超长距离超大直径盾构隧道施工技术

超长距离超大直径盾构隧道施工技术上海隧道工程股份有限公司總工程師楊國祥泥水盾構開挖面穩定施工二超長距離隧道快速施工四3一隧道抗浮穩定性分析3三聯絡通道施工風險控制3五工程概況主要匯報內容3七結語六盾構進出洞施工盾構施工風險預防八一、工程概況

上海長江隧道工程作為崇明越江通道“南隧北橋”的一部分

南起上海浦東五好溝，北至長興島南端。上海市崇明島長江常興島地理位置

跨越九公里的長江天塹，而後與雙塔斜拉索大橋相連，直達崇明島。总投资126亿人民币河勢、水文徑流年平均流量2.9萬m3/s年徑流量9240億m3

年輸沙總量近5億t

分流：北支分流3%南北港分流比穩定在40－60%

一、工程概況

長江口屬典型的江心沙多島型潮汐河口。呈三級分汊，四口入海格局。隧道縱剖面

隧道縱坡2.9%，隧道覆土按最大沖深（-20m）控制，正常段1D。一、工程概況

隧道地质剖面工程場區75.5m深度（相當標高–80.1m）以上的土層按其成因類型可劃分為8層，其中第①、②、③、④、⑤、⑦、⑨層又可細分為若干亞層。一、工程概況

⑦、⑨層中承壓水水量豐富，勘察期間測得承壓水水頭標高-4.15～-6.76m之間，據上海區域性資料，此承壓水水頭年呈週期性變化，水頭標高0～-8m。

工程建設規模為雙向雙管6車道公路隧道，圓隧道外徑15m，內徑13.7m，襯砌環寬2m，採用Φ15.43m泥水平衡盾構掘進機施工，掘進距離達7.5km，隧道平均覆土深度達30m以上。一、工程概况设计規模一、工程概况同期超大直徑隧道比較東京灣隧道

易北河第四隧道

竣工日期：1996年8月盾構機直徑：14.14m

一次性推進距離：2.3km8台盾構雙向推進；江中對接竣工日期：2002年

盾構機直徑：14.20m

一次性推進距離：2.1km上海上中路隧道同期超大直徑隧道比較

荷蘭綠心隧道

一、工程概况

竣工日期：2004年3月盾構機直徑：14.87m一次性推進距離：2.0km

全長7Km，每2Km設一接收井

開工日期：2004年盾構機直徑：14.87m一次性推進距離：2.1km

兩層雙向4車道

首次在工程實施前採用泥水盾構相似模型試驗，模擬在高水壓淺覆土條件下泥水盾構的推進試驗，進行超大斷面泥水盾構開挖面穩定、施工參數匹配的研究。二、泥水盾構開挖面穩定施工

