盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展戰(zhàn)略研究

【提 要】：本文在回顧國內(nèi)外盾構(gòu)發(fā)展歷程和闡明國內(nèi)外盾構(gòu)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，指出國內(nèi)盾構(gòu)在地層穩(wěn)定控制技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)、刀盤刀具設(shè)計技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等7個方面存在的差距，并根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有條件，在盾構(gòu)研發(fā)的策略、組織形式、攻關(guān)課題等8個方面，提出了發(fā)展思路及措施。
【關(guān)鍵詞】：盾構(gòu)設(shè)備發(fā)展歷史現(xiàn)狀發(fā)展戰(zhàn)略

Abstract: This paper on the base of reviewing shield development history and explaining the existing shield situation both domestic and abroad, indicates the gap lagging behind in relation to those abroad, in terms of ground stability control technique, structure design, cutting disk,and cutting tools design, and system integration, and the like 7 aspects, and in accordance with existing domestic conditions, puts forwards development thinking and measures in terms of shield R&D strategy, organizational pattern, nut cracking topics and the like 8 aspects.
Keywords: shield installation, development history, existing situation, development strategy.

盾構(gòu)是一種挖掘隧道用的工程機(jī)械。傳統(tǒng)的隧道施工方法是用人工或機(jī)械方法將土挖掘下來，再裝上礦車外運，緊接著對挖空了的隧道進(jìn)行支護(hù)，這種方法當(dāng)遇到淤泥或流沙層等地質(zhì)條件時，很難做到“及時”支護(hù)，極易坍塌，造成大面積的地面塌陷。盾構(gòu)施工是在一個能支撐地層壓力而又能在地層中推進(jìn)的圓形（或矩形和馬蹄形等特殊形狀）鋼筒結(jié)構(gòu)的掩護(hù)下，完成挖掘、出土、隧道支護(hù)等工作，它的最大的特點就是整個隧道掘進(jìn)過程都是在這個被稱做護(hù)盾的鋼結(jié)構(gòu)的掩護(hù)下完成的，可以最大限度地避免坍塌和地面塌陷。與傳統(tǒng)的隧道掘進(jìn)技術(shù)相比，盾構(gòu)法施工具有安全可靠、機(jī)械化程度高、工作環(huán)境好、土方量少、進(jìn)度快、施工成本低等優(yōu)點，尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水位高而隧道埋深較大時，只能依賴盾構(gòu)。在發(fā)達(dá)國家盾構(gòu)法施工的隧道已占隧道總量的90%以上，日本一個國家在用盾構(gòu)達(dá)千臺以上。盾構(gòu)法施工的隧道直徑可以小到0.2m，大到18m，適用于地鐵隧道、鐵路隧道、公路隧道、引水隧道、礦山巷道、城市市政隧道等各種隧道工程。隨著隧道工程對施工質(zhì)量和環(huán)保要求的逐步提高，現(xiàn)代盾構(gòu)已演變成為一種高度智能化，集機(jī)、電、液、光、計算機(jī)技術(shù)為一體的大型工程機(jī)械裝備。我國在盾構(gòu)施工隧道的關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國家相比存在著較大的差距，如何盡快提高我國盾構(gòu)掘進(jìn)水平使我國在先進(jìn)隧道施工技術(shù)方面占世界一席之地是相關(guān)科研和施工技術(shù)人員一直關(guān)注的問題，本文綜述國內(nèi)、外盾構(gòu)設(shè)備和技術(shù)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀，指出國內(nèi)外盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)的差距，提出我國發(fā)展盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的思路。

