预应力混凝土技术在我国城市桥梁建设的创新和发展

第一篇：预应力混凝土技术在我国城市桥梁建设的创新和发展

预应力混凝土技术在我国城市桥梁建设的创新和发展

穆祥纯

(北京市市政工程设计研究总院，北京市100082)摘 要：全面回顾和总结了2l世纪前十年我国城市桥梁建设在现代预应力技术创新发展和应用情况。通过剖析四个经典工

程案例，并从设计理念和设计思想上的创新、新技术、新材料、新工艺应用上的创新，以及预应力混凝土桥梁结构裂缝防治的最新研究并来展示其创新发展的相关情况，并对现代预应力技术在城市桥梁建设领域的发展作出了展望，以期引起人们对该

领域的关注，推动我国城市桥梁建设的可持续发展。

关键词：预应力技术；城市桥梁；创新发展；展望

中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1009—7716(2011)08—0008—10 1 概述

现代预应力混凝土技术自1928年法国学者

E．Fryssinnet研究成功后，经过80多年来的实践和完善，在世界各地建筑和桥梁结构物得到广泛应用。林同炎教授曾对预应力混凝土作出如下精

辟的定义：“预应力混凝土系其中已建立有内应力的混凝土，内应力的大小和分布能抵消给定外部加荷所引起的应力至所预期的程度。”我国的预应

力学者也作出如下的定义：“预应力混凝土是根据需要人为地引入某一数值的反向荷载，用以部分或全部抵消使用荷载的一种加筋混凝土。”

城市桥梁通常指城区范围内建造的跨河、跨江、跨海桥梁，立交桥及人行天桥等。近3O多年来，特别是2l世纪前十年我国的桥梁建设尤以城市桥梁建设得到了空前的发展。北京、上海、天津

和重庆等一大批城市桥梁建设令世人瞩目。且在混凝土工程技术和预应力技术应用方面得到了长足的进步。最近十年来，我国预应力混凝土桥梁发展很快，无论在桥型，跨度以及施工方法与技术方

面都有突破性进展，不少预应力混凝土桥梁的建造技术已达到国际先进水平，从组成混凝土的材料，张拉技术和施工方法及结构抗震性能上的发展上都跻身世界的前列。应该说，我国预应力混凝

土的研究和应用比欧美国家大约晚10年，但近年来的发展之迅速，应用数量之庞大，令世人刮目相收稿日期：2011—o6—22

作者简介：穆祥纯(1955一)，男，北京人，教授级高级工程师

副院长，从事桥梁设计，城市交通研究就技术管理工作。看。我国已建成的预应力混凝土桥梁大多都采用

C40～C50混凝土，进而采用减水剂等添加剂制备塑性混凝土，并发展了泵送混凝土工艺。随着桥梁

跨度的增加，为减少桥梁结构的自重，混凝土逐渐向高强、轻质方向的发展。下面通过4个典型案

例，并从设计理念和设计思想上的创新，新技术、新材料、新工艺应用上的创新。以及预应力混凝土

桥梁结构裂缝防治的最新研究，来展示其创新发

展的相关情况，论述一下现代预应力技术在我国

城市桥梁建设创新发展的相关情况。现代预应力技术在城市桥梁设计和建

造应用的经典案例

一般来说，城市桥梁设计水平主要体现在大

跨度桥梁的建造上。从1991年上海南浦大桥的成功建成，至今我国已建成数以百计的城市大跨径

桥梁，其中苏通大桥系世界上最大跨径的钢斜拉

桥(跨径为1 088 m)，上海卢浦大桥是世界上最

大跨径的钢拱桥(主跨为550 in)，连接扬州和镇

江两座城市的润扬大桥是2005年我国跨度最大的悬索桥(主跨为1 40O m)；而同年建成的上海

东海大桥(32．5 km长)和2008年杭州湾跨海大桥

(总长36 km)的成功建成，充分说明我国在长大、大跨径桥梁建设水平上已跻身世界前列。而2008

年建成的浙江舟山西堠门大桥为主跨1 650 m的悬索桥，为我国跨度最大的悬索桥，居世界最长跨

度的桥梁第二位(第一为跨度1 991 m的日本明

石海峡悬索桥)；21世纪的前l0年，在世界10座

悬索桥的排名中我国占据5座，充分说明我国建

参考文献

【1】朱兆芳，赵建伟，张欣红．城市道路交通与节能降耗[J]．城市道桥 与防洪，2008(10)．

【2】《城市快速路设计规程》及宣贯讲稿[z1．2009．

[3]Paulo Sergio Custodio绿色交通相关问题概述【J】_城市交通．2007，4．

【4】天津市市政工程设计研究院，同济大学．城市快速路系统设计 关键技术研究总报告【R】．2010．

【5】朱兆芳，杨鸿远．运用交通工程学搞好中环线设计[AI．天津市市 政工程设计研究院55周年论文集[e1．

20112．4预应力混凝土桥梁阶段拼装综合技术的成功

应用

2010年获得第九届中国土木工程詹天佑奖的北京丰北路(三环～四环)改建扩工程，将预应

力混凝土阶段拼装综合技术在城市桥梁的建设上

成功地进行了推广应用。该工程共建成枢纽立交

两座(四丰立交和丽泽桥立交)，一般立交一座

(万寿路南延立交)，人行天桥3座，桥梁总面积

4．3万m2，于2007年6月竣工。其科技创新与新

技术应用如下：一是该工程建设了具有弯、坡、斜

空间曲线的预应力预制阶段拼装桥梁，编制的“预

应力混凝土桥梁预制阶段逐跨拼装施工技术规

程”填补了国内预制阶段逐跨拼装施工方面的空

白，尽收了施工占道对交通的不利影响并将低了

城市桥梁施工过程中对环境的影响。二是在预制

节段拼装桥梁的设计和施工中针对短线法预制的曲线节段梁，自主设计研发了可调节钢模板体系，采取便于检查和更换的新型可更换、分散型体外

预应力锚固体系和体积小、重量轻、便于安装、造

价低的转向器，提高了预应力结构的可检查性及

可维护性。三是在跨越四环路匝道桥的钢一混组

合梁上采用了曲线梁悬臂拼装无支架施工技术，将跨越四环路的跨径70．5 Ill，曲线半径204 m的钢梁架设拼装就位，减少了钢一混组合梁桥跨越

交通干线时临时支架对现况交通的影响，保证了

桥梁施工过程中四环主路的交通畅通，见图4。

图4 北京四丰立交全景照片

3设计理念和设计思想上的创新

3．1相关设计规范的新理念和新思想

2004年1O月实施的《公路钢筋及预应力混

凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)采用了以概

率理论为基础的极限状态设计方法，此规范城市

桥梁等同采用。较比旧规范(JTJ一023—85)，新规范

以“公路桥梁可靠度”研究为基础，从原来的“定

值设计法”转变为“概率极限状态设计法”，即在度量结构可靠性上，由经验方法转变为运用统计

数学的方法，这在设计理念和设计思想上确实是

迈进了一大进步。新的设计思想使结构设计渊源

于客观实际，更具有科学性和合理性。

新规范将安全度和耐久性设计思想的正式引

入到城市桥梁和公路桥梁设计规范中、IT技术在结构分析中也得到广泛的应用。在材料方面，改变

了强度的取值原则，将混凝土的强度等级提高到

C 80，钢筋品种也随现行国家标准的规定作了调

整；全面改进和补充了各种受力构件正截面和受

弯构件的承载力计算内容；改善了预应力受弯构

件的抗裂限值、裂缝宽度和构件刚度的计算方法，以及预应力钢筋的几项预应力损失，如钢丝和钢

绞线的松弛损失、混凝土收缩和徐变等；同时还增

加了有关预应力构件耐久性的规定，组合式受弯

构件、箱梁翼板有效宽度等方面计算和构造的规

定。此外，针对近年来，我国城市桥梁和公路桥梁

领域新修建的预应力混凝土连续梁和连续刚构

桥，在边跨现浇段普遍出现的纵向裂缝或斜裂缝，该规范还增加了分析局部区端块局部应力的规

定。在该区域除了垫板附近配置间接钢筋外，另规

定局部应力分析配置闭合式箍筋。该规范旨在推

进公路和城市桥梁的设计技术先进、安全可靠、耐

久适用、经济合理的要求。正是由于在设计理论上

采用了以概率理论为基础的极限状态设计方法，按分项系数的表达式进行设计。应该说(JTG

D62—2004)在设计理念和设计思想上与(JTJ 023—

85)规范有新的创新和发展。

3．2预应力连续梁式桥梁设计施工技术措施上的新创新

针对20世纪城市桥梁和公路在预应力连续

梁式桥梁普遍存在的跨中下挠、腹板斜裂缝、底板

裂缝等病害，2009年8月由鲍卫刚等编著的“预

应力连续梁式桥梁设计施工技术指南”一书正式

出版，该指南通过分析公路和城市桥梁常见病害

其可能存在的成因，结合对于这些病害的一些处

理经验措施，从设计角度提出了一些在设计中需

2011年8月第8期 2011城市道桥与防洪第六届全国技术高峰论坛专辑 11 要注意和加强的技术要点，并通过对设计指标的控制以及采取的必要构造措施，来降低和消除可

