1965年,中國上演了一部膾炙人口的戰爭題材電影《地道戰》,反映的是在抗日戰爭時期,在華北平原上抗日軍民利用縱橫交錯的地道打擊日本侵略者的故事。
目前,中國很多城市正在蓬勃開展的地鐵建設熱潮,也在上演一場精彩的“地道戰”。因為地鐵公認為是運載量最大的城市交通“巨無霸”,同時又符合低碳環保的綠色出行方式。自從2009年國務院大規模批複22個城市總投資近9000億元地鐵建設規劃後,新一輪地鐵建設又熱浪襲來,據悉,目前共有47個城市正在建設或規劃建設300條城市軌道交通,總裏程接近1萬公裏。
嚴格意義上來講,在城市軌道交通建設中,在地麵和高架橋修建的鐵道叫輕軌,在地麵以下修建的鐵道才叫地鐵。在地下修鐵路,開挖隧道成為必然。
現在挖的地鐵隧道又深又大,如果采用像《地道戰》影片中的挖法:靠人工挖掘和輸送渣土,那麽建一條城市地鐵則要花費大量的人力和時間,勞動強度也高,安全性也低,所以目前開挖地鐵隧道大多采用機械化施工,其中最“厲害”的關鍵挖掘機械非盾構機莫屬。
據中國交通運輸協會透露,截至2010年底,中國已有北京、上海、廣州、天津、重慶、南京、武漢、長春、深圳、大連、成都、沈陽12座城市,先後建成並開通運營了48條城市軌道交通線,運營裏程1395公裏。這些城市的地鐵隧道大部分是采用盾構機挖掘的,目前在建的地鐵隧道絕大部分也是由盾構機完成的,從施工設備上說,盾構機正在領銜主演城市的“地道戰”。
盾構機全名叫全斷麵隧道掘進機,是一種先進的隧道全斷麵暗挖施工機械,於19世紀在歐洲問世,而後100多年中,在歐美和日本等國得到廣泛的推廣使用,迄今為止,已發展成為集機、電、液、傳感、光、計算機技術於一體的高端施工裝備,按照地質結構不同分為用於軟土的盾構機(TSM)和用於硬岩的岩石掘進機(TBM)兩種。
國內對盾構機的關注始於上世紀60年代,經過數十年的摸索和實踐,目前我國已形成一定自主創新和國產化能力,盾構機產業初具規模。
地鐵隧道開挖,盾構機緣何走紅?
對於盾構機這種隧道開挖利器,自引入中國以來,其國產化和推廣應用進程一直緩慢,近幾年因國內大規模興建地鐵建設項目,而成為一顆耀眼的裝備“明星”。
工業和信息化部對我國盾構機產業的發展十分關注,把盾構機列入重點扶持的新興裝備產業,並支持中國工程機械工業協會成立掘進機械分會,來協助政府對盾構機行業進行規範管理。本刊一直以來對盾構機產業也保持密切關注,在2007年第9期刊登《中國大掘進》一文中,對盾構機的發展曆史、產業情況和應用進行了較為全麵的報道。本刊記者還多次深入全國地鐵工地進行現場采訪,了解盾構機的實際應用情況和施工效益。
在土建工程中,隧道和橋梁施工最具挑戰性,一般都成為整個工程項目進度的控製節點。在各種隧道施工中,人們憑借聰明才智和戰勝困難的信心和勇氣,創造了明挖法、蓋挖法、礦山法、新奧法、盾構法、沉管法等隧道施工方法,總結了寶貴的施工經驗。
其中,經過實踐比較發現,盾構法在開挖城市地鐵隧道中具有無可比擬的優越性。幾個人操作一台盾構機,就可以完成隧道的掘進、支護、排渣、襯砌作業等主要施工任務,而且施工作業在盾構機盾殼的掩護下進行,安全性很高。同時既可避免了明挖法對地麵交通和建築設施的較大影響和大量土方回填。
總之,盾構法施工具有不影響交通,在軟弱地層亦有較強的適應性,地表沉降易於控製,施工噪音小等優點,而且還可避免道路兩側管線受幹擾。所以,盡管盾構機造價不菲,還是很受當今城市地鐵業主單位和施工企業的追捧。
近幾年,隨著機械製造技術水平的提高,現代的盾構機能適用於各種複雜的工程地質和水文地質條件,具有施工速度快,能有效控製地麵沉降等優點。
需加注意的是,地下掘進的盾構機跟天上的飛機一樣,沒有“倒檔”,隻能拐彎,不能倒車。所以,偌大的盾構機一旦在隧洞內“趴窩”,就會帶來很大的麻煩和損失。所以,采用盾構法施工一定要慎之又慎。
目前,城市地鐵隧道比較流行的施工方法組合一般是區間采用盾構暗挖施工,車站則較多采用明挖法、蓋挖法和暗挖法施工。根據城市地層的特點,盾構機一般采用泥水平衡盾構機、土壓平衡盾構機和複合式盾構機。
由於中國地域遼闊,各城市地質結構各具特色,所以采用盾構機開挖隧道難易特點也各不相同,隨著城市地鐵建設的不斷推進,盾構成為普遍推廣的工法,在近些年全國性的地鐵建設熱潮中,國內施工企業盾構隧道掘進技術取得了長足進展。有些典型工程的施工技術應用達到了國際先進水平,如北京地鐵九號線盾構施工戰勝無水大粒徑漂礫石、西安地鐵二號線成功穿越古建築文物區……等等,其施工組織及管理方法、盾構技術等具有很高的借鑒價值,《建設機械技術與管理》記者做了采訪和整理,讓讀者欣賞一下盾構機這個在開挖城市地鐵隧道中擔任主角的精彩“演技”。