上海城市交通隧道盾构施工技术综述.docx
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1、上海城市交通隧道盾构施工技术综述内容提要:上海城市轨道交通规划总长385km,地铁区间隧道采用盾构法已建设约100km。本文介绍了上海交通隧道的综合施工技术,结合上海大浦路隧道、延安东路隧道、外滩观光隧道、大连路隧道、地铁隧道和双圆隧道工程等,重点论述了网格式挤压盾构技术、土压平衡盾构技术和大直径泥水加压盾构技术的开发与应用。关键词:城市交通隧道 网格盾构 土压盾构 双圆盾构 泥水盾构 沪崇苏越江工程 1前言 上海城市人口1450万,流动人口300万,面积6340km2,目前已经成为中国的经济、贸易、金融、航运中心城市。城市的经济发展促进城市建设尤其是交通建设的发展,城市地下轨道交通具有快捷、
2、安全的特点。上海城市轨道交通线网规划17条线路,总长780km,其中地铁11条线,长度385km。已建3条线,其中地铁2条线;在建4条线,其中地铁2条线。地铁区间隧道总长度达700km,采用盾构法施工,已建约100km。 黄浦江从东北至西南流经上海城区,把上海分为浦东、浦西2部分,江面宽500m700m,主航道水深14m16m。近10年来,浦东的迅速发展促进了越江交通工程建设,采用大直径盾构建造江底交通隧道已得到广泛的应用。已建隧道5条,在建隧道4条拟建隧道6条。 上海地层为第四纪沉积层,其中040m深度内均为软弱地层,主要为粘土、粉质粘土、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粉砂土等,这类土颗粒微细
3、、固结度低,具有高容水性、高压缩性、易塑流等特性。在该类地层中进行盾构隧道掘进施工,开挖面稳定和控制周围地层的变形沉降十分困难。 上海地区盾构隧道技术的应用,始于1965年,近40年来,尤其是近10年来,盾构隧道技术广泛用于地铁隧道、越江公路隧道和其它市政公用隧道。本文就上海城市交通隧道盾构施工技术的发展和现状,作一个回顾和综述。 2网络挤压盾构掘进技术的开发和隧道工程应用 网格挤压盾构及上海地铁试验工程 1964年,上海市决定进行地铁扩大试验工程,线路位于衡山路北侧,建2条长600m的区间隧道,隧道复土10m,隧道外径,内径5m。隧道掘进施工采用2台自行设计制造的网格挤压盾构,辅以气压稳定开
4、挖面土体,于1966年底完成1200m地铁区间掘进施工,地面沉降达10cm。 打浦路隧道网格挤压盾构掘进施工 1965年,上海第一条穿越黄浦江底的车行隧道打浦路隧道,全长2761m,主隧道1324m采用网格挤压盾构掘进施工,黄浦江约600m,水深16m,见图1所示。 网格挤压盾构掘进机是中国第一台最大直径的盾构,盾构总推力达104KN,为稳定开挖面土体,采用气压辅助施工方法。盾构穿越的地层为淤泥质粘土和粉砂层,在岸边采用降水辅助工法和气压辅助工法,在江中段采用全气压局部挤压出土法施工。盾构见图2所示。 圆隧道外径10m,由8块钢筋混凝土管片拼装而成。管片环宽90cm,厚60cm。管片环向接头采
5、用双排钢螺栓联接。衬砌接缝防水采用环氧树脂。打浦路隧道于1970年底建成通车,至今已运营33年。 延安东路隧道北线网格挤压水力出土盾构施工 1983年,位于上海外滩的延安东路隧道北线工程开工建设,隧道全长2261m,为穿越黄江底的2车道隧道,其中1310m为圆形主隧道,采用盾构法施工,隧道外径11m,隧道衬砌由8块高精度钢筋混凝土管片拼装而成,管片环宽100cm,厚55cm,接缝防水采用氯丁橡胶防水条。 隧道北线圆形主隧道采用了上海隧道工程公司自行设计研制的网格型水力出土盾构,见图3所示。在密封舱内采用高压水枪冲切开挖面,挤压进网络的土体,搅拌成泥浆后通过泥浆泵接力输送,实现了掘进、出土运输自
6、动化。网格上布有30扇液压闸门,具有调控进土部位、面积和进土量的作用,可辅助盾构纠偏和地面沉降控制。网格板上还布设了20只钢弦式土压计,可随时监测开挖面各部位的土压值变化,实现了信息化施工。盾构最大推力可达105KN。盾构顺利穿越江中段浅复土层和浦西500m建筑密集区,保护了沿线的主要建筑物和地下管线。 3土压平衡盾构在城市交通隧道工程的应用和发展 土压平衡盾构的引进和开发应用 近年来,我国的城市地铁隧道、市政隧道、水电隧道、公路交通隧道已经越来越多地采用全断面隧道掘进机施工,其中用得最多的是土压平衡盾构掘进机。上海、广州、深圳、南京、北京的地铁区间隧道已经采用了31台直径的土压平衡盾构,掘进
7、区间隧道总长度达400km。土压盾构具有机械化程度高、开挖面稳定、掘进速度快、作业安全等优点,在隧道工程中有广泛的发展前景。 土压平衡盾构适用于各种粘性地层、砂性地层、砂砾土层。对于风化岩地层、软土与软岩的混合地层,可采用复合型的土压平衡盾构。在砂性、砂砾、软岩地层采用土压盾构掘进施工,应在土舱、螺旋输送机内以及刀盘上注入润滑泥浆或泡沫,以改良土砂的塑流性能。 土压盾构在上海地铁工程中的应用 1990年,上海地铁1号线开工建设,双线区间隧道选用土压平衡盾构掘进,经国际招标,7台土压盾构由法国FCB公司、上海市隧道工程公司、上海市隧道工程设计院、上海沪东造船厂联合体中标,利用法国混合贷款亿法郎。
8、第1台土压盾构于1991年6月始发推进,7台盾构掘进总长度,1993年2月全线贯通,掘进施工期仅20个月,每台盾构的月掘进长度达200250m。掘进施工穿越市区建筑群、道路、地下管线等,地面沉降控制达1cm3cm。土压平衡盾构见图4所示,其主要技术性能见表1。 1995年上海地铁二号线区间隧道开始掘进施工,地铁一号线工程所用的7台土压盾构经维修以后,继续用于二号线区间隧道掘进,同时又从法国FMT公司和上海的联合体购置2台土压盾构,上海隧道工程股份有限公司制造1台土压盾构,共计10台土压盾构用于隧道施工。 于2000年开工兴建的上海地铁明4号工程区间隧道仍将使用这10台土压平衡盾构施工。2001
9、年,向日本三菱重工购置4台土压平衡盾构,共计14台盾构正在掘进施工。 上海地铁隧道外径,衬砌环由6块钢筋混凝土管片拼装而成,通缝拼装,环宽100cm,管片厚35cm。见图5所示,地铁4号线部分区间隧道管片采用错缝拼装,环宽120cm。 上海地铁2号与1号线垂直相交,盾构从1号线区间隧道下1m穿越,掘进施工中采用地层注浆加固、跟踪注浆、信息化施工等技术措施,确保1号线地铁安全运营,沉降控制在2cm以内。地铁4号线与2号线区间隧道相交,4号线盾构从2号线隧道下1m穿越。土压盾构在城市建筑群下穿越,其沉降一般也在4cm以内。盾构平均月推进长度约250m,最快达400m/月。 双圆形盾构掘进机的引进和
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