能出现的病害。该指南提出“桥梁结构的设计，均

是按照预先设定并考虑了今后相当时期内需要一

定的技术标准、荷载水平进行的。从可靠度的角度

要求，结构或其构件只有在正常设计、正常施工、正常使用和养护的情况下，才能保证其应有的可

靠度。”因此，严格执行相关标准规范的规定和技

术措施，是确保预应力连续梁式桥梁工程质量的关键环节。这也说明，该技术指南体现了近年来我国在预应力连续梁式桥梁设计施工技术上新发

展。

3．3里程碑——《桥梁设计工程师手册》正式编辑

出版

2007年7月由林元培院士主编的《桥梁设计

工程师手册》正式出版发行。该手册依据最新现行

国标及行业标准、规范，紧密结合工程实践，系统

归纳总结了自20世纪90年代以来我国桥梁桥梁

设计领域取得的成熟经验和教训，并重点放在结

构方案、构造要点、施工工艺、工程案例等方面。

同时对国内外最新科研成果也适当吸收和反映。

这个手册主要包括：桥梁设计程序、荷载、桥梁总

体概念设计、桥梁美学、梁桥、刚构桥、拱桥、斜拉

桥、悬索桥、斜弯桥、墩台与基础、桥梁抗风、桥梁

支座及附属构造和桥梁工程造价等。手册还展示

了现代社会所处的一个高科技时代，日新月异的科技成果为现代桥梁的建造提供了强大的物质基

础。不少现代桥梁使用了高强度混凝土、轻骨料混

凝土、高强度钢材及碳纤维材料。这些新材料具有

高强度、轻重量和低变形的优势。在桥梁技术进步

方面，随着工程力学和计算技术的进步，使桥梁设

计能在充分发挥材料特性的前提下，更加自主地

进行桥梁形体的创造，以达到形态美观、环境协

调、用材节省和安全性更好等多方面的目的。此

外，在桥梁的施工技术方面，多种技术成果的综合 利用，大大推动了现代桥梁特别是城市桥梁施工 技术的变革；同时运用新材料、新技术并按现代的 审美情趣设计的现代桥梁，因其形体在总体或局 部对固有形式的突破更具有鲜明的时代感，从而 具有更为强烈的艺术感染力。笔者作为长期从事 桥梁设计的工作者，确实感到这个手册的正式出 版，对直接从事桥梁设计的青年同行们是大有裨 意的，也是桥梁工程师手头的必备工具书，必将在 工程设计中发挥其重要的作用。

3．4独柱预应力曲线桥梁的最新研究。众所周知，前些年(特别是20世纪90年代)

在我国一些大中城市相继修建了一大批独柱支承 的预应力曲线桥梁，主要是其具有对地形、地物良 好的适应性、桥下有较大的净空、并具有较好的通 透性等显著特点。与此同时，由于在施工过程中，在预应力张拉完成后，梁体因扭转变形而发生支 座脱空、梁体上翘，进而造成梁体因扭转变形过 大：也有一些桥梁在运营1—5 a后，独柱预应力 曲线梁发生不同程度的平面变形和扭转变位。造 成抗扭支承处曲线内侧支座脱空、栏杆和伸缩缝 错位。究其原因，主要是当时设计人员对于曲线梁 桥设计理论的研究仅限于计算分析理论为主，缺 乏大量的试验研究和仿真模拟作为理论分析。特 别是我国现行的设计规范还缺乏有关曲线梁桥的 相关设计参数、内力分析方法，在构造措施和相关 技术规定上还是空白。因而，导致设计单位对该桥 型的认识不一致，对曲线梁桥的力学特性不足，某 些设计中甚至出现与曲线梁桥受力特点相违背的 情况。通过试验研究和仿真模拟作为理论分析，并 对一些城市多座独柱支承的预应力曲线桥梁所发 生的事故进行综合分析和加固处理，在独柱预应 力曲线桥梁的研究上有如下进展：(1)在结构计算 分析模型上，应采用全桥空间整体刚度的联合作 用；(2)在设计参数的选取上，应针对不同情况采 用最不利值；(3)在结构计算中，应充分考虑各种 荷载对结构体系的空间作用；(4)在对该桥型的认 识上，应树立平面内的水平变位是随时间变化而 逐步累加的理念，在构造上应该有足够的抗扭措 施及限位措施；(5)应高度关注独柱预应力曲线桥 梁的安全性和耐久性，不一味地追求连续梁的联 数，采取特殊的结构处理方式(如中墩顶部与曲线 梁固结、减少连续梁的联数)等，以确保该桥型的 安全。

3．5城市桥梁预制节段梁拼装新技术的广泛应用 桥梁预制节段拼装技术的提出源于法国，E． 弗西奈于1945年首先对预应力混凝土桥采用预 制阶段施工。此后，从1950年至1965年期间，欧 洲修建了300多座这种类型的桥梁。此施工方法 后来在美国、欧洲和东南亚地区得到广泛应用。我 国在城市桥梁建设中采用专用架桥机的预制节段 拼装技术，2O世纪末还处于起步阶段。进入21世 纪在香港、台湾地区的高架桥建设中有了广泛的 应用，尔后在我国的上海沪闵高架桥和北京四丰 立交桥等采用了此项技术。

2l世纪的前十年，我国相关部门积极推进城 市桥

第二篇：试述体外预应力技术在桥梁加固中的应用（写写帮推荐）

试述体外预应力技术在桥梁加固中的应用

摘要：桥梁长时间使用会发生裂缝等问题，危及结构的使用安全，特别是在重载交通甚至超载的情况下，病害发展会更加迅速，因此需要进行必要的加固维修。本文主要介绍体外预应力技术在桥梁加固中的应用，混凝土增设体外预应力在新建和旧结构中得到广泛应用。

关键词：体外预应力 技术 桥梁加固 应用

体外预应力加固技术布置灵活、安全可靠、施工较为简单，可以大幅度有效提高桥梁的承载能力，而且还能随时实现调索和换索作业，这些优点是非常具有实用性的。工程概况

某高速公路大桥为25 m小箱梁桥，第 5 跨共有 15 片小箱梁，桥面宽 22.7m。其主要病害表现为预应力小箱梁的底板横向开裂、腹板竖向开裂、腹板斜向开裂。梁体底板普通存在横向裂缝，根据荷载试验、结构验算结果分析该裂缝为受力裂缝，试验跨梁体预应力存在不足。针对结构病害现状，通过加设预应力的方式对梁体进行加固，以提高梁体尤其是小箱梁跨中截面正应力储备和改善梁体的受力性能。对蚌湖大桥R5跨张拉体外预应力，即在箱梁的端部和四分点位置设置锚固块和转向块，通过穿设成品钢绞线，待锚固块和转向块达到设计强度后，张拉体外预应力(图1)。体外预应力加固技术施工

2.1 锚固块和转向块施工

体外预应力结构在锚固区截面应力分布是不均匀的，承受着极大的局部压力，为了防止产生应力集中，造成锚固区拉裂破坏，锚固体系不仅要承担预应力筋传递的力，还将可能产生的集中应力分散传递到锚固块中。因此锚固块施工的质量将影响整个锚固系统的工作。转向块是体外预应力钢绞线在箱梁纵向保持曲线配筋形状并传递索力垂直分力的重要部件，转向块为体外预应力钢绞线提供坚固可靠的转向支撑，使预应力钢绞线顺利转向和传递预应力。

2.1.1 植筋施工 由于转向块与箱梁腹板的粘结很难保证，为了加强转向块与箱梁之间的粘结，采用植筋技术将钢筋进行锚固。(1)弹线定位：根据设计图纸的钢筋数量及位置，标注出钻孔位置、型号，若孔位碰到结构中已有的钢筋，钻孔位置可适当调整，但均应植在箍筋内侧，且尽可能靠近预计接长的已有钢筋。(2)钻孔：用冲击钻钻孔，钻孔深度锚筋埋设深度相同，孔径比锚筋大2～4 mm左右。孔位避免构造筋，孔道应顺直。(3)清孔：孔道用硬鬃毛刷清理，再以高压干燥空气吹出孔底灰尘、碎片和水分，孔内应保持干燥，自检合格后报监理验收，验收合格后方可注胶。(4)灌胶：锚固胶要选用合格的植筋专用胶水，灌胶要从孔底开始，孔内灌胶达到孔深的2/3 处。(5)植筋(图 2)：锚筋插入前要清除插入部分的表面锈迹及其他污物，直至露出钢筋表面。然后缓慢将钢筋插入孔内，同时要求钢筋旋转，使结构胶从孔口溢出，排出孔内空气，钢筋外露部分长度保证工程需要，孔口多余的胶应清除，污物先用钢刷清除，再用丙酮擦净，并予以擦干。(6)养护：植筋施工完毕后注意保护，严禁有任何扰动，以保证结构胶的正常固化。(7)检测试验：在植筋前，要对所用钢筋及植筋胶进行现场拉拔试验，以确定钢筋及植筋胶是否符合设计要求。

