论文直径14m以上盾构机在国内的应用

1、癌基金项目：上班海市科委科技柏攻关计划项目啊（编号：06伴QB1403案6）和上海市靶科委青年科技班启明星计划项拜目（编号：1板123120哀2500）扒作者简历:王笆吉云（197扒6-），男，袄高级工程师，稗硕士，从事大霸型地下工程施百工管理与技术吧研究工作，E颁-mail：拌jiyunw俺ang12搬。百直径14m以百上盾构机在国俺内的应用王吉云岸上海隧道工程半股份有限公司皑，上海，岸200082澳摘 要唉：从上海市上扳中路隧道开始埃，国内引进了扮荷兰绿心隧道皑使用过的1疤4.87m泥袄水平衡盾构机拔，实现了国内艾盾构法隧道在班直径14m以靶上等级零的突般破。随着国内扳基础设施的大哀规模快

2、速建设啊，近10年来佰国内已完成了隘6条直径14奥m以上盾构法巴隧道，在大直佰径、大深度、拌长距离和复杂爸地层施工方面矮取得了长足的八发展。本文描癌述了国内直径艾14m以上盾疤构机的工程应罢用，分析超大搬直径盾构法隧凹道应用技术现把状，探讨了相半关技术的应用伴前景。哀关键词版：直径14m氨以上；盾构机碍；隧道；大直版径罢Abstra按ct 白Since 颁we int佰roduce斑d the 熬14.87佰m奥 slurr胺y shie扳ld mac案hine i八n般 癌Shangh搬ai Sha挨ngzhon颁g Road芭 Tunne澳l, whi把ch was哀 used 佰in t

3、he靶 green败 heart稗 tunne艾l of t跋he Net把herlan阿ds, th败at is 艾a grea拌t brea班kthrou靶gh of 般shield跋 drive挨n tunn懊el in 傲diamet跋er abo啊ve 14m扮. With暗 the d矮omesti坝c infr昂astruc颁ture s胺cale a背nd rap拜id con碍struct败ion of胺 China扮 in th岸e past唉 10 ye胺ars, 6扮 tunne隘ls mor氨e than办 14m i佰n diam肮eter h笆ave be绊en

4、com伴pleted般, that白 obtai袄ns the搬 consi搬derabl阿e deve氨lopmen摆t in c叭onstru凹ction 班about 版large 霸diamet半er, lo凹ng dis疤tance,敖 large昂 depth岸, and 癌comple搬x depo霸sit. T案his pa俺per de袄scribe颁s the 芭projec把ts usi昂ng sup吧er shi俺eld ma挨chines啊(above胺 14m-d暗iamete氨r) in 搬China,敖 analy唉zes th懊e tech板nology皑 s

5、tatu八s of m疤ega tu案nnel, 罢discus败ses th耙e appl班icatio岸n pros按pect o八f rela拔ted te绊chnolo鞍gy.八Key wo版rd 八diamet百er abo白ve 14m袄; shie败ld; Tu奥nnel;靶 large翱 diame哀ter1 概况扒随着我国城市昂化进程的发展耙，交通需求量胺的增长，车道拜数不断增加，摆大直径隧道已拜然成为隧道发背展的方向之一跋，国内大型盾办构隧道工程简矮况列于表1-袄1搬13吧。伴表扮1-1 埃国内大型盾构敖隧道工程（截俺至版2012靶年）拜Table 肮1-1 S傲hield

6、 背d蔼riven 懊t懊unnel肮s 澳in 颁C唉hina八 (奥By 20吧12)百编号矮隧道名称啊所在省市哀规模暗盾构矮直径般/耙类型扮盾构掘进段长啊度把管片衬砌型式唉（外径）（内艾径）拌竣工昂日期办1绊上中路隧道凹上海碍双管双层拔双向碍8柏车道耙14.87m叭/傲泥水澳1.28km俺2敖14.5m拔13.3m扮2009.4暗2扮上海长江隧道邦上海阿双管单层澳双向芭6哀车道瓣15.43m背/斑泥水奥7.5km扳2氨15m哀13.7m案2009.1爸0瓣3矮外滩隧道瓣上海邦单管双层哎双向百6傲车道矮14.27m昂/绊土压吧1.098k佰m芭13.95m埃12.75m鞍2010.3叭4拔

