第八届中日盾构隧道技术交流会综合讨论
主持人：袁大军（北京交通大学教授）
翻 译：朱伟（河海大学）
讨论嘉宾：王梦恕（中国工程院院士）
小泉 淳（日本早稻田大学）
何 川（西南交通大学）
木村定雄（金沢工业大学）
田中 弘（日本工营株式会社）
谷口 敦（大成建设株式会社）
以下为讨论实录：
话题一：掘进：上土下岩/卵石地层等复杂地质条件如何克服
主持人：经过了两天的讨论大家辛苦啦！能坚持的今天、现在、最后的，都是对盾构非常感兴趣的同志们，非常感谢各位！我们这次组委会特意安排了讨论会，我们王院士、小泉教授、何川教授，还有日方的田中弘、还有大成建设的谷口 敦，都是著名的盾构方面的世界顶尖级专家，我们准备了几个题目，请几位专家针对这些题目进行简单的讨论！第一个问题是在我们的会议议程里面也有，就是上土下岩，也就是上软下硬的地层，或者说是砂卵石地层这种地质条件下，在国内现在很热，也遇到了很多问题和麻烦，那么如何克服呢？我们想起几位世界顶尖级专家给我们出出药方，看看有没有好的办法。
王梦恕：我们隧道最怕就是在这样的交界面上修建隧道，下面是岩石，上面是软土，像这样的选线就是错误的，深圳就这样的情况，深圳本来是要降，如果降到都是岩石地层，那就这样很好，广州也是，所以在铁路隧道遇到这种情况下就要改线。大连当时就造成这样一个上软下硬的情况，大连下面是花岗岩地层，下面就要放炮，用钻爆法，上面是浅埋暗挖法。还有一个就是要用复合盾构，刀盘包括gua 刀和滚刀，来解决这个问题。现在有些风化比较高的地层也是这样的情况。
现在像北京、成都遇到的这种砂卵石地层建议不用刀盘的，就用网格式盾构，最大的特点就是网格式盾构降水下沉量最大控制在6mm，像北京就可以从2m降到20多米，多次证明最多是6mm，所以我们盾构现在的选型不一定非要采用刀盘，用刀盘打遍天下，造成刀具的磨损就非常严重，就应该搞成一个这样没刀盘的盾构，但现在还没有一个这样的。没刀盘的盾构大概2000万不到，就可以很好的应用，希望通过这次交流，能引起对盾构选型的重视。
小泉 淳：过去日本盾构隧道都是软弱地层，地质比较软，都是为避免过大的沉降进行盾构机的设计的比较多。日本地下建筑物非常多，已经塞得满满的了，所以现在的趋势是向更深的地方去建盾构隧道，那么过去建设的时候遇到的都是软基，现在就会遇到硬得岩石，卵石、漂石这种情况出现。
漂石卵石确实是比较头疼，是不是把他挤碎。如果要把他挤碎的话就需要很大的推力和扭矩，如果不把他挤碎的话，推进的时候就会向四周跑，掉下来之后就会对刀头和排除造成困难。
如果用泥水盾构的话，为了泥浆循环必须要把卵石或者漂石挤碎才能带出来，这样的话前面讲的那些困难就会出现了。现在日本经过考虑，就是不要把他破碎了，而是很好的把他取进舱里，用泥土压这样的方式把排土器的直径做大，让他能够顺利地进来顺利地出去。这样的方法，也是类似于不要面板用辐条把卵石取进来，然后带出去就可以了。
谷口 敦：我们经历过一个工程，就是一个2m的小盾构，是一个土压平衡的盾构机，遇到的漂石是30-35公分的大漂石。这样的情况下如果开口率很小的话漂石是取不进来的，所以我们就把开口率增大让石头能够进来，而且把螺旋排土器的直径也增大到50公分，采用了这样的方法。 岩石和土的就是我们讲的上土下岩的地基，这些年日本也是遇到了很多，和中国一样也是比较难办。其实盾构的刀具呢多是gua刀和滚刀，现在扇形刀也就是贝壳刀，重要的是遇到什么地层用什么样的刀和什么样的刀刃，刀怎么布局，这个很重要。用能够适用于这个地层的刀和刀刃，也有一个很重要的一点就是这个刀具能不能根据地层进行更换。如果能进行更换的话就能够适用于不同的地层。 另外一个就是滚刀进入到软土地层的话就会发生不旋转、侧磨的情况，我们正在研究一种监测器，当滚刀不转了能够马上感知，而且侧磨磨损情况能够有好的监测技术能够发现。
