日本盾构隧道新技术.ppt

日本隧道与地下工程新技术 傅德明2012 11 7 前言 英国是最早开发应用盾构法隧道的国家1825 1843年 布鲁诺在伦敦泰吾士河下用盾构法修建458m长的矩形隧道 11 4m 6 8m 1882年1月12日泰晤士河底隧道施工时涌入水 日本于1939 1942年 首次用盾构施工国铁关门隧道工程 盾构直径7 18m 隧道长度725 8m 1964年 开发应用 3m泥水式盾构掘进下水道工程 1969年 开发应用 7 3m泥水加压式盾构 1974年 开发应用首台土压平衡盾构 1989 1996年 日本采用8台世界最大直径14 14m泥水加压盾构 掘进东京湾海底隧道 2条隧道各长9 4km 近15年来 日本盾构隧道技术向大直径 大深度 长距离 多样化发展 开发应用盾构隧道新技术 新工法 新设备百余种 成为世界盾构隧道技术最先进的国家 日本盾构隧道技术的发展 1 日本盾构隧道新技术概况 1 1超大直径盾构技术1 2DOT盾构工法1 3MF盾构工法1 4H V盾构工法1 5偏心多轴 DPLEX 盾构工法1 6摆动型盾构工法1 7茎盾构工法1 8球形盾构工法1 9盾构隧道预应力管片工法1 10PSS Arch工法 弯曲顶管 用于东京湾海底隧道的 14 14m泥水加压盾构 1 1超大直径盾构技术 母子型 14 16m泥水加压盾构 1 2DOT盾构工法 土压型双圆盾构 DOT工法双圆盾构掘进机 MF MultiFace 盾构由多个圆形断面的一部分错位重合而成 可同时开挖多个圆形断面的盾构法 2个或多个大小不同的圆形断面通过一定规则的叠合可提供任意断面形式的隧道 MF盾构法更适用于地铁车站 共同沟和地下停车场等大断面隧道的开挖 1 3MF盾构工法 泥水加压型多圆盾构 MF工法多圆盾构掘进机 1 4H V盾构工法 H V Horizontalvariation Verticalvariation 盾构法是将几个圆形断面根据需要进行组合 以开挖多种隧道断面形式的特殊施工方法 H V施工法可同时开挖多条隧道 推进方式有像绳子一样互相纠缠在一起的螺旋式推进和让其中的某一个断面从中独立出去的分叉式推进两种方式 可根据隧道的施工条件和用途在地下自由的掘进和改变隧道断面形式和走向 H V盾构工法 1 5偏心多轴 DPLEX 盾构工法 偏心多轴盾构采用多根主轴 垂直于主轴方向固定一组曲柄轴 在曲柄轴上再安装刀架 运转主轴刀架将在同一平面内作圆弧运动 被开挖的断面接近于刀架的形状 因此 可根据隧道断面形状要求设计刀架是矩形 圆形 圆环形 椭圆形或马蹄形 偏心多轴盾构掘进机 1 6摆动型盾构工法 WaggingCutterShield 通过油压千斤顶切削器摆动动机构 兼用切削器辐条伸缩机构 用以掘削非圆形断面的盾构新机种 摆动型盾构掘进机 1 7茎盾构工法 1 8球形盾构工法 3 94m 2 68m球形盾构掘进机 1 9盾构隧道预应力管片工法 大口径预应力混凝土管片结构试验 1 10PSS Arch工法 弯曲顶管 2 日本盾构隧道新技术工程实例 2 1MF双园盾构工程实例2 2DOT双圆土压盾构工程实例2 3MF4圆盾构掘进地铁车站工程2 4MF3圆盾构掘进地铁车站工程实例2 5装卸式 圆MF盾构施工地铁车站实例2 6母子盾构工法工程实例2 7茎盾构工法施工实例2 8东京湾海底隧道工程2 9东京地铁13号线工程新技术2 10东京高速中央环线新宿线工程 2 1MF双园盾构工程实例 京叶线京桥隧道新设工程 工期1986年4月 1989年4月隧道长度619m隧道断面外径 高度 7 420mm 宽12 190mm地质洪积砂 粉砂层和砂砾层覆土厚度23 26 5m最小曲线半径R 400m 双圆泥水型MF盾构机及隧道工程 2 2DOT双圆土压盾构工程实例 