7、纬七路蔼南京长江隧道坝南京百双管单层扳双向哎6碍车道鞍14.93m吧/颁泥水俺3.02km敖2版14.5m佰13.3m熬2010.5昂5扳军工路隧道凹上海肮双管双层靶双向奥8肮车道般14.87m八/扒泥水百1.5km阿2半14.5m摆13.3m半2010.6盎6办迎宾三路隧道败上海凹单管双层澳双向唉4颁车道版14.27m蔼/办土压肮1.86km唉13.95m捌12.75m俺2011.3敖7扳长江西路隧道皑上海拔双管单层奥双向稗6车道蔼15.43m白/泥水版1.5km佰2唉15m绊13.7m霸在建癌8版钱江隧道艾杭州凹双管单层扮双向6车道拔15.43m矮/泥水袄3.245k颁m2扒15m八13.

8、7m扮在建案9板虹梅南路隧道板上海安双管单层懊双向6车道敖14.93m啊/泥水暗3.39km蔼2鞍14.5m阿13.3m伴在建艾10昂纬三路过江隧碍道暗南京安双管双层俺双向8车道岸14.93m板/泥水懊南线4.13版5km哀北线3.55凹7km邦14.5m八13.3m傲在建半11扮瘦西湖隧道翱扬州绊单管双层凹双向6车道爸14.93m巴/泥水扒1.28km疤14.5m搬13.3m拌在建敖自上中路隧道捌建成国内第一吧条超大直径盾艾构法隧道开始半，国内已建成案6条14m以拜上隧道，在建班5条，其中9扮条隧道采用泥吧水平衡式盾构伴工法，2条采板用土压平衡式艾盾构工法，盾般构法在国内超按大直径隧道施敖工

9、中获得了成靶功的应用。凹从以上工程来柏看，目前国内艾超大直径隧道皑内部结构有两唉种形式：双层颁隧道，单层隧袄道，前者以外啊滩隧道为例，耙后者以上海长邦江隧道为例，吧见图1-1。百图1-1 版隧道断面示意肮图搬Fig.1-佰1 D氨iagram俺 of 颁t伴unnel 袄s般ection拔较以往11m昂级盾构而言，佰14m级盾构笆隧道在施工中背面临着多项技背术挑战和施工埃难点，包括隧版道衬砌管片及笆防水密封、隧背道内部结构、八隧道内测量、啊盾构始发和到百达、近距离穿啊越建构筑物等安，下文就上述案内容结合工程坝实际情况进行肮探讨。伴2 隧道衬砌碍管片及防水密吧封吧隧道断面尺寸暗的增大，使得安隧道

10、衬砌结构跋分块数量多、隘型号多、连接啊部位多，对其佰制作质量及受碍力特性、防水叭性能及抗剪性氨能等要求更高拜，见图2-1白，需开展整环奥加载试验、弹扒性密封垫力学稗试验对相关性办能进行检验。盎 耙图2-1 碍隧道管片分块霸及防水密封图拜Fig.2-白1 D扒iagram敖 of 爸s俺hield 版t按unnel 奥s靶egment扮 按divisi斑on八 and w板aterpr阿oof se岸aling板衬砌结构水平凹整环试验分别懊进行设计和施八工工况模拟，霸参见表2-1笆。试验的荷载拜通过千斤顶进蔼行加载，水平版和竖向加载设阿置加载点，每坝个加载点构成办自平衡加载系耙统，在试件底扳部与

11、支座钢面扒板间设钢球，邦以形成摩阻力矮较小的滚动支俺承条件，试验胺装置见图2-疤2。班表2-1 办隧道衬砌结构盎水平整环试验斑内容及检验内班容坝Table 熬2-1 安T傲he tes熬t cont盎ents败 and 哎inspec捌tion c板ontent半s 扒of瓣 阿t胺unnel 肮s拜egment俺 l岸ining 稗w傲hole 板w板reath 稗of 扳t埃unnel澳试验工况肮埋深（m）伴侧压力系数邦检验内容巴工况一埃设计工况埃15奥0.68败受力、变形、俺裂缝开展凹工况二爸15蔼0.70拔工况三佰15班0.72摆工况四肮29罢0.68耙工况五阿29埃0.70爸工况六奥

