超大直徑盾構(gòu)

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1、超大直徑盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)綜述王華偉（中鐵十四局集團有限公司）一、工程概況1.1地理位置南京長江隧道工程位于南京長江大橋與三橋之間，連接河西新城區(qū)-梅子洲-浦口區(qū)，是南京市跨江發(fā)展戰(zhàn)略的重要標(biāo)志性工程，它的建成將徹底改變目前南京市長江單一的橋梁過江交通方式，對于緩解跨江交通壓力，促進(jìn)沿江經(jīng)濟發(fā)展，造福百姓，具有十分重要的意義。1.2水文和地質(zhì)條件盾構(gòu)隧道穿越的江面寬度約2600m，最大水深約28.8m，最大水壓力為6.5kg/cm2，江中最小覆土厚度為10.49m（0.7D）。隧道所穿越的主要地層包括：填土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂、粉細(xì)砂、礫砂、圓礫以及少量強風(fēng)化粉

2、砂質(zhì)泥巖。其中盾構(gòu)穿越強透水地層（滲透系數(shù)達(dá)10-2-10-3cm/s）2672m，占盾構(gòu)段總長度的88.4%，對刀具磨損嚴(yán)重、造成掘進(jìn)困難的礫砂、圓礫復(fù)合地層地段長1325m，占整個隧道長度的43.8％。1.3設(shè)計情況南京長江隧道工程全長5853m，按雙向6車道快速通道規(guī)模建設(shè)，設(shè)計車速80公里/小時。其中左線盾構(gòu)施工段長3022m，右線盾構(gòu)施工段長3015m。隧道施工采用兩臺直徑14.93m的泥水平衡盾構(gòu)機，由江北工作井始發(fā)向江心洲接收井同向掘進(jìn)。盾構(gòu)隧道管片內(nèi)徑13.30m，外徑14.50m，厚度60cm。每環(huán)襯砌由10塊管片組成，環(huán)寬2m14。管片拼裝設(shè)計為7

3、塊標(biāo)準(zhǔn)塊、2塊相鄰塊和1塊封頂塊，分Z型Y型兩種管片模式。管片設(shè)計強度C60，防水等級S12。二、國內(nèi)外超大直徑盾構(gòu)隧道建設(shè)情況介紹盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)問世至今已有近200年，作為隧道建造的一種先進(jìn)技術(shù)——盾構(gòu)法已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電隧道等工程領(lǐng)域，但超大直徑盾構(gòu)隧道工程實例并不多見，國內(nèi)外典型的工程項目主要有：1、國外超大型水下盾構(gòu)工程典型項目（1）日本東京灣橫斷公路隧道：1997年建成，跨海雙向4車道公路隧道，盾構(gòu)機直徑Φ14.14m，隧道總長度9.1公里，被人工島分為4.6公里和4.5公里長的兩段，每段由兩臺盾構(gòu)機對向各掘進(jìn)約2.5公里；主要地質(zhì)為

4、軟弱的沖積、洪積黏性土層以及洪積砂層，最大水壓6kg/cm2，屬于當(dāng)時最大直徑盾構(gòu)隧道。（2）德國漢堡易北河第四公路隧道：2000年1月底貫通，雙向4車道公路隧道，盾構(gòu)機直徑Φ14.2m，隧道長度為2561米，穿越的地層主要為黏土、松散至細(xì)密的砂、礫石和冰山泥灰?guī)r，最高水壓約為4.5kg/cm2，打破東京灣橫斷公路隧道直徑記錄，成為世界當(dāng)時最大直徑盾構(gòu)隧道。（3）荷蘭格林哈特隧道（綠心隧道）：2004年年底貫通，雙線鐵路隧道，盾構(gòu)機直徑Φ14.87m，隧道全長7155m，分為4個區(qū)間（最長2200米）。地質(zhì)主要為軟粘土、泥煤層和細(xì)沙，最高水壓5kg/cm2，又創(chuàng)造了一

5、個新記錄。2、國內(nèi)超大型水下盾構(gòu)工程典型項目國內(nèi)超大型水下盾構(gòu)工程典型項目主要有：上海滬崇蘇過江隧道和南京長江隧道。武漢長江隧道、獅子洋隧道、穿黃河隧道三條盾構(gòu)隧道雖然各有特點，但盾構(gòu)直徑較小，均在9.0m～11.37m之間。14上海滬崇蘇長江隧道是一條高速公路與地鐵合建的隧道，其盾構(gòu)直徑為15.44米，總長度為7470米，于2008年8月28日貫通。盾構(gòu)段穿越的主要地層為淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土、砂質(zhì)粉土等，最高水壓5.5kg/cm2。國際上直徑超過14m、采用泥水平衡盾構(gòu)建造的隧道見下表。建設(shè)時間隧道名稱掘進(jìn)距離盾構(gòu)機最大水壓地質(zhì)情況總長每段掘進(jìn)長度直徑數(shù)

6、量1989—1997日本東京灣公路隧道9.1km2.5km?14.14m8臺6.0kg/cm2軟弱的沖積、洪積黏性土層以及洪積砂層1997—2003德國漢堡易北河第四隧道2.56km2.56km?14.2m2臺4.5kg/cm2黏土、松散至細(xì)密的砂、礫石、和冰山泥灰?guī)r2000—2004荷蘭綠心隧道7.2km2.2km?14.87m4臺5.0kg/cm2軟粘土、泥煤層和細(xì)砂2004—2009上海滬崇蘇隧道7.47km7.47km?15.43m2臺5.5kg/cm2淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘土、砂質(zhì)粉土2005-2010南京長江隧道3.02km3.02km?14.93

7、m2臺6.5kg/cm2粉土、粉細(xì)砂、礫砂、卵石和強風(fēng)化巖層三、南京長江隧道的工程特點、難點及風(fēng)險點通過與上述幾個隧道相比，南京長江隧道幾乎涵蓋了其它所有典型盾構(gòu)隧工程的難點和風(fēng)險點，南京長江隧道工程是中國長江流域上工程技術(shù)難度最高、挑戰(zhàn)性最多的地下工程，作為世界級的越江工程，南京長江隧道面臨的是高風(fēng)險、高挑戰(zhàn)性的世界級難題,其特點主要體現(xiàn)在六個方面：“大”、“高”、“強”、“薄”、“長”、“險”。“大”：即盾構(gòu)直徑超大。盾構(gòu)機直徑14.93m14，是世界上直徑最大的盾構(gòu)之一?！案摺保核翂毫Ω哌_(dá)6.5kg/cm2，目前在同類盾構(gòu)隧道中，國內(nèi)首屈、世