隧道掘進機尺寸大小優(yōu)劣談

1、祛路英才網(wǎng)隧道掘進機尺寸大小優(yōu)劣談易北河隧道的掘進機，直徑14.2m，比8臺穿過東京灣的直徑 14.1m的掘進機稍大，是世界上最大的隧道掘進機。但是尺寸的大型化是否就代表著軟弱地 層隧道掘進機的未來呢？什么又是隧道尺寸的決定因素呢？1全新的尺寸隧道掘進機的制造商幾乎一致地認為能夠滿足用戶對巨大尺寸的圓形隧道的施工需要。 易北河隧道掘進機的設計和制造商海瑞克先生認為，大尺寸掘進機不但可行，而且在操作上 和它一半尺寸的掘進機沒什么兩樣。他還說：“從技術上講，我們可以提供用戶需要的任何 尺寸的掘進機。易北河的掘進機是用于一條包含雙向高速公路和一個緊急車道的隧道施工； 悉尼的機器用于一條單洞雙線鐵路隧

2、道的施工；開羅和馬德里的機器用于一條單洞雙線地鐵 隧道的施工；巴黎A86工程的掘進機用于雙向六車道高速公路隧道的施工。如果土建工程 師能夠用多大直徑的掘進機開挖地下空間，我們就能夠為他造多大”。加拿大諾瓦特公司的總裁諾瓦特先生說：“增加小型掘進機直徑，如5、6、7m，這是線 性可比的，但隨著直徑從10m到14m的增加，掘進機所需的扭矩和動力的增加是幕數(shù)關系。 滿足這種超常需要的任務主要落在機電和液壓元件如驅(qū)動馬達、液壓系統(tǒng)和主軸承的設計者 和制造商身上。大尺寸掘進機可行的觀點不錯，但技術上的需求只是判斷一臺大掘進機是否 優(yōu)于兩臺或多臺小掘進機的一個方面。川崎重工的Kondo先生也認為刀盤的推力

3、和切削力將隨直徑增加而數(shù)倍增加。他補充 說，油缸的安裝空間和驅(qū)動元件都不可能按刀盤增加的比例來增加。盡管解決適應大尺寸刀 盤驅(qū)動型式的問題是可能的，但是對于推進方面來說，推進油缸實際使用油壓的增大是必須 的。漢堡易北河現(xiàn)場經(jīng)理Gert Wittneten解釋了單一大刀盤隧道掘進機在運作上的明顯不 同?！氨绕饍膳_有35m2切削面的掘進機分別施工兩條單洞地鐵隧道，直徑14.2 m的掘進機 有160 m2切削面。這樣一來，刀具的更換要花更多的時間。當你要更換20或30把刀具或 保養(yǎng)轉(zhuǎn)場，我們就不得不花上小掘進機的4至5倍的時間，甚至更多。Hanamura認為：盡管多頭掘進機在日本本土之外還沒有被接受

4、，但是多頭掘進機為地 鐵運營隧道的施工提供了最有效的施工模式。拿雙頭掘進機的造價來說，比兩臺6m直徑的 單頭掘進機要高一些，但考慮管片襯砌的造價和開挖空間減小的造價節(jié)約后，雙頭掘進機施 工的整個工程的造價和兩臺單頭掘進機或一臺直徑10 m （單洞雙線隧道）的掘進機的工程 總造價持平或偏小。諾瓦特先生也認為使用大尺寸掘進機，實際上增加了掘進機的施工風險， 因為整個工程依賴于一個機頭，施工運作變得相當線性和單一。相比之下，用一臺小的掘進 機施工一條地鐵隧道增加了對施工中所遇困難處理的靈活性。由于尺寸問題，海瑞克在制造和組裝易北河掘進機的過程中不得不添加了新的廠房，運 輸同樣也是個問題。5m、6m的

5、掘進機可以作為一個整體來運輸，而為了運輸，必須將大 掘進機進行分塊。Kondo也強調(diào)了運輸和工地組裝問題，特別是大軸承的運輸和組裝，他認 為為運輸?shù)男枰獙⒋缶蜻M機分塊可能比機器設計本身更困難。在一定意義上講，一臺大掘進 機的制造可能會制約整個工廠的生產(chǎn)，隨之而來的還有配件管理、后續(xù)技術的保證以及現(xiàn)場 服務等諸多問題。另一方面，大尺寸的掘進機有利于降低隧道的總造價（其組成的30%是掘進機費用、 30%是施工費用、40%是襯砌費用）。ASCE日本分部的總裁、Taisei公司市政工程設計部總 經(jīng)理Hanamura如是說，“當直徑大于10m以后，掘進機的造價迅速增加，盡管考慮整個工 程的總造價是重要的

6、，對于高速公路來說，大的隧道斷面為通風除塵以及其它設施提供空間， 但是對于鐵路隧道，大斷面的很大一部分空間沒被利用，這無疑增加了整個工程的造價。2單洞雙線地鐵用隧道掘進機開挖單洞雙線的地鐵隧道已相對普遍，也倍為法國工程師們推崇。象英國、 德國、日本，還有美國和加拿大，他們從地面公共安全方面考慮傾向于兩條并行隧道系統(tǒng)， 盡管如此，單洞雙線隧道還是得到了長足的發(fā)展。自二十世紀八十年代后期法國里爾開始做 單洞雙線地鐵隧道之后，開羅、里斯本、馬德里和悉尼等城市都沿用了這種隧道模式。單洞雙線設計肯定有安全方面的優(yōu)勢，因為救援列車可以開近故障列車有利于較快的保 護和疏散乘客，而且能夠比有限空間的單線隧道更