1 國外盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀
1818年Marc Isambard Brunel獲得隧道盾構(gòu)法施工的專利，并在1825年到1843年間首次使用盾構(gòu)在倫敦的泰晤士河下修建了一條河底隧道，初步證明盾構(gòu)法隧道施工的價值。1830年由勞德考克讓施（Lord Cochrance）發(fā)明了施加壓縮空氣防止涌水的“氣壓法”。1874年格雷蒙特（James Henry Greathead）在倫敦地鐵南線的隧道建設(shè)中采用了氣壓盾構(gòu)法的施工工藝，并首創(chuàng)了在盾尾后面的襯砌外圍環(huán)形空隙中壓漿的施工方法，并開發(fā)了用流體支撐開挖面的盾構(gòu)，開挖出的棄土以泥水流的方式排出。1896年Haag在柏林第一次申請了德國泥水式盾構(gòu)的專利，形成了現(xiàn)代泥水式盾構(gòu)的雛形，推動了盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展。到20世紀(jì)初，盾構(gòu)施工法在英、美、德、俄、法、日等國開始推廣。1917年日本開始在鐵羽越線的折返段隧道施工中引進(jìn)盾構(gòu)法，1938年正式在國鐵關(guān)門隧道應(yīng)用盾構(gòu)法施工，為日本盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1967年由英國提出的泥水加壓系統(tǒng)在日本得到了實施，日本研制成功第一臺有切削刀盤、水力出土的泥水加壓式盾構(gòu)（直徑為3.1m）。1974年日本獨創(chuàng)性地研制成功土壓平衡盾構(gòu)，同時德國Wayss & Freytag也研制成功頗具特點的膨潤土懸浮液支撐開挖面的泥水平衡盾構(gòu)。之后，盾構(gòu)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，已成功應(yīng)用于各種公路隧道、地鐵隧道、引水隧道以及市政公用設(shè)施隧道等。［1～3］
縱觀盾構(gòu)隧道掘進(jìn)180多年的發(fā)展歷史，盾構(gòu)隧道施工法和盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的改進(jìn)都是在圍繞著：①地層穩(wěn)定和地面沉降控制；②機(jī)械化、自動化掘進(jìn)和掘進(jìn)速度；③襯砌和隧道質(zhì)量，這三個要素進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的改進(jìn)和施工方法的革命。傳統(tǒng)的盾構(gòu)法是把這三個要素分別獨立考慮的，把地層穩(wěn)定處理作為盾構(gòu)的輔助方法，主要有降低地下水位法、改良地基法、凍結(jié)法及氣壓法等。在盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)本身結(jié)構(gòu)上沒有考慮對地層穩(wěn)定的影響或減少和防止地面沉降，盾構(gòu)一般為敞胸式結(jié)構(gòu)。然而，任何地層穩(wěn)定處理方法即使能抑制對地層的影響，也很難滿足在城市內(nèi)施工時的各種要求，特別是關(guān)系到地面建筑安全的地面沉降問題，所以，很自然地發(fā)展到下一代盾構(gòu)——閉胸式盾構(gòu)。
現(xiàn)代盾構(gòu)的一個最為顯著的特點就是統(tǒng)籌考慮盾構(gòu)法的這三個要素，用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)設(shè)備本身解決工作面穩(wěn)定的問題。用壓縮空氣平衡土壓力的方法，由于容易發(fā)生漏氣、噴發(fā)、工作面崩塌等事故，和造成地面沉降等對環(huán)境的不良影響，尤其在遇到粘聚力小、透氣性的地層這種方法無法勝任。自然，人們想到用液體代替空氣來支撐工作面，最初在德國和英國進(jìn)行了有關(guān)的試驗，1967年日本完成了這一系統(tǒng)，即產(chǎn)生了現(xiàn)代概念上的泥水平衡盾構(gòu)。泥水平衡盾構(gòu)是靠送入工作面與密閉胸板間所形成空腔的加壓泥水平衡土壓、保持工作面穩(wěn)定，并用泥水輸送刀盤切削下來的棄土，這個方法的問世使工作面穩(wěn)定狀況大大改善，盾構(gòu)法的適用范圍被大大拓寬，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)得到了前所未有的發(fā)展。然而，由于泥水平衡盾構(gòu)需要大規(guī)模的泥水分離處理系統(tǒng)，占地面積大，對環(huán)境影響大，施工成本高，對城市內(nèi)施工的隧道這個系統(tǒng)并不理想。繼而在1974年日本首先研制成功土壓平衡盾構(gòu)，這一系統(tǒng)是將刀盤切削下來的棄土送入前端密閉倉內(nèi)，攪拌或注入添加劑攪拌成塑流化的棄土并與螺旋型輸送機(jī)等機(jī)構(gòu)相結(jié)合，邊使工作面保持適當(dāng)穩(wěn)定的壓力，邊通過螺旋輸送機(jī)向外排土。