日本在建的相铁东急直通线新纲岛站中,全长240m的车站段有34.5m采用了暗挖施工。由于暗挖区间内需设置站台,因此净空断面达到224m2(H=14m、B=19m),采用了马蹄形断面。
新纲岛站航拍
暗挖隧道断面图
由于该区间的地上建有医院和商业设施等建筑物,因此地面使用受限。虽然地层整体是N值50以上的坚固土层,但由砂层和泥岩的互层构成,砂层分布不明确,且具有丰富的地下水。
基于这种情况,施工方对NATM法、特殊明挖法、先行构筑外壳的工法(HEP&JES工法【点击阅读:非开挖技术︱运用于运营线正下方的HEP&JES工法】、矩形顶管法)的适用性进行对比研究。结果发现采用普通的暗挖法施工都具有一定困难,因此决定对研究阶段中可行性较高的先行构筑外壳方式进行改良,开发一种同时可免去到达井的新工法。
矩形钢管节推进工法概要
由于该标段内无法设置到达井,若使用先行构筑外壳型工法施工,需要在始发井内接收掘进机。根据以往的采用矩形顶管法的筑波快线六町站工程施工经验,考虑掘进机完成掘进后,壳体保留在土体内,仅接收掘进机内部机构。
此外,本次施工长度较长且为马蹄形断面,要求新工法能对应长距离(减少推进时接头阻力)、提高接头施工质量(砂浆填充的可靠度)并改进闭合部位施工性能(可消除施工误差)。最终开发了一种具有新型接头结构的矩形管节推进工法。
矩形钢管节结构概要
矩形钢管节是使用钢板焊接形成1m×1m正方形断面,管节间采用凹、凸型锁扣接头相互连接并推进。通过螺栓限位,确保接头具有必要承载力。完成推进后,在管节内填充混凝土使其形成一体化构造,作为主体结构构件。
接头结构
暗挖段施工步骤为:始发井内主顶千斤顶伸长使掘进机进入土体、依次连接后续管节,清除接头内部土体、填充接头铁件、填充混凝土、所有矩形钢管节闭合、开挖内部、完成构筑车站结构物。
暗挖段施工步骤图
此外,施工中开发了一种拉拔接收自走台车,能够缩短回收驱动装置的时间,从而提升施工效率。
驱动装置拉拔接收自走式台车
在掘进机上设置了压力式水位计和标靶分别测量竖向位移和水平位移,在后续管节上设置了陀螺仪测量旋转角度。对于基准管节的竖向和水平位移目标控制值为±10mm、一般管节为±25mm。
目前使用矩形钢管节推进工法已完成了上半部分,施工结果显示矩形钢管节的推进在水平方向、竖直方向、旋转方向都达到要求精度。在即将进行的下半部分施工中,将继续确保掘进精度,攻克马蹄形断面闭合的难题。
矩形钢管节填充施工情形
矩形钢管节上半部