盾构机的种类

4地下空间开发技术(一)共同沟1.何谓共同沟？“共同沟”即这个词语来自日语，英文名称为“utilitytunnel”，指的是将设置在地面、地下或架空的各类公用类管线集中容纳于一体并留有供检修人员行走通道的隧道结构，主要适用于交通流量大、地下管线多的重要路段，尤其是高速公路、主干道。共同沟犹如一个大口袋，袋口露出地面，人可在“袋”内直立行走、定期检查，防止重大事故发生；维修或增加排管只需从“口袋”进入，路人丝毫不觉。传统的市政管线直进埋方式，不但造成了城市道路的反复开挖，而且对城市地下空间资源本身也是一种浪费，沿城市道路下构筑共同沟，将各种管线集约化，采取共同沟的方式敷设，不仅有利于各种管线的增减，还有利于各管线的检修维护管理，是一种较为科学合理的模式。并且共同沟已成为衡量城市基础设施现代化水平的标志之一。2.共同沟的优点国外大城市已普遍采用共同沟、地下污水处理场、地下电厂、地下河川以及其它地下工程，其总趋势是将有碍城市景观与城市环境的各种城市基础设施全部地下化。其中，共同沟的建设有以下几点好处：a.由于共同沟将各类管线均集中设置在一条隧道内，消除了通讯、电力等系统在城市上空布下的道道蛛网及地面上竖立的电线杆、高压塔等，避免了路面的反复开挖、降低了路面的维护保养费用、确保了道路交通功能的充分发挥。b.由于道路的附属设施集中设置于共同沟内，使得道路的地下空间得到综合利用，腾出了大量宝贵的城市地面空间，增强道路空间的有效利用，并且可以美化城市环境，创造良好的市民生活环境。c.日本阪神地震的防灾抗灾经验说明，即使受到强烈的台风、地震等灾害，城市各种管线设施由于设置在共同沟内，因而也就可以避免过去由于电线杆折断、倾倒、电线折断而造成的二次灾害。发生火灾时，由于不存在架空电线，有利于灭火活动迅速进行，将灾害控制在最小范围内，从而有效增强城市的防灾抗灾能力。3.国外共同沟建设的现状和趋势共同沟的建设最早是在欧洲开始的，目前，法国、英国、德国、俄罗斯、日本、美国等国都建有共同沟，铺设地下管线共同沟是综合利用地下空间的一种手段和开端。巴黎是共同沟发源地。第一次工业革命初期，迅速的城市化导致城市人口大量增加，同时原有的城市基础设施根本无法适应城市化水平的迅速提高，进而在工业化较早的伦敦和巴黎等城市产生了一系列的城市问题。19世纪80年代，巴黎为防止霍乱首次设置了简陋的共同沟，使其与下水道分离。后来，共同沟开始发展起来。长期的使用结果证明了共同沟具有管线直埋方式所无法具有的优点，并很快在世界各国得到了推广和普及，目前巴黎有共同沟一百多公里，并且共同沟中收容的管线也越来越多。日本的城市共同沟建设起步于1923年关东大地震后东京都的复兴事业，当时，作为灾后城市重建内容之一，东京都在九段坂、淀町、八重洲三处，进行了共同沟的试点建设。1963年，日本颁布了“共同沟法”，解决了一些共同沟建设中的资金分摊、建设技术等方面的关键问题，共同沟随之在日本得到了规模化的建设和发展。日本现已成为共同沟建设最先进的国家。日本共同沟的建设在发展期以东京、大阪等人口密度高、交通状况复杂的大城市为主，近年来，已在仙台、广岛等地方中心城市得到推广。日本共同沟的总体发展目标是要在21世纪初，在县政府所在地和地方中心城市等80个城市干线道路下建设约1100km的共同沟。人口最为密集的城市东京，已提出了利用深层地下空间资源（地下50m），建设规模更大的干线共同沟网络体系的设想，同时涉及这一设想的土木工程的施工技术以及相关的法律问题等已初步得到了解决，反映出日本共同沟建设的趋势和今后的发展方向。瑞典斯德哥尔摩市有共同沟30km长；俄罗斯德共同沟也相当发达，莫斯科地下有130km长的共同沟。1993年，上海市政府为了将浦东建设成为现代化的国际大都市，规划建设了我国第一条现代共同沟－－浦东新区张扬路共同沟。北京中关村正在西区建设的地下市政综合管廊，将水、电、气等多种管道铺设在一条共同沟里，是我国大陆地区第二条现代化的共同沟。深圳市也紧追其后，大梅沙－盐田坳市政共同沟在2005年竣工。