超大直徑盾構(gòu)隧道工程技術(shù)的發(fā)展

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1、超大直徑盾構(gòu)隧道工程技術(shù)的發(fā)展傅德明周文波上海市土木工程學(xué)會摘要：論文介紹了日本、德國的直徑大于14m的盾構(gòu)法隧道工程技術(shù)的開發(fā)及在越江跨海和城市地下道路工程中的應(yīng)用過程。近6年來，我國上海在越江道路隧道工程中采用φ14.89m盾構(gòu)施工2條雙層4來4去8車道的超大斷面隧道；又在長江底下采用2臺φ15.43m盾構(gòu)連續(xù)掘進2條長7.5km的3來3去6車道的超大斷面隧道；還在市中心外灘道路下掘進了1條雙層3來3去的車行隧道。論文展望了國內(nèi)外超大斷面盾構(gòu)隧道工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道超大直徑工程技術(shù)1．超大直徑盾構(gòu)隧道工程技術(shù)的發(fā)展國

2、外盾構(gòu)法隧道工程技術(shù)在近20年來向大深度、大斷面、長距離的方向發(fā)展并建成一批超大直徑的海底隧道和城市道路隧道。世界上第一個直徑大于14m的超大直徑盾構(gòu)隧道工程是日本東京灣的海底道路隧道工程[1]。長9.4km的隧道采用8臺φ14.14m泥水盾構(gòu)掘進施工,于1996年竣工，見圖1所示。盾構(gòu)采用先進的自動掘進管理系統(tǒng)、自動測量管理系統(tǒng)和自動拼裝系統(tǒng),8臺盾構(gòu)各掘進了約2.6km并在海底實現(xiàn)了對接,體現(xiàn)了高新技術(shù)在盾構(gòu)法隧道工程中的應(yīng)用。隧道最大埋深60m，在粘土和砂性土中掘進，隧道管片分為11塊，厚度65cm，結(jié)構(gòu)計算采用彈性地基梁模型，接頭彈簧

3、系數(shù)經(jīng)管片接頭試驗取得。圖1a東京灣道路隧道工程平、剖面圖1997年6月，日本東京營團地鐵7號線麻布站工程[2]，采用1臺Φ14.18m母子式泥水盾構(gòu)掘進機，掘進一條長364m的3線地鐵隧道后進入通風(fēng)井，然后從大盾構(gòu)中推出Φ9.70m的盾構(gòu)掘進777m的雙線隧道。這是世界是第一臺大直徑的母子式盾構(gòu)，體現(xiàn)了盾構(gòu)技術(shù)的新發(fā)展。7圖1b東京灣道路隧道φ14.14m泥水盾構(gòu)圖2易北河第4隧道φ14.2m復(fù)合型泥水盾構(gòu)1997年開工的德國漢堡易北河第4隧道工程[1],長度2.6km,河底最小覆土僅為7m(小于0.5D),采用海瑞克公司制造的φ14.2m

4、復(fù)合型泥水盾構(gòu),見圖2所示。穿越的地層為堅硬的粘土、礫石,含水豐富,透水系數(shù)大,掘進施工十分困難。盾構(gòu)機中心設(shè)有3m直徑的先行小刀盤,泥水艙下部設(shè)有可破碎直徑達1200mm巨礫的破碎機;另一項新技術(shù)是地震測量系統(tǒng)，稱為“聲波軟土測探系統(tǒng)”（SSP），可為整條隧道推進過程采集數(shù)據(jù)測量，提供盾構(gòu)前20-30m的三維反射圖象。這臺盾構(gòu)掘進機還設(shè)計了在常壓狀態(tài)下的刀盤更換設(shè)施。盾構(gòu)技術(shù)體現(xiàn)了國際先進水平。易北河第4隧道工程于2003年竣工。該φ14.2m復(fù)合型泥水盾構(gòu)經(jīng)維修保養(yǎng)后于2003年用于俄羅斯莫斯科lefortovo地下道路隧道工程，掘進長度

5、2.5km，為單管3車道隧道；以后又在莫斯科西部掘進2條2.2km的道路隧道。φ14.2m復(fù)合型泥水盾構(gòu)總共掘進4條道路隧道，總長度9.5km。荷蘭格累恩哈特隧道,是阿姆斯特丹到布魯賽爾高速鐵路隧道工程，長度7,156m，中間設(shè)3座工作豎井,穿越地層為砂土，隧道埋深30m，采用法國NFM廠制造的外徑14.87m泥水氣平衡盾構(gòu)掘進機，見圖3所示。掘進施工相當(dāng)順利，日掘進速度約10m，隧道于2005年竣工。馬德里M30地下道路隧道工程一期南環(huán)線,2條3來3去隧道各長3.67km，穿越地層為堅硬、有裂隙的灰色或綠色泥灰?guī)r質(zhì)粘土和石膏。北隧道采用德國

6、海瑞克制作的Φ15.2m世界最大雙子星土壓盾構(gòu)，于2005年11月盾構(gòu)始發(fā)施工，2007年3月北隧道建成通車。南隧道采用日本三菱重工制作的15.2m土壓盾構(gòu)掘進了3664m，創(chuàng)日進度46米的紀(jì)錄。圖3荷蘭綠色心臟隧道φ14.87m盾構(gòu)圖4馬德里M30地下道路隧道Φ15.2m雙子星土壓盾構(gòu)國外直徑超過14m的盾構(gòu)隧道工程完成7項，掘進長度約43.7km。采用盾構(gòu)13臺，其中711臺為泥水平衡盾構(gòu)，僅2臺為土壓盾構(gòu)。7項工程中，5項為道路隧道，1項為鐵路隧道，1項為地鐵隧道，見表1。表1國外超大直徑盾構(gòu)隧道工程一覽表工程名稱盾構(gòu)直徑、機型隧道長度

7、（km）埋深（m）建設(shè)時間東京灣道路隧道8臺14.14m泥水盾構(gòu)9.4×2601989-1996東京地鐵7號線14.18m母子泥水盾構(gòu)1.1421997-1999易北河第4隧道莫斯科地下道路隧道14.2m泥水盾構(gòu)2.562.5+2.2×2411995-20032003-2009綠色心臟隧道14.9m泥水盾構(gòu)7352001-2006馬德里M30環(huán)線隧道2臺15.01m土壓盾構(gòu)3.67×22004-2007總計13臺43.71．我國的超大直徑盾構(gòu)隧道工程建設(shè)2.1直徑14.5m的上海上中路隧道工程2004年，上海上中路越江隧道工程引進當(dāng)時世界最大

8、直徑的φ14.87m泥水加壓盾構(gòu)（曾用于荷蘭綠心隧道工程掘進7.15km），在黃浦江下掘進施工2條隧道，掘進長度1250m,隧道結(jié)構(gòu)為雙管雙層雙向8車道[3]，見圖