高速铁道4号线茶屋坂公园工程 发包单位 名古屋市交通局施工长度 L 1007 3m工法 土压式双心圆盾构工法盾构外径 6 52m 11 12m衬砌外径 6 30m 10 90m衬砌宽 厚度 1 20m 0 30m最小曲线半径 R 500m覆土厚度 11 50 32 10m地质 洪积砂质土 N 30 50 粘性土 N 10 30 双圆土压型DOT盾构机及隧道工程 駅部大断面NATM標準断面図 大断面双圆隧道车站断面图 岛式站台 大断面双圆隧道车站断面图 侧式站台 2 3MF4圆盾构掘进地铁车站工程 4圆盾构掘进地铁车站 圆MF盾构工法施工地铁站 纵剖图 2 4MF3圆盾构掘进地铁车站工程实例 东京地铁12号线饭田桥工区建设工程 工期1992年4月 2000年12月隧道长度275m隧道断面高度 8 846mm 宽17 440mm地质江户川砂层覆土厚度26 28m最小曲线半径R 125m 世界首座3圆MF盾构工法车站 纵剖图 地铁车站位于东京饭田桥大久保大街 护城大街和目白大街交叉处 交通十分繁忙 地面是高速道路 神田川分水渠道 地下有地铁东西线 有乐町线 南北线 东电隧洞等重要构筑物交织在一起 车站埋深30m 若采用明挖工法来筑造十分困难 世界首座3原型MF盾构工法车站 横剖面图 c tc 4m 世界首台3圆形MF盾构掘进机 3圆形MF盾构工法车站 3圆形MF盾构工法车站 3圆形MF盾构工法车站 4 MF 工法駅 用单圆盾构机掘进区间隧道到达车站端头井中 在端头井内 将单圆盾构的两侧装配上小型盾构 改造成三连型盾构三连型盾构掘进车站部分的整个断面后到达接收井中 在接收井中 脱卸掉两侧2台小盾构 恢复成单圆盾构 用此单圆盾构继续掘进另一段区间隧道 2 5装卸式 心圆MF盾构施工地铁车站实例 东京帝都高速交通7号线白金台二工区 工程长度 双线盾构隧道418m三连型车站盾构隧道120m施工单位 熊谷 青木建设工程共同企业体工期 1994年3月11日 1998年6月10日盾构外径 15 840mm 10 040mm地质 东京砾石层 东京层粘性土覆土厚度 15 22m 装卸式 心圆MF盾构 在工作井中将单元盾构改装成3圆盾构 心圆MF盾构掘进和拼装地铁车站 心圆地铁车站结构 大深度地铁车站构想 大深度地铁车站效果图 大深度地铁车站横剖面图 岛式车站 大深度地铁车站横剖面图 侧式车站 2 6摆动型盾构隧道工程实例 京都市高速铁道东西线建设工程 泥土加压矩形 二轴 盾构 H6 870 W10 240 L9 330隧道长度 753m覆土 8 2m 14 4m地质 洪积砂砾N 20 50以上工期 1999 10 2003 10 2 6母子盾构工法工程实例 多摩川河上游雨水干线分项工程 工法 泥土加压盾构 地层中分离式母子盾构机 工程场所 羽村市绿丘3段 青梅市末广町1段发包单位 东京都下水道局施工单位 五洋 西松 竹中土木建设共同企业体工期 2001年7月 2004年1月掘削外径 5 890mm 4 390mm隧道长度 L 1 745m母机部分988m子机部分757m管片种类 RC带榫槽管片 母子分离部分为钢管片 母机部分 5 750 厚度250mm 宽度1 200mm 子机部分 4 250 厚度250mm 宽度1 200mm 覆土 9 8m 17 8m地质 砂砾层和洪积粘土层 母子盾构工法示意图 母子盾构机施工实绩表 2 7茎盾构工法施工实例 大阪谷町筋新设管道工程 施工场所 大阪市上本町西一段 天满桥二段发包单位 西松 大林 前田 奥村共同企业体工期 1993年12月 2000年9月工法 泥水盾构工法地质 洪积层砂质土 N值在50以上 和粘性土 N值在10 20左右 的相互交迭层 谷町筋管道 干线盾构机 盾构机外径 7 26m隧道断面 