降低工程预算，并且将其有效应用到各种要求下的隧道断面施工。

结束语：综上所述，我国在地下工程建设中应用隧道掘进机，对于工程建设本身的速度和质量具有不可忽视的促进作用，在不同施工环境下的地下工程建设中，多种类型的隧道掘进机应运而生，并得到大力发展。在各种隧道掘进机进行性能优化和结构设计过程中，相关单位及工作人员要提高其重视程度，以认真的工作态度投身到实际工作中。同时，针对于隧道掘进机在地下工程建设应用过程中出现的问题或潜在隐患，要及时通过有效手段进行监测和管控，对各类建设问题进行及时处理，切实保障隧道掘进机在中国地下工程中的有效应用。

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