何川：刚才正如王院士所讲，在砂卵石地层里面主要是两个问题：一个是严重的磨耗，成都地铁最严重的时候，一个月的进度只有50-60m，就是五六十米就换一次刀，刀具已经被磨得惨目忍睹了，所以这个是很严峻的；第二个就是里面存在大的漂石，有30-50cm的，也有70-80cm的，像刚才小泉教授所讲的不是说不想碎它，用滚刀去碎它就跑到周边去了。
这个最好的办法就是如果具有排水条件，那么王院士提到的开放式盾构是最佳的、最省钱的，最省力的方法，这个也作为重要方案提出过。鉴于一部分原因，比如说全线在整个市区大范围降水，全市地下水位就会被降到很深，在万不得已的情况下还是要从其他方面想办法，其中一个办法就是适度的增大开口率，第二个就是注入减摩材料，彭润剂、CMC等把摩擦效应降低；第三个就是局部漂石的话，就把他拒之在外，不让他进来，能够进来的进来，不能进来的就一个两个挡在外面。那么经过这一系列的措施之后呢，进度就有很高的提升，那么从原来一个月的几十米增加到了两三百米，最高纪录曾经掘进500多米。
正如王院士讲了，一种方法可以做了，很多设计、施工部门就会产生依赖性，其实很多情况下是可以降水用开放式盾构，尤其是很多本身是无水的砂卵石地层就不应该用面板了，而是用开放式的。但是像另外一个方面比如南京举个例子，是无法降水的，水头很大，尽管困难还是要采用泥水式的盾构。在砂卵石地层没办法，这样讲的话在砂卵石地层掘进主要是两个方向：无水的砂卵石地层用开放式盾构是很重要的一个方向；作为无法降水的情况就要从技术方面进行进一步优化，谢谢。
主持人：关于这个问题是我们盾构界一直头疼的问题，我这里用点时间稍微归纳一下：我们两位主席，王院士和小泉教授的意见是比较相近的，王院士意见如果是大量砂卵石地层存在的话，是不应该用刀盘的，这是一个很明确的意见；小泉教授的意见是一句话说，我们不应该跟自然去打架，要把砂卵石吞进来，而不是要把它怎么样，这是小泉老师的概念。
确实，盾构机发展到今天，大家都对盾构机有很大的期待，但是我们的盾构也不能削铁如泥。那么谷口先生和何川教授的意见更具体。我觉得他们两个的意见对我们处理具体的实际问题更容易。谷口先生的意见第一个他觉得还是应该监测刀具的磨损，另外一个就是加强换刀技术的研发，因为现在换刀尤其是水下换刀人进去换还是有一定的危险，日本虽然有一些先进的技术，但是在低水压下可以，在高水压还是有一定的困难，如果能自动换的话即使磨也没关系，期待这种好的技术更多的出现。何川教授的意见就是要适当的加大开口率，加入减摩的材料，无水砂卵石条件下就是用开放式盾构。（何川补充：我还要一个意见就是排出为主，体外破碎为辅。）
话题二：衬砌：二次衬砌、单管双衬、衬砌的耐久性
主持人：由于这个问题是一个很难的问题，一两句话也很难说清楚，我们抓紧时间进入下一个问题。第二个问题就是二次衬砌、单管双层、衬砌的耐久性三个方面。
小泉 淳：在有经费的情况下，还是要尽可能的实施二衬。二次衬砌对整个隧道的寿命有非常好的作用。那么在日本比较早期的时候，觉得只要能够很便宜的把隧道做出来就可以了，不一定非要二衬，但下水道的管网是必须都做了二衬，因为污水的腐蚀的问题，但是一些电力的、通讯的隧道是没有做二衬，但经过了这几十年之后就出现了很多的问题。很多隧道出现了一些需要修补的问题，所以现在成为很大的负担。