外直径 7 1m施工长度 2 650m最大覆土 50m最小曲线半径 R 60m 上二本町线管道 分岔盾构机 盾构机外径 4 24m隧道断面 外直径 4 1m施工长度 850m最大覆土 50m最小曲线半径 R 20m 7 26m 4 24m泥水式茎盾构 茎盾构施工流程图 2 8东京湾海底隧道大直径盾构施工实例 东京湾横断道路位置图 东京湾横断道路一般图 东京湾横断道路工程全长15 1km 其中隧道长9 6km 桥梁长4 4km 中间设2座人工岛 人工岛长1km 工期 89年 96年费用 1万亿日元 14 14m泥水加压盾构盾构示意图 Diggingdata 東京湾横断道路浮島南工区掘削 木更津人工岛川崎人工岛桥梁出入口风井隧道内部 日本隧道与地下工程新技术 傅德明2009 3 13 日本东京至2007年底地铁已建12条线 运营总长度达292km 客流量达760万人次 日 是世界上最繁忙的地铁 东京地铁13号线工程新技术 2 9东京地铁13号线工程新技术 2001年6月开工兴建13号线 13号线位于东京西区 从池袋经新宿到涉谷 全长8 9km 工程建设总费用约2500亿日元 相当于人民币200亿元 每公里地铁建设费约22亿元 包括用地费 土木 设施工程费 车辆费等 其中土木 设施工程费占62 电气费占11 车辆费占7 用地费仅占4 建设资金来源于东西高速铁道整备事业费补助金 大陆特定财源和地铁公司自有资金 东京地铁13号线于2008年6月14日建成运营 由东京地下铁株式会社承担建设和运营 该公司目前经营9条地铁线 运营里程204km 车站191座 资本金581亿日元 职工8509人 东京地铁13号线纵剖图 地铁线路全线位于繁华的商业街区下 地铁工程采用了许多新技术新工艺新材料新设备 地铁13号线设8座地下车站 其中有6座车站与其它地铁线路平行或立体交叉换乘 车站最大埋深37m 池袋 新宿七丁目 涉谷站为地下4层 其中涉谷站规模最大 宽度36m 为地下四层五跨箱形结构 地铁车站除杂司谷站和西早稻田站采用盾构法掘进施工外 其余5座车站采用盖挖法施工 车站施工采用成熟的地下连续墙围护结构和盖挖施工工法 围护结构采用柱列式SMW桩 形成地下连续墙 基坑施工先开挖1m后把钢梁安放在地下墙顶部 然后再钢梁上放置预制的路面板 开挖 钢梁 盖板在夜间施工 不影响道路交通 地铁车站的基坑暗挖 支撑 结构混凝土浇筑在盖板下作业 地铁车站盖挖施工工法 地铁车站盖挖施工工法 车站围护结构 SMW桩 新宿七丁目和杂司谷站采用泥水固化壁 涉谷站采用5轴ECW工法 再削孔桩 地下管线悬吊保护 上下水管 煤气管 电缆通信等线路 下水道悬吊保护 车站深基坑开挖施工 5座车站采用盖挖法施工 新宿七段站工程 新宿七段站由于要考虑越站急行方案 采用上下2层站台 为地下4层结构 开挖深度达37m 车站长度达372m 车站围护采用施工精度高的地下连续墙 并作为主体结构的一部分 在大久保交叉口处 为避开 4 4m的排水隧道和 2 85m的NTT电缆隧道 采用了管棚工法施工 明治神宫前车站工程 明治神宫前车站位于地铁千代田线之下并与千代田线车站站台呈T字形连接 换乘方便 还可经由千代田线车站与地面的JR山手线换乘 明治神宫前车站为地下3层 开挖深度达29m 由于地面商业街交通繁忙 分2阶段施工 第1阶段采用SMW围护 盖挖法施工 第2阶段采用BH工法的地下连续墙围护 地铁13号线盾构隧道掘进施工 地铁车站之间的区间隧道采用盾构法施工 隧道断面有 6600单线隧道 9800双线隧道 W9700 H8600复合圆形隧道三种 地铁13号线共采用9台盾构掘进10 628km 其中 3段区间隧道采用4台 6750mm 6770mm盾构掘进机施工 3台为辐条式泥土压盾构 1台为泥水加压盾构 