模擬盾構試驗平臺模型試驗採用超級計算算機進行全三維的的准動態和動動態相結合的的數值仿真，，進行超大直直徑長距離掘掘進施工的開開挖面穩定的的預測仿真分分析，得出開開挖面破壞時時極限壓力和和開挖面破壞壞形式。開挖面穩定預預測仿真分析析网格变形总位移总应力塑性区二、泥水盾構開挖挖面穩定施工工利用曙光4000A超級計算機最新數值計算算技術和平行行計算法全三維視覺化化數值仿真模模擬盾構推進進二、泥水盾構開挖挖面穩定施工工模擬盾構推進進數值仿真總結出了一套套不同施工條條件下以及對對周邊環境保保護的盾構掘掘進施工參數數匹配優化方方法序號項目參數要求1切口水壓根據不同覆土深度、不同地質條件設定2壓力波動-0.2—+0.2kg/cm23掘進速度2-4.5cm/min遇障礙物或周邊有建構築物需要保護時應低於1cm/min4泥水指標比重1.08-1.25粘度18-25s5同步注漿根據地表變形監測資料設定、調整二、泥水盾構開挖挖面穩定施工工超大直徑管片片1:1模擬試驗研究究管片自重變形形注漿壓力隧道抗浮能力力三、隧道抗浮浮穩定性分析析超大直徑管片片1:1模擬試驗研究究三、隧道抗浮浮穩定性分析析多點注漿壓力力的技術要求求多點注漿孔同同時注漿單孔附加注漿漿壓力控制在在0.3－0.6Mpa管片頂部注漿漿壓力為其他他注漿孔位的的2/3以下土體注漿體注漿孔1.0m1.0mq=0.6Mpa<注漿附加壓力>三、隧道抗浮浮穩定性分析析三、隧道抗浮浮穩定性分析析漿液基本性能能指標名稱性能指標滲透性5×10-5cm/s初凝值30H密度1.9g/cm3坍落度12－14cm屈服值800kPa（20h）抗壓強度1.0MPa（28天）高重度、高稠稠度、抗剪型型、抗液化的的單液同步漿漿研製模型隧道上浮浮試驗研究應用本專案研研製的新型同同步注漿漿液液以及相應的的施工工藝，，隧道抗浮性性能明顯優於於傳統的漿液液；隧道後期期穩定性控制制良好。三、隧道抗浮浮穩定性分析析三、隧道抗浮浮穩定性分析析同步施工增加加抗浮稳定性性豎橫徑控制在在0.2％-0.4％D，相鄰管片高高差8mm三、隧道抗浮浮穩定性分析析四、、盾盾構構施施工工風風險險預預防防可替替換換式式刀刀頭頭及及常常壓壓工工作作艙艙四、、盾盾構構施施工工風風險險預預防防可替替換換式式盾盾尾尾刷刷應急氣囊盾尾鋼板刷第一道鋼絲刷第二道鋼絲刷第三道鋼絲刷第一道鋼絲刷应急气囊囊盾尾鋼板板刷第二道鋼絲刷第三道鋼絲刷針對超大大斷面正正面土體體穩定，，開發了了大體積積加固新新技術，，確保超超大直徑徑泥水盾盾構出洞洞階段泥泥水壓力力建立。。五、盾構進進出洞洞施工工洞圈止止水進出洞洞加固固冻结法法加固固洞圈止止水選擇了了凍結結法和和水泥泥土攪攪拌加加固兩兩種方方式在上海海中環環線隧隧道（（盾構構直徑徑14.87m）和上上海長長江隧隧道（（盾構構直徑徑15.43m）得到了應應用五、盾構進出洞洞施工進出洞加固固盾構水中進進洞五、盾構進出洞洞施工即時同步施施工预制构件件六、超長距距離隧道快快速施工車架1車架2盾構機即時同步施施工工藝100m盾構機車架1車架2·100m·····L滿足快速施施工要求六、超長距距離隧道快快速施工盾構機聯系鋼樑管線轉接車車架快速施工理理念融入盾盾構機設計計盾構機及各各系統必須須滿足快速速施工要求求。六、超長距距離隧道快快速施工即時同步施施工工藝六、超長距距離隧道快快速施工結合即時同同步施工，，採用無軌軌運輸，確確保長距離離高效水準準運輸超長距離隧隧道水平運輸技術六、超長距距離隧道快快速施工七、聯絡通通道施工風風險控制上海長江隧隧道需在長長江底下水水壓力高達達0.6Mpa的條件下施施工8條聯絡通道道，施工難難度大、風風險極高。。經充分論論證比選後後決定採用用冰凍法施施工。為確保聯絡絡通道的施施工安全，，施工中採採取以下技技術措施：：①採用在隧隧道兩側打打孔、喇叭叭口部分採採用雙排孔孔凍結措施施，以確保保凍土帷幕幕的厚度、、強度以及及與管片的的良好膠結結。②凍結孔開開孔前，先先打若干小小孔探測地地層穩定情情況。每個個鑽孔都設設有密封裝裝置，以防防鑽進時大大量出砂、、出水。③在凍結過程程和開挖過程程中加強監測測，佈置測溫溫孔和壓力釋釋放與觀測孔孔，全面監測測凍土帷幕的的形成過程，，開挖施工時時如遇凍土帷帷幕有明顯變變形及時調整整開挖構築工工藝。④設置安全門門，防止突發發事件的發生生。■聯絡通道支護護結構■聯絡通道防護護門七、聯絡通道道施工風險控控制七、聯絡通道道施工風險控控制雙排孔凍結七、聯絡通道道施工風險控控制七、聯絡通道道施工風險控控制七、聯絡通道道施工風險控控制七、聯絡通道道施工風險控控制八、結語上行線盾構2006年9月23日出洞洞2008年5月26日進洞洞下行線線盾構構2007年1月5日出洞洞2008年8月28日進洞洞工程品品質優優良良施工記記錄：：26m/天556m/月八、結結語在經濟濟全球球化趨趨勢的的推動動下，，各國國以及及各城城市間間都將將建立立更為為密切切的合合作關關係，，越江江隧道道和海海峽隧隧道具具有廣廣泛的的建設設前景景，為為提高高使用用效率率，隧隧道建建設向向大直直徑、