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延安东路南线隧道直径11.22m泥水平衡盾构与施工特点

作者:  发布:2016/3/23  浏览:
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摘 要:上海延安东路南线隧道位于原延安东路隧道南侧,是上海为缓解浦东陆家嘴金融区与市中心的过江交通而决策兴建的重大市政工程,隧道全长2207m,双车道。工程由上海隧道工程股份有限公司总承包,于1994年1月开工,1996年11月29日建成通车,历时2年10个月,比延安东路隧道北线的工期缩短3年。

上海延安东路南线隧道位于原延安东路隧道南侧,是上海市府为缓解浦东陆家嘴金融区与市中心的过江交通而决策兴建的重大市政工程,隧道全长2207m,双车道。工程由上海隧道工程股份有限公司总承包,于1994年1月开工,1996年11月29日建成通车,历时2年10个月,比延安东路北线隧道的工期缩短3年。工程设计和施工中采用了20余项“四新”技术成果,实现了工程的优质、高效、低耗。主要科技成果有:超大型泥水平衡盾构施工参数及地面沉降控制研究、隧道混凝土路面与盾构掘进同步施工技术、盾构监控系统开发及应用、隧道拱顶耐火阻燃涂料、混凝土路面防滑应用技术等。新技术成果的开发和应用使延安东路隧道南线的设计与施工技术达到了国际先进水平。

南线隧道工程中技术难度最大的是1300m圆形隧道。要在上海软土地层中修建直径11余米的隧道,并在500m黄浦江江底和建筑密集区下安全掘进和保护施工沿线的环境要求,工程决策引进了国外先进的直径11.22m泥水平衡盾构掘进机。

 

延安东路隧道南线工程纵剖面图

直径11.22m泥水平衡盾构机

延安东路南线隧道直径11.22m泥水平衡盾构机,是从日本三菱重工引进的,由上海隧道工程股份有限公司现场组装,其中大刀盘等机械部分由上海隧道机械厂承制。

泥水平衡盾构机系统,由盾构本体(包括设备台车)、泥水输送系统、同步注浆系统和泥水处理系统四大部分构成。

(1)盾构本体

盾构掘进时,由大刀盘切削土体,在泥舱内将土体与泥水搅拌成泥浆排除,完成隧道管片的拼装。共配有12台75kW刀盘驱动装置,32台液压千斤顶,管片拼装机,10kV电缆卷筒,2台1000kVA干式降压变压器,低压配电装置和盾构控制室。盾构由2路10kV高压供电。

(2)泥水输送系统

供应盾构推进所需的一定比重和粘度的泥浆水,排出含有开挖土体的泥浆。系统配有3台送泥水泵(其中2台调速),12台排泥水泵(2台一组,其中1组为调速),15套泥水阀门,以及相应的泥水管路。这些设备分布在盾构、隧道和地面沿线,是一个庞大而又分散的系统,由地面中央控制室集中控制。

(3)同步注浆体统

由地面按配比配置A、B两种浆液,分别送盾构台车的储浆筒,在推进时同步地将A、B按比例浆液注入盾尾的建筑空隙内,固结后可控制地面沉降。系统配有制液装置和清洗装置各1套,移送泵2台,压送泵4台,以及控制装置。

(4)泥水处理系统

由两个泥水沉淀池、18台旋流器、1个剩余泥水槽、1个泥水调整槽、2台排泥输送泵等组成,是一个占地面积很大的“处理工厂”,盾构所用的840m3/h流量的泥水由此生成,并将混有切削土体的泥水送回此处,经沉淀、分离处理,回收后再重复使用。

(5)盾构监控系统

盾构监控系统是一个以计算机和通讯技术为基础,配以传感器、仪表控制设备的实时远程计算机监控网络系统,基本的配置是由监控端的主机系统和若干被监控端的远方终端(RTU)所组成,形成一个二级分布式集散控制系统。

 

