高水压过海盾构隧道建设关键技术可行性初探

过海隧道在我国发展迅速,拟建的琼州海峡通道、渤海海峡通道等跨海通道将面临超长距离、超高水压隧道掘进安全等技术难题的重大突破。根据目前的研究和实践,盾构隧道掘进水压在0. 8 MPa左右,一次掘进距离在8 km以内。为解决高水压条件下过海盾构隧道安全掘进和运营期间安全服役的难题,以琼州海峡中线盾构隧道(水压1. 2 MPa、掘进长度12 km)为工程背景,采用工程类比、施工阶段关键技术分析的方法,对高水压长距离过海盾构隧道关键技术可行性进行分析,提出盾构主动换刀+被动饱和潜水带压换刀+非常状态冻结加固脱困的综合换刀技术以及可更换密封综合技术,可保障盾构超长距离掘进;提出超高水压盾构复合式管片衬砌和内外结合的多道防水结构,可保障超高水压条件下盾构管片结构的安全服役。     

高水压大直径盾构隧道刀盘配置与刀具更换关键技术

为系统总结大直径水下盾构刀盘配置与刀具更换先进技术，结合典型的水下大直径盾构隧道施工案例，分析不同地层刀具切削机制，阐述不同高水压复杂地层大直径盾构刀具配置技术。针对江底高水压、强透水、不稳定等特点，介绍常压刀盘刀具更换和带压开舱技术等。最后，提出在建及拟建的大直径盾构隧道工程中需要深入研究及探索的技术难题。     

意大利Sparvo隧道超大断面盾构施工关键技术

意大利Sparvo隧道采用直径为1555 m、开挖断面达到15615 m的土压平衡盾构进行掘进施工,是当时世界上最大直径的盾构法隧道工程之一,其施工风险高、技术难度大为业界所公认。扼要介绍意大利Sparvo隧道工程所采用的一些关键技术： 1）盾构装备的选型; 2）衬砌管片的设计与生产,包括混凝土配合比设计、配筋设计与调整、管片接头、管片止水带以及管片预制厂情况; 3）超大断面盾构隧道掘进施工关键技术,包括土体改良、易燃易爆混合气体的对策和盾构原地掉头。这些技术较好地解决了该隧道施工中出现的诸多难题,可为今后同类工程提供借鉴与参考。     

佛莞城际铁路狮子洋隧道设计综述

在建的佛莞城际铁路狮子洋隧道是第2条下穿珠江口狮子洋海域的盾构隧道,具有大直径(13.1 m)、高水压(最大水压0.78MPa)、地质条件复杂(全断面土岩复合地层、穿越3处破碎带和2处水下断层)、独头掘进距离长(长4.9 km)、行车速度高(时速200 km/h)等显著特点。本文以该隧道工程为背景,采用工程类比、资料调研、经验总结等方法,通过对工程总体设计及关键技术的阐述,解决了基岩地层水下盾构隧道合理埋深选择、管片环向错台控制、高水压管片接缝防水、循环荷载下基底软弱地层沉降控制、内部结构同步施工等技术问题,提出了铁路盾构隧道管片双掺钢纤维及聚丙烯纤维以提高耐火性的方法,同时对复合地层(尤其是破碎地层)盾构选型、高水压条件下开舱技术进行了探讨。     

琼州海峡隧道超大直径盾构新技术展望

为适应跨江越海隧道工程建设不断发展的需要,盾构正在向超大直径、超长距离、超大埋深方向发展。以琼州海峡隧道为工程背景,结合其超大埋深、超高水压、超大断面、特长距离及地质复杂多变等特点,在详细分析国内外大埋深超大直径盾构技术发展的基础上,对琼州海峡隧道等类似大埋深超大直径盾构工程所面临的超大直径盾构设计制造、盾构特长距离掘进、超高水压条件下盾构密封及特长隧道水下对接等技术挑战进行了论述,并对预期可望获得的大埋深超高水压条件下的超大直径盾构总体设计及集成技术、高效破岩及长寿命刀盘刀具优化设计技术、盾构防水密封设计与制造技术、常压换刀装置设计技术、特长距离掘进地中对接施工装备技术等盾构新技术进行了展望。     