12、29案0.72肮工况七把施工工况隘在盾构内拼装柏时管片自重作笆用版（横断面）摆工况八版同步注浆及二哎次注浆压力作挨用凹（横断面）按工况九百脱出盾尾后管坝片上浮邦（纵断面）巴图2-2 癌水平整环试验扳现场佰Fig.2-唉2 搬Testin哎g 办f奥ield o矮f lini爸ng who肮le wre伴ath of巴 tunne叭l笆衬砌结构块与熬块之间或环与俺环之间的缝隙背是隧道防水的拌关键。在管片把的接缝面设有按凹槽，在槽内俺粘贴三元乙丙哀橡胶构成弹性败橡胶密封垫（哎弹性密封垫断罢面见图2-3办），结合遇水凹膨胀橡胶，共胺同完成防水功办能。三元乙丙败橡胶性能是接百缝防水的关键袄，进行多项内

13、版容试验，参见碍表2-2。吧图2-3 坝弹性密封垫断傲面图坝Fig.2-把3 D版iagram挨 of el摆astic吧 g懊asket暗 s柏ection伴表2-2 板密封垫防水性叭能试验内容板Table 拌2-2 暗T按he tes叭t cont巴ents奥 of 爸g扒asket氨 w岸aterpr盎oof pr瓣operty哎序号白试验项目袄材 料巴工 况哀1爸橡胶材料技术跋指标斑三元乙丙橡胶伴N/A捌2颁压应力与压缩隘变形试验翱三元乙丙橡胶啊错缝半3俺橡胶密封垫T胺字缝水密性试袄验搬三元乙丙橡胶拌错缝邦4百弹性橡胶密封扒垫老化后耐水昂性试验半氯盐浸泡后的佰三元乙丙橡胶芭不错缝扮通过

14、上述试验扳，验证了超大邦直径隧道衬砌爸管片各方面结背构性能和密封敖性能，确保了阿其工程应用可笆靠性。袄3 隧道内部蔼结构并行施工白充分利用隧道奥大直径、长距瓣离的特点，组搬织内部结构施阿工流水化作业埃。在盾构推进吧过程中采取预颁制和现浇结合翱的方式组织内版部道路结构施邦工，以预制口袄型构件同步吊佰装为核心，有凹助于解决盾构邦隧道施工期间般抗浮问题，并暗实现快速施工叭，见图3-1按；道路结构施胺工完成后以预板制烟道板吊装哀结合烟道口现白浇的方式，施懊工烟道层结构稗；内部结构完扒成，隧道沉降阿稳定后对路面罢结构标高进行癌全面实测，根背据实测结果确背定调坡方案，傲施工防撞墙和芭铺装层。圆隧摆道内部结

15、构施吧工组织划分参般见图3-2。拔图3-1 啊隧道安内部结构施工败示意图板Fig.3-傲1 D跋iagram柏 of 搬i伴nterna罢l stru跋cture 佰constr袄uction版 i跋nside 矮the tu叭nnel邦图3-2 隘隧道板内部结构施工疤组织划分败Fig.3-伴2 俺Constr唉uction癌 袄o岸rganiz叭ation 办of int芭ernal 邦struct艾ure co岸nstruc耙tion i蔼nside 懊the tu唉nnel芭隧道下部道路跋结构施工中以艾盾构机2号车稗架上专用吊具笆将口字型构件巴就位，形成隧袄道内部运输通办道。两侧结构耙压

16、重块和牛腿芭通过植筋与管班片连接，现浇埃成型。牛腿完捌成后，进行车安道结构现浇作袄业。以30m霸为一施工段，凹据此合理安排芭流水作业，布袄置相应工作面百。袄通过隧道下部皑道路结构施工斑，隧道内部实半现了水平汽车拌运输，优化了懊物流运输方式板，提高了物流版运输效率。背隧道上部烟道扳结构在下部道八路结构施工完凹成、铺装层施俺工前进行，烟艾道牛腿采用植拌筋方式与管片埃连接，隧道内奥定制移动式模坝架施工；预制百1.2m宽烟捌道板，采用定扳制行车将烟道癌板架设就位。扒排烟口和射流熬风机位置，为坝钢梁混凝土叠柏合结构，整体笆现浇成形。百4 隧道内测皑量佰隧道内控制测巴量包括隧道内疤平面控制测量摆和隧道内高

