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小編語：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，如：長距離施工、急曲線施工，以及近年來應(yīng)用實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)動向。

盾構(gòu)機樣式的變遷

自1920年日本首次采用手掘式的開放型盾構(gòu)以來，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)機開始漸漸增多，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。為了解決各種各樣的問題，還逐漸開發(fā)出了一些特殊盾構(gòu)機。

長距離施工

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

1）刀具磨損對策以及機械式更換技術(shù)

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

例如，日本大成建設(shè)和日立造船共同開發(fā)了一項機械式換刀技術(shù)“THESEUS“工法，從盾構(gòu)機內(nèi)部通過可動式人閘和滑移式換刀裝置完成換刀，無需設(shè)置換刀井，實現(xiàn)了小盾構(gòu)的機械式常壓換刀。

THESEUS換刀工法整體概要圖

2）刀具軸承部的磨損對策

刀具軸承部是盾構(gòu)機的心臟，它支撐著旋轉(zhuǎn)的刀面。如果這部分出現(xiàn)損壞，盾構(gòu)機就無法繼續(xù)掘進，并且在當(dāng)前豎井內(nèi)無法修理，需要在刀盤前修建新的豎井以更換整套軸承，或者采用從終點一側(cè)往回挖之類的方法。為了防止刀具軸承部在長距離掘進過程中發(fā)生損壞，采用了耐滑動發(fā)熱的材料、冷卻裝置、增加密封層數(shù)、油脂自動潤滑等方法。

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。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。在長距離施工中要求它耐磨、耐用，所以施工中會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、自動向刷子內(nèi)填充盾尾密封油脂等方法。

最近開發(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，還會在盾尾刷之間安裝緊急止水裝置，以應(yīng)對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，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8m。

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

急曲線施工中開發(fā)的技術(shù)

例如，為了防止曲線內(nèi)側(cè)進行大量超挖的部分發(fā)生坍塌，相繼開發(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)機能獲得反作用力的方法等。另外，為使盾構(gòu)機更容易轉(zhuǎn)彎，鉸接裝置的2段配置和刀頭偏心于曲線內(nèi)側(cè)之類的方法也被開發(fā)出來。

高速施工

過去，常通過提升盾構(gòu)機千斤頂?shù)耐屏图羟信ぞ氐男阅軄砑铀倬蜻M，抑或是采用一次成型的管片提高組裝的效率。近些年，開發(fā)了同時進行盾構(gòu)機掘進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)大致分為長千斤頂方式和雙千斤頂方式，無論哪種盾構(gòu)機的長度都比普通盾構(gòu)機更長一些，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

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

輪胎式管片臺車

例如，采用土壓平衡盾構(gòu)機的施工中，實現(xiàn)了運用連續(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——地下障礙物對策

在城市里修建隧道時，會遇到過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。一般來說，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，這種方法存在危險性，還會耽誤工期。

為解決這點，開發(fā)了直接使用刀具切削鋼材等障礙物的盾構(gòu)法，通過將過去平置的輻條呈傾斜狀設(shè)置，使其中心部突出，與鋼材一點點接觸實施切削，從而有效防止刀具無法旋轉(zhuǎn)。另外，這種情況下掘進速度應(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，其刀盤可實現(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，請繼續(xù)關(guān)注！