0 引言
随着我国城市化进程加速和基础设施建设需求升级,大直径盾构隧道因其高效、安全和对环境影响小的特点,逐渐成为跨江越海通道、铁路隧道、城市道路隧道、城市轨道交通和地下空间开发的重要选择。 近年来,国内重大工程如上海至南京至合肥高速铁路崇太长江隧道、深圳春风隧道、济南市黄岗路穿黄隧道等均采用大直径盾构,其刀盘直径已突破 15m,向 20m 级发展。 为更好地了解我国大直径盾构隧道的修建情况,本文在文献的基础上,对2022—2024年我国新增的大直径盾构隧道进行统计,对 2022年之前统计遗漏的大直径盾构隧道进行补充,并补充盾构始发和贯通年份、地层条件、管片内径等;然后,从所在省级行政区、开工年份和盾构始发年份、下穿区域( 陆地或水域) 、地层条件、盾构刀盘直径、 盾构段长度、 盾构类型、刀盘结构形式、隧道用途等方面对截至2024年底我国修建的 ( 包括已竣工的和已开工尚未竣工的) 大直径盾构隧道的情况进行分析。
1 大直径盾构隧道统计
通过对我国大直径盾构隧道进行统计可知, 截至2024年底,我国修建的大直径和超大直径盾构隧道工程共 190 项,其中,10m≤d < 14m 的大直径 盾构隧道 100 项,具体情况见表 1; d≥14m 的超大 直径盾构隧道 90 项,具体情况见表 2。 按照隧道条数计算,大直径盾构隧道共 148 条, 超大直径盾构隧道共154条。 截至 2024 年底, 大直径盾构隧道项目已竣工 60 项, 在建 40 项 ( 其中已开工尚未始发的项目 17 项 ) ; 超大直径盾构隧道项目已竣工 40 项,在建 50 项 ( 其中已开工尚未始发的项目 19 项) 。
2 大直径盾构隧道分析
2. 1 按所在省级行政区统计
按盾构隧道所在省级行政区统计的大直径盾构隧道项目情况见图 1。 由图可见,修建大直径和超大直径盾构隧道工程最多的省级行政区前 4 位分别是上海市、广东省、浙江省和江苏省。 上海市共修建 45 项,其中,大直径盾构隧道项目 23 项,超大直径盾构隧道项目 22 项;广东省共修建 39 项,其中,大直径盾构隧道项目 18 项,超大直径盾构隧道项目 21 项;浙江省共修建 36 项,其中,大直径盾构隧道项目 18 项,超大直径盾构隧道项目 18 项;江苏省共修建 22 项,其中,大直
径盾构隧道项目 9 项,超大直径盾构隧道项目 13 项。
大直径和超大直径盾构隧道工程主要集中在长三角和
珠三角,四省市共修建 142 项工程,占比 74. 7%。
图 1 按所在省级行政区统计的大直径盾构隧道项目情况
2. 2 按开工年份和盾构始发年份统计
按开工年份统计的大直径盾构隧道项目情况见图2。 根据统计结果,可将大直径盾构隧道建设发展分为初步探索期、缓慢发展期、平稳发展期、蓬勃发展期、建设高潮期 5 个阶段。 具体为: 自 1965 年上海打浦路隧道( 我国第 1 条大直径盾构隧道) 修建至2000 年,
我国开建了 3 项大直径盾构隧道项目,属于初步探索期 ; 2001—2005 年,共开建 6 项大直径和超大直径盾构隧道项目 ( 年均开建约 1 项) , 属于缓慢发展期;
2006—2015 年共开建 40 项大直径和超大直径盾构隧道项目 ( 年均开建 4 项 ) , 属于平稳发展期;
2016—2020 年共开建 50 项大直径和超大直径盾构隧道项目 ( 年均开建 10 项 ) , 属于蓬勃发展期;
2021—2024 年共开建大直径和超大直径盾构隧道项目 91 项( 年均开建约 23 项) ,属于建设高潮期。
同一项目多条隧道存在不同开工年份时,以最早开工年份统计。
图 2 按开工年份统计的大直径盾构隧道项目情况
