大直径盾构隧道工程技术 - 图文

2026/4/23 11:15:51

对付不均匀沉降、地震作用的构造措施 不

由于在掘削深层混合处理水泥系改良过的地基土时,所使用的含水泥粉末的钙离子要溶解于稳定液中,经和稳定液中的粘土粒子结合的结果、稳定液就此呈凝胶化,使稳定液的流动性极度降低,担忧再也不能维持悬浊液状态。要对付这种现象,可在稳定液中添加些作为再生剂的重碳酸苏打(小苏打NaHCO3)。 相对于隔墙的东西盾构机

对本工程而言,起始于川崎人工岛东西方向上存在2条隧道的盾构机始发推进,而东西两盾构机的顶推力、各自通过后靠反力均传递至隔墙上。

本工程中的盾构机由于是对付高水压(6kg/m)的大断面盾构机,和通常的盾构机不相同的是在推进一开始时、就要相当大的推力,作为要承受反力的设计反力是设定在16000tf,而此座隔墙可以承受极限强度只有8200tf,并成为要担当承受东西两盾构机推顶力的差值在此座墙上的构造。因此,盾构机推进时推顶力的差值和承受反力撤除时的偏心压力,需要在这种极限强度以下进行管理。为此,在东西承受反力处分别设置了9个处所的变形仪、进行反力的量测。除此之外,这种量测数据、在初期掘进完成时,在撤除反力时如何判断时可以利用之。

在隔膜内推进中,盾构机推力为12000tf,而按原封不动的承受反力悉数传递出去。在掘进54环时,确认盾构机推顶力、不再按承受到的反力传递了。 1.5.2 正式掘进

本盾构机掘进的特征是大直径(衬砌外径为13.9m)、高水压(6kg/m)、自动化拼装管片、在海底地下软弱地基中作长距离的掘进,为此,所选定为密闭型的泥水加压式盾构机。这次使用的衬砌管片长度为1.5m、厚度0.65m、每块管片重约10t(分成11块)的钢筋混凝土管片衬砌结构,在一次衬砌和二次衬砌之间铺设着密封层。

盾构机是在互相重迭组成的地层中掘进的,结合各自的掘进情况、需要求得开挖面的稳定性。为此,掘进资料在实际时间内进行掘进的自动化管理、管理体系如表-3中所示内容。

此外,对一块自重为10tf的管片作人工拼装是有困难的,故此在管片的拼装过程中引入了自动化拼装的装置设备。

表-3 掘进管理系统

项 目 内 容 开挖面水压力管理 掘削土量管理 掘削管理 泥水输送管理 泥水处理管理 盾构机械操作设备 2

2

5

掘进方向控制 自动量测管理 后背压注 管片拼装 注入量检测 注入压力检测 自动化拼装装置

1.5.3 掘进和管片的拼装

盾构机掘进和管片拼装的时间实绩、表示在图-5中。此图表示为中央隧道川人北工区盾构机的掘进,和每拼装20环衬砌管片所需要的平均时间。

盾构机的掘进速度和时间,对冻结区间的5环而言,是2~3mm/min、约600分/R;在深层混合改良地基土区间的32环中,是3~9mm/min、约250分/R;其后在一般地基土区间中、则是25~35mm/min、约50分/R。

除了改良区间,掘削时间大体上趋于一定、很接近,由于对管片在短时间内作如何编排、产生了日进量的差异。

管片的拼装在初期掘进时,存在着铸铁管片和钢筋混凝土管片的组合使用情况,不得不从事于人工拼装,机械系统的事故屡屡发生,拼装精度难以维持等因素,要在规定的110分/R的目标时间内不可能完成拼装。但在400环以后,提高了正圆度、机械系统的事故清除和操作水平熟练,可以在110分/R以内完成拼装任务。对于正式掘进来说,一天最大掘进为8环,日平均量已达到5.4环水准。

自动化拼装的成功率在初期掘进时,由于正圆度精度不良、管片联结螺栓孔位置发生偏移,联结机的螺栓匝内插时的失误、成功率低下,而和拼装时间一样,随着正圆度的提高、就可维持较高的成功率。

图-5 盾构机掘进和拼装管片的时间

在图-6、图-7中分别表示管片衬砌成环的正圆度和拼装时间的变化。

照片-3中表示在完成了拼装之后的盾构隧道全景。

6

照片-3 盾构隧道全景

7. 结语

所谓大断面、长距离、海底下如此规模的盾构机掘进工程,浮岛工区北线区间是从1994年8月始发推出、经过2年的岁月,于1996年8月无事故的完成了盾构隧道的掘进工程。

2 多圆形盾构及工程实例

2.1 双圆盾构DOT工法

(1) 原理概要

所谓DOT(Double O Tube)盾构是在同一个开挖平面上安装两对辐条形刀具的土压式盾构。相邻两对辐条形刀具像齿轮一样互相吻合,转向相反并给予同步控制,以防止两刀具在旋转过程中互相碰撞,接触。可同时开挖两条隧道的一种较为经济合理的盾构施工法,既可用于浅覆土和各种土的开挖。安装在盾构两侧的千斤顶通过对其支撑方向的调整可用来纠正盾构旋转方向的偏位。而且,为安装圆环片以外的管片如海鸥式连接管片和中间立柱管片,盾构机内还配备了单臂管片拼装机。

(2) 特点

DOT盾构法具有以下特点:

1) 断面面积小,经济合理:铁路和公路等隧道要求断面扁平式,与一般圆形断面相比多余的开挖断面少,使隧道断面更合理,更经济。

2) 双圆的布置形式自由:可自由的布置两个圆断面如纵向,横向或斜向,受周边建筑物,地下管线和其它障碍物的影响小,有利于隧道线形规划。

3) 盾构姿态控制容易:因刀具被设计在同一个平面内,故盾构开挖时的平衡性能好,姿态控制容易。 4) 总体成本低:可合理的选择断面形状,隧道的宽度和施工深度在一定程度上可以减小,降低总体成本。

(3)工程实例

DOT盾构施工法在公路和铁路等工程中得到了广泛的运用。工程施工实例已超过10例,其中单个盾构的最大直径为9.36m,隧道的最大开挖宽度为15.86m。以下照片其中的3个工程实例,主要技术指标分别如下: 盾构(a):宽10.69m,高6.09m,施工长度850m,覆土深度8.3~5.0m,土质为淤泥质粉土和淤泥质粘土。 盾构(b):宽15.86m,高9.36m,施工长度249m,覆土深度13.5~17.5m,土质为硬质粘性土和砾石。 盾构(c):宽11.12m,高6.52m,施工长度1007m,覆土深度11.5~32.1m,土质情况为粘性土和砂性土。

7

盾构(a) 隧道

2.2 双圆盾构MF工法 (1) 原理概要

MF(Multi Face)盾构由多个圆形断面的一部分错位重合而成,可同时开挖多个圆形断面的盾构法。隧道有效面积较开挖面积相等的单圆断面而言要大,是一种较为经济合理的断面形式。2个或多个大小不同的圆形断面通过一定规则的叠合可提供任意断面形式的隧道,在隧道线路规划时对线形的选择有更多的灵活性。上下空间受限制的情况下则可选择横向叠合式。MF盾构法更适用于地铁车站,共同沟和地下停车场等大断面隧道的开挖。下图为MF盾构法应用范围示意图。

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