2.1.2 自密实混凝土施工

在锚固块和转向块施工之前需要对桥梁结构表面松散的混凝土去除，进行必要的清理工作。在加大截面前需对界面进行处理，要求界面采用高压水冲洗。为保证了混凝土的浇筑质量新增混凝土采用C50自密实混凝土，新增混凝土用定型钢模板支模浇筑。

2.2 体外预应力加固施工

2.2.1 预应力钢绞线下料和穿束

下料长度除了按照设计长度和施工工艺的选择来计算确定，还应考虑两张拉端的张拉长度。钢绞线切割后平放地面上，用胶带缠包好钢绞线的端头。钢绞线下料完成后，把每根钢绞线编号，以便能清楚区分。采用人工逐根进行穿束。将每一束的钢绞线利用单根穿索法进行穿束，第一根穿布完毕由人工牵引顺直，锚固端外露长度必须满足张拉工艺要求。为防止在施工过程中损伤钢绞线上的环氧涂层和外包PE层，在穿束过程中要做好钢绞线的保护工作，以免破坏PE 保护层，从而影响钢绞线的防腐蚀能力。

图1 预应力钢束布置(单位：cm)

图2 植筋钢筋布置(单位：cm)2.2.2 预应力钢绞线的张拉

预应力张拉工艺流程：钢绞线穿束→安装工作锚→安装配套限位板→安装千斤顶→安装配套工具锚→两端对称张拉→张拉力15%→张拉力30%→张拉力 100%→张拉力 103%→持荷 2 min锚固→校对伸长值合格后进行下一束张拉→张拉作业完成。预应力钢束张拉控制力为1 116 MPa，预应力钢束必须待混凝土立方体强度达到混凝土设计强 度 等 级 的 90%，弹 性 模 量 达 到 设 计 值 的100%，且混凝土龄期不小于 7 d，方可张拉，钢束采用两端张拉。通过对千斤活塞的伸长量进行量取便可对张拉伸长量进行推算。施加预应力应采用张拉力与伸长量双控，当预应力钢束张拉达到设计张拉力时，实际伸长量值与理论伸长量值得误差应控制在6%以内。钢束张拉完毕后严禁撞击锚圈、锚塞及钢铰线，钢铰线多余部分用氧炔切割，严禁用电弧切断。钢束张拉完成并切去多余部分后，在箱梁两端锚头设置连接带阀门压浆嘴的接口和排气孔。

2.2.3 管道注浆

浇筑前应检查波纹管是否密封，防止浇筑混凝土时阻塞管道。本项目注浆采用C50水泥浆。张拉完钢束后应及时压浆，用空压机对钢束孔道进行清理，吹去孔道内积水、杂物后用活塞式压浆机向孔道内压浆。水泥浆由525#硅酸盐水泥和水组成通过试验可掺入适量的膨胀剂，水泥的强度等级不宜低于40 MPa，施工中严格控制水泥浆的水灰比，稠度控制在14～18 s之间，压浆应饱满，不得有空隙。压浆时需让出口孔冒出与压入的水泥浆浓度相同的浆液，并且流出浆液的喷射时间≮11 s后，才能将出浆口封闭。然后继续压浆待压力最少升至0.5～0.7 MPa，封闭进浆口。在水泥浆初凝前，不得松动 封闭的进出口。应用体外预应力的优缺点

体外预应力钢绞线布置在箱梁截面之外，对原结构影响小，需增设的锚固块和转向块尺寸小、重量轻(本项目锚固块厚50 cm，转向块厚40cm)。能大幅提高承载力，可以有效防止桥梁裂缝的产生，减少桥梁挠度；且施工周期短，对交通影响不大。利用体外预应力加固技术方便后期检查、检测和维护，如有需要可随时对预应力筋进行更换。体外预应力筋的布置灵活，可以根据桥梁病害进行局部桥梁加固或对全桥梁进行加固。

体外预应力加固技术的缺点：(1)体外钢索长期置于外部空气中，易受到外部环境的影响，防腐及其他保护工作较为繁多;(2)锚固和转向部位易产生应力集中现象，局部应力过大，对锚固施工的要求较高;(3)对锚具和夹片的质量及施工要求较高，不然体外钢索强度大的优点难以发挥;(4)体外预应力筋的变形难以与混凝土结构变形保持一致，这就会造成预应力损失。结语

现阶段我国已建设了大量的公路桥梁，随着使用时间的推移以及重交通运输的发展，未来将有大量桥梁需进行维修和加固，体外预应力是一种灵活的施工方案，在节省材料的同时能有效的对桥梁进行加固维修，并不会妨碍交通运行。运用体外预应力技术还可以配合裂缝修补、粘贴钢板等施工方案对桥梁进行维修加固，体外预应力技术在经济上能节省造价，技术上能满足桥梁使用要求。

参考文献：

[1] 李晨光．体外预应力结构技术与工程应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008．

[2] JTG／T J23—2008，公路桥梁加固施工技术规范[S]

第三篇：我国公路桥梁检测评价与加固技术的现状与发展

我国公路桥梁检测评价与加固技术的现状与发展

(3)桥梁维修加固技术

伴随着桥梁技术状况评定、结构检测与承载力评定技术的逐步定量化、科学化，桥梁的维修加固技术近些年取得了长足的进步与发展。许多新材料、新方法被应用于桥梁维修加固工作中。早在“六五”期间开始，交通部就组织实施了“提高旧桥承载能力的加固技术措施的研究”、“双曲拱桥拱座位移病害整治的研究”、“公路水毁成因及防治措施研究”等一批旧桥维修加固技术的研究，国内研究机构和院校还针对粘贴钢板、纤维片（半）材、增设体外预应力、增补钢筋、增大截面、改变结构体系等加固方法开展了大量专项研究，形成了较成熟的旧桥维修加固计算理论方法和技术措施手段。

“十五”期间通过“公路旧桥检测评定与加固技术研究及推广应用”项目的实施，系统地研究总结和提升了国内外常用的20余种桥梁加固方法，并在旧桥加固基本原则，加固方法特点及适用条件、材料要求、施工工序质量控制与加固工程质量检验评定、加固后评价等方面取得了创新，形成了系统完善的桥梁加固成套技术成果，编制了公路旧桥加固成套技术应用指南，为桥梁维修加固的科学化、规范化奠定了坚实的基础。

目前，正在开展诸如石拱桥、桁式组合拱桥、双曲拱桥、钢筋砼肋拱桥、预应力混凝土斜拉桥、连续刚构和连续梁桥等的专用成套维修加固技术，桥梁抗震加固和震后加固技术，桥梁维修加固质量检验评定方法，桥梁加固高粘结抗扰动混凝土等新材料的研究。通过这些更为深入的专项研究，将使我国的桥梁维修加固工作更加科学规范。

(4)桥梁耐久性检测评价技术

随着时间的推移，由于环境和荷载等的作用，桥梁的材料和结构性能会逐步退化，进而带来结构安全性问题，这一耐久性问题将在我国今后的桥梁养护工作中变得越来越突出。目前我国桥梁耐久性技术研究刚处于起步阶段，技术水平远落后于欧美等发达国家。为解决这一问题，我国交通主管部门设立了“桥梁耐久性关键技术研究”重大专项，针对我国公路桥梁在材料组成、结构体系与构造、设计、施工、质量控制与养护维修等环节存在的耐久性问题进行了研究项目布局，以期形成一套提高我国公路桥梁耐久性的实用技术，为建立我国公路桥梁耐久性设计、施工、质量控制与养护维修等标准规范体系提供技术支撑。