這一系統(tǒng)由于排土處理簡單，可靠性較高，得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)雖然在部件結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式、自動控制、測控導(dǎo)向等方面做了很大的改進(jìn)，但是這些工作面壓力平衡的原理和方法一直沿用至今。當(dāng)今盾構(gòu)基本都是基于泥水平衡和土壓平衡這兩種模式，或是這兩種模式的組合，或是這兩種模式與開胸式組合，形成復(fù)合型盾構(gòu)以適應(yīng)地層條件多變的隧道施工的要求。
盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展一直與基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展和地下工程的實際需要密切相關(guān)，而且，不同時期的盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)都被這個時期工業(yè)發(fā)達(dá)的少數(shù)幾個國家所掌握，如19世紀(jì)的英國、德國和20世紀(jì)的德、日、美、法等國。隨著這些國家經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展，大量地下工程投入建設(shè)，促使盾構(gòu)技術(shù)取得了長足的發(fā)展。盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)是液壓技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、測控技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、材料技術(shù)等各類技術(shù)水平的綜合體現(xiàn)。180年來，盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)一直隨這些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展完善。現(xiàn)代高新技術(shù)的應(yīng)用使得盾構(gòu)掘進(jìn)的地面沉降控制、推進(jìn)速度控制、測控導(dǎo)向、自動襯砌等變得越來越容易。
現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)較好地融合了盾構(gòu)法的三要素，已經(jīng)基本不需要圍巖穩(wěn)定處理和隧道的二次襯砌，在許多情況下盾構(gòu)施工的綜合施工成本比人工開挖施工低得多，而掘進(jìn)速度高得多。為適合城市隧道需要的多樣化，現(xiàn)已開發(fā)出超大斷面盾構(gòu)、多圓盾構(gòu)、異形斷面盾構(gòu)、球體盾構(gòu)等多種形式。對土壓平衡技術(shù)也作了很多改進(jìn)，氣泡法和其它土質(zhì)改性材料的開發(fā)使得土壓平衡盾構(gòu)的土質(zhì)適用范圍進(jìn)一步拓寬，施工精度提高、成本降低。同時，盾構(gòu)的自動化使施工安全和勞動環(huán)境、勞動強(qiáng)度大大改善。

2 國內(nèi)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀
我國盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用可以追溯到1953年東北阜新煤礦用手掘式盾構(gòu)修建直徑為2.6m的疏水巷道，但是由于受這一時期我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的限制，盾構(gòu)技術(shù)一直沒有受到足夠的重視，盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展非常緩慢，應(yīng)用也相當(dāng)有限。直到1985年以后，隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，各種地下工程的需求與日俱增，我國開始引進(jìn)和研制全斷面閉胸式盾構(gòu)，可以說我國起步了現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著城市化進(jìn)程的加快，城市地下空間的進(jìn)一步利用，對環(huán)境保護(hù)和施工質(zhì)量要求相對較高的城市地鐵隧道的需求越來越大，為了滿足這一需求，我國開始大規(guī)模地引進(jìn)、應(yīng)用國際先進(jìn)的盾構(gòu)施工技術(shù)和設(shè)備。具有代表性的國內(nèi)盾構(gòu)施工隧道工程表1所示［7，8］。
表1 國內(nèi)盾構(gòu)施工隧道典型工程