超高水压越江海长大盾构隧道工程安全

随着中国交通建设和城市建设的迅猛发展,越江跨海盾构隧道工程大量增加,而且工程规模(隧道的直径和长度等)和水压条件也在增加。现阶段,仍未明确定义高水压,但一般以0.5 MPa作为高水压的分界线。近期,中国在长江、黄河以及珠江等所建设的高铁、公路以及地铁等盾构隧道工程水压均超过了0.5 MPa,正在筹划建设的琼州海峡隧道等水压更大,将高达2.0 MPa,面临巨大挑战。为此,国家决定针对超高水压(2.0 MPa)越江海长大盾构隧道工程安全问题展开“九七三”计划基础研究。研究采用理论分析、物理试验(室内、室外试验和模型试验)、数值模拟分析和监控测量等多种手段,针对其中涉及的多元、多相和多场耦合物理本质,对高水压水土与结构静动相互作用机理、盾构掘进中的动静力学机理、隧道结构特性及防水特性动态演化机理等核心问题进行深入系统的基础研究,提出了高水压下考虑渗流条件下的水土荷载计算理论和深水盾构隧道地震分析方法,建立了“机-土”动态作用力学模型,提出了盾构姿态、刀具磨损、开挖面稳定和高压成膜及闭气控制方法,提出了高水压大直径盾构隧道衬砌结构设计理论和高水压盾构隧道接缝长期防水安全与监控技术,最终形成超高水压越江海长大盾构隧道工程安全控制理论体系。为确保超高水压越江海长大盾构隧道工程安全提供设计理论依据,为实现大直径泥水盾构在超高水压等复杂条件下安全长距离施工提供理论支持。     

武汉长江盾构隧道管片上浮控制技术

武汉长江隧道是国内第一条采用大直径泥水盾构施工的穿越长江的公路隧道。江底工程地质和水文地质条件复杂,施工风险很大,面临着许多工程新课题与难题,如何克服掘进过程中的管片上浮问题就是其中之一。作者根据自己的经验,就盾构施工中的管片上浮情况、影响管片上浮的主要原因及应对措施进行了总结,与同行交流。     

滚刀常压换刀技术研究

针对大直径高水压条件下盾构施工刀具更换难度高、风险大的问题,结合大直径盾构刀盘结构,通过开发滚刀常压换刀装置,实现在刀盘保压的情况下,常压更换部分滚刀,不但降低了带压条件下滚刀更换成本,而且降低了换刀风险。     

黄土隧道马蹄形盾构工法选择及应用

目前铁路隧道施工以矿山法为主,但在黄土等软弱围岩隧道施工时风险大、进度慢;而盾构法已在地铁、水下隧道等软弱地层中得到了广泛应用。针对蒙华铁路砂质新黄土隧道:1)通过矿山法与盾构法比较确定采用盾构法施工。2)从开挖内轮廓、刀盘开挖特点、管片拼装方式、管片受力及配筋4个方面对马蹄形盾构隧道和圆形盾构隧道进行对比分析,得出马蹄形盾构隧道的断面利用率更高,马蹄形管片与圆形管片受力有所差别而马蹄形管片配筋量更低。3)介绍马蹄形盾构设备概况,并对马蹄形管片设计进行研究。4)例举马蹄形盾构掘进过程中遇到的防寒防冻、管片底部开裂和遇到含姜石的老黄土掘进困难等问题以及相应的处理措施。经过1年多的施工实践证明,在黄土隧道马蹄形盾构施工风险低,质量高,安全可靠。     

地热利用型盾构法隧道施工探索——以清华园隧道能源管片设计、制作及安装为例

土建工程中的隧道结构兼作浅层地热换热构件时被称作能源隧道。盾构隧道中可先将热交换管安装在预制管片中形成能源管片，现场施工时将各管片连接形成回路，这种隧道称为能源盾构隧道。文章基于国外已有的2个能源盾构隧道管片施工和安装研究实例，结合京张铁路清华园隧道3环27个能源管片的设计、制作及安装工作，从管材的选用、管片的预制、管片的现场安装等方面对地热利用型盾构法隧道的施工方法进行总结梳理，根据施工中遇到的具体问题，从管片制作和现场施工的角度对能源管片规模化施工面临的问题提出可能的解决方法。     