中国的地铁建设现在到了高峰期，有非常非常多的城市现在都在建地铁，实际上日本过去有一种基本的理念，就是说现在即使不做二衬，一定要在设计上留足二衬的空间，所以这个是非常重要的，希望中国能够借鉴。
主持人：因为这个话题很重要，我还是再问小泉老师一次，刚才小泉老师回答是如果有钱的话就应该做二衬， 日本地铁没做二衬是因为没有钱吗？
小泉 淳：这个和钱没有太大的关系，日本工程的质量是非常高的，对施工公司的要求非常高，管片出现缺陷、裂缝、漏水这些情况都没有任何迹象，所以目前没有必要实施二衬，但是将来事情说不准，因为日本是一个地震比较多的国家，遇到地震管片会不会出现问题也说不准，所以为了预防这种地震造成的损坏或者损伤，所以把二衬的空间留好是他们的理念。
王梦恕：我们要给后代留下遗产，而不是留下遗憾和灾难，这个理念必须要有。第二个一定要把隧道的寿命作为主要的标准。一个寿命二三十年的建筑是建筑吗？一个楼房寿命几十年，这不叫工程。寿命必须要注重，现在像桥，悬索桥、斜拉桥，寿命就是二三十年。 现在一个悬索桥，旁边一个隧道，两个一对比，隧道一做就是百年，一百年是没有问题的。这个造价要考虑寿命。
在铁路上很重视这个，铁路上不用盾构，不用管片，因为保证不了寿命。必须用复合衬砌，复合衬砌是最适合我们国家地形和地质条件需要的，现在证明这种衬砌在任何情况下都是非常好的。坚决要执行，有钱没钱都要这样做。你要干就别怕花钱。
武汉第一条长江隧道用的是双层的，管片不行加二衬，现在这样做，因为他周围的地方太软了，没有抗力，抗力很小，管片结构本身就是不稳定结构，管片的刚度、强度、稳定性、是怎么破坏的，是稳定性破坏，而不是刚度和强度破坏。所以要研究稳定破坏的观念，抗力是关键。
木村定雄：我非常赞成王院士所说的不能给后代留下遗憾这个观点，全面赞成。现在中国日本都是一样的，大家都对施工时候的事故非常重视，但是工程完成后大家对他使用时候的风险或者是事故的重视程度还不够，甚至是比较轻视。那么从技术上看，施工时留下来的一些毛病，比如说漏水、裂缝，这些有可能在后续地震等情况下这些小毛病变成大病，这些大病可能造成使用时的很大的事故。
我和小泉先生在日本的大地震后去看了很多隧道，去做隧道的检查，检查之后发现，实际上隧道地震时出了大问题的都是在施工或者设计的时候比较勉强的，凑凑合合的做出来这个工程的，凑合的部分就出了大的问题。
所以我认为作为一个工程的施工单位，应该把施工的时候哪些地方自己感觉比较勉强的做出来的，凑合着做出来的这些东西应该有一个详细的记录，而这些记录就成为以后你的工程使用的时候的一些风险点和风险位置。往往这些最后产生的错台、裂缝、漏水、接头部位上的一些工程施工的时候处理的不好或者是难处理的部位，在后续就成为问题，所以这些记录留下来以后就会对后续的维护管理发挥比较重要的作用。
田中 弘：我是来自日本咨询公司的，从咨询或者设计的角度来看管片问题。我年轻的时候怎么样做设计呢？不是像现在有计算机，有程序，是用计算器来计算画图的时代。当时计算机属于比较欠缺，而且设计的水平也不高，在这种情况下，怎么样做设计呢？其实最重要的是要考虑到这个结构物的安全性。
比如说我们在进行管片设计的时候要考虑土压力，那么这个土压力到底有多大呢？其实确定的土压力都不是真是的施加在管片上的土压力，他只是一个设计土压力。
现在的年轻人有了非常快的计算机，我们有了有限元，有了各种软件，所以感觉上能够做很多精细的计算。现在呢计算越来越精确，越来越算的准，就变成了什么情况呢？就是安全系数就感觉越来越小，因为过去根据经验都是放大一点放大一点，现在能够算的很准了，所以呢安全系数呢可能考虑的越来越少了。而且我们现在追求廉价的或者经济的制造，所以把很多安全系数给忽略了。