17、程艾控制测量，盾班构法隧道测量皑具有隧道施工拔面黑暗潮湿，颁环境较差，点艾位布设一般在哀隧道顶部，有隘时需进行点下盎对中,导线边半长较短，测量扳精度难以提高肮；盾构法隧道颁往往采用单向傲掘进，双线之巴间互不相通，绊不便组织校核颁，出现错误不版能及时发现，捌随着掘进距离坝的增长，点位伴误差的累积越盎来越大等特点板。澳在盾构始发之隘前，精确确定扮盾构切口、盾氨尾中心的平面哀位置和横向尺佰寸，并根据竖巴井高程传递，俺确定盾构切口碍盾尾中心的Z吧向数据和竖直邦径，建立盾构按相对坐标系统啊。根据施工过摆程中测量的数百据，用专业盾翱构测量软件计霸算出盾构切口白和盾尾的三维背坐标，并通过斑与隧道设计中癌心线

18、进行比较熬，确定盾构机哀的姿态，如图坝4-1所示。八图4-1 艾盾构姿态测量爸示意图案Fig.4-鞍1 D版iagram安 of 矮the 伴shield皑 attit氨ude 鞍m唉easure耙ment八隧道掘进自动扒导向系统利用班先进的测量手碍段、自动控制伴技术、电子传霸感器和计算机靶技术，可实时跋计算出盾构机把在土体中的实艾际位置、相关熬姿态和掘进趋芭势等信息，从办而指导盾构机肮沿着设计轴线艾准确的前进，肮最终到达目的唉地。皑以上海长江隧哀道为例，上述坝的测量手段为笆盾构顺利穿越鞍长江提供了施跋工保障，测量唉结果显示，工捌程竣工后，隧霸道偏离轴线小澳于12cm，瓣最终的贯通误拌差小于2

19、0m败m。绊5 盾构始发耙和到达特殊施稗工工艺办超大直径隧道疤施工，盾构始八发和盾构到达唉是有重大施工摆风险也非常关半键的施工工序拌，需要在施工半中加以重视，澳采取针对性的叭施工工艺加以半应对。癌隧道施工要求拌盾构机一次安颁装到位、不进隘行二次转接，班盾构始发工作耙井及暗埋段结八构设计中充分熬考虑盾构安装罢界线尺寸，对邦结构进行相应爸配置，需采取绊相关措施控制搬其变形，确保吧结构整体稳定哎，保证在竖向佰大跨度无支撑瓣的临时工况条稗件下进行盾构百机安装调试。唉针对盾构浅覆扳土出洞，需对奥洞口土体进行颁地基加固。工岸程施工中采取邦了三轴搅拌桩捌地基加固方式把，既减少了工澳作井施工过程案中的围护变形

20、挨，又确保了盾胺构始发安全，懊如图5-1所埃示。 艾图5-1 埃盾构始发示意笆图哀Fig.5-百1 D霸iagram肮 of 叭the s霸hield 凹o捌rigina拌ting败为简化盾构机跋到达施工流程扮，省去人工凿办除洞门环节，盎加快施工效率吧，降低过程中阿工作井两侧水傲土压力失衡的袄风险，采用盾捌构机水中到达板的方式。为配巴合该施工工艺埃，盾构到达施昂工前，对洞口昂土体进行加固办施工，对预留傲洞圈位置地下班连续墙进行特罢殊处理，采用邦玻璃纤维强化拌塑料筋（GF瓣RP）代替普袄通钢筋，盾构肮机直接切削围拜护墙体进入工哎作井，省去切矮断钢筋的工作埃，降低了盾构扒刀具在过程中凹的磨损。工作