深圳市曾计划利用地铁建设的时机，在深圳新的中心区与地铁整合建设共同沟，但因共同沟的建设与地铁建设无法在工期上进行协调，所以最终放弃了这一设想。杭州、南京等城市在其火车站站前广场的更新与建设中，也都研究和探讨过建设共同沟，但还没有得到实施；目前，济南、杭州、嘉兴等城市也正在建设或把建设共同沟列入城市规划。日本是世界上地下管线共同沟兴建数量居于前列的国家之一。１９９２年末，日本全国地下共同沟总长达３１０ｋｍ。瑞典斯德哥尔摩市有共同沟３０ｋｍ长；俄罗斯的共同沟也相当发达，莫斯科地下有１３０ｋｍ长的共同沟。国土面积约为660平方公里的新加坡是众所周知的小国，它整个国家东西宽48公里，南北长约30公里，开车一个多小时就可横跨全国。这样一个袖珍小国配上总数400多万的人口，使得新加坡寸土寸金。(二)世界管道物流运输的发展趋势1概述在城市，配送物流是保证城市正常运转的重要组成部分，配送内容包括机关单位物资供应、市民消费品配送、对商场店铺的货物配送以及各类商务办公物品的流转等.配送方式主要是通过各类车辆。由于交通问题导致目前德国每年的经济损失约为1000亿欧元。在中国，城市的交通拥堵、环境污染以及电子商务(e-business)的物流瓶颈等也都是困扰大城市的首要问题。以地面车辆为主要方式的城市配送物流是造成城市交通拥挤和大气污染的主要根源。而且在网上购物和电子商务日益普及的今天，原始的上门配送方式无论从速度上还是形式上，都显得有些不合时宜。发展城市地下物流以及管道物流是一个新的思路，把管道物流从今天只能配送液体、气体等物质向配送固体物质(包括日用品的运输供应和城市垃圾的外运等)延伸，把地面上以车辆配送为主要形式的物流转向地下和管道中，是﹁个具有划时代意义的研究与发展领域。通过实施地下管道物流，可以极大地减少城市环境污染，给人们留下明媚的阳光、清洁的空气和宽敞的空间；还可以大大提高物流配送速度和运行效率，适应电子商务和网上购物发展的要求，改善人们的生活质量。2世界管道物流运输的发展现状采用管道运输和分送固、液、气体的构想已经有几百年的历史了，现有的城市自来水、暖气、煤气、石油和天然气输送管道、排污管道可以看作管道物流的原始形式。但这些管道输送的都是连续介质，而本文所讨论的则是固体货物的输送管道，这类管道物流运输形式可分为气力输送管道(PneumaticPipeline)、浆体输送管道(SlurryPipeline／HydraulicTransport)、囊体运输管道(CapsulePipeline)。气力输送管道(PneumaticPipeline)在20世纪，开始通过管道采用气力或水力的方法来运输颗粒状的大批量货物，气力管道输送是利用气体为传输介质，通过气体的高速流动来携带颗粒状或粉末状的物质。可输送的物质种类通常有煤炭和其它矿物、水泥、谷物、粉煤灰以及其它固体废物等等。第一个气力管道输送系统是1853年在英国伦敦建立的城市管道邮政系统；随后，在1865年，由Siemens&HalskeCompany在柏林建立了德国第一个管道邮政网，管道直径为65mm，该系统在其全盛时期的管道总长度为297km，使用达100余年，在西柏林该系统一直运行到1971年，在东柏林直到1981才停止使用。近年来，管道气力输送开拓了一个新的应用领域——管道废物输送，在欧洲和日本的许多大型建筑系统，都装备了这种自动化的垃圾处理管道，位于美国奥兰多的迪斯尼世界乐园也采用了这种气力管道系统，用于搜集所产生的垃圾。在管道气力输送中，最重要的是吹动固体颗粒需要较高的气流速度，特别是固体颗粒直径或密度较大时就更是如此。在气力输送中，管道的磨损和能量消耗也是较高的。因此，管道气力输送的经济、实用的输送距离通常是很短的，一般不超过1km。在特殊情况下，如美国在建造胡佛大坝和大古力水坝时，就采用了大约2km长的气力管道来输送水泥，这是相当长的气力输送管道。浆体输送管道(SlurryPipeline)浆体输送是将颗粒状的固体物质与液体输送介质混合，采用泵送的方法运输，并在目的地将其分离出来。输送介质通常采用清水。