盾构法隧道与应用第一章第一节盾构法隧道的起源及历史(一)

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1、第一节盾构法隧道的起源及历史据记载，人类设想建造各种用途的隧道已有上千年了。1802年,英国采矿工程师阿贝尔・马蒂厄提出修建英吉利海峡隧道计划，设计从英法两岸用一种有掩体结构的挖掘机修筑隧道，毎侧各挖掘18.7km,最后在瓦恩•班克浅滩对接贯通。他建议在海峡地卜•通道的中间设计一个人工品，隧道的照明由油灯提供,而烟囱将提供通风。阿贝尔・马蒂厄1802年设计对行驶马车隧道1803年爆发了英法战役，阿贝尔•马蒂厄的计划耒能付诸实施。法国工程师布魯诺尔(MarcIsambardBrunel)在伦敦从船蛀在船板上蛀孔，再用分泌物涂在孔的四周中得到启示，发现了拆构法掘进隧道的原理。当时

2、，圣•彼徳斯勃格(Si.Petersburg)正规划--条跨越Wca河的工程，布鲁诺尔参与了此项II的设计研究。布鲁诺尔看到毎年桥墩总是遭受从Lagoda湖上漂流的大冰块的破坏，当时曾提议修建-隧道(用盾构法挖掘)。后來，布鲁诺尔完善了构思，注册了专利。布鲁诺尔构想的盾构机械内部结构由不同的单元格组成，毎一个单元格可容纳-个工人独立工作并对工人起到保护作用(图1-5)。采用的方法是将所有的单元格都被牢靠地装在盾壳上。当时设计了两种施工方法，一种是当一段隧道挖完后，整个盾壳由液压千斤顶借助后靠向前推进；另一种方法是每一个单元格能单独地向浒推进。第-•种施工法后來被采用，并得到推

3、广应用，演变为成熟的盾构法，目前所有的封闭式盾构祁是基于笫-种方法。此后，布鲁诺尔逐步完善了盾构结构的机械系统,设计成封闭式府壳用全断面螺旋式开挖，衬砌紧随其后的(图1-6)。它对以被认为是土压平衡盾构(EPBShield)的先行者。图1-5布鲁诺尔注册专利的盾构,1806图1-6M.1.Brunel螺旋盾构,18181825年〜1843年，布鲁诺尔在伦敦泰晤士河下的隧道工程中使用这种盾构，布鲁诺尔终于实现了他的设想(图17)。这台矩形盾构断血为ll.3mX6.7m,并山12个邻接的框架组成。每一个框架分成3个舱，每一舱里有一个工人.这样，共有36名工人。此系统按照以下模式工

4、作：首先，借助螺杆(spindles)将鞍型框架(cobs)压入前方的上中。从上部撤除隧道工作面上的木料并掘土约6英寸。然后,隧道工作面重新用木料覆盖并用螺杆支撑。紧接看盾构后部砌砖，把它作为整个机架的支座。泰昭士河下的隧道工程始f1825年，隧道工程遇到了许影困难。在经历了5次以上特大洪水后，直到1843年才全部完工。有趣的是在1828年第一次出现洪水而停工时，科罗丹(Callodan)_E程师曾建议采用压缩空气作为解决方案，然而，布鲁诺尔还不想采纳。图1-71882年1月12H泰晤士河底隧道施匸时涌入水1866年，莫尔顿申请“盾构”专利。盾构最初称为小筒(cell)或圆简

5、(cylinder),在莫尔顿专利中第一次使用了“盾构”(shield)这一术语。图1-81904年8月英国Markham公司制造的格瑞海德盾构1869年，詹尼斯•亨利•格瑞海徳(JanesHoaryGreathead)工程师用圆形盾构再次在泰晤士河底修建了一条隧道.隧道衬砌第一次采用了铸铁的衬砌管片。隧道施工长402m,外径为2.18m。隧道基本上是在不透水的粘土层中掘进,所以在地下水控制方面没有遇到什么闲难。格瑞海徳的闘形盾构后來成为人多数敞开工作面盾构的模型,右上图显示的是其中的一台直径为9.35m格瑞海德盾构，该盾构1901年8月由英国Markham公司制造,用于修建

6、连接Rotherhithe和Ratcliffe的Rotherhithe隧道(1904〜1908)。在松散地层中修建水底隧道如何抑制地下水问题，科契兰(AdmiralSirCochrane)找到了解决办法。按照1828年科罗丹向布鲁诺尔提出的建议，他采用压缩空气的办法，1830年他发明了气闸，能使人们从常压空间进入有压力的工作舱。1879、1880年人们分别在安特卫禅和纽约采用压缩空气撇进隧道，但没育使用话构。§11-9普莱斯机械化盾构,英国专利，1896图1-10约翰•荻克英森-布伦敦和姬奥基・布伦敦机械化盾构，英国专利，1876年1886年格瑞海德在伦敦地下施工期间将压缩空

7、气方法与盾构掘进相组合使用。在压缩空气条件下施工，意味着在承压水地层中掘进隧道的一个邀大进步，它填补了隧道施工中的的空白，并使得壯界范围内采用盾构掘进隧道的数冃有了很大増加，20壯纪初，大多数隧道都是采用格瑞海徳盾构修建的。布鲁诺尔发明盾构法Z后的另一个技术进步是川机械开挖代替人工开挖。第一个机械化盾构专利可追溯到1876年，英国人约翰•荻克英森•布伦敦（JohnDickinsonBrunton）和姬奥基•布伦敦（GeorgeBrunton）申请专利（中右图）。这台盾构有一个由儿块板构成的半球形的旋转刀