桥梁耐久性关键技术研究（专项）课题一览表表3-3

序号

项目类别及名称

实施年限

桥梁耐久性关键技术研究

2006-2010

（1）

公路桥梁耐久性状况调查分析

2006-2010

（2）

混凝土桥梁耐久性设计方法与设计参数的研究

2006-2010

（3）

桥梁结构表面耐久性防护材料的研究

2006-2010

（4）

跨江海大型桥梁结构混凝土劣化性能与耐久性对策措施的研究

2006-2010

（5）

混凝土桥梁合理耐用结构构造的研究

2006-2010

（6）

拉吊索结构耐久构造与可检修易更换技术的研究

2006-2010

（7）

混凝土桥梁耐久性指标体系、检测方法与评价标准的研究

2006-2010

（8）

提升桥梁耐久性的施工改进技术与质量控制方法的研究

2006-2010

（9）

桥梁混凝土性能长期演变规律与跟踪观测技术的研究

2006-2010

（10）

公路常用桥梁预防性养护技术的研究

2006-2010下阶段重点突破的方向与技术

(1)加强相关政策的研究制定。随着桥梁工程“全寿命设计”，“全寿命成本”、“社会成本优化” 理念的建立和完善，桥梁的养护管理工作将会发生重大的变革，许多相关技术管理政策要修订乃至重新制定。通过全面系统的研究，提出各阶段匹配的政策以保证这些新理念有序、健康的在桥梁养护工作中体现至关重要。

(2)进一步开展桥梁结构多致因损伤机理、结构性能衰减规律、耐久性评价、承载力鉴定等方面的基础理论和应用技术研究。基于桥梁结构安全和使用寿命，开展桥梁承载能力计算分析与试验方法、损伤结构评定方法与标准研究，以及开展结构耐久性评定与安全寿命预测技术研究，实现桥梁结构技术性状评定的科学化、规范化和专业化，提高桥梁结构安全可靠性与长期寿命。着力解决桥梁结构缺损与耐久性检测与诊断技术，从材料性能、结构缺损等方面研究检测/监测技术、诊断技术、技术标准、以及技术装备，实现检测/监测手段自动化、网络化、标准化，提高桥梁检测/监测效率、准确性。

(3)进一步加强桥梁维修加固和养护管理技术的研究。目前我国已研究总结了桥梁维修加固的成套技术成果，针对特殊结构型式的典型病害也开展了一些专项研究，但是总的看来，在特殊桥梁典型病害的维修处置技术方面研究尚不完善，对新型加固材料性能和施工技术的研究方面还有缺憾，对加固设计的精细化、特殊加固方法在设计计算理论和施工方法等方面的研究不足。在桥梁养护管理方面，应注重预防性养护的理念，结合我国公路桥梁的技术与使用现状及发展趋势，开展相关技术研究。今后应着眼于桥梁养护与维修成本综合优化，开展桥梁管理系统、养护决策系统、维修加固等方面技术的研究，实现桥梁养护决策科学化、规范化、专业化，降低养护与维修综合费用，延长结构寿命。

(4)进一步加强防灾减灾技术的研发。从今年我国发生的冰雪凝冻灾害以及汶川地震对公路基础设施破坏与影响不难看出，我国在防灾减灾中预测、灾毁评估、抗灾设计与装备等方面

存在不足，需要进一步加强桥梁灾害检测评估、保通临时处置措施、灾后维修加固技术、防灾减灾技术、桥梁减隔震构造与装置等方面的技术研究。另外，也应注重对大跨径桥梁风荷载效应数值仿真和数值风洞、抗风构造设计与装置方面的研究。

(5)加强新材料和检测仪器设备等的研发。随着材料科学技术的发展，维修加固材料已不再局限于钢和混凝土等常用材料，纤维材料、工程塑料、铝合金、复合材料等高性能材料正被越来越广泛地应用于桥梁维修加固中。加强新材料研发及其使用性能试验研究十分必要。在桥梁检测仪器设备研发方面，我国多年来基本延续着跟随国外先进仪器设备发展趋势的模式。随着桥梁检测和评价技术的发展，要求对桥梁常规缺陷、隐蔽工程缺陷具有更为准确可靠的检测数据，这客观上对桥梁检测仪器设备提出了更高或全新的要求。今后应重点关注新型检测仪器设备和检测技术的研发。

(6)加强科研成果的推广应用力度。及时总结成熟研究成果并在行业内推广应用，扩大社会和经济效益。

桥梁抗震加固技术现状及发展趋势

第5期 2003 年 10 月 公 路 交 通 技 术 Technology of Highway and

Transport No.5 Oct.2003 桥梁抗震加固技术现状及发展趋势黄福伟 许晓锋 郑万山(重庆交通科研设计院 重庆 400067)摘 要 首先介绍了国内外的主要地震和桥梁震害 ,对国内外桥梁抗震加固常用方法和材料的研 究现状进行了归纳和总结 ,展望了桥梁抗震加固技术研究的发展趋势.关键词 桥梁 抗震加固 现状 发展趋势 Abstract This paper introduces the main international and domestic earthquakes and bridge seismic hazards , summarizes the current research situation of the general bridge seismic resistance strengthening technologies and materials at home and abroad , and prospects the development tendency of research on bridge seismic resistance

strengthening technology.Key words bridge seismic strengthening current situation development tendency 自然灾害对人类生存和发展的危害日趋严重.国际上也非常重视这一问题 ,联合国将 20 世纪的最 后 10 年定为 “国际减轻自然灾害 10 年”.地震因其发生的突然性和巨大破坏力而被列为 各种自然灾害之首.我国位于世界两大地震带 : 环 太平洋地震带和欧亚大陆地震带之间 , 板内地震也 十分活跃 ,因此 ,地震频繁发生.因地震而死亡的人 数居各种自然灾害之首 , 约占 54 % , 造成直接和间 接经 济 损 失 十 分 巨 大.特 别 是 我 国 唐 山 大 地 震(1976 年),使整个城市成为一片废墟.在防灾减灾的研究中 , 重要的一环是生命线工 程的防灾减灾研究.公路交通是国民经济大动脉 , 同时 ,也是抗震救灾生命线工程之一.桥梁工程是 公路工程的咽喉要道 , 在保障公路通畅中起着至关 重要的作用.近30 年来 , 由于地震灾害的教训 , 使 各国学者对桥梁抗震十分重视 ,开展了广泛的研究.美国 San Fernando 地震(1971 年),仅 6.6 级就显示出 生命线工程破坏的严重后果;中国唐山大地震(1976 年),美国 Loma Prieta 地震(1989 年), 美国

Northridge 地震(1994 年), 日本阪神大地震(1995 年), 中国台 湾的集集地震(1999 年), 都造成了公路和铁路桥梁 的严重毁坏 ,给抗震救灾造成巨大的困难 ,使生命财 产遭到非常巨大的损失.我国公路行业目前正在执行的 《公路工程抗震(J 设计规范》J T 00412),男 ,重庆市人 ,本科 ,副研究员 1 公 路 交 通 技 术 2003 年 58 筋数量不足和间距过大 , 因而不足以约束混凝土和 防止纵向受压钢筋屈曲.目前的解决办法是通过能 力设计和延性设计 , 使桥梁的屈服只发生在预期的 塑性铰部位 ,其余结构保持弹性.(3)软弱地基失效 —— — 如果下部结构周围的地 基易受地震震动而变弱 , 下部结构就可能发生沉降 和水平移动.如砂土的液化和断层等 , 在地震中都 可能引起墩台的毁坏.地基失效引起的桥梁结构破坏 , 有时是人力所 不能避免的 ,因此在桥梁选址时就应该重视 ,并设法 加以避免.如果无法避免时 , 则应考虑对地基进行 处理或采用深基础.2 研究现状 针对桥梁在地震中的震害类型 ,目前 ,国内外桥 梁抗震加固主要采取以下技术措施 :(1)在伸缩缝 , 铰和梁端等上部接缝处采用拉 杆, 挡块或者增加支承面宽度等措施 ,以防止落梁震 害的发生;(2)增加钢筋混凝土桥墩的横向约束 ,提高其抗 弯延性和抗剪强度 ,防止桥墩弯曲和剪切震害;(3)采用减隔震技术及专门的耗能装置 ,提高桥 梁的抗震性能.例如采用铅芯橡胶耗能支座等.美国 加 州 运 输 部 的 桥 梁 抗 震 加 固 计 划 始 于 1971 年圣· 费尔南多(San Fernando)地震 , 包括 3 个 阶段.第一个阶段包括在伸缩缝和铰处安装阻尼装 置 ,以防止落梁震害.这一阶段的主要目的是加强 上部结构和下部结构的联系 ,以抵抗竖向加速度 ,以 防止 上 部 结 构 构 件 从 支 承 上 滑 落.这 一 阶 段 在 1989 年基本完成 , 对全州公路系统中大约 1 260 座 桥梁进行了加固 ,投资额超过了 5 500 万美元.第二阶段是加固独柱式桥墩 , 第三阶段是加固 多柱式桥墩.这两个阶段几乎是同时进行的 , 主要 方法是提高墩柱的抗弯延性和抗剪强度 , 提高盖梁 , 上部结构基础与桥台的承载能力 , 提高结点的抗剪 强度.目的在于通过对墩柱的预期塑性铰部位(墩 底和墩顶)设置外部约束来提高墩柱的延性 ,进而提 高桥梁整体延性.其投资额达 34 亿美元.日本 1971 年以后 ,数次对公路桥梁地震震害进 行调查 ,多次采取抗震加固对策 ,直到 1995 年 ,重点 一直是防止落梁构造.1995 年阪神大地震之后 , 日 本也开始重视基础和桥墩的抗震加

