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挖掘隧道的最新利器

http://cn.newmaker.com 9/23/2011 12:13:00 PM 日经BP社

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为减轻交通拥堵，日本正在全国各地的道路下方修建长距离隧道。使其成为可能的，是可在地下进行挖掘的盾构机的技术进步。由于可以高速进行大截面挖掘，因此盾构机还将广泛用于山岭地区和新干线隧道等。

在人口和建筑物等大量聚集的城市，为应对庞大的交通量，许多道路纵横交错。不过，在地面上增修道路的方法正逐步遭遇极限。原因是在地面上修建道路时，必须尽量不对道路周边的建筑物造成影响，而且还要考虑到附近居民和景观。

因此，通过隧道挖掘有效利用地下空间的方法近年来开始备受关注。目前，日本的许多城市都在推进地下隧道的修建计划。

2010年3月，将东京市中心团团包围的首都高速公路中央环线（全长约47km）的一部分——新宿和涩谷区段全长4km的山手隧道完工通车。2013年连接品川和涩谷、全长8km的隧道——中央环状品川线也将完工。大阪府计划在2014年开通连接堺市和松原市、全长9.7km的阪神高速公路大和川线隧道。

这些隧道的共同点是长距离。

此前日本的城市只修建地铁，长距离的公路隧道几乎没有。因为汽车隧道必须每隔一定距离就设置通往地面的出入口，工程较为复杂。

而且，在建筑物密集的市区，也难以开展挖掘大截面隧道的大工程。不过，近几年伴随着隧道挖掘技术不断取得进步，这种情况正在发生改观。

市区隧道的挖掘方法一般采用“盾构法”。盾构法是专为挖掘松软地基而开发出来的一种方法，使用名为盾构机的钢制机械。

首先，缓慢旋转盾构机前头名为“刀具（Cutter）”的钻头挖掘泥土。每掘进2m左右就让刀具停下来，为了不让已挖好的部分崩塌，需要在挖好的隧道断面上安装并固定块体（Block）。

盾构机的显著进步是挖掘的“长距离化和高速化”。一台大截面盾构机的掘进距离方面，1997年完工的东京湾Aqua-Line的2.5km左右曾经是极限。正在修建的首都高速中央环状品川线隧道，用一台直径为12.5m的盾构机便掘进了约8km左右。

能够以盾构法进行大截面的长距离挖掘，主要得益于三项进步。一是出现了可承受长距离挖掘的坚韧刀具。刀具材料采用硬度仅次于金刚石的钨材料超硬合金。

最新技术采用了即使在挖掘过程中刀具部分折断或磨损，也可由施工人员从盾构机内部进行更换的构造。因此，可以顺利地进行挖掘。第二项进步是砂土搬运方法的改进。此前一直是将挖掘时产生的砂土装到卡车中运出去。现在则在隧道内导入了传送带，将砂土搬运到出口。日本首都高速道路公司技术部的长田光正表示，“能否确保砂土堆放场地也会影响挖掘速度”。在市中心挖隧道时，确保放置砂土的空地是一大课题。挖掘品川线时产生的砂土，被海运到了横滨市南本牧的围垦地。砂土量达到每天4000m3。

挖掘后的断面固定技术也得到了提高。分别负责挖掘品川线上下线的大成建设和鹿岛的盾构机，可同时进行挖掘和固定。在约1个小时的时间内，可挖掘2m并将挖好的部分固定。这超过了原来的工作速度。鹿岛土木管理本部的泷本邦彦表示，“隧道距离越长，该系统越能显示出威力”。

从地表开始迅速挖掘

以前使用盾构机时，需要事先挖一个大坑，然后将盾构机运到此处开始挖掘。这种挖掘方式也在逐渐发生变化。

2011年5月，在品川线大井地区隧道的工程现场，一台盾构机从地下出现了。

挖掘品川线的起点部分——大井地区隧道的盾构机，采用了大林组开发的“URUP法”。URUP法完全改变了建筑业界的隧道挖掘方式。这种法可从地面起动盾构机向地下掘进，然后再直接到达地面。

在大井地区隧道中，直径为13.6m的盾构机从地面向斜下方掘进，形成隧道的入口部分。然后盾构机在地下改变方向，一边向已挖完部分的斜上方掘进一边回到地面。

原来的法需要以不同的挖掘方式形成隧道的地下部分和通往地上的出入口部分。挖掘地下时需要在盾构机的起始点和到达点，挖掘名为“竖井”的深坑，然后从此处放入盾构机。

隧道的出入口部分从地上开始挖掘形成通道，然后再回填。竖井也必须在隧道完工后重新填上。

挖掘竖井的原因是，如果从地上进入、从浅处开始挖掘的话，地基强度不够，会引起崩塌。一般认为，用盾构机进行挖掘时，距离地表的深度最低也要超过盾构机的直径。大林组土木本部的三木庆造表示，“我们摆脱了此前盾构机需要从竖井开始挖掘这一‘常识’性思维，开发出了URUP法”。

URUP法的诞生源自如果可以管理防止崩塌的压力，就可以从浅处开始挖掘这一构思。通过实验发现，平衡盾构机前进产生的动力，以及为防止地基崩塌而支撑断面的压力是关键所在。将挖掘产生的砂土用于支撑断面，通过砂土排放量的调整来控制压力。由此即便从浅处进行挖掘也不会造成崩塌。

URUP法的设想始自2003年，在约2年内完成了开发。原本是为了地下通道的施工而开发的。使用URUP法，可在10个月内建成此前需要3年时间、全长500m的地下通道。其原理现已用于隧道工程中。

在地下挖掘的盾构机
盾构机前端的刀具缓慢旋转，向地下掘进。掘进时为了防止崩塌，每掘进几米后，就用“Segment”块体将隧道侧壁按照圆形固定。挖掘时产生的砂土进入盾构机中后，从后方运出。照片中的中央环状品川线（北行）中使用的盾构机直径为12.5m。1台盾构机约掘进了8km

新干线隧道也采用盾构法

采用盾构法挖掘地基坚硬的山岭隧道的案例也开始出现了。

这就是鹿岛从日本铁路建设、运输和技术署（Japan Railway Construction, Transport and Technology Agency）接到的、计划2013年度初完工的津轻蓬田隧道。这是一条在北海道新干线（新青森～新函馆段）中，通过青森县蓬田村、全长6.1km的隧道。此前像山岭地区这种地基坚硬的地方，一般都是用甘油炸药将砂土炸碎后进行挖掘。盾构机的进步逐渐使得山岭地区也可以直接挖掘。采用盾构机挖掘的优点是安全性高。

挖掘蓬田隧道的盾构机直径为11.3m。大截面盾构机从作为隧道起点的大山斜坡始发。距离地表只有5m。此次证明通过利用土压管理和盾构机姿势控制技术，山岭隧道也可从地上进行挖掘。估计盾构机的应用领域将进一步扩大。

2011年5月，东海旅客铁道（JR东海）公布了40分钟连接东京～名古屋段的“磁悬浮中央新干线”建设计划。力争2027年开通，将从2014年度开工建设。据发布资料显示，中央新干线的路线几乎是直线，全长286km。由于将通过南阿尔卑斯等山岭地带，因此道路的约7成预定采用隧道。这个工程将会应用日本积累的所有隧道技术经验。盾构隧道挖掘技术应用于中央新干线已为时不远了。（记者：武田安惠）

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·	佳工网友刘德伦 (Email) 于12/15/2015 7:26:00 PM评论说：
	我想了解地下挖掘（盾构机）是如何掌握方向的？(电话：13507699760)

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