基于计算机的设计技术越来越发达，但是不管你的设计技术再发达，你的设计对象像王院士说的是土，这个土是充满各种变化的。所以不是说你计算机算的很精确就是要去这样制造的，而是要根据你的计算结果在加上3倍左右的安全系数，这样呢才能够满足刚才王院士说的要给后代留遗产，这才能作为遗产留给后代。如果一点安全系数都没有是不能够留给后代的。同时呢为什么要设计出这样的，要花这个钱需要业主做出充分的说明，要做出一个好的产品。
我们作为隧道的设计者设计出来的产品还是要做到为人民服务。
何川：我接触管片研究呢有幸是从小泉教授，从1995年开始，正好20年。在这之前呢，我做了10多年的山岭隧道，钻爆法隧道。那么在这个里面我发现了一个惊人的现象，对山岭隧道、钻爆法隧道等以锚杆支护为主的加上二次衬砌的复合结构，到现在为止，里面实际的计算和现实的很多都是不一致的，不止差一倍两倍，实际差的很远，所以我们人类对山岭隧道的认识程度我个人认为还是不够的。
那么反过来对于管片衬砌结构，我先不讲理论上的问题，就从我的团队对十几座隧道，有6m直径的，一直到15m的，十几座隧道上百个断面的测试，我个人认为已经是心里基本有数，就算出来的东西跟实际的现场受力测试是相当一致的，可以说我们对他能够比较精细的分析，这是我的一个认识。
受王院士多年的学术引导，尤其是近些年来在耐久性的问题上，我和我的团队把80%以上的精力已经转移到对盾构衬砌的耐久性的研究上。那么同时山岭隧道也做一部分，主要是施工中的一些问题。 今天的主题是盾构隧道的二次衬砌，我明确地有两个理念：1、只要有条件，我认为现在的盾构隧道应该是两个选择，一个是就修上二次衬砌，满足目前设计规范所要求的所期待的100年或120年，这个是充分的保障；第二个我认为隧道的寿命远远不止100年，只要经过一定的考量，或者后期做一定的投入，那么应该会更长。我们设想一下南京地铁、北京、上海500公里、300公里已经有这么多线路并且还要增加，短短10年时间就修成了，到了100年全部瘫痪重新来搞，怎么可能呢？因此我认为还有很大的拓展空间，基于第二个观念我认为只要有可能，应该把断面修大一点，哪怕不修二衬。把盾构隧道的管片作为骨架，断面扩大以后百分之百荷载就上去了，撑不住了就不行，这个山岭隧道有很大的差别，那么二次衬砌从现有的我们所掌握的资料，包括日本在内，没有充分的证件表明二次衬砌可以延长寿命。那么从这个意义上来讲，我们先把断面修大一点，那么再过三四十年，我们肯定有很多新的技术，后人肯定比我们更聪明，这些新材料新工艺会出现，在这个基础之上隧道用到100年我们是有信心的。我再加个二衬上去也许就不是100年了，可能达到150年或者200年。所以这个地方把断面做大一点，把余量做足一点，不管怎么样，给后人一个更大的空间。 那么我刚刚抛出那个观点，很多人就问了，管片是骨架，二衬就是衣服了，骨架都撑不住了衣服能撑住吗？那我现在调研了一下二次衬砌和山岭隧道还不一样，只有薄薄的20-30多公分，没有修到山岭隧道主干道那么厚，所以这个问题还要做探讨。
谷口 敦：作为工程施工单位的一些感受，日本有一段时间大家都觉得管片薄点好，但薄了之后就发生了很多工程质量上的问题，那么现在又认为还是要稍微厚一点，基本是断面的4%左右，能保持一定的钢筋含量的话是比较合适的。
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