簡介：

DPLEX盾構法是應用具有平行連桿式開挖機構的盾構施工各種斷面形式（矩形、橢圓形等）的隧道。應用DPLEX盾構法的管片應具有一個合理的橫形斷面，即通過具有不同曲率分塊拼接在一起形成圓弧矩形。此報告簡述了DPLEX盾構開發過程中盾構和管片試驗結果。

1． 前言

近年來，為了有效地應用市區人口稠密地區的地下空間，需要發展一種新型盾構施工法，使盾構開挖隧道斷面接近實際使用合理斷面形狀。而DPLEX盾構法已經發明并得到發展以滿足工程需要。

DPLEX盾構能開挖任何形狀斷面的隧道，它是通過一種獨特的開挖機構進行開挖的，開挖面配有與開挖隧道斷面相同形狀的刀盤，這種刀盤由平行連桿機構帶動旋轉，這就可以開挖各種斷面（矩形、橢圓形等）的隧道，開挖面由開挖下的土壓進行支護。

為了檢驗盾構開挖機構和開挖面支護等功能，制造了一臺矩形斷面（1.04m×1.35m）試驗盾構，對砂、礫石、密實砂層等模擬土體進行開挖。

已制造好的用于DPLEX盾構法管片的斷面形狀是具有不同曲率半徑的圓弧矩形，這種圓弧矩形優于方形或長方形，因為前者能減小作用在跨度中心以及轉角上的彎矩。為了進一步證實管片環的能力和對管片設計有充分的根據，已生產一環 3×3.3m的管片環并進行整環負荷試驗。

2．DPLEX盾構開發試驗

2.1 試驗方法

用于試驗的盾構，各種模擬土體已備好在土箱中，用以進行開挖以檢測開挖性能、開挖面穩定情況等。

已備好的四種模擬土體分別為細砂、密實砂、礫石以及含有鵝卵石的礫石。試驗盾構的技術參數和試驗土箱全貌。

2.2 試驗結果

2.2.1 刀盤扭矩

在細砂和礫石中，刀盤扭矩約為0.5~0.7tf-m，在密實砂層中刀盤扭矩約為0.6~0.75tf-m。開挖速度為1.5cm/min。

在含有卵石的砂礫層中，當刀盤遇到卵石時，最大扭矩要超值，雖然后來停下了，但通過刀盤反轉又可重新進行開挖。在沒有遇到卵石時，如在砂層中一樣，刀盤扭矩約為0.6tf-m。開挖速度平均為0.75cm/min。

2.2.2 開挖控制

在砂與礫石兩種土層中，開挖土砂可通過注入溶劑使其成為泥漿土，同時通過裝在刀盤后的攪拌葉板使其攪拌均勻。另外盾構開挖時泥漿土的壓力要保持常值。

2.2.3 盾構位置控制

在任何模擬土體中，對盾構傾斜和旋轉均忽略不計。

2.2.4 排土情況

在砂和礫石層中，排出泥漿土坍落度為7～14cm，濕度為27～29％。

在含有卵石的礫石層中，大約每立方米含有直徑約為110mm卵石130塊左右，其中30~40％被攪拌葉板和土艙擋板粉碎。

2.3 試驗結果摘要

試驗結果可概括為以下2點：

1. DPLEX盾構的平行連桿開挖機構能安全有效地應用于各種類型土層。除外，開挖土層需要的扭矩相對小一些。

2. 在砂和礫石土層中，從開挖土的混合和開挖面穩定的控制來看，DPLEX盾構的性能可與圓形泥漿土壓盾構相比。

試驗結果表明，DPLEX盾構投入實際使用是毫無問題的。

3． 圓弧矩形管片環開發試驗

3.1 整體負荷試驗方法

管片環（3.3m×3m）橫斷面示于圖6，已拼裝好的2環管片（1/2+1+1/2）按圖7和照片 2所示方法進行整環負荷試驗。負荷施加于管片環4邊跨度中心，考慮到土質條件和地層作用負荷情況，采用如圖8所示形式加荷，管片材質為鋼筋混凝土，接頭采用鋼板和螺栓聯接。