繁华城区富水砂卵石地层大直径泥水盾构隧道施工关键技术

以北京铁路地下直径线双线大直径泥水盾构隧道施工为背景,针对施工中的重难点,总结分析该盾构隧道的选型、进洞加固、掘进参数控制、泥水处理、进仓换刀等关键技术,主要有以下结果：1)对掘进参数及刀盘刀具配置进行了优化改造研究,确定了合理的施工参数及刀具配置方式,有效地减少了刀盘刀具磨损,降低了施工对周边环境的影响程度,确保了施工安全。2)多种方法的综合运用,对施工过程进行多方面多角度的沉降监测,及时进行反馈,确保了施工安全。3)较好地解决了砂卵石地层中带压换刀技术的气密性难题,最大限度减小了对周边环境和居民正常生活的干扰;复打空心桩替代常规竖井带压进仓技术,克服了带压进仓动火作业的风险。4)采用大合金块的刀具设置,增强了切刀及周边刮刀的抗冲击性和耐磨性;滚刀作为先行刀有效地松动了地层,减少了刀具的非正常损坏,确保掘进工作顺利进行。     

盾构隧道施工期管片上浮机理数值模拟研究

近年来,随着各类盾构隧道的大规模兴建,管片上浮始终是施工中迫切需要解决的一大难题,为此,国内外许多学者对管片上浮机理及其处置办法进行了深入研究,形成了不少科研成果,在生产实践中也得到了良好的应用。该文借助数值分析手段,依托衡阳二环东路合江套湘江隧道工程,对盾构隧道施工期渗流场、地应力场、隧道埋深、地下水位、泥水和注浆压力等因素进行分析,明确了各因素对隧道施工的影响程度和作用机理。     

标准环+转弯环的双面楔形盾构管片排版技术研究

为提高盾构隧道掘进的施工效率、降低盾构管片排版错误的风险,针对管片类型为标准环+转弯环（为双面楔形）组合的盾构隧道,提出一种错缝拼装形式的管片预排版方法,并采用几何迭代法求出与目标线路偏差最小的一种盾构管片拼装姿势,可有效解决盾构隧道掘进过程中管片类型选择和拼装点位选取的施工难题。最后以南京地铁3号线某区间为例验证所采取方法的正确性,对盾构隧道掘进的施工组织和施工误差控制具有重要的指导意义。     

盾构隧道通缝拼装管片错台的理论分析

随着盾构法隧道施工技术的发展和众多问题的解决，管片错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显，对工程质量有直接的影响。盾构隧道管片的错台主要归因于隧道管片间的差异性位移。分析以上海轨道交通二号线西延段盾构隧道工程为背景，在对隧道的不同类型的管片详细的受力分析的基础上，运用达朗贝尔原理对管片的位移进行了理论分析。最后，分析得出了不同类型管片的位移计算公式，并推导得出了管片之间的错台公式。该公式描述了管片错台与管片受力、弹性密封垫性质等因素的一个定量关系，为消除盾构隧道管片在推进过程中的错台，确保施工精度，提高工程质量提供了理论依据。     

盾构穿越富水大粒径漂石地层施工技术研究

北京地铁九号线玉渊潭区间在富水条件下穿越砾岩及卵砾、圆砾地层,该区域间分布有连续、粒径超过1 000 mm的漂石,可见漂石粒径有1 500 mm×1 700 mm,且区间隧道大部分处于高透水地层中。为保证盾构在施工过程中能安全、顺利掘进,通过分析常规破岩机制和盾构破岩机制,最终选择了尖锐划割挤压破碎机制。通过对盾构设备进行改进、设定盾构推进参数、掘进管理及其他辅助技术的改革,解决了用盾构刀盘、刀具连续破碎漂石、孤石等技术难题。通过对进度、刀盘刀具磨损情况等推进情况进行分析,并对盾构刀盘刀具的磨损情况等进行仿真验证,可知撕裂刀在解决漂石破碎、孤石等起了重要作用,最后对盾构设备及刀盘刀具的优化等提出了建议。     