與其他國家盾構(gòu)發(fā)展歷程相似，我國的盾構(gòu)發(fā)展也是與不同時期的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的發(fā)展相對應(yīng)，是社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和各種相關(guān)技術(shù)水平的綜合體現(xiàn)。但是，在20世紀(jì)90年代以后，隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了良性發(fā)展的快車道，公路、鐵路、水利建設(shè)和城市化進(jìn)程等達(dá)到了前所未有的發(fā)展速度，對盾構(gòu)的巨大市場需求大大超過了國內(nèi)的盾構(gòu)研制水平。20世紀(jì)90年代進(jìn)行的幾項重大工程所采用的盾構(gòu)設(shè)備和施工技術(shù)基本都依賴進(jìn)口，如：上海地鐵1號線采用7臺法國制造的土壓平衡盾構(gòu)； 上海2號線除了使用1號線的7臺盾構(gòu)外，又新進(jìn)口了兩臺盾構(gòu)；延安東路復(fù)線隧道采用從日本引進(jìn)的泥水式平衡盾構(gòu)；廣州地鐵1號線也采用日本制造的土壓平衡盾構(gòu)。
目前，國內(nèi)許多企業(yè)雖然也開展了盾構(gòu)設(shè)備的研制和相關(guān)技術(shù)的開發(fā)，如：上海隧道股份有限公司、鐵道部隧道局、廣重集團(tuán)等單位自行設(shè)計和開發(fā)了適用的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)和相關(guān)的施工技術(shù)，制造了多種形式的盾構(gòu)，但國產(chǎn)盾構(gòu)僅能適用于周圍環(huán)境要求不高和地質(zhì)條件單一的地區(qū)，不適合建筑密集地區(qū)、管線復(fù)雜地區(qū)、地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)。當(dāng)環(huán)境要求高、破壞后治理費用大時，綜合考慮費效比后，還是不得不花費大量外匯采用進(jìn)口盾構(gòu)?？梢哉f，我國現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的研制才剛剛起步，尚沒有形成能針對不同地質(zhì)條件和環(huán)境的要求設(shè)計、制造適用的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的能力。

3 國內(nèi)外盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的差距
國內(nèi)研制的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)與國外先進(jìn)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)相比存在以下幾方面的差距:
3.1 地層穩(wěn)定和地面沉降控制技術(shù)
由于環(huán)境保護(hù)和地面設(shè)施的制約，對隧道施工的施工質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)要求越來越高，地面沉降控制成了衡量現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)水平的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)代盾構(gòu)控制地面沉降和減少對土體擾動的最基本和有效的方法是采用泥水平衡和土壓平衡（包括加壓，加泥水、泡末和其他土質(zhì)改性劑）技術(shù)。我國現(xiàn)有的平衡式盾構(gòu)都是通過預(yù)先設(shè)定土倉內(nèi)壓力值以達(dá)到穩(wěn)定地層的目的，在施工工程中根據(jù)地表沉降情況再進(jìn)行調(diào)整，是一種“滯后式”的土壓糾正。由于開挖面上土層的原始應(yīng)力比較復(fù)雜，這種預(yù)先設(shè)定與滯后調(diào)整的結(jié)果會使機(jī)頭處的地面隆起或塌陷，所以地層穩(wěn)定和地表沉降控制的效果在很大程度上取決于施工人員的經(jīng)驗，施工質(zhì)量難以保證。國外先進(jìn)的平衡式盾構(gòu)，在土倉內(nèi)都設(shè)置先進(jìn)的土壓傳感器，配備實時反饋及調(diào)整的機(jī)、電、液與計算機(jī)控制系統(tǒng)，在通常情況下都能很好地保證地層穩(wěn)定的效果。這是國、內(nèi)外盾構(gòu)技術(shù)所存在的主要差距。
3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)