浆体管道一般可分为两种类型：即粗颗粒浆体管道和细颗粒浆体管道粗颗粒浆体管道借助于液体的紊流使得较粗的固体颗粒在浆体中成悬浮状态并通过管道进行输送细颗粒浆体管道输送的较细颗粒一般为粉末状，有时可均匀悬浮于浆体中。粗颗粒浆体管道的能耗和对管道的磨损都较大，通常只适用于特殊材料(如卵石或混凝土)的短距离输送；而细颗粒浆体管道则相反，由于能耗低、磨损小，在运输距离超过100km时，其经济性也比较好。美国B1ackMesa煤浆输送管道总长438km，管道直径为456mm，每年从亚利桑那州的一个煤矿运输460万吨的煤到内华达州的一个发电厂，该管道系统从1970年一直成功地运行到现在。2.3囊体运输管道(CapsulePipeline)囊体运输管道(CapsulePipeline)又可分为气力囊体运输管道(PneumaticCapsulePipeline-PCP)和水力囊体运输管道(HydraulicCapsulePipeline-HCP)两类。（三）盾构施工盾构是修建隧道的正面支护掘进和衬砌拼装的专用机具，其类型的主要区别是盾构正面对土体支护开挖方法的不同。盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，边防止开挖面土砂崩塌，边在机内安全地进行开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工工法”，因此，盾构施工工法，是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。盾构的种类按其结构特点和开挖方法主要可分为四大类：手掘式盾构、挤压式盾构、半机械式盾构、机械式盾构。早期的盾构，主要是利用盾构机械所特有的盾壳作为支护，防止地层的坍塌，以保证在其内部安全地进行开挖和衬砌等各种作业，开挖基本上是采用人工开挖方式。手掘式盾构包括：敞开式、正面支撑式、棚式。手掘式盾构结构简单，配备设备少，正面是敞开的，其开挖面可以根据地质条件来决定，一面开挖一面支撑。但在含水地层中需辅以地层加固措施，工作面若塌方易引起工程事故，而且劳动强度大、效率低，但在地质条件良好的工程中可广泛应用。挤压式盾构包括：全挤压、局部挤压、网格。挤压式盾构是把开挖面用胸板封起来，当盾构推进时让土体从胸板局部开口处挤入盾构内然后装车外运。挤压式盾构仅适用于松软可塑的粘性土层，适用范围较狭窄，在地面有建筑物的地区不能使用，只能在空旷的地区或江河底下、海滩处等区域。半机械式盾构包括：正、反铲、螺旋切削、软岩掘进机。半机械式盾构是在手掘式盾构正面装上机械来代替人工开挖。其一般适用于粘土和砂土层，适用范围基本上和手掘式一样。机械式盾构包括：开胸大刀盘切削、闭胸式（局部气压、泥水加压、土压平衡）。机械式盾构是在手掘式盾构的切口部分装上一个与盾构直径一般大小的大刀盘，用它来实现盾构施工的全断面切削开挖。其适用地质一般以在粉质土层中开挖为宜。一般来讲盾构法施工的地层都是复杂多变的，因此，对于复杂的地层要选用较为经济的盾构是当前的一个难题。在选择盾构时，不仅要考虑到地质情况、盾构的外径、隧道的长度、工程的施工程序、劳动力情况等，而且还要综合研究工程施工环境、基地面积、施工引起对环境的影响程度等。盾构施工方法(1)盾构施工方法的概要盾构施工方法为用被称做「盾(shield)」的钢壳里面，在保持掌子面稳定的同时进行安全掘进，而后面则装上被称做衬砌(segment)的衬砌组件，利用其反作用力，以千斤顶盾掘进的一种隧道施工方法。盾构施工方法是由法国技师Brunel研究出来，于1825年首先在英国穿越泰晤士河底隧道施工中采用。日本最早使用盾构施工方法的是1920年开掘的奥羽本线折渡隧道，但是因为在掘进过程中受到巨大的地压，而不得不中途停止使用。根据不同的稳定掌子面的方法，盾构机可以分成以下几种。盾构机的种类我国的盾构掘进机制造和应用始于1963年，其中地铁使用的数量最多，约占80%；目前用于公路隧道的盾构掘进机仅3例。1966年，上海打浦路越江公路隧道工程