7、有效地排除煙塵。除此之外，還有一些設 計上的優(yōu)勢，大直徑的隧道可能獲得足夠的埋深；單洞雙線隧道的線路走廊小于兩條并行的 單線隧道，保證了線路直接走在城市街道的下方，避免了線路穿過地面建筑物而產(chǎn)生的昂貴 費用。Ferroconsult的工程師Rui Pina根據(jù)里斯本地鐵得出結論：“我們的計算表明單洞大隧 道的拆遷安置少于兩條并行隧道，其地表拆遷范圍相當狹窄”。在日本，利用大于40m的深層地下空間很可能在2000年初通過立法而得到強調(diào)。 Hanamura認為這將使公、私市政企業(yè)在城區(qū)進行基礎設施計劃并得到政府部門的支持變得 容易，他認為盡管對隧道的研究和設計還有一些亟待解決的問題，象用5-8m的

8、掘進機得到 大于每月250 m的施工速度并且具有5km的壽命、較好地使用單臺掘進機設備適應廣泛的 地質(zhì)條件、在長隧道中更高效地進行人員、材料和出土的運輸以及協(xié)調(diào)開挖和襯砌安裝同時 進行的問題。5月20號，川崎的Kondo先生在倫墩土建工程師協(xié)會給英國隧道學會的介紹當中將討 論一個機器上裝有8個甚至更多刀盤的更奇異的多頭掘進機以及其側(cè)面帶有一個附加刀盤 進行垂直隧道方向開挖的機械系統(tǒng)。川崎的巴黎辦公室的Matsuda告訴本刊計劃中的東京周 邊地下公路將需要直徑大于16m的隧道掘進機。雖然除掘進機之外還有其他有效的辦法，奧地利的West Alpine在掘進機的適應性方 面，創(chuàng)造了輝煌的業(yè)績，在巴黎

9、Eole工程中用舊盾構機，在羅馬地鐵用一臺二手的大尺寸 掘進機施工。在論文1中，Peter Kogler Karl Gehring認為泥水掘進系統(tǒng)和星型輻條式刀盤 仍然分別是對付敏感的軟弱地層和粘性地層的最好辦法。在羅馬，直徑10.6m的泥水盾構機用于斷面為單洞雙線的隧道施工，它有一個星型結構 的刀盤，穿越泥質(zhì)粉砂層和泥質(zhì)粉細砂層，達到250m/月的推進速度，而另一臺6.6m的盾 構機穿越條件相同的地層也實現(xiàn)了大于250m/月推進速度。在Eole工程中所用的盾構機要 同時對付淤泥-粉細砂質(zhì)砂層和強度達到150Mpa的石灰?guī)r及泥灰?guī)r，直徑7.4m的掘進機裝 配了型式為輪輞型的刀盤，其上帶有滾刀和

10、切削刀具，推進速度大于300m/月。作者認為除了影響掘進速度的最佳技術方案外，每一臺掘進機及其參數(shù)都是根據(jù)工程 “量身定做”的?！半p洞單線地鐵隧道工程的記錄表明：擬合曲線和始發(fā)校正的需要導致第 二臺掘進機的推進速度比第一臺要高出兩倍。挖隧道的人都關心歐洲議會面臨著有效地禁止向隧道周邊間隙直接注入材料以保護地 下水質(zhì)的立法(見99年3月的世界新聞第7頁)，如果此項立法獲得通過，將對本行業(yè) 產(chǎn)生災難性的負面影響。在議會投票之前，有意參加此議案討論者歡迎發(fā)電子郵件致 Fiec-bru。3有關襯砌在任何軟弱地層的隧道技術討論中，襯砌都是基本組成部分。完善擠壓襯砌的努力一直 沒有停止。在歐洲經(jīng)過了眾多的

11、工程實踐后，最新建設的米蘭地鐵(19921996)的預制混 凝土管片在保留傳統(tǒng)方法的同時，在吊裝、澆注和襯砌密封方面都進一步發(fā)展，并伴有隧道 大型化的趨勢。易北河的管片襯砌厚為700mm，每環(huán)有9塊組成，每2m間隔一個螺栓，合計64個螺 栓。鋼筋混凝土管片含鋼量為100kg/m3，最大的管片重達18T，拼裝一環(huán)要花90分鐘的時 間。日本在管片拼裝機械系統(tǒng)發(fā)展方面，Hanamuna表示完全自動化的拼裝機是可以做到的， 這其中主要的困難在自動螺栓擰緊系統(tǒng)。英國C V Buchan的主任工程師Terry Winterton， 在他給T&TI的文章（99年元月，第44頁）中描述了他公司的尼龍鎖定銷丁系統(tǒng)Buclocko他 說自定位、高強度、耐久和不腐蝕的該系統(tǒng)將對全自動化的襯砌系統(tǒng)的提高速度和保障安全 起到積極的促進作用。Hanamuna也認為管片無螺栓設計不失為提高推進速度和協(xié)調(diào)管片拼 裝與掘進機開挖的一個辦法。英國Taywood Precast的Sam Simons和John Mcglynn，在他 們刊登在本刊89年12月第44頁的文章中審查了這種管片設計和應用，他們證實襯塊特性 的關鍵問題是襯塊在管