我國目前研制的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)都是單體形式的，盾體是一個剛體，斷面尺寸越大在運動方面限制也就越嚴(yán)格，給隧道的彎道設(shè)計和施工造成困難。另外，由于盾構(gòu)斷面全為一孔，所以即使建造距離很近的（1～5m）復(fù)線隧道，也必須分上行與下行兩線進(jìn)行獨立施工，給地面設(shè)施擁擠的城市隧道的設(shè)計帶來困難，分別施工的兩隧道的相互干擾也給施工帶來不利影響。國外盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)已出現(xiàn)可折曲的盾體和多體等形式解決曲率半徑小的彎道施工和復(fù)線隧道的一次施工等問題?？梢园讯荏w分成兩到三截，轉(zhuǎn)彎靈活；截面有眼鏡形、三圓形、拱形、H＆V等多種形式。國外先進(jìn)盾構(gòu)除了轉(zhuǎn)彎半徑與爬坡方面的限制較小外，像H＆V型盾構(gòu)，在掘進(jìn)過程中，可作水平與豎向的靈活轉(zhuǎn)動，形成空間相對位置多樣的隧道［9，10］。
3.3 刀盤刀具設(shè)計技術(shù)
從現(xiàn)有的盾構(gòu)看，國內(nèi)已經(jīng)掌握基本的全斷面切割刀盤技術(shù)，通常是在盾構(gòu)機(jī)頭部安裝一個整體轉(zhuǎn)動的圓盤，在上面布置若干刀頭包括超挖刀頭，轉(zhuǎn)動方向固定，只能切割規(guī)則空間。在刀頭刀盤的組合與刀頭刀盤的運動分解上，缺少變化，在某些情況下，給盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)彎和爬坡等造成一定的麻煩。國外盾構(gòu)出現(xiàn)了能有多種切割方向，可以伴隨盾構(gòu)機(jī)體位的改變而作相應(yīng)調(diào)整的刀盤；并且實現(xiàn)了通過盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)刀具的切割方向和刀盤的分解組合生成多種異形空間（如矩形，橢圓形，眼鏡形，擴(kuò)大形等等）。另外，國內(nèi)對刀具、刀盤的巖土適應(yīng)性設(shè)計方面缺少完整的理論依據(jù)、系統(tǒng)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和可靠的實驗裝備，在刀具的可靠性和壽命方面存在一定的差距。
3.4 液壓推進(jìn)與導(dǎo)向技術(shù)
國內(nèi)盾構(gòu)所用土壓探測與傳感裝置基本依賴進(jìn)口，根據(jù)地表變形和運動軌跡進(jìn)行實時反饋控制也基本沒有應(yīng)用。國外先進(jìn)的盾構(gòu)施工通常在開挖面與盾構(gòu)周邊必要的位置布置有各種監(jiān)控點，采集盾構(gòu)運行狀態(tài)、土壓和地層擾動等多種信號，這些信號和地表沉降信號一起輸送給信號處理計算機(jī)，計算機(jī)分析這些數(shù)據(jù)后,發(fā)送液壓系統(tǒng)控制信號，實現(xiàn)對盾構(gòu)推進(jìn)和導(dǎo)向的自動控制，基本可以實現(xiàn)無人化的精確操作。上海地鐵1號線使用的法國盾構(gòu)及延安東路復(fù)線隧道使用的日本盾構(gòu)，都有先進(jìn)的計算機(jī)信息處理與控制系統(tǒng)，既減少了人員勞動強(qiáng)度，又增加盾構(gòu)機(jī)的工作效率與施工精度，通過實時數(shù)據(jù)分析處理、快速反饋、工程狀態(tài)顯示、實時控制，方便現(xiàn)場人員實時決策，達(dá)到信息化施工［11，12］。
3.5 襯砌技術(shù)
目前國內(nèi)盾構(gòu)都是采用管片拼裝系統(tǒng)將砼管片拼裝成隧道襯砌，管片拼裝系統(tǒng)由中心支撐回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、徑向和水平移動液壓缸等組成，雖然實現(xiàn)了管片移動的機(jī)械化，但是管片的對中、就位、拼裝等基本還是靠人工作業(yè)，管片的拼裝往往占用大量寶貴的掘進(jìn)作業(yè)時間，直接影響施工進(jìn)度和質(zhì)量。日本已研制成功全自動化拼裝系統(tǒng)，包括砼管片的輸送、拼裝機(jī)鉗住管片、管片就位、管片接頭螺栓的自動穿孔和擰緊等工序的自動化。目前歐洲和日本開始采用ECL（擠壓混凝土襯砌施工法）技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管片襯砌系統(tǒng)，在施工成本和襯砌質(zhì)量方面都取得了良好的效果，這項技術(shù)在國內(nèi)還沒有應(yīng)用。
3.6 防水和同步注漿技術(shù)
我國現(xiàn)有的盾構(gòu)施工隧道管片襯砌中，主要采用環(huán)向與縱向膨脹橡膠防水，與國外相比，還沒有發(fā)展采用土工防水布等技術(shù)［］。同步注漿技術(shù)是控制地層變形、地面沉降的重要措施，其關(guān)鍵是隨著盾構(gòu)的推進(jìn)及時充分地充填盾殼外徑與隧道襯砌外徑之間的建筑空隙。目前有兩種同步注漿系統(tǒng)：單液注漿和雙液注漿系統(tǒng)。單液注漿系統(tǒng)較簡單，但是漿液的性能要求較高很難配制合適的漿液。雙液注漿由二套貯漿桶和注漿泵等組成，在出口處二管交叉噴出盾尾，即時硬化充填空隙，避免了單液注漿如果漿液凝結(jié)過快堵塞注漿系統(tǒng)并使充填不充分，凝結(jié)過慢又使隧道軸線變形和地面產(chǎn)生額外的沉降兩難局面。單液同步注漿系統(tǒng)在國內(nèi)已經(jīng)研制成功，但是雙液注漿系統(tǒng)和漿液仍然依賴進(jìn)口。