小半径曲线地铁隧道盾构施工技术

针对上海市轨道交通9号线一期工程R413东西出入线的小半径盾构隧道施工的综合难题,采用数值模拟分析、文献调研等方法,对盾构机选择、管片选择、管片壁后注浆加固、临时纵向加强肋、加强螺栓复紧、盾构推进轴线预偏、盾构测量与姿态控制、盾构施工参数选择、土体损失及二次注浆、盾构纠偏量及盾尾与管片间的间隙控制等问题进行研究,并提出详细的施工和设计措施;进而对盾构进入缓和曲线后,盾构卡壳、盾尾管片外弧面碎裂、盾尾衬砌管片角部碎裂等施工难题给出解决措施,保障了小半径盾构隧道施工的顺利进行,对今后类似工程施工有一定的借鉴作用。     

盾构法施工超高水压换刀技术研究

为适应水底隧道盾构法技术的大深度化施工需求,通过研究带压换刀装置、超高水压条件下常压进入刀盘轮幅的常压换刀装置、超高水压作业设备的配置、超高水压进舱换刀开挖面透气控制标准与降低开挖面透气性的措施、超高水压作业程序、超高水压换刀压缩气体压力确定及超高水压作业模式的确定等,以解决超高水压条件下刀具检查与更换的技术难题。得出饱和气体盾构进舱换刀的作业原理与饱和气体潜水作业基本相同,具有实施的可能性。     

邻近高压电力铁塔盾构隧道被击穿管片修复施工技术

京沈高铁望京隧道施工过程中盾构段右线第397环管片被打桩击穿，为了不影响隧道后期的正常施工和运营，保证隧道净空、结构安全和防水，特别是确保地表邻近的110 kV高压电力铁塔的安全，通过对3种修复方案的综合对比，最终采取在隧道内搭设临时钢架支撑和焊接管片拉紧槽钢、地面施作隔离桩、全断面高压旋喷桩和地表跟踪补偿注浆、开挖辅助竖井对破损管片的混凝土结构和防水进行彻底修复的施工方法和措施，成功地解决了邻近高压电力铁塔开挖竖井修复管片空间狭小、地层涌水量大、沉降变形要求高、安全风险高、施工难度大等难题。     

复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片技术在实际工程中的应用

为解决由于施工原因导致的区间右线盾构隧道严重上浮事故,文章依托长沙地铁4号线长沙火车南站-光达站区间工程,根据事故隧道所处环境及地质条件,提出在软岩地层中利用复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片的处理方法,主要内容： 1）根据实测数据对线路进行拟合,确定缺陷盾构隧道的长度约为40 m,需处理管片为223～247环,共计25环管片; 2）采用模糊综合评价法对缺陷盾构隧道处置方案进行比选,结果表明在软岩地层中采用复合式衬砌全断面置换缺陷盾构隧道管片方案为最优方案; 3）采用有限元法分别研究单次拆除1环、2环、3环、4环管片时地层及管片的位移及应力变化,结果显示随着一次拆除管片环数的增加,围岩拱顶竖向位移逐渐增大并出现连通的塑性区,邻近第1环管片向隧道内竖向位移及向隧道外水平位移逐渐增大,管片逐渐被压扁,其弯矩、轴力值也逐渐增加,围岩及拆除区域附近管片结构体系越来越不安全,因此施工时需控制一次拆除管片的数量; 4）为确保管片置换时原盾构隧道结构体系的稳定,确保安全,做到快速施工,开发了一种新型台车及其施工方法,将其应用于实际工程。     

过江隧道大型泥水盾构刀具使用与管理

为了进一步推进和提高我国大型泥水盾构刀具的使用与管理水平,解决其目前存在的突出问题,以南京长江隧道、南京扬子江隧道、南京地铁3号线和10号线过江单洞双线隧道等大型泥水盾构施工为背景,通过对复合地层盾构掘进施工刀具使用的分析总结,提出了刀具管理的前期设计、过程使用管理、刀具检查更换、意外事故的预防和恢复掘进注意事项等刀具使用系统管理理念,以期为今后类似工程盾构施工刀具管理提供指导与借鉴。