2021—2024 年始发的大直径和超大直径盾构隧道项目分别为 32 项和 42 项,每年始发项目情况统计见图 3。 其中,2024年始发的大直径盾构隧道项目最多,为 12 项;2021年始发的超大直径盾构隧道项目最
多,为 17 项。
同一项目多条隧道存在不同始发年份时,以最早始发年份统计。
图 3 2021—2024 年大直径盾构始发项目数量统计
2. 3 按下穿区域( 陆地或水域) 统计
按盾构隧道下穿区域统计的大直径盾构隧道项目情况见图 4。
图 4 按下穿区域(陆地或水域)统计的大直径盾构隧道项目情况
仅下穿陆地的大直径和超大直径盾构隧道项目有
75 项(42 项+33 项) ,占比约 39. 5%;只下穿水域的大
直径和超大直径盾构隧道项目有 104 项( 54 项 + 50
项) ,占比约 54. 7%;同时下穿水域和陆地的大直径和超大直径盾构隧道项目有 11 项( 4 项+ 7 项) ,占比约
5. 8%。
2. 4 按地层条件统计
按盾构穿越的地层条件统计的大直径盾构隧道项目情况见图 5。
图 5 按盾构穿越的地层条件统计的大直径盾构隧道项目情况
穿越软土地层、复合地层、硬岩地层的大直径盾构隧道项目分别有 55、 39、 6 项, 占比分别为55. 0%、39. 0%、6. 0%;穿越软土地层、复合地层、硬岩地层的超大直径盾构隧道项目分别有42、47、1 项,占比分别约为46. 7%、52. 2%、1. 1%。
2. 5 按盾构刀盘直径统计
按盾构刀盘直径统计的大直径盾构隧道项目情况见图 6。
同一项目多条隧道存在不同盾构刀盘直径时,以最大刀盘直径统计;10~ 11 m 代表 10 m≤d<11 m,其他类似。
图 6 按盾构刀盘直径统计的大直径盾构隧道项目情况
刀盘直径在 11 ~ 12 m 的项目有 49 项, 占比 最大( 约占 25. 8%) ;刀盘直径在 14 ~ 15 m 和 15 ~ 16 m 的项目分别有 42 项 和 40 项, 占比次之, 分别约占 22. 1%、21. 0%。 目前国内在建的最大盾构隧道为济南市黄岗路穿黄隧道工程,刀盘直径为 17. 50 m,盾构 段长度约为 3290 m,该项目于 2022 年开工建设,2024 年 9 月 1 日盾构始发。
2. 6 按隧道盾构段长度统计
按隧道盾构段长度统计的大直径盾构隧道项目情况见图 7。
同一项目多条隧道盾构段长度不一样时,以较长的盾构段长度为准。
图 7 按盾构段长度统计的大直径盾构隧道项目情况
1) 大直径盾构隧道项目中,盾构段长度在1000 ~3000m的项目有 45 项,占比最大,为 45%;盾构段长度在 3000 ~ 5000m的项目有 25 项, 占比次之, 为25%;盾构段最长的大直径盾构隧道为扩大杭嘉湖南排后续西部通道工程( 南段) ,长 12276m。
2) 超大直径盾构隧道项目中, 盾构段长度在
1000 ~ 3000m 的项目有47 项, 占比最大, 约为
52. 2%;盾 构段长度在 3000 ~ 5000m 的项目有20 项, 占比次之, 约为 22. 2%; 盾构段长度超过10000m 的项目有 3 项,分别为上海至南京至合肥高速铁路崇太长江隧道( 13201m) 、通苏嘉甬高铁苏州东隧道( 11658m) 、 甬舟铁路金塘海底隧道( 11210m) 。
上海至南京至合肥高速铁路崇太长江隧道是盾构段最长的超大直径盾构隧道,盾构段长度达13201m, 连接上海市崇明区和江苏省太仓市,是沪渝蓉高铁全线控制性工程。 采用“ 领航号” 盾构掘进施工,盾构刀盘直径 15. 40m,于 2024 年 4 月 1 日顺利始发。 崇太长江隧道具有“ 长、大、高、深” 四大特征( 独头掘进距离长、 刀盘直径大、 设计行车速度高、 水下埋深大) 。 建成后,高铁将以 350 km/h 的速度在长江江底穿行, 将成为全球首条高铁过江不减速的隧道。