固.1971 年加州在桥梁的伸缩缝上安装拉杆以减 小落梁的潜在性 , 这是在最低花费的情况下取得最 大减灾效果的一个明显尝试.随着 1987 年 Whitti2 er ,1989 年 Loma Prieta 及 1994 年 Northridge 地震中约 束措施的失败 , 加州运输部已要求旧桥加固后必须 具备与新桥一样的抗震能力.国外在对钢筋混凝土柱的抗震加固中 , 常用的 技术有 : 钢套管外包加固 , 混凝土加大截面加固 , FRP 系列复合材料加固.到目前为止用得最多的还 是钢套管外包加固 , FRP 系列复合材料与其他的加 固材料相比有施工简便迅速 , 安全可靠 , 耐久性好等 突出的优点 ,随着工艺的改进和总体施工成本的下 降 ,FRP 系列复合材料在桥梁抗震加固中的应用将 越来越广泛.日本在 FRP 材料的研究 , 开发和应用 方面 ,处于世界领先水平.特别是 1995 年阪神大地 震爆发后 ,对 FRP 片材用于抗震加固目的的研究和 应用激增 ,目前日本在 FRP 的实际工程应用研究方 面已有相当基础 , 并制定了各种各样的设计和施工 指南 , 手册以及规范建议.国内在对钢筋混凝土桥梁的抗震加固性能研究 中 ,同济大学作过一些墩柱加固后的室内试验研究 , 而在具体的抗震加固实际工程应用中 , 南京长江大 桥在 1977～1994 年期间进行了抗震加固 ,加固的对 象是支座 , 防落梁措施和可液化砂土.我国铁道部 于 1999 颁布了 《铁路桥梁抗震鉴定与加固技术规 范》适用范围为梁式桥., 3 发展趋势 从桥梁震害调查中发现 , 遭受严重破坏和倒塌 的桥梁结构 ,绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足.因此 ,国外主要的多震国家 ,开始强调桥梁结构整体 的延性能力 ,其他一些国家则在原有规范的基础上 , 也相应地对保证桥梁结构整体的延性能力 , 并通过 设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力 , 这已成 为世界主要的多震国家地震工程界的共识.对钢筋混凝土梁桥 , 为了保证结构的整体延性 能力 ,目前通常的做法是增加防落梁构造措施和在 预期出现塑性铰的关键部位(钢筋混凝土桥墩的墩 底和墩顶局部范围内)增加横向约束 ,以提高桥墩的 抗弯延性和抗剪强度.从加固的对象上来看 ,美国 , 日本等桥梁抗震加 固水平最高的国家 , 已经把加固的重点从以前单一 的防落梁构造措施 ,转移到重视桥墩整体延性上来 , 以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当.国内外地震工程研究人员总结了近年来国内外 的震害资料 ,开始检讨过去单纯 “强度抗震” 设计的 第 5 期 黄福伟 ,等 : 桥梁抗震加固技术现状及发展趋势 9 5 指导思想 ,研究考虑基于性能的抗震设计原则.基 于性能的设计

(performance89)J 5 铁路桥梁抗震鉴定与加固技术规范(TB 10116-99)6 陈彦江 ,袁振友 ,刘贵.美国加利福尼亚州桥梁震害及其 抗震加固原则和方法.东北公路 ,2001(1)7 杨海荣 ,郑琦.日本公路桥的抗震鉴定和加固.国外桥梁 , 1997(2)8 California Department of Transportation.CALTRANS Seismic Design Criteria.1999 国内外桥梁抗震加固技术研究已经有了较好的 基础 ,建议我国的公路桥梁抗震加固技术研究在消 化和吸收国内外已有成果的基础上 , 针对我国公路 桥梁的特点 ,并在经过一系列验证性和补充性试验(上接第 16 页)(7)可液化场地沉管施工中 ,各孔沉管电流差异 排列过程(即土层的软化和再固结变形).一般说 来 ,振沉之所以明显发生在浅部是因为浅表土覆压 σ σ 小 ,侧限作用低(3 = k 1)超孔隙水压易于消散 ,而深 层土较大的覆压和围压限制了超孔隙水压的释放 , 使土粒难以重新排列.同样 , 浅表和深部土的挤密 效果的差异 ,其原因也在于此.(4)施工中 ,为使下部土体能获得更好的抗液化 效果 ,适当的延长桩管在可液化土层中的留振时间 , 以使砂基获得较充分的预振效应当时最经济最合理 的方法之一.(5)碎石桩施工一般由路堤两边坡角外侧向路 中线处进行 ,尽管先成桩体具排水砂井所有的释放 孔压的效用 ,但施工表明后期沉桩难度仍有相当程 度的增加 ,局部甚至会引起桩间土体隆起等现象 ,因 而施工时采用适当的措施是必要的 , 如延长沉桩间 隔时间 ,采用多间隔跳打等 ,为消除因地面隆起而可 能导致对临桩的不利影响 , 可在排水碎石垫层施工 后进行跑桩处理(此效果已为地基测试证实).(6)挤密碎石桩用于可液化地基处理 ,施工时常 遇到的一个问题是地表振陷后负地形处常有大量的 积水.这些水应及时引排 ,否则会使桩架底土浸湿 , 泡软 ,危及施工安全并极易发生质量事故.较大.据施工资料 ,松散土中沉管电流小值仅为 30 ～40 A(个别值更小), 而在穿越硬土层及后期沉桩 施工中(路中线部位), 沉管电流达 70 ～ 80 A 以上(有的甚至更大),因而 ,实践中不能一味以某一密实 电流作为桩体密实的判别标志.因为对侧限作用很 弱的松散土而言 ,为达到某一较大的密实电流 ,将会 使桩径增大许多(类似于复打), 就复合地基作用机 理而言 ,这样做是没有必要的.(8)目前挤密碎石桩的设计是以某个要求的密 实度(以不液化为标准)去求算置换率然后进行布 桩.它忽略了施工顺序对场地土的动态影响 ,因而 , 挤密碎石桩的优化设计将会起到良好的经济效益和 社会效益.参考文献 1 钱家欢 ,殷宗泽 ,主编 1 土工原理与计算(第二版)1 北京 : 中国水利出版社 ,1996 工程学报 ,2001 ,23(2)2 刘松玉 ,等 1 高速公路液化地基处理原则及方法 1 岩土 3 汪双杰 ,殷东风 1 液化土与软土地层特殊地基处治设计 4 于书翰 1 高速公路地基砂土判别和地基液化处理方法 1 方案研究 1 公路 ,2000(4)西安公路交通大学学报 ,2000(7)

第四篇：掘进机技术在我国隧道及地下工程中的应用与发展

掘进机技术在我国隧道及地下工程中的应用与发展

郭陕云万姜林

中铁隧道集团有限公司

提要：简要介绍了我国采用岩石掘进机和盾构修建隧道的发展情况，阐述了我国掘进机法与盾构法的技术进步及存在的主要问题，展望了我国掘进机与盾构技术的发展前景，并提出了发展掘进机和盾构技术及产业化的几点建议。

关键词：隧道及地下工程，岩石掘进机，盾构，产业化，展望与建议，前言

本文所谓的隧道掘进机法是指应用掘进机开挖隧道的方法，隧道掘进机英文全称为(Tunnel Boring Machine,简称TBM).应用于岩石隧道的称为岩石掘进机（本文简称掘进机），用于软土层隧道的则称为盾构。

盾构法和掘进机法是修建隧道的一种先进方法。最近十多年来，随着我国隧道和地下工程的快速发展，盾构法和掘进机法也得到了快速发展，尤其在城市地铁、水利水电隧洞中越来越多应用盾构法和掘进机法修建。我国是目前世界上应用盾构数量较多的国家之一，并且随着我国隧道和地下工程的发展，对盾构和掘进机的市场需求仍会有较大的增长。由于盾构和掘进机技术在一定程度上反映了国家的综合国力和科技水平，并且对我国的制造业和建筑业影响较大，因而也引起了国内业内外的普遍关注。近几年来在国内已召开过许多国际、国内的盾构和掘进机技术交流会或专题研讨会；2001～2002年国家科技部已将盾构研发技术列入国家“863”发展计划，并在国内就盾构研发试制进行了招标，落实了中标单位；2002～2003年10余位全国政协委员提出“实现隧道掘进机本地化生产”和若干政策建议的提案；2004年3月，钱伟长同志上书胡锦涛主席，提出充分发挥盾构作用，推进我国隧道掘进机产业发展的建议，得到中央领导的重视。2004年4月，建设部、中国土木工程学会和中国岩石力学与工程学会在北京联合召开了推进隧道掘进机技术及产业化的专家座谈会。可见，隧道盾构和掘进机技术的发展已成为当前国内工程技术界和政府部门关注的一个重大课题。本文就我国掘进机和盾构技术的发展情况、技术发展动态及应用前景等作一简介，并就今后的技术发展以及其产业发展提出若干建议，以抛砖引玉。我国隧道盾构法和掘进机法的应用情况