3.7 系統(tǒng)集成技術(shù)
英、德、日、法、美等國，在長期的從實踐到理論，再從理論到實踐的反復(fù)探索過程中，形成了一套針對本國隧道地質(zhì)條件的盾構(gòu)設(shè)備設(shè)計理論、模擬試驗方法和系統(tǒng)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，包括掘進(jìn)機(jī)刀盤形式、刀具選型和布置、出土形式等；同時也逐漸形成了安裝和調(diào)試的系統(tǒng)技術(shù)。幾乎能針對所有的施工隧道地質(zhì)條件設(shè)計、制造適用的盾構(gòu)。這些國家還在進(jìn)一步研制適用范圍更廣、開挖深度更深、技術(shù)自由度更大的技術(shù)。尤其是日本，依賴于盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，除了目前能用盾構(gòu)開發(fā)出各種異形空間外，還提出大深度開發(fā)地下空間的種種構(gòu)想，包括建造地下城市，深度常常達(dá)到地下百米以上。我國目前尚沒有適合國情的適應(yīng)性設(shè)計理論的指導(dǎo)，也沒有系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的安裝、調(diào)試技術(shù)也未完全掌握，所以國產(chǎn)盾構(gòu)存在性能不穩(wěn)定的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在：土層地質(zhì)條件的適應(yīng)能力差、地層擾動和地表沉降難以控制、可靠性低、自動化程度低。

4 發(fā)展我國盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的戰(zhàn)略
隨著我國十五計劃的實施，城市化進(jìn)程的加快，國內(nèi)對盾構(gòu)的市場需求巨大，據(jù)預(yù)測，在未來的5年中我國對各類盾構(gòu)的需求超過300臺套；隨著“863”計劃以及“八五”、“九五”等科技項目的完成，我國在機(jī)、電、液、測量、控制技術(shù)和巖土施工技術(shù)等方面取得了長足的進(jìn)步，有的已經(jīng)趕上了世界先進(jìn)水平，這些相關(guān)技術(shù)基本能夠滿足現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的需要?？傊袊鴥?nèi)良好的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，有巨大的市場需求，又有相關(guān)技術(shù)的支持，我國發(fā)展盾構(gòu)設(shè)備和技術(shù)的時機(jī)已到，我國的盾構(gòu)設(shè)備設(shè)計、制造及其他相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，在較短的時間內(nèi)趕超國際先進(jìn)水平是完全可能的。作者在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國的國情，認(rèn)為應(yīng)該在以下幾個方面采取措施或開展工作。
4.1 研發(fā)策略
本著“有所為有所不為的原則”，根據(jù)國情確定以具有廣泛市場前景、技術(shù)要求高、直徑為6.3m左右的地鐵隧道盾構(gòu)為研制對象；以具有典型復(fù)雜地質(zhì)條件的地鐵隧道為工程示范基地；以這套盾構(gòu)和這個基地為載體，開發(fā)和實踐先進(jìn)的設(shè)計理論和相關(guān)技術(shù)；以點帶面促進(jìn)盾構(gòu)技術(shù)的全面進(jìn)步，繼而帶動全斷面掘進(jìn)機(jī)、非開挖設(shè)備的發(fā)展。
4.2 組織形式
盾構(gòu)是集機(jī)、電、液、測控等多項技術(shù)于一體的大型工程裝備，在我國發(fā)展盾構(gòu)應(yīng)該充分利用我國“便于集中力量辦大事”的制度上的優(yōu)勢。集中全國各有關(guān)專業(yè)技術(shù)的優(yōu)勢，產(chǎn)、學(xué)、研等各個方面相結(jié)合，是推動我國盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)步、保證在較短的時間內(nèi)趕上世界先進(jìn)水平的有效途徑。為此，有必要成立一個由盾構(gòu)設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、施工及其他相關(guān)專業(yè)專家和技術(shù)管理人員組成的“盾構(gòu)動態(tài)技術(shù)聯(lián)盟”，協(xié)調(diào)各個研究單位開展工作。
