第1章 绪论

1.1 引言

随着国民经济的飞速发展，城市化进程不断加快，城市人口和机动车保有量不断增加，城市交通状况逐渐恶化，交通阻塞和乘车困难已成为困扰城市居民出行与制约城市发展的一大难题。城市中传统的地面交通因运输量小、速度慢等原因，已无法满足城市客运发展的需要。国内外的经验表明，发展轨道交通不但能有效地解决城市交通问题，还能促进城市建设、繁荣城市经济和加速实现城市现代化。因此，城市轨道交通系统已经成为衡量城市现代化的一个重要标志。

地铁作为城市轨道交通系统的重要组成部分，因其具有高速、安全、准时、载客量大、不受外部气候条件限制、降低地面噪声、减少城市污染等特点，所以修建地铁已成为当今解决城市交通拥挤最有效的手段之一。与此同时，随着我国国民经济的快速发展和各城市经济实力的增强，地铁的广泛应用已成为必然趋势。目前，我国各级城市都已建成或规划建设地铁。因此，21世纪是中国城市轨道交通的新纪元，地铁交通系统的建设将促使城市的进一步发展。

当前城市地区隧道工程主要采用明挖法和矿山法施工，而这两种方法破坏作用巨大且产生噪声、振动等公共危害，尤其是当隧道需穿越河流、建筑物时，明挖法更是无能为力。而盾构法因其先进的施工工艺和施工技术，以及在施工过程中对周围环境影响小、自动化程度高、施工快速、施工安全性高、不受气候及地面交通影响等优点而受到人们的重视，成为城市地下隧道的主要修建方法之一，并越来越多地被应用于地铁、越江公路隧道、输水隧道以及地下管线等隧道工程的施工中。

近年来随着国内外盾构设备技术水平的提高，盾构设备在工程成本中所占比重不断下降，盾构法的工程造价已接近甚至低于矿山法施工和明挖法施工，特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下，盾构法更具有明显的技术经济优越性。随着我国新一轮城市基础设施大规模建设高潮的到来，地铁的建设将呈高速增长之势，从长远来看，盾构隧道技术在城市地铁建设中的应用前景将十分广阔。

盾构是在可移动钢结构护盾掩护下完成开挖、排碴、衬砌等掘进作业的光机电液一体化大型复杂设备。盾构由刀盘刀具、压力平衡、推进、护盾、管片拼装、排碴、纠偏和动力等多个系统组成，可实现复杂地质条件和多场耦合等地下极端服役环境中的自动化和工厂化隧道作业。以盾构为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构法，如图1.1所示。盾构法的设想于19世纪初产生于英国，距今已有200年的历史。

图1.1 盾构法示意图

盾构法之所以被广泛采用，是因为该施工法与其他施工法相比有如下五方面的优点：①可在盾构的支护下安全地进行开挖和衬砌；②不妨碍地面交通；③在地下施工时没有振动和噪声，对周围居民没有干扰；④在较高地下水位地质条件下施工，盾构法与压缩空气或加压泥水并用，一般情况下，由于地下水位不用降低，因此地面沉陷较小，对周围建筑物影响小；⑤采用全机械化盾构，可提高掘进速度，并大大减少繁重的体力劳动。日本研究人员对74条已完工的隧道进行了统计，掘进速度比较见表1-1、表1-2。比较表1-1中的普通施工和机械化盾构施工可以看出，机械化盾构施工掘进速度无论是平均日掘进还是最高日掘进都远远高于普通施工。同时，由表1-2可以看出，在洪积黏土中进行普通施工最高日掘进达到14.4m；在冲积砂夹淤泥中，普通施工平均日掘进3.2m。把表1-2中的这两个最值和表1-1采用机械化盾构施工的平均日掘进速度和最高日掘进速度比较，可以看出在不同地质条件下进行施工，机械化盾构施工比普通施工在速度上占有绝对的优势。

表1-1 铁路隧道普通施工与机械化盾构施工速度

表1-2 普通施工在不同地质条件下的单线隧道施工速度