2. 7 按盾构类型统计
按盾构类型( 泥水、土压、双模) 统计的大直径盾构隧道项目情况见图 8。 大直径盾构隧道项目中,仅采用泥水盾构的项目有 87 项( 占比 87. 0%) ,仅采用土压盾构的项目有 10 项,仅采用双模盾构的项目有 2
项,采用土压盾构和双模盾构 2 种方式施工的项目有1 项( 扩大杭嘉湖南排后续西部通道工程) ;超大直径盾构隧道项目中,采用泥水盾构的项目有 82 项( 约占
91. 1%) ,采用土压盾构的项目有 5 项,采用双模盾构的项目有 3 项。 可见,绝大多数( 约 89. 0%) 大直径盾构隧道采用泥水盾构施工。 泥水盾构凭借其高稳定性、强抗渗性和对复杂水文地质的适应性,成为跨江越海等高风险隧道的主流选择;与此同时,双模 盾构因能在复杂多变的地质条件下实现掘进模式的智能适时转换,在复合地层、 软硬不均地层等工况中 展现出独特优势, 为复杂地质隧道提供解决方案, 逐渐应用于大直径盾构隧道工程中。
图 8 按盾构类型统计的大直径盾构隧道项目情况
2. 8 按刀盘结构形式统计
按盾构刀盘结构形式( 网格、普通、常压) 统计的
大直径盾构隧道项目情况见图 9。 大直径盾构隧道项
目中,采用普通刀盘结构形式的项目有 73 项 ( 占 比
73%) ,采用常压刀盘结构形式的项目有 25 项,采用网格式刀盘结构形式的项目有 2 项;超大直径盾构隧道项目中,仅采用常压刀盘结构形式的项目有 61 项(占比
67. 7%),仅采用普通刀盘结构形式的项目有 25 项,采
用常压刀盘和普通刀盘 2 种结构形式的项目有 4 项。
可见,在 10 ~ 14 m 的大直径盾构中,主要采用普通刀盘
结构形式;在超大直径盾构中,主要采用常压刀盘结构形式。
图 9 按刀盘结构形式统计的大直径盾构隧道项目情况
2. 9 按隧道用途统计
按隧道用途( 城市道路、铁路、公路、城际/市域铁
路、地铁、竖井、城市道路与地铁合建、水工、管廊) 统计的大直径盾构隧道项目情况见图 10。 大直径盾构隧道项目中,铁路项目 24 项,占比最大,为 24%;城市
道路次之,为 23 项,占比 23%;地铁项目排名第 3,为
20 项,占比 20%;公路项目 13 项,占比 13%;城际/市
域铁路 12 项,占比 12%;前面 5 项共占比为 92%。 超大直径盾构隧道项目中,城市道路项目 44 项,占比最大,约为 48. 9%; 铁路项目次之, 有 21 项, 占比约为
23. 3%;公 路项目排名第 3, 有15 项, 占比约为16. 7%;城际/市域铁路 6 项,占比约为 6. 7%;前面 4
项共占比约为 95. 6%。
由图 10 可知,大直径盾构隧道主要集中在铁路( 含城际/市域铁路) 、城市道路、地铁和公路领域,总占比 92%;超大直径盾构隧道主要集中在城市道路、铁路( 含城际/市域铁路) 和公路领域, 总占比约为95.6%。
图 10 按隧道用途统计的大直径盾构隧道项目情况
3 结语
近十年来,我国大直径盾构隧道建设迅猛发展,因其安全、高效、对环境影响小的优点,越来越多地被应用于城市道路、铁路、公路、地铁等基础设施建设中。
通过对 100 项大直径盾构隧道工程和 90 项超大直径盾构隧道工程的统计分析,得出以下结论。
1) 我国大直径盾构隧道建设分为 5 个发展时期,
即初步探索期、缓慢发展期、平稳发展期、蓬勃发展期、
建设高潮期 5 个阶段。 具体为: 1965—2000年属于初步探索期, 2001—2005年属于缓慢发展期, 2006—
