多措并举,应对城市内硬质复合地层的长距离土压平衡盾构施工
海上的孤盗
2024年01月30日 10:36:42
来自于隧道工程
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位于日本爱知县名古屋市的302号鸣海综合管廊工程总长度6544m,其中3613m区间采用直径5960mm 土压平衡盾构掘进。施工地质包括黏土、粉土、砂砾,覆土厚度13.6~34.0m。掘进中面临 刀具磨损、快速施工、邻近地铁施工、始发接收洞门设置 等方面的挑战,如何应对,一起来了解一下。


     

     

     

     

     


     
刀具磨损      


     
挑战:       盾构掘进路线下穿302号国道沿线住宅密集地区,无法从地面新建竖井进行换刀。必要事先判断是否配备机械式换刀设备,或是基于预测刀具磨损量在中间井完成换刀。      

     
措施:       对于磨损严重的外周部先行刀具,配置了耐磨损性较好的E3类刀具,在外侧配置了耐冲击性较强的E5类刀具。内周部的先行刀具则只配备E5类的刀具。            

  

     

刀具配置

     
刀具类别      

此外,为了使强化先行刀具的容许磨损量不超过最大限值,在同一路径上配备了与其高度差40mm的刀具。

多段式强化先行刀具      

首先以第一道强化刀具为主进行切削,直到其达到了40mm的容许磨损量后,再以第二道强化刀具为主进行切削,对第一道强化刀具起到保护作用。由于40mm的磨损量是对应3613m的掘进长度,合并后刀具可应对7000m以上的掘进。



     
高效掘进      


     
挑战:       盾构掘进全长3613m,如何在单纯缩短盾构掘进和管片拼装时间以外的环节来进一步缩短施工时间,是需要解决的问题。       此外,也需要       寻找在6544m的长距离区间内,高效进行管片等物料的运输以及出渣的方法,以配       合快速施工。      

     
措施:      
① 推拼同步      
本次采用的推拼同步,为了使盾构千斤顶的行程能够伸长到1环环宽以上,采用了掘进和拼装同时进行的加长千斤顶方式。该方法是一边掘进,一边缩回管片拼装位置的千斤顶。同时,为了解决在千斤顶缩回时推进力的平衡破坏、盾构机推进方向偏离的问题,把管片拼装的位置设为了相互对称的位置,以减轻该位置的千斤顶压力。            

推拼同步的顺序      

在通常掘进中,每2环的推进时间为 60min ,拼装时间为 40min ,总计 100min 。采用推拼同步后,每2环的施工时间可缩短至 75min

施工周期对比

② 盾构装备

为了适应快速施工,采用了连续皮带传送机进行渣土运输。隧道内使用宽度为900mm的连续皮带传送机将渣土从工作面运到洞门,然后从洞门的竖井下使用垂直皮带传送机将土方搬运到地面。通过这套设备,每小时可以搬运220t的渣土。

           

隧道内连续皮带传送机概要图      



     
邻近施工      


     
挑战:       新建盾构隧道从运营地铁樱通线(外径Φ6750mm)正下方穿过,间距仅6m(=1D)。该地铁采用盾构法修建,因此需要掌握施工引起的地基松弛程度。      

     
措施:       在下穿地铁之前,为了尽可能降低影响,进行了详细的前期地质勘查,并根据勘查结果进行预测分析。通过试掘进测量和预测分析结果的比较,确定了合理的掘进控制值,为邻近施工做好准备。            



     
始发、到达洞门      


     

挑战: 本工程使用了其他工程中已建成的竖井,始发和接收处只能设置直径6100mm的洞门。相对于盾构外径5960mm,仅70mm余裕量。由于洞门密封装置无法设置在主体结构物的开口内,只能设置在主体结构物墙体外侧。该洞门密封装置的结构侵入了竖井的内部空间,需要在始发和到达后拆除。最深的鸣海竖井深度约33m,必须在0.3MPa水压环境下拼装负环管片、拆除洞门混凝土构件。


措施: 在每个竖井的始发和到达洞门,拆除了负环拼装管片和洞门混凝土。在拆除负环管片之前,首先确认了安装在管片上的止水阀的止水情况,发现虽然没有承受压力,但存在一些渗漏水情况。因此,在正环管片背面注入了水硬性硬质发泡聚氨酯。完成止水注浆后,拆除洞门密封装置和负环管片。

     
硬质发泡聚氨酯的注入情况      
本次长距离掘进中,在分段式刀具磨损的机理、石英含量较高的砂质土中刀具选择、同步推拼和渣土运输方面积累了一些经验,可以作为未来长距离掘进的参考。                  


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