采用盾构法建造城市地下综合管廊的思路来自盾构技术在隧道工程中的应用。

 

    盾构法应用始于1818年，由法国工程师布罗诺尔（M I Brunel）研发并取得专利，至今已有180多年的历史。我国在1957年北京的下水道工程中首次使用了盾构法修建地下工程。

 

    盾构法进行隧道施工的基本原理是用一组有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体并向前推进。这个钢质组件在初步和最终隧道衬砌建成前，主要起着防护开挖出的土体坍塌、防止地下水或流沙的入侵、保证作业人员和机械设备安全的作用。盾构作业方法是先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构设备安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，由盾构千斤顶反作用于竖井或基坑后壁的力予以克服。盾构是一个既能支撑地层压力，又能在地层中推进的钢筒结构，钢筒直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各类的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，隧道在盾构推进的过程中不断形成。

 

    我国盾构技术及装备水平发展很快，目前国内已经拥有从2.44~16m挖掘直径的不同型号盾构机，可满足圆形、矩形、马蹄形及其他特殊断面形状的隧道掘进需要，在地铁、过江隧道等建设领域发挥了重要作用。

 

    （2）盾构法建造地下综合管廊的优势及其局限性

 

 

    我国采用盾构法建设综合管廊的历史不长，且多为配合性局部工程，如天津市刘庄桥海河改造工程中的地下共同过河隧道，盾构施工总长度226.5m。隧道内部共分为4个功能空间，分别供电力、通信、热力自来水、中水和煤气管线通过。南京云锦路电缆隧道莫双线220kv下地工程中的一部分采用了盾构技术，该工程是江苏省首条盾构法施工的电缆隧道，也是国内首条超高压电缆隧道。盾构隧道全长849m，埋深5.2~9.8m，盾构穿越地段主要地层为淤泥质粉质黏土。在当前新一轮城市地下综合管廊建设热潮中，沈阳市南运河段综合管廊拟采用盾构法施工，其双圆单仓综合管廊总长度12.8km，建成以后这将是国内盾构法施工建设的最长的一条综合管廊。

 

    采用盾构法建设城市地下综合管廊具有一系列优点，主要表现在：

 

    a）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件影响，能经济合理地保证综合管廊安全施工。

 

    b）盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度快，施工劳动强度较低。

 

    c）地面人文自然景观可以得到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰，这在中央商务区、交通密集区、及在老旧城区改造的同时建设综合管廊时，尤其显示出盾构法施工的优越。

 

    d）在松软地层中，较开挖埋深大、距离长、直径大的综合管廊，盾构法具有经济、技术、安全等方面的优越性。

 

 

    a）经济性

 

    盾构法运用于城市地下综合管廊工程最突出的问题就是工程造价偏高，这将非常不利于盾构法在该领域的推广应用。从对沈阳市综合管廊试点项目的相关数据比较可知，盾构法施工较明挖现浇法施工其土建工程造价要高出一倍左右。由于目前市面上还没有开发出适应地下综合管廊特点的盾构设备，大部分盾构机都是直接采用修建城市地铁的盾构装置，这样就导致修建综合管廊工程的土建造价与修建同样数量的地铁相当。因此，如何降低土建造价是一个必须面对和要解决的问题。

 

    盾构技术本身还需要与综合管廊的诸多要求相磨合，其相关标准、规范、工程技术等的成型与成熟尚需时日。其中包括：浅埋深状态下（地表标高负15m左右）综合管廊盾构施工的适宜性、廊道盾构施工与综合管廊附属设施（如通风口、投料口、管线引出口等）的关系处理、如何满足综合管廊廊道特殊设计（主要是转弯、起伏、交叉等）时的盾构施工、如何满足廊道内各类管线的架设、悬吊、支撑等技术要求等。

 

    c）盾构装备水平及操作技术水平的提升空间

 

    盾构机是与廊道形状一致的在盾构外壳内装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械，主要包括9大组成部分，分别是：盾体、刀盘驱、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统、液压系统和辅助设备。这样一个庞大的集约化装置，任何一个部件的缺陷或故障都会影响盾构施工效率，事实上，装备的改进一直在进行中。

 

    而完整的盾构作业更是需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及防堵、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的高度配合，其工程的系统协调及其复杂。

 

    d）盾构施工中的几项具体技术问题

 

    ★廊道管片设计问题

 

    廊道衬砌结构主要是由管片构成，它也是盾构施工的最终产物。管片所形成的结构物是永久性的,因此管片的设计是非常重要的环节。目前我国一些地区已涉及到盾构隧道管片设计的规范性要求,但尚没形成系统地、完整地盾构隧道设计规范。因此进行盾构隧道管片设计理论的研究成为当务之急。

 

    ★开挖面的稳定问题

 

    盾构法的主要原理就是尽可能在不扰动围岩的前提下完成施工,因此其施工的关键就是维持开挖面的稳定性。泥水加压式盾构与土压平衡式盾构是目前维持开挖面稳定性方面的主要方式，应在采用泥浆或流塑性土体控制开挖面压力的机理研究方面下大功夫。

 

    ★盾构姿势和线路控制问题

 

    盾构机是一个由盾构千斤顶驱动、在地中运动的庞然大物。盾构机行走的轨迹要严格遵循廊道的设计要求，小的偏移会造成管片拼装等施工操作上的困难，过大的偏移会造成廊道的偏移甚至影响廊道使用，而盾构机的偏移由于围岩的不均匀性、曲线段施工、推力的偏心、刀盘旋转的反作用力等影响，可以说在实际施工中是难以避免的,这就需要对千斤顶和推力进行合理的调控，严密掌握盾构机姿态，将偏移量始终控制在允许的偏差范围之内，保证综合管廊盾构施工质量。

 

    （3）盾构法建造综合管廊的施工单位选择

 

    采用盾构法建造综合管廊绝对不是到施工图设计阶段才可以决定的，它必须通过前期可行性研究阶段的一系列方案比选，具备相应条件才可能决定采用。因此，政府实施机构应参照预制拼装法建设综合管廊的做法，结合盾构法建造综合管廊的诸多特点，提前与项目的设计单位、潜在的盾构技术提供单位进行沟通，同时也要向PPP咨询机构充分交底，以便在PPP项目实施方案中选择并确定合适的政府采购办法。考虑到盾构法施工对大型盾构装备的要求，对操作大型系统化盾构机技术力量配备的要求，估计具备条件的施工单位不会太多，因此，建议采购方式选用竞争性磋商。

 

    而就施工单位应具备的条件来看，盾构施工需要配置盾构机是基本要求，即使可以通过租赁市场租用到盾构机（当前此类市场尚不发育），施工单位也需要组建一支技术力量有充分保障的盾构施工队伍。因此，这样的一支施工力量不是短时间内能够拼凑起来的，再加上对工程业绩的要求，则盾构法建设综合管廊的施工单位必须具有施工总承包一级以上（含一级）资质。