2.1 开始于二十世纪五、六十年代，发展于二十世纪九十年代

2.1.1盾构

我国研究应用盾构法修建隧道是从20世纪50～60年代开始的。1956年在东北矿山采用直径

2.6m的手掘式盾构在砂层中修建疏水巷道，这是我国的第一条盾构隧道。1957年北京采用2台直径2.0m和2.6m的手掘式盾构施工下水道。上海从1963年开始研究应用盾构法技术，用于城市地下排水隧道修建，1965年研制两台直径5.8m的网格式盾构用于地铁区间隧道修建试验，掘进长度1200m。1966年研制直径10.22m的网格式盾构并辅助于压气稳定开挖面施工打浦路越江隧道。从此之后，我国陆续研制应用手掘式盾构总计达30台用于各种排水隧道施工，施工总长度约20km。

1985年引进日本的1台直径4.33m的土压平衡盾构施工排水隧道，之后研制应用了几台土压平衡盾构，但效果并不理想。二十世纪九十年代初，随着上海、广州地铁的建设，开始大量引进国外的土压平衡盾构施工地铁区间隧道。1994年开始引进日本的直径11.2m泥水平衡盾构修建延安东路越江隧道。由于采用土压平衡式、泥水平衡式等现代盾构修建隧道具有安全、可靠、快速、环保等优点，因而盾构法在我国特别是地铁建设中得到了迅速的发展。继上海地铁1号、2号线区间隧道、1

广州地铁1号、2号线部分区间隧道成功采用盾构法外，北京、天津、深圳、南京地铁以及上海、广州地铁的其它地铁线区间隧道等也相继大量推广采用盾构法，并且在越江道路、输气和市政排水隧道等也越来越多采用盾构法。盾构法目前已成为我国地铁隧道的一种主要方法。据不完全统计，我国各城市地铁采用的盾构已有60多台，掘进完成的和正在掘进的隧道总长度已超过200km（单线）,采用的盾构类型为土压平衡（包括加泥式土压平衡）和复合式盾构计50余台，泥水加压平衡盾构10 台。采用的盾构直径3.3m～12m不等，其中以6.3m左右直径的居多。

2.1.2岩石掘进机

1964年，经周恩来总理批准，在国家科委领导下，成立全断面岩石隧道掘进机攻关小组，完全自力更生，先后制造出50多台掘进机。由于核心技术不过关，在地下工程建设中基本没有发挥作用。80年代初，国家科委成立掘进机办公室，采取联合攻关方式制造了8台掘进机，先后在云南西洱河水电站等工程应用，但与国际水平相比差距甚大。80年代中期，在天生桥水电站引水隧洞采用了罗宾斯公司的一台直径10m的二手掘进机施工，但效果并不理想。

进入九十年代以后，在甘肃引大入秦工程中，山西万家寨引黄入晋工程中，由外国承包商采用岩石掘进机施工多条输水隧洞取得成功。在2000年后，云南昆明掌鸠河引水工程也由外国承包商应用掘进机施工，并且中国第二重型机械集团与美国罗宾斯公司合作制造了一台双护盾岩石掘进机在该工程中使用。九十年代初，铁道部在西安~安康铁路18.4km长的秦岭铁路隧道，引进2台德国的8.8m直径的敞开式掘进机由国内单位操作使用成功建成隧道，之后采用该2台掘进机在西安~合肥铁路成功完成了6km长的磨沟岭和7km长的桃花铺隧道施工。由此也推动了我国掘进机技术的应用。

2.2 工程应用技术得到快速发展提高

2.2.1 盾构应用技术水平迅速提高

随着盾构法应用的增加以及对技术研究的深入，我国在盾构隧道的设计计算、盾构的选型及配套、盾构的使用及施工技术等方面都得到了快速提高和发展。技术已基本成熟，有的（尤其在地铁隧道盾构技术）达到了国际先进水平。

以城市地铁盾构法技术为代表，目前已有二十家国内承包商在使用近60台盾构施工，不仅采用了土压平衡盾构，也采用了泥水平衡盾构，还有复合式盾构；除区间单圆盾构外，在上海地铁还采用了双圆盾构一次施工两条平行的区间隧道；盾构隧道地面环境除复杂的建构筑物外，也有在江下、湖下穿越的（上海穿越黄浦江、广州穿越珠江、南京穿越玄武湖）；盾构穿越地层除粘土、淤泥质软土、砂粘土外，还有砂层、砂砾层、卵石层、以及较高强度的岩石地层等。需要特别指出的是，广州地铁2号线越三区间研究采用具有土压平衡、气压平衡和局部气压平衡模式的新型复合式盾构成功修建了既有软土、又有坚硬岩石以及断裂破碎带的复杂地层的区间隧道，打破了长期被认为的盾构法应用的地质禁区，大大拓宽了盾构法的应用范围。

目前，我国地铁盾构法隧道管片环宽已从1.0m，普遍加大到1.2m，在广州地铁2号线率先采用了1.5m环宽的管片，是目前地铁区间隧道所用的最宽管片，有利于提高隧道结构的整体刚度，拼装接缝减少，安装效率提高，并节约成本。接缝防水大多采用遇水膨胀橡胶或三元乙丙橡胶弹性密封防水，使隧道建成后不渗不漏，达到A级防水标准。

采用激光导向或陀螺仪导向，并辅于人工测量技术等，以及运用盾构推进油缸分区操作和姿态控制与纠偏技术，管片排版选型和拼装技术等，可将隧道线形精度控制在30～50mm以内，管片错台高度控制在5～10mm内。

管片背后环形间隙注浆除采用日本常用的即时注浆和欧洲常用的惰性浆液同步注浆外，也已开发应用非惰性浆液的同步注浆技术，具有更好的早期稳定管片和控制地层沉降效果。在掘进控制、泥水与土压力和排碴管理、碴土改良、防刀盘结泥饼技术等方面也已作的很好。端头加固、联络通道施工、始发到达、安全换刀、信息化施工等方面都已掌握。在盾构的故障诊断及管用养修上已有很高技术，可以达到55%～67%的高机时利用率。

我国盾构施工中的地表隆沉一般可控制在+10～-20mm以内，可以在距既有建构筑物很近的距离下安全掘进隧道。广州地铁2号线越三区间隧道穿越既有14股铁路轨道，轨面沉降控制在5mm以内，轨道沉降差小于2mm。上海地铁2号线近距离下穿地铁1号线区间隧道、引水箱涵和地下室，地面沉降控制在3.5～8.5mm。我国盾构掘进速度平均一般为180～200m/月以上，广州地铁2号线越三区间最高月进尺405m，平均进度为236m/月。在相似地质的广州地铁三号线大汉区间，盾构施工进度平均已达334米/月，最高月进度达到562.5米，达到国际先进水平。

在城市地铁隧道盾构法得到快速发展的同时，我国采用盾构法修建越江隧道技术也得到了发展。上海采用直径11.2m的泥水盾构已建成穿越黄浦江的大连路隧道，平均进度超过200m/月。上海、广州地铁也成功采用土压平衡盾构修建地铁越江区间隧道。此外，也建成了或在建一些地层复杂、水头高度超过60m越江隧道，南京三江口、湖北忠县红花套、湖南城陵矶采用泥水盾构修建穿越长江输气隧道（直径3.3m），已建成2条，第三条即将建成；重庆正在采用直径6.5m的泥水盾构修建穿越长江的排污隧道，计划于今年建成。

2.2.2岩石掘进机应用技术开端良好，且在运用中不断创新

以西安-安康铁路秦岭隧道为标志，我国已掌握了岩石掘进机隧道的设计施工及掘进机的使用技术，不但在秦岭特长铁路隧道施工中得到成功的使用，而且在磨沟岭、桃花铺隧道长距离破碎带岩石中施工也发挥了它的优异的机械性能，在配件、配套国产化上迈出了第一步。秦岭隧道全长18.4km，采用2台直径8.8m的岩石掘进机相向施工，由铁道第一设计院设计，中铁隧道集团和中铁十八局集团施工。结合设计、施工和掘进机的管用养修等开展了6大课题24个子课题的研究和攻关，解决了极硬岩和不良地质的掘进、刀具布置及磨损与围岩特性的关系，高地应力圆形衬砌、掘进机的故障诊断与维修保养等一系列技术难题，隧道掘进最高月速度达到573m，平均达到300m以上。掘进机机时利用率平均达到58.31%的高水平。该工程技术成果获国家2003科学技术一等奖。在西安-合肥铁路，采用敞开式岩石掘进机成功完成施工磨沟岭隧道和桃花铺隧道，运用超前管棚支护、超前周边预注浆加固地层等辅助技术较好解决了不稳定破碎围岩的安全掘进施工难题，拓宽了敞开式掘进机的应用范围。同时实现了17英寸盘形滚刀和部分部件及部分后配套设备的国产化。