3.2 試驗結果

3.2.1 位移

3.2.2 鋼筋與鋼構件變形

按工況3加荷到屈服點時靠近加荷點p2鋼筋變形，此變形值小于按彈性橫梁RC斷面計算值。

3.3 整環試驗結果概括

整理試驗結果可概括如下：

1. 通過彈性橫梁模式設計并考慮到有效的繞曲剛度，實際位移幾乎與計算值接近一致，所以用這種設計方法去設計DPLEX管片是適宜的；

2. 總體看，在鋼筋與鋼構件中實際變形值比計算值小。另外，在整環中破裂情況沒有表現出任何特殊薄弱點，為此可以證實管片結構在承受到可能載荷是足夠安全的，另外也證實，采用如圓形盾構使用的普通鋼板和螺栓聯接的結點是有效的。

4．隧道施工實例

4.1 工程概況

本工程是建造東京近郊Narashine城區污水排放控制隧道，該隧道作為天然水污水聯合排放，意味著隧道底部位置受到一定限制，沿施工線路不很寬暢。另外各種管道和電纜（Ф600mm供水管道、公用電纜等）埋設于施工隧道上部土層中，因為諸多因素湊合在一起，所以DPLEX盾構在世界上首次被采用。

本工程采用1臺DPLEX盾構開挖2條圓弧矩形斷面隧道（寬4.2m，高3.8m），兩條隧道間距僅為60cm。隧道覆土3～4m，隧道通過地層是細砂洪積層，隧道總長810m，包含一曲線段R=50M， 。

4.2 DPLEX 盾構

現在工程中應用的DPLEX盾構，盾構配有一個由四根垂直驅動軸轉子，刀盤與轉子偏心備置，盾構通過刀盤平行連桿轉動開挖的隧道具有圓弧矩形斷面，DPLEX盾構主要技術參數示于表3。

4.3 圓弧矩形管片

為用于直線段的混凝土管片（寬度：1.0m）。在曲線段（R=50M）采用鋼支撐。

4.4 盾構開挖工況

4.4.1 刀盤扭矩

盾構刀盤扭矩小于相同斷面面積普通圓形盾構，然而實際開挖所需扭矩是額定扭矩1/4～1/5

4.4.2 盾構千斤頂推力

DPLEX盾構千斤頂推力與普通圓形盾構相似，實際開挖需要的推力是600～700tf，大約是額定推力的1/3。

4.4.3 旋轉控制

如果矩形盾構產生旋轉，將會使管片拼裝發生困難，或難以獲得需要的斷面。 在本工程施工中，通過轉動校正盾構千斤頂和轉換刀盤旋轉方向。盾構的旋轉控制在±0.3o以內。

4.4.4 土壓力控制

由于施工工地覆土層和土結構關系，開挖時土壓被控制在0.9～1.4kgf/cm2以內，因此地表沉陷大約不超過10mm。

5． 結論

由于通過盾構開挖試驗和管片整環負荷試驗，實際應用DPLEX盾構施工法已獲得基本解決，在Narashino域污水隧道建設工程中DPLEX盾構施工法已被得到采用。盡管在工程中有幾點困難，如隧道的圓弧矩形斷面，覆土線，兩隧道之間間距極小以及曲線推進，用DPLEX盾構開挖隧道對地面和鄰近房屋均未出現大影響。

基于試驗和上述應用結果，作者認為DPLEX盾構施工法已被確立為盾構新施工法，可用于開挖任意斷面的隧道，即使含水地層隧道。還證實這種盾構的獨特的刀盤系統（偏心多軸盾構刀盤）刀盤扭矩較小和刀具磨損減小。當前應對大斷面DPLEX盾構施工法和長距離隧道施工應用進行研究，因為它在經濟和耐用方面更具優越性