解读｜上海地铁屡创佳绩 三大“神器”破解“满城挖”
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如今，上海每天有近千万人次乘坐地铁出行，而新的线路还在蜿蜒延伸。建地铁免不了要开挖道路影响交通，如何做到尽量少开挖、少影响呢?在上海盾构工程技术研究中心，创新研制的非开挖施工三大“神器”正跃跃欲试，踏上征途。
“40年前，上海面临的是能不能建地铁的问题；20年前，关注的是如何控制沉降；现在，最迫切的是如何提高非开挖施工比例。”上海隧道工程有限公司总工程师朱雁飞说，这些年在市国资委、经信委、科委等部门的大力支持下，盾构中心一直在非开挖技术方面开展超前研究，有望进一步改善地下工程施工中的“满城挖”现象。
建地铁用的盾构通常都是圆的，你见过用方的盾构来挖隧道吗?在盾构中心这个地下施工“武器库”里，国内第一台类矩形盾构正在总装调试，这也是目前世界最大的土压平衡矩形盾构。这台“方脑袋”盾构在去年11月份就要开赴宁波初试身手，开掘出宽约11.5米、高约7米的近似长方形隧道，可容纳一来一去两条地铁线。
“这台自主研发的类矩形盾构，解决了狭小空间里的隧道施工难题。”朱雁飞介绍说，矩形隧道空间利用率很高，而圆形隧道上下两端浪费比较大。普通单圆盾构在老旧城区狭窄道路下挖掘地铁双线隧道时，往往左右太宽，地上要拆房子；要是采用大型单圆盾构把双线并在一根隧道里，上下又太高，无法在管线和既有隧道之间穿越，因此矩形盾构更适合这种“螺蛳壳里做道场”的需求。
然而，对开凿隧道来说，圆形盾构其实是最便利的选择，刀盘旋转一圈即可完成全断面切削。现在盾构头由圆形改成矩形，可谓“牵一发而动全身”，需要解决刀盘切削、盾构转身、管片拼装等难题。“方脑袋”盾构，头部一横一竖装有两个“X”形刀盘，后方还有一个“I”形刀盘，通过交错旋转可实现100%全断面切削，边边角角都能照顾到。“这个技术只有我们独此一家。”朱雁飞言语中充满自豪。
矩形盾构的主战场是长隧道，而在短距离盾构对接、地下匝道、下立交和大型地下室等施工中，则轮到盾构中心另两大“神器”一展身手了。
首先登场的“神器”，是“管幕法”专用顶管机。它可以把直径1米左右、最长达200米的钢管精准顶进土层，并确保钢管之间的锁口严丝合缝，快速在地下形成一排钢管组成的“管幕”，然后在其保护下进行非开挖施工，可望比以往工艺地面沉降更小。目前，这一技术已在虹桥枢纽能源沟中成功进行了试验，今后有望应用到盾构无法掘进的下立交、大型绿地或广场的地下室开挖等施工中，无需大面积“开膛破肚”即可完成工程。
其次登场的是极小半径曲线顶管机，别看它直径只有30厘米，与大盾构相比真是“小不点”，但它有一个灵活的机头，地下急转弯本领无人能及。普通钢顶管机通常只能顶直线，即便顶曲线，转弯半径也要1000米左右；而“小不点”在地下的最小转弯半径只有6米，跟小汽车在路上转弯差不多。
顶管机和钢管节都是曲线的，结合冻结工艺和化学注浆等地基加固措施，在特定环境下进行地下空间的构筑和拓宽，一般直径在300-600mm，体积很小，易于布置。通常配合有着同样曲率半径的弧形导轨使用。
“小不点”的这手绝活，未来在非开挖施工中将大展身手。比如，曲线顶管可以避开地下障碍物，有效提高地下空间的利用率;超长距离隧道施工时两台盾构需在地下对接，可通过曲线顶管冰冻土层，大大提高对接的安全性；地下隧道主线建好后，可借助曲线顶管扩展地下空间建设地下匝道；甚至将来地铁车站施工也可用曲线顶管搭建管棚，不用开挖即可完成部分车站的建设。
更令人惊喜的是，“小不点”的“亲戚”最近还有望远赴海外，“跨界”参与海底打捞作业。原来，常规打捞沉船的穿钢索方法有时容易引起船体断裂，而借助曲线顶管在船体下面穿几十根钢梁，确保能把沉船完整打捞上来。
此次试验的极小半径曲线顶管机有什么特点？
此次研制的顶管机直径300mm，轴线半径>6m。
全断面切削刀盘为“三叶草”型，具有近似泥水平衡掘进功能，采用支架导轨型推进装置。
工具管采用可回缩式设计，可以用于“只进不出”的顶进。
特别需要提到的是，与日本类似产品相比，该顶管机安装了国防科技大学提供的小半径光学导向系统，使得顶进全过程可视可控，实现随时纠偏，精度更佳。
试验效果如何？
目前已经完成了3根5m曲线半径顶进试验，获取了大量的试验数据，证明了曲线顶管机结构设计和顶进精度满足了设计要求，随时可用于施工。
这个“神器”今后的应用前景如何？
此次试验成功后，曲线顶管将在非开挖施工中将大展身手。比如，可以避开地下障碍物，有效提高地下空间的利用率；超长距离隧道施工时两台盾构地下对接，可通过曲线顶管冰冻土层，大大提高对接的安全性；地下隧道主线建好后，可借助曲线顶管扩展地下空间建设地下匝道；甚至将来地铁车站施工也可用曲线顶管搭建管棚，不用开挖即可完成部分车站建设。
此次试验的成功也意味着上海隧道地下工程非开挖“三大神器”——类矩形盾构机、管幕专用顶管机、极小半径曲线顶管机全员到齐，期待它们将在地下工程施工中大显身手，更好地解决城市建设中“长痛”与“短痛”的矛盾！
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