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盾构技术谱写北京市地下空间开发新篇章
 
慧聪网   2005年1月13日16时13分   信息来源:中国工程建设网    

    2004年年末,北京地铁五号线18标段雍和宫站——和平里北街站地铁区间西线贯通。新建的隧道成功穿越了地坛公园。公园内的文物古建、古树安然无恙。这条线贯穿京城南北交通干线的中部,全线采用盾构技术施工。 

    在开工的当日,庞大的盾构机缓缓进入地下。盾构机前端是与盾构机体同等直径的刀盘,在与土壤接触时进行旋转,并加入适量的液体,使切削下来的土与液体在刀盘旋转的搅拌作用下,成为泥状流塑体,通过螺旋输送机送到电瓶车的土斗里,运送到地面。盾构机头前进后,在机后留出的空间里,机械手把提前预制好的混凝土管片拼装成环状。所有这些工作,仅由几个工人和一个盾构机的操作人员通过电脑操作平台来控制完成。 

    经专家对盾构技术施工与暗挖法施工进行比较,地铁五号线这一标段采用暗挖法施工工期要一年半以上,而采用盾构技术施工至少可以缩短一半工期。北京市政集团在地铁五号线采用的盾构机是目前国际最先进的土压平衡盾构机。它由计算机自动控制,性能齐全,完全可以满足地铁五号线在繁华地区施工的要求。 

    参与北京第一条地铁施工的人至今还记得这样的景象:工地上巨大的地沟,土堆垒得像小山,终日尘土飞扬,影响交通达十几年之久。 

    盾构施工技术是世界上隧道施工中最先进的施工技术之一。盾构技术可在黏土、砂、砾石、岩石等不同的地层中施工,对各种地层的适应能力极强。这种施工方法可以减少地面建筑物的拆迁,更重要的是在施工过程中很少抽取地下水。一般情况下,在地下工程项目的施工过程中,工程沿线需要进行降水,24小时不间断抽水,当地下水位降到工作面以下才可以施工。由于盾构机自身结构严密的技术特性,可以带水作业,避免了因施工造成的地下水流失,节约了大量的地下水资源。就地铁五号线18标段来说,比用其他技术施工少抽取地下水300万立方米。如按北京市政府制定的市民月用水量两立方米标准计算,可供150万人使用一个月。 

    发达国家的发展历史表明,人均GDP进入500美元以后,就具备了大规模开发利用地下空间的条件和实力;人均GDP在1000~2000美元之间,则可达到开发利用的高潮。去年,我国人均GDP首次突破1000美元。事实上,随着2008年奥运会的临近,北京等大城市已经率先进入地下工程开发建设的高潮。 

    在地下工程施工中,掘进机施工以其安全、高效、环保、能适应复杂地质条件而受到市政、施工等部门的青睐,有着广泛的应用前景。盾构是一种特殊的隧道掘进机,可以在防止开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时,在盾壳的保护之下安全地进行隧道开挖和衬砌作业,速度比传统施工快8~10倍。1818年世界上第一台盾构机在英国诞生。日本从1917年第一次使用盾构施工。欧洲、日本等是盾构技术比较发达的国家和地区,我国从20世纪50年代也开始使用盾构技术。1957年,北京市政第一次成功运用自行设计的盾构机头进行地下管线施工,开创了新中国历史上盾构施工的先河。 

    北京城市地下铁道的大规模建设,为盾构法施工技术的推广应用提供了空前未有的机遇。近年来这项施工技术在我国的应用范围也在日益扩大,在广州、上海和北京等许多地区应用该项技术,进行污水管线和地下铁道的建设。北京市政集团于1999年从日本引进盾构法施工技术以来,先后安全、优质、快速地完成了亮马河、坝河、清河、凉水河等近20公里的地下污水管线工程,为北京城的东部、北部、南部地区的污水处理厂提供了配套输水设施,现已全部投入到为北京地区的环境改造和污水治理的服务之中,社会效益十分显著。 

    限于目前国内的科技发展现状,我国使用的盾构机尚依赖于进口。中国幅员辽阔、地质条件复杂,因而对进口盾构设备进行改进,使其“本土化”成了科技人员的首选课题。以凉水河污水干线盾构隧道工程为例,它是迄今为止国内外盾构施工难度最大的工程。其难点之一是盾构几乎全断面在无水砂卵石地层中长距离推进;二是盾构需多次穿越重要公路和铁路干线,特别是在穿越铁路时,必须保证铁路“不限速、不慢点、不预加固”。面对如此复杂的工程,北京市政通过技术创新,取得了一系列科研成果。他们在盾构机中加入特制的泡沫后,可起到降低刀具磨损,稳定工作面、控制地层变形,降低功率,加快掘进速度等多重作用。自主开发研究的泡沫液已实现国产化,效果优于进口原液,价格仅是其1/3,经济效益、社会效益明显。目前该项科研成果已被推广应用到北京地铁4号线工程。 

    北京地铁5号线使用的是目前国际上最先进的土压平衡盾构机,直径达6.14米。盾构机从地下15米通过地坛公园东门。园内的方泽坛是我国现存最大的“祭地之坛,周边还有几十棵数百年树龄的古柏。盾构机悄然穿过,地坛内的文物、古树及沿途建筑物安然无恙。这是因为技术人员根据地铁五号线的地质状况,对这台盾构机的刀具、出土方式进行了改进,不但能在坚硬的卵石层里行进自如,工作时还会喷射泥浆和泡沫,改善土壤性能,未切割土体的原有状态不受破坏,土体不会发生变形。 

    中国地下空间开发利用的市场极其广阔,不可能长久依赖国外的设备。盾构机国产化是大势所趋。上世纪90年代末,北京市科委将研制国产盾构机的课题交给了北京市政集团。他们先后投入近2000万元研发资金,下大力量研究开发盾构施工技术和机械化顶管施工技术。2002年,北京市第一台加泥式土压平衡盾构机“京盾一号”诞生,在清河污水管线工程中,穿越黏土和沙卵石层获得成功。北京市科委对此给予了高度评价,称它是国内首次自主研制的、适用于北京地区复杂地层的土压平衡盾构机,填补了国内空白。 

    地下空间开发与利用是建设集约型城市实现可持续发展的历史必然。在未来相当长的一个时期内,城市地下空间作为一种重要资源,开发力度将会不断加大。北京市已规划将地下50米的空间作为资源进行开发和管理。地下综合管廊、停车场、商场、人防工事、娱乐设施等城市地下空间的开发与利用,发展势头迅猛。以地铁为例,至2008年,市区轨道交通网共修建线路将达241.8公里,投资600多亿元;至2015年市区网与市郊网将达到372.1公里,预计投资将逾1000亿元。在城区开辟地下轨道交通运输空间,不仅是满足奥运会的需要,更重要的是保护北京历史街区和古都风貌,支持首都的可持续发展。 

    毫无疑问,城市地下空间的开发利用,为盾构施工技术的推广提供了广阔的空间。
 
 
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