2015年属于平稳发展期,2016—2020年属于蓬勃发展期,2021—2024年属于建设高潮期。
2) 规模与增速显著。 我国大直径和超大直径盾构隧道工程项目总量达 190 项,呈现快速增长趋势。
2016 年后开工项目占比近 75%,尤其是“ 十四五” 期间
(2021—2024 年) 开工量显著增加,反映了国家重大基础设施建设需求与城市化进程加速的叠加效应。
3) 区域分布不均衡。 大直径和超大直径盾构隧道工程高度集中于长三角、珠三角,其中上海、广东、浙
江、江苏四省市占比近 75%,与区域经济密度、交通网
络升级需求密切相关。
4) 近些年大直径与超大直径盾构隧道建设并驾齐驱,甚至在 2021—2024 年超大直径盾构隧道项目在数量上逐步超越大直径盾构隧道。 随着技术的发展、
建设需求的增加,盾构隧道直径逐步增大,2004年之前主要为 14 m 以下的大直径盾构隧道,自 2005 年上海上中路隧道开工修建以来,步入了大直径与超大直径盾构隧道修建并驾齐驱的时代。
5) 传统应用领域是主流应用场景,近些年也逐步向多元化领域拓展。 城市道路、铁路、公路( 含城际/市域铁路) 、地铁等占比超 90%,为主要应用场景,近几年应用领域逐渐拓展到管廊、竖井、水工隧洞等。
6) 大直径和超大直径盾构以泥水平衡盾构为主,
同时多模盾构也逐步被应用。 针对大直径和超大直径
盾构隧道工程,泥水平衡盾构凭借其高稳定性、强抗渗性和对复杂水文地质的适应性,成为高水压、强透水、
软弱地层等高风险隧道的主流选择;与此同时,多模盾构也逐步应用于大直径盾构隧道工程中。
总之,我国大直径盾构隧道建设已成为新基建与
高端装备“ 双轮驱动” 的典范,为我国隧道及地下工程建设贡献了智慧和力量。 未来需以绿色化、智能化、标准化为导向,为国家综合立体交通网建设、城市群协同
发展、国家重大基础工程建设做贡献。
致谢
在本次大直径盾构隧道项目数据统计过程中,得到了相关单位领导、专家、同仁的大力支持和帮助,多次提供、核对数据,在此表示衷心感谢! 相关单位名单如下( 排名不分先后) 。
设计单位 17 个: 上海市隧道工程轨道交通设计研究院、中铁第四勘察设计院集团有限公司、上海市政工程设计研究总院(集团) 有限公司、中国铁路设计集团有限公司、中铁第六勘察设计院集团有限公司、北京城建设计发展集团股份有限公司、中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司、广州地铁设计研究院股份有限公司、中铁工程设计咨询集团有限公司、浙江数智交院科技股份有限公司、中铁二院工程集团有限责任公司、
中铁第五勘察设计院集团有限公司、北京市市政工程设计研究总院有限公司、苏交科集团股份有限公司、中交第二公路勘察设计研究院有限公司、上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司、艾奕康亚洲有限公司。
施工单位 21 个: 中铁隧道局集团有限公司、上海隧道工程有限公司、中铁十四局集团有限公司、中铁一
局集团有限公司、中铁二局集团有限公司、中铁四局集
团有限公司、中铁六局集团有限公司、中铁七局集团有限公司、中铁十一局集团有限公司、中铁十五局集团有限公司、中铁十六局集团有限公司、中交一公局集团有限公司、中交隧道工程局有限公司、上海市基础工程集团有限公司、上海城建市政工程( 集团) 有限公司、宏润建设集团股份有限公司、上海建工集团股份有限公司、上海公路桥梁( 集团) 有限公司、中交第二航务工程局有限公司、腾达建设集团股份有限公司、广东华隧建设集团股份有限公司。