2.2.3 设备的设计制造有了新的进步

我国已完全能够自行设计制造手掘式盾构。而对现代盾构的设计制造则是从二十世纪八十年代末、九十年代初以后，通过与国外公司合作，设计制造了一定数量的盾构，包括上海、广州、北京等城市的重型机械厂或造船厂等，由国外公司设计，国内制造组装，在工程应用基本能够满足要求。通过中外合作，我国在设计制造的关键技术有所提高，已经掌握了结构件的设计及制造技术与工艺，已实现了部分部件的国产化，如盾构用于软土和软硬不均地层的刀盘、刀具已基本能够自行设计制造；盾构和掘进机的后配套设备、运输设备和高精度管片钢模具等已能自主设计制造，因此也降低了设备的采购和使用成本，也有利于促进掘进机和盾构技术的发展。

2.3 存在的主要问题

总体说来，经过多年来在掘进机和盾构技术上的应用研究，我国在盾构施工使用技术方面已达到了国际先进水平，在岩石掘进机施工使用技术方面已接近国际水平，有的盾构监控软件已具有自主知识产权，在盾构和掘进机的选型设计、维修、零部件、后配套设备的设计制造等已接近国际水平，但也还存在不少的问题,主要有以下几个方面：

（1）岩石掘进机和盾构的设计制造的关键核心技术尚未完全掌握，与国际先进水平尚有相当大的差距，目前国内使用的盾构和掘进机基本都是国外公司设计制造的，依赖国外的局面未得到改变；

（2）岩石掘进机的应用仍然较少，掘进机数量少、机型和应用方法单一；

（3）在盾构和岩石掘进机施工中仍然出现过一些问题，如盾构施工时隧道端头塌陷、沉降过大、有的甚至引起地面建筑物的损坏等；在岩石掘进机施工中出现围岩坍塌、掘进方向严重偏差等。我国盾构和掘进机技术的前景展望及发展建议

3.1发展前景广阔

21世纪是我国隧道及地下工程大发展的世纪，据有关专家预测，到2020年，我国将要完成近6000km的地下隧道建设，平均每年约300km。到2010年，国内各种地下工程建设约需岩石掘进机、盾构约180台（不包括微型机），年均需求量约为30台，可见市场需求巨大，发展前景广阔。

（1）城市地铁快速发展，对盾构需求最多。我国城市地铁正处在高速发展期，地铁和轨道交通规划总长度已超过3000km。目前已建成和在建的数量仅占规划数量的10%多，未来城市地铁建设仍将快速发展。除上海、北京、广州、南京、深圳、天津地铁将继续需要采用较大数量的盾构施工外，武汉、杭州、苏州、成都、沈阳等城市地铁也有采用盾构施工的需求。城市地铁仍将是今后对盾构需求最多的领域。

（2）越江隧道建设方兴未艾，对大直径和超大直径盾构的需求将有快速增长。除上海、广州地铁区间越江隧道外，上海计划在2010年采用盾构法建成20多条越江隧道，穿越黄埔江的中环隧道已开工，盾构直径14.87m；穿越长江的双向六车道公路崇明隧道，采用直径15.2m的盾构施工，计划于2004年底开工；武汉长江隧道为双向四车道，采用直径12m的盾构施工，计划于2004年下半年开工建设；南京穿越长江双向六车道公路隧道已通过预可研设计，目前正在前期准备；举世瞩目的南水北调中线工程，采用2条3.9km隧洞穿越黄河，计划采用直径9m的盾构施工。此外，拟建的浦东铁路越江段也计划采用盾构法施工；北京站至北京西站的地下直径线也在考虑盾构法施工；温州欧江道路隧道、哈尔滨松花江隧道也计划采用盾构施工，正在规划之中。

（3）城市各种地下管线隧道有待发展，对盾构的潜在需求大。有关专家预测，我国城市的给水、排水、电缆、电讯、热力、输气等隧道工程的长度将超过1000km，其对小型盾构、微型盾构或掘进机的需求量也相当大。

（4）长大、特长山岭隧道增加，对掘进机需求增加。在山岭隧道工程领域，铁路和水利水电工程都将出现越来越多的长大、特长隧道，对掘进机的需求也越来越大。85km长的辽宁大伙房输水隧洞，采用3台直径8m的掘进机施工，掘进机施工长度约60km，掘进机计划2004年下半年进场掘进。云南、青海、陕西、山西、新疆等拟建的水利水电隧洞总长超过200km，约需掘进机10台。规划修建的南水北调西线工程一期约有240km输水隧洞，也计划大部分采用掘进机施工。拟建中的锦屏二级水电站4条长16.6km、直径13m的输水隧洞，也有采用掘进机施工的方案设想。

3.2 几点建议

鉴于我国盾构和掘进机巨大的市场需求以及存在的问题，实现盾构和掘进机的国产化，全面提升工程应用技术水平已是必然的趋势。作者提出如下几点建议：

3.2.1加速盾构和掘进机的研发步伐，掌握设计制造等关键技术，形成具有自主知识产权的产品，推进我国掘进机的产业化

（1）组织力量协同攻关，尽早突破核心关键技术

现代的盾构和掘进机是高科技设备，其设计制造涉及机、电、液、气、控、测、计算、结构、材料、制造、自动化、信息化、管理科学等多学科领域，是复杂的系统工程，难度很大。必须有效组织整合国内的各有关学科领域的优势技术资源共同努力方能完成。在引进技术、合作制造的同时，应组织国内设计、施工、研发、制造等单位对掘进机的核心技术、综合集成技术等进行攻关，在国外现有技术基础上进行创新，形成具有自主知识产权的全套技术和掘进机产品。

（2）国家应加大力度扶持盾构和掘进机的研发

原国家经贸委将全断面岩石掘进机技术研究与开发列为“十五”重大攻关项目，国家科技部于2002年将直径6.3m盾构掘进机研发列入了“863”重大专项，并由中铁隧道集团、上海隧道公司分别牵头，联合国内有关单位正在进行研究攻关，已在河南和上海建立盾构研发基地和设计试验中心，前期计划研制两台样机，目前正在进展之中。由于盾构和掘进机的研制风险高，基地建设及样机研制资金投入大，回报难于预期。建议国家重点扶持，在政策上实行优惠，在资金上加大投入，以使尽快建立起盾构从研究、设计、制造、工业性试验和改造，以及集产、学、研、用等为一体的研发基地。同时也避免一哄而上，粗制滥造和重复建设，造成不必要的浪费。研发的思路必须正确，不搞象计划体制下那样的“大而全”或“小而全”。

（3）建立实验工程或示范工程

盾构和掘进机样机的现场工业性试验必不可少并且十分重要。由于样机可能存在缺陷，试验性施工可能出现一些问题，甚至实验失败的可能等，由研发承担单位找寻并通过有关业主来确定试验段工程的方法不太现实，难度很大。建议国家给予特别支持，在适当的地方分别划出若干典型的专门的国产盾构和掘进机的试验性工程。

（4）加强修理改造研究和配件及消耗材料的研发

如前所述，我国目前及今后使用的盾构和掘进机数量很大，而盾构和掘进机是对地质高敏感的非标设备，并且我国地域广大，地质类型多样，因此应加强对盾构和掘进机旧设备的修理和更新改造的技术研究，以尽可能延长设备的使用寿命，提高设备利用率；同时也应加强盾构和掘进机配件和消耗材料的国产化研发，以降低工程费用。

（5）盾构和掘进机类型的多样化

我国地质类型多样，各地区环境条件不同，隧道功能和断面各异，需要的盾构和掘进机有所不同，因此，盾构和掘进机的研发宜多样化。

3.2.2进一步创新发展设计与施工技术，全面提升盾构和掘进机的工程应用水平

由于我国掘进机和盾构技术的应用将迅速增加，应用范围不断加大，遇到的地质水文条件、周边环境条件会千变万化，并且对其应用的可靠性、安全性、经济性、以及效率的要求也会随之提高，因此建议在以下几个方面加强其工程应用技术的创新研究：