21、斑井土建施工完碍成后，进行井鞍内加水，等候板盾构机切削地把下连续墙后进哀入。拜盾构机一旦进矮入接收井，随肮着盾构周围的颁摩擦力的消失霸以及正面的水笆压力降低，使佰得原来处于压奥紧状态的管片哀在止水橡胶条把膨胀作用及盾袄尾的拉扯下，邦容易出现松动翱，因此在最后唉10环进行特懊殊管片拼装，笆特殊管片构造袄包括剪力销和坝预应力螺栓，懊如图5-2所爸示。翱图5-2 盎盾构到达示意巴图板Fig.5-佰2 D邦iagram按 of 案the s半hield 把arrivi吧ng扳6 近距离穿案越胺针对超大直径氨盾构在城市密靶集区域内近距暗离施工对周边败建（构）筑物哎的影响保护问敖题，为确保隧拔道施工及周边

22、哎建（构）筑物凹的安全，盾构班在穿越施工过颁程中，根据被芭保护对象与隧搬道相对位置关拜系及建筑物现霸状特点，采用扒分类分区域保板护技术，对距吧离5m的被爸保护对象采用邦FCEC（全袄回转套筒施工岸工法）隔离桩碍或MJS（全哎方位高压喷射半施工工法）隔按离桩保护，对八距离10m俺的被保护对象隘采用控制盾构搬施工参数进行傲保护。大直径班隧道工程穿越佰重要建构筑物耙的情形，尤以阿长江西路隧道唉工程和外滩隧半道工程为代表盎性，如图6-肮1图6-2坝所示。扳图6-1 胺长江西路隧道艾穿越逸仙路高扒架和三号线高板架罢图6-2 芭外滩隧道穿越瓣重要建构筑物拌Fig.6-拔1 办West八 Chang捌jia

23、ng 癌Road T蔼unnel 艾p扳assing白 throu安gh败 霸Yixian百 Road 哎Viaduc扳t and 澳Shangh蔼ai Met叭ro Lin暗e 3 Vi盎aduct暗Fig.6-疤2 叭Bund柏 Tunne败l p凹assing敖 throu奥gh霸 i办mporta拜nt bui哀ldings巴长江西路隧道搬施工为近距离鞍叠次穿越逸仙隘路高架和三号隘线高架，盾构盎先南线依次近敖距离穿越高架白桩基，在浦西佰工作井内调头熬施工后，随之摆北线依次近距背离穿越高架桩霸基，最近距离艾仅1.05m暗。穿越时对高拜架桩基采用M吧JS隔离桩保傲护，同时在管绊片端面设置剪

24、半力销，最终南挨线盾构顺利穿捌越逸仙路高架拜和三号线高架敖，隧道轴线、八三号线高架、把逸仙路高架累奥计沉降均控制懊在设计要求及耙标准范围内，绊其中立柱最大笆沉降值为9.按3mm。鞍外滩隧道施工坝为连续近距离安穿越浦江饭店百、和平饭店、俺海关大楼等多袄个历史保护建傲筑物。位于出胺洞段的浦江饭耙店，与隧道边百最小净距为1扒.74.5拌m，与隧道顶安净距约为14笆.517.邦6m，穿越时暗采用FCEC俺隔离桩保护，扳最终盾构成功邦穿越浦江饭店拌，浦江饭店的办最大沉降为6隘mm；上海大敖厦与隧道距离懊5.25.皑9m，穿越时哀采用常规的注半浆隔离加固法俺加以保护，最艾终盾构成功穿笆越上海大厦，胺上海大

25、厦的部疤分测点的最终芭变形表现为隆背起，最大变形背为5.3mm疤；苏州河南岸办距离隧道1把0m的历史建蔼筑物群（例如肮上海海关距离凹11m，友邦皑大厦15m，癌中国银行22案m等），施工碍时主要采用过按程控制的措施挨对其进行保护按，最终盾构成八功穿越历史建艾筑群，历史建败筑群的最大沉癌降小于10m哎m。7 结语斑从国内首条超矮大直径隧道开邦始，中国超大摆直径盾构掘进安机数量已达1翱0台，中国超颁大直径盾构掘疤进机掘进距离扳将达到50k板m以上。面对拌工程的超大规拔模以及艰巨性哎和复杂性，隧疤道施工过程中稗面临前所未遇捌的诸多难题。拔隧道与地下工百程的大规模建袄设推动了新技肮术、新工艺、昂新材料、新设懊备的引进、开矮发和应用，盾瓣构法隧