盾构隧道掘进机（简称：盾构机），是一种隧道掘进的专用工程机械。现代盾构机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构机可广泛适用于地铁、铁路、公路、市政、水电等行业的隧道工程施工。

    市政管线盾构与地铁隧道盾构

    市政管线盾构及地铁隧道盾构机，在实际工程应用中主要有以下几方面的区别。

完成组装的“龍”号盾构机

 

    应用领域不同  市政管线盾构机专门应用于电力、热力、燃气、给水、雨水、污水、再生水、输油管道等各类市政管线工程施工，管径相对较小，埋深也较浅，一般在4～9m；地铁隧道盾构机专门应用于地铁隧道施工，管径相对较大，埋深也较深，一般10米m以上。

    技术性能不同  市政管线盾构机的设计施工转弯半径可小于100m，雨污水管线有较高的防腐防渗要求，再生水、燃气、热力等管线需综合考虑高热、高推力等不利因素，电力隧道则需要支架安装；地铁隧道盾构机，由于受地铁列车行车的限制，转弯半径一般不小于350m，应用对象为单一的城市轨道交通地下区间隧道。

    机型尺寸不同  市政管线盾构机总长在120m左右，由主机、联络梁和13节台车组成，由于空间小，后配套设备设计在台车单侧，另一侧设计走道板，以确保盾构机内安全行走；地铁隧道盾构机长度一般在70～80m左右，主要由主机、联络梁、5～7节台车组成，台车双侧均可安装设备或设计走道板。

    设备参数不同  市政管线盾构机刀盘扭矩和推力相对较小相对较小，而地铁隧道盾构机刀盘扭矩和推力相对较大。

    始发、组装、接收工艺不同  市政管线盾构机采用两次转接始发，始发竖井结构尺寸小，地铁隧道盾构机车站采用整体始发或一次转接，始发竖井结构尺寸大；市政管线盾构机组装、解体时间短（组装时间十天，解体转场3天），地铁隧道盾构机的组装、解体时间相对较长；市政管线盾构机主机一般整体吊运，地铁隧道盾构机一般分体吊运、组装。

    管片拼装不同  市政管线盾构机由于拼装区空间狭小，拼装时间长约为30～40min。地铁隧道盾构机管片拼装时间为20min左右。

    推进控制不同  市政管线盾构机使用主动铰接控制掘进姿态 ，地铁隧道盾构机转弯一般采用被动铰接控制掘进姿态。

    对周边环境影响不同  市政管线盾构机所施工的隧道埋深较浅，地层反应灵敏，对近距离管线的影响大，而地铁隧道盾构机隧道埋较深，相对于市政管线而言，地层反应灵敏度较小；市政管线盾构机直径较小，对地层扰动相对较小，而地铁隧道盾构机直径大，对地层扰动相对较大。

    测量导向工艺不同  市政管线盾构机施工时，由于操作空间小，换站时间长，导线符合频率高，直线段是20环左右换站一次，100m左右的小转弯半径段一般4～5环换站一次；地铁隧道盾构机施工时因为有足够的通视空间，并且转弯半径相对较大，一般转弯段20～30环换站一次，平均直线段50环左右换站一次。

    管片设计不同  市政管线盾构机施工，如按照140m小转弯半径计算，理论上1.2m管片可满足转弯要求，但考虑到盾构姿态差对管片拼装的不利影响，增加了900mm管片；地铁隧道盾构机一般采用1.2～1.5m的管片。

    北京槐房再生水厂盾构管线工程

    近10多年以来，大直径盾构机在城市地铁隧道工程施工中已得到了广泛的应用。近年来，小直径盾构机也逐步在我国的各类城市市政工程管线工程施工得到成功应用。北京市槐房再生水厂管线工程，是一个小直径盾构在城市市政管线工程中应用的典型案例。

槐房再生水厂管线工程145m半径小转弯盾构施工段场景

    北京槐房再生水厂是目前亚洲最大的全封闭式地下再生水厂，日污水处理能力为60万m³。该再生水厂的3条再生水及污水管线工程全长12.5km，其中1515m污水管线及1533m再生水管线（总长度3.1km）采用盾构法施工。盾构法施工管线穿越的地层主要为卵石、圆砾层和细砂、中砂层。盾构施工区间线路最小转弯半径140m（长度290m），最大坡度7‰，沿途穿越多轨铁路、城市道路、高架桥区等多处重大风险源。两条盾构隧道中心距离约8～10m，衬砌管片采用C50预制钢筋混凝土通用环管片,每环管片由6块组成（即1块封顶块+2相邻块+3标准块）， 管片幅宽1.2m，管片厚度为250mm，管片楔形量18mm。盾构管片外径4.0m，管片内径为3.5m。污水盾构隧道内浇筑200mm厚钢筋混凝土二次衬砌结构，采用模板台车施工，再生水盾构隧道内焊接1800mm钢管。该工程由北京城建集团土木工程总承包部承建。

    “龍”号和“鳯”号小型盾构机 

    根据槐房再生水厂管线工程项目的特点及未来工程施工发展的需求，北京城建集团专门量身定制了两台直径4.21m的小型土压平衡盾构机----“龍”、“鳯”号盾构机。在工程前期，北京城建集团成立的盾构采购组先后对国内外多家盾构机生产厂家进行了全面考察、比选和谈判，最终于2015年4月和小松中国公司签订了“龍”、“鳯”号盾构机的制造合同。

    “龍”、“鳯”号盾构机是当前国内最先进的小型土压平衡盾构机。该机型是为包括富水砂卵石地层在内的各种软土地层专门设计的，其配置可适应华中、华北、东北地区等全国大部分城市的地质情况。“龍”、“鳯”号盾构机设备总长123m，其中主机长8.1m，刀盘直径4240mm； 采用辐条式，开口率68%，额定扭矩2400N·m， 最大推力18620kN，最大掘进速度80mm/min，可在不低于0.5Mpa的水压的工况条件下，实现120m的小半径转弯及5%的坡度掘进，实为各类市政工程管线的非开挖利器。

    从2015年11月开始，“龍”、“鳯”号盾构机先后投入到槐房再生水厂盾构管线工程施工中。目前，两台盾构机施工作业状态良好，累计掘进进尺已超过1440m。该工程开创了市政管线盾构机在北京市给排水管线施工大规模应用的先河。

    随着我国城市轨道交通事业的高速发展，地铁隧道盾构机的市场保有量近年来爆发式增长，已达到了高峰期。相对而言，市政管线盾构机市场应用现仍处在起步阶段，目前国内专用于各类市政工程管线施工的3～5m盾构机数量仅为20台左右，未来的市场应用拓展前景十分广阔。

    （北京城建集团土木工程总承包部 供稿）

    注：本文刊载于《市政技术》2016年第3期，第11、12页。