掘进总长度4532m 2段双线隧道分别采用1台 9980mm辐条式泥土压盾构和1台 10030mm面板式泥水加压盾构 掘进长度1801m 新宿三丁目站至新千驮站采用泥水盾构掘进施工 穿越地层为粘性土 砂性土 砂砾 杂司谷站及至西早稻田站采用1台 8 17m 6 78m母子式泥水盾构和1台 8 17m 6 77m母子式土压盾构掘进施工 139m车站掘进完成后 从母盾构中推出 6 77m子盾构掘进单线区间隧道1441m 复合圆形土压盾构掘进施工 明治神宫 涉谷站为双线隧道 断面为复合圆形 采用世界第一台W9960 H8660mm复合圆形土压盾构掘进施工 该盾构刀盘采用6根辐条结构 辐条端部可伸缩 刀盘旋转仿形切削形成复合圆形断面 盾构最大推力80000km 最大扭矩18742kn m 刀盘转速0 5rap 复合圆形隧道衬砌采用8块钢筋混凝土管片拼装而成 管片环宽1600mm 厚度400mm 盾构穿越的地质为粘性土和砂性土 隧道线路上方有1条矩形下水管渠和 2800mm电缆隧道平行 须重点保护 复合圆形隧道与圆形隧道相比 由于断面有效利用率高 隧道断面减少10 左右 并可降低对环境影响 盾构穿越的地质为粘性土和砂性土 隧道线路上方有1条矩形下水管渠和 2800mm电缆隧道平行 6600单线隧道衬砌主要采用6等分的RC平板型管片 环宽1600mm 厚320mm 管片连结采用新研制的FAKT插销式接头 部分段采用环宽1250mm 厚250mm的蜂窝形RC管片 地铁车站 8000mm隧道采用7等分的RC平板型管片 环宽1600mm 厚350mm 2隧道联络通道部分用钢管片 9800mm双线隧道采用7等分的RC平板型管片 环宽1600mm 厚400mm 管片连结采用新研制的BEST插销式接头 W9700 H8400mm复合圆形双线隧道采用8块不等分RC平板型管片 环宽1600mm 厚400mm 管片连结采用新研制的DUET插销式接头 2 10东京高速中央环线新宿线工程 东京 首都高速中央环线 总长度47km 环线半径约8km 东侧和北侧已建成运营 西侧新宿线正在建设中 南侧品川线已在2004年11月列入都市计划 新宿线长11km 为地下道路 工程分为9个工区 2个用明挖法施工 7个用盾构法掘进施工 盾构隧道直径为11m 13m 西新宿隧道工程 规格 属于第2种第2等级 设计车速60km min 施工长度 599m 2条车道数 一个方向2车道 来去共计4车道隧道间隔 最小处为3 2m纵断面坡度 最大坡度0 3 隧道断面 管片衬砌外径 13 0m平面线形 最小曲线半径R 204m 中落合盾构隧道工程概要 12 02m土压盾构工作参数 新宿线中落合工区盾构法隧道长2020m 隧道外径11 2m 隧道覆土9m 23m 穿越地层为东京粘土 砂土和砂砾 最大粒径30cm 隧道掘进采用1台 12 02m的土压盾构 盾构本体长11 2m 最大推力140000kn 盾构的刀盘为辐条式 开口率达60 最大扭矩43000kn m 转速0 45rpm 螺旋输送机排土能力350m3 h 排渣粒径最大为42cm 土砂的朔流改良采用添加发泡剂 盾构推进速度20mm min 盾构始发直接切削竖井的NOMST壁 隧道衬砌采用钢管片和钢筋混凝土 RC 管片 钢管片宽150cm 厚40 43cm RC管片有2种形式 普通管片宽150cm 厚45cm 蜂窝形管片宽120cm 厚40cm 每环蜂窝形管片由8块 管片呈六角形 每次4块 每块管片用2根斜边接头螺栓联接 蜂窝形管片具有构造形状统一 制作方便 便于拼装联接 管片表面无螺孔 无须填孔处理 隧道道路内衬混凝土结构采用与盾构掘进同步施工 底板 中壁 道路等采用预制构件吊装与现浇衬混凝土相结合的施工方法 大大缩短了工期 上落合工区盾构