3.2.2.1在盾构法方面：

（1）进一步研究盾构与地质的适应性关系，以及地中障碍物的超前探测技术，开发盾构在复杂地质条件及穿越障碍物时的安全、高效掘进技术及配套技术；

（2）深入研究高水压下和长距离隧道盾构（包括超大断面盾构）掘进技术，尤其在防突水涌水、停机检修和换刀安全技术方面应有所突破；

（3）城市地铁车站多采用明挖法，拆迁量大，对地面干扰大，费用也不断增加，因此应研究采用异型盾构修建地铁车站或单圆盾构先行掘进然后扩挖的修建车站的成套技术；

（4）应研究完善盾构辅助工法的应用配套，尤其是始发、到达端头加固技术以及联络通道的安全施工技术；

（5）简易的盾构如插刀盾构、网格盾构等在我国仍然具有一定的适应性，并且其价格低，设计制造简单，适合中国国情，目前已完全具备自行设计制造能力。建议加强对简易盾构及施工配套设备的研究开发与工程应用，研究压缩混凝土衬砌与简易盾构的成套技术。

3.2.2.2岩石掘进机法方面：

（1）进一步研究掘进机法的适应性、可靠性和经济性等方面的综合对比研究，尤其要进一步研究完善掘进机在不良地质的安全掘进技术及配套与辅助技术，以为扩展掘进机的应用提供依据和技术支持；

（2）研究应用岩石掘进机与钻爆法结合的“混合法”施工成套技术；

（3）进一步研究完善适应掘进机施工的围岩分类（或岩石分级）和地质工作规范，尤其要完善创新掘进机施工中的配套的地质超前预报技术和手段。

3.2.3 规范市场，完善法规，有序发展

目前在我国掘进机法和盾构法隧道工程的招标、投标中，还在一定程度上存在不公正、不公平，地方保护和行业保护以及无序竞争等现象，在一定程度上影响着盾构和掘进机的国产化；建筑队伍“鱼龙混杂”、低价中标，缺乏统一的权威的规范、规程等也影响着我国盾构和掘进机工程应用技术水平的提高。因此建议：

（1）建立健全并严格执行相关的政策法规，努力做到招投标的公正、公平、科学、有序，营造有利于我国盾构和掘进机产业的形成与发展及工程应用技术水平提高的市场环境，尤其要避免无资质、无业绩和无技术的队伍进入盾构和掘进机市场，要改变不合理低价中标现象；

（2）要认真总结国内外盾构和掘进机应用的经验与教训，在此基础上，结合我国国情，尽快组织编制我国盾构和掘进机研发、设计制造、和施工生产的系统完善的技术法规，使规划、设计、研制、工程建设、施工等都有法可依，有章可循。

3.2.4加速人才培养，建立数量足够的、技术过硬的队伍

目前我国在盾构和掘进机研发人才特别是高素质的复合人才十分匮乏，建议尽快培养和引进，有关高校和研究机构设置相关课程和实验室，以尽快建立起数量充足、技术过硬的研发、生产、设计、施工队伍。

五、结束语

综上所述，我国的隧道盾构和掘进机技术历经四、五十年的“波折”，特别是经过最近十多年来的快速发展，取得了显著的成就，积累了比较丰富的技术和经验，已成为世界上应用数量最大、发展最快、今后需求最大的国家。但在掘进机和盾构设计制造及工程应用技术方面总体上与先进国家相比尚有相当的差距，需要我们广大科技工作者携手努力，不断创新，迎头追赶。

作者简介：

1、郭陕云，大学本科学历，现任中铁隧道集团有限公司董事长，中国土木工程学会隧道及地下工程分会理事长，教授级高级工程师。

2、万姜林，硕士研究生学历，中铁隧道集团有限公司副总工程师，中国土木工程学会隧道及地下工程分会秘书长，教授级高级工程师。

通讯地址：河南省洛阳市陵园东路3号院，邮编：471009

联系电话：0379-2632027，2632757（总工办），***（万姜林）

email:crtgzgb@163.com,wjlctg@163.com

第五篇：激发创新活力 支撑跨越发展——我国深化科技体制改革加快建设创新型国家综述

激发创新活力 支撑跨越发展

——我国深化科技体制改革加快建设创新型国家综述

中国科学院深圳先进技术研究院是一个创立仅６年的科研机构，短短６年来，它在新能源与新材料、云计算与物联网等领域成功孵化了６０家战略性新兴企业。

“先进院从成立之初就致力于体制机制创新，集应用基础研究和产业化为一体，提高科研成果的转化效率和质量。”院长樊建平说。深圳先进技术研究院走出了一条推动科技成果产业化的成功路径。它的实践正是我国不断深化科技体制改革，加快建设国家创新体系的一个缩影。

近年来，从推动科技与经济紧密结合到建立企业为主体的技术创新体系，从大力培养引进高层次创新人才到完善科研管理体制……我国积极推进科技体制改革，极大地解放和发展了科技生产力，为经济社会发展提供了坚实的支撑。

我国原有科技体制形成于计划经济下，其突出特点是科技资源集中在政府所属独立科研院所。随着改革开放和市场经济体制的逐步确立，其弊端日益突出。

科技和经济“两张皮”、关键技术自给率低、科技资源配置过度行政化与分散重复并存、科技人员的积极性创造性难以发挥……一个科学合理、富有活力、更有效率的科技体制机制亟待建立。

１９８５年，中共中央发布《关于科学技术体制改革的决定》，1

全面启动了科技体制改革。确立“科教兴国”战略，开展科研院所结构调整试点，推动应用开发类科研院所企业化转制和社会公益类科研机构分类改革……科技体制改革稳步推进。

２００６年，党中央国务院召开全国科学技术大会，发布了《关于实施科技规划纲要，增强自主创新能力的决定》，提出要有效整合全社会科技资源，形成相互促进、充满活力的国家创新体系。

随后，党的十七大提出要提高自主创新能力，努力建设创新型国家，明确了进一步深化科技体制改革的方向：科技要为经济社会的全面协调可持续发展提供更有力的支撑。

经过多年的努力，我国科技体制改革取得了重要进展和显著成效。上世纪末以来，全国１３００多家科研院所陆续完成企业化改制，从体制上走出了产业类院所游离于经济主战场之外的困境。公益类科研院所的分类改革也积极推进，在用人、分配、考核等方面进行了有益探索。

科技体制改革在优化科技力量结构和布局的同时，大大促进了科技与经济的紧密结合。科研院所走出“围墙”，担当起建设创新型国家的脊梁，一批创新能力强、经济效益佳的“明星”企业，成为行业发展的领头羊。

通过深化改革，政、产、学、研、用相结合的国家创新体系建设全面推进。尤其是企业“挑大梁”“唱主角”，技术创新主体地位进一步增强。华为、大唐、海尔……一批拥有自主知识产权的企业开始在全球高新技术产业格局中占有一席之地。

统计显示，近两年，企业在我国全社会研发支出中所占份额不断提高，国家科学技术进步奖中，三分之二的项目由企业牵头或参与完成。

就像鱼儿离不了水，科技发展也离不开一个良好环境。近年来，我国在金融、税收、政府采购、创新文化等方面积极采取措施，同时着力营造宽松包容的学术氛围，进一步激发了广大科技人员积极性和创造性。

人才是科技发展的关键因素。我国积极培养引进高水平领军人才和青年科技人才，并在选才、引才、用才和激励机制等方面进行了积极探索和实践，不断破除束缚人才成长的体制机制障碍。

科技支撑发展，创新引领未来。经过改革的洗礼，一家家科研院所的创新能力不断增强，一个个科技型企业在市场中站稳脚跟，一项项重大技术突破引领着全行业的发展……科技创新带来的活力和效益不断显现。

——我国科技资源总量稳步增长，２０１１年全年研究与试验发展（Ｒ＆Ｄ）经费达到８６１０亿元，增幅为２１．９％，占国内生产总值的１．８３％，居世界第三位。

——科研产出大幅增长，论文被引用数上升到世界第七位，２０１１年发明专利授权量达到１７．２万件，增长２７．４％，居世界第三位。

——重大创新成果亮点纷呈，太空漫步、蛟龙潜海、超级计算机、铁基超导、高速铁路、超级杂交稻、基因测序等一批科技重点工程、重大项目佳音频传。

——围绕支撑传统产业发展、培育和发展战略性新兴产业等重大任务，科技有效发挥了支撑引领作用，同时科技服务“三农”、惠及民生成效显著……

我国通过深化科技体制改革，创新型国家建设取得了重要进展，但也必须看到，我国科技发展中一些长期性、根本性问题还没有得到解决，如技术储备明显不足，原始创新能力较弱，科技资源投入效率还不高，科技计划和经费管理亟待改进，创新环境还不完善等。

雄关漫道真如铁，而今迈步从头越。在创新型国家建设的道路上，中国广大科技工作者仍将肩负重任，砥砺前行。

（新华社记者吴晶晶、顾瑞珍）