4.3 合作模式的形成
充分利用國內(nèi)現(xiàn)有的盾構(gòu)設(shè)備研發(fā)能力及施工技術(shù)是發(fā)展我國盾構(gòu)的捷徑，所以應(yīng)該引導(dǎo)形成一種合作模式，在這個模式下，把目前各自為政的盾構(gòu)設(shè)計、制造、施工等企業(yè)聯(lián)合起來，并和在相關(guān)技術(shù)上有優(yōu)勢的高校、科研院所相結(jié)合，形成一種企業(yè)間的動態(tài)技術(shù)聯(lián)盟共同參與國際競爭。國家可以通過宏觀的激勵政策促成這種技術(shù)聯(lián)盟的形成，在取得具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵共性技術(shù)后，保證參加單位有優(yōu)先享用的權(quán)利。
4.4 盾構(gòu)設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)
設(shè)計規(guī)范、試驗標(biāo)準(zhǔn)等是保證盾構(gòu)技術(shù)健康快速發(fā)展的必要條件。盾構(gòu)設(shè)備不同于其他機(jī)械設(shè)備，具有很強(qiáng)的針對性，一般情況下都是根據(jù)工程的需要“量體定制”的，但是其施工質(zhì)量、試驗手段和結(jié)果的量化等可以制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；其部件結(jié)構(gòu)如：推進(jìn)液壓缸、液壓馬達(dá)等是可以制定相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，便于部件的通用化，降低成本。
4.5 專業(yè)隊伍的培養(yǎng)
設(shè)備和技術(shù)的競爭歸根結(jié)底是人才的競爭，我國目前缺乏高層次的盾構(gòu)設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試的專門人才，通過樣機(jī)的研制和工程示范培養(yǎng)一支高水平的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試的專業(yè)人才隊伍，為盾構(gòu)技術(shù)在我國的持續(xù)發(fā)展打下基礎(chǔ)。
4.6 加強(qiáng)國際合作
通過多種途徑、多種形式與國外著名企業(yè)和專家合作，借鑒別人的成功經(jīng)驗，在國際較高水平的基礎(chǔ)上開展研究，以避免走不必要的彎路，確保我國盾構(gòu)研發(fā)成果的高水平。
4.7 技術(shù)攻關(guān)課題組織
強(qiáng)調(diào)聯(lián)合攻關(guān)，充分利用國內(nèi)現(xiàn)有的如：液壓、測控等技術(shù)的研究成果，組織相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的著名專家針對這些成果在盾構(gòu)設(shè)備上的應(yīng)用開展研究。圍繞樣機(jī)的研制設(shè)立科研課題進(jìn)行攻關(guān)，并在樣機(jī)上得到應(yīng)用和驗證；針對上述國內(nèi)外盾構(gòu)的7方面的差距，設(shè)立必要的基礎(chǔ)研究課題作為進(jìn)一步發(fā)展盾構(gòu)的理論和技術(shù)上的儲備。
4.8 建立盾構(gòu)研發(fā)的數(shù)據(jù)庫
盾構(gòu)研制和施工的信息化是盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，完善的數(shù)據(jù)庫是盾構(gòu)研發(fā)信息化的基礎(chǔ)。在盾構(gòu)的研發(fā)過程中建立和完善設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、維修、施工的數(shù)據(jù)庫是高速發(fā)展我國盾構(gòu)技術(shù)必要的基礎(chǔ)工程。克服以往盾構(gòu)研制中的無效的重復(fù)現(xiàn)象，使其在全國范圍內(nèi)在一個前后貫穿的研發(fā)與積累的路線上進(jìn)步。目前，在許多城市，如北京、上海、廣州等地鐵隧道施工正在緊張進(jìn)行中，其中也不乏利用目前國際先進(jìn)的盾構(gòu)設(shè)備進(jìn)行施工的隧道，為盾構(gòu)施工積累了許多寶貴的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，充分利用這些數(shù)據(jù)，整理建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫為盾構(gòu)的研發(fā)服務(wù)，可以在較低的成本下取得寶貴的第一手資料，有效促進(jìn)我國盾構(gòu)研發(fā)水平的提高。
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新聞來源：《城市交通隧道工程最新技術(shù)》