直径11.22m泥水平衡盾构掘进机示意图

大型泥水平平衡盾构施工技术

泥水平衡盾构采用大刀盘切削开挖面土体,并以泥浆充满开挖面,以平衡水土压力,切削土与泥浆混合后通过管道输送至地面处理。隧道衬砌采用拼装式高精度钢筋混凝土管片(共8块)组成圆环,管片宽Im、厚0.55m,用钢螺栓连接。盾构掘进监控管理采用先进的计算机监控技术,由自动计测、输送管理、同步注浆和泥水管理子系统组成。工程技术人员在短时间内掌握了盾构操纵技术,在消化吸收先进技术的基础上,对监控系统进行了泥水参数调整、水力特性改良等13个方面的优化。

泥水压力、盾构推力、刀盘扭矩、掘进速度、注浆量等施工参数的匹配是泥水平衡盾构施工的技术关键,经200m初推段施工的研究成果,为盾构穿越特殊段打下了基础。隧道掘进速度达到了每天6m,并创下日掘进13m的施工纪录。

盾构从浦东3号井始发推进,需穿越位于江边的2号风井,为避免盾构进出洞的时耗(约需3~4个月)、缩短工期,提出了盾构刀盘切削2号井地下墙围护结构,再进行竖井开挖和内衬施工的技术。该项盾构穿越已建混凝土竖井的技术在国内外尚无先例。在穿越2号井的盾构掘进中,解决了洞口地下墙低标号混凝土的浇筑和盾构掘进参数的匹配优化两大难题,穿越施工仅化了1个月。

隧道在黄浦江底的覆土层小于盾构直径11m,最小覆土仅为7.4m,易发生冒顶和涌水事故,给盾构施工带来了困难和风险。在施工中经采取泥浆配比的调整、切口水压的控制、开挖面土层深测及反馈、盾尾密封防漏措施、冒浆处理技术、江底沉降监测等综合技术,并精心施工,使盾构顺利穿越了江中浅覆土区。

盾构在浦西建筑群下掘进施工,首先遇到金陵东路自行车过街地道(盾构顶部距地道底板的最小覆土9. 7m)和地道出口处金延大厦、工商大厦裙房及地下车库(盾构与车库底部的覆土仅为1.6~4.4m)等建筑。为确保这些建筑物的安全并控制沉降,在盾构施工中进行了沉降预测。施工检测和掘进参数调整,并辅以衬砌壁后注浆等措施,控制了建筑物沉降量(小于3cm),达到了环境安全的目的。

盾构进入江西路1号风井前,在进洞段超浅覆土(覆土4~5m)首次采用了冻结加固土体的新技术。平面冻结范围为37×17m,冻结深度为4~15m,在盾构隧道上方形成了冻土拱棚。其冻结温度约-10℃,土体强度于3MPa。盾构在冻结区掘进未发生冒浆,地面隆沉小于±1cm。1号风井洞门打开后。土体自立性良好,无泥水涌入。

在1300m隧道掘进施工中,还进行了泥水平衡机理、地表沉降机理的研究,开发了盾构施工智能数据库。智能数据库具有数据储存、整理、查询、输出等功能,可进行数据分析、处理,反馈指导施工。

隧道混凝土路面与盾构掘进同步施工技术

圆形隧道的混凝土路面浇筑,一般在盾构隧道掘进施工全部结束以后才能进行。为缩短工期,提出以空间换时间的做法,即在盾构掘进的同时,在离开挖面l00m以外处进行混凝土路面的浇筑施工。

同步施工的难点主要在于确保盾构施工的运输不能中断,即保证钢筋混凝土管片在隧道拱底依靠电机车进行轨道运输,其次是要解决泥水输送管道的安装。此外,由于盾构隧道衬砌圆环拼装后存在隧道的纵向不均匀沉降及隧道受潮位影响引起的沉降,对混凝土路面结构的受力带来不利因素。

综合考虑施工空间和结构受力的特点,隧道路面最终选用预制构件与现浇混凝土相结合的复合结构,即中隔墙和拱底内衬以预制混凝土构件为主,节点部位现浇以提高刚度,路面混凝土采用现浇。在路面施工期,进行了隧道纵向沉降的监测和道面裂缝的观察,掌握了隧道沉降规律和防止道面开裂的措施。采用隧道路面同步施工技术后,在盾构隧道贯通后仅2个月,就完成了路面混凝土施工,不仅工期缩短6个月,且道面质量符合设计和使用要求。

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