日本在砂層中的長距離盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)

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1、萬方數(shù)據(jù)第30卷第4期人民長江REmⅡNCHANGJIANG1999年4月◇畫舔撇日本在砂層中的長距離盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)程衛(wèi)民摘要采用盾構(gòu)機(jī)在飽和含水砂層中進(jìn)行較長距離隧洞的掘進(jìn)，應(yīng)解決盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)制造、開挖面穩(wěn)定、刀具耐磨性與更換、始發(fā)與到達(dá)洞段的布置與推進(jìn)及其它一些技術(shù)問題。根據(jù)在日本進(jìn)行盾構(gòu)技術(shù)考察的情況，主要介紹在飽和含水砂層中進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)較長距離掘進(jìn)的施工技術(shù)及其發(fā)展。通過借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用盾構(gòu)法在我國進(jìn)行長距離掘進(jìn)施工是可行的。主題詞盾構(gòu)法隧洞掘進(jìn)含水層掘進(jìn)機(jī)日本1飽和含水砂層中的長距離掘進(jìn)技術(shù)從日本的經(jīng)驗(yàn)看，在飽和含水砂層中實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的較長距離推進(jìn)

2、，首先應(yīng)解決盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)制造，開挖面穩(wěn)定及刀具耐磨性與更換問題。1．1盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)制造從日本已建成的實(shí)例看，在砂層中進(jìn)行大斷面、長距離推進(jìn)時(shí)，大多數(shù)采用泥水加壓式盾構(gòu)機(jī)，具體工程實(shí)例見表1。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本自1979年以來已經(jīng)或正在制造的直徑大于10m的盾構(gòu)機(jī)共39臺，其中泥水加壓式盾構(gòu)機(jī)為35臺，約占90％。表1日本大斷面盾構(gòu)機(jī)長距離推進(jìn)實(shí)例m工程項(xiàng)目盾構(gòu)機(jī)直徑掘進(jìn)長度神田川地下調(diào)節(jié)池13．942000東京灣海底公路隧道。14．144700小機(jī)千若雨水干線下水道10．oo2600川崎涉川雨水貯水管工程12．342560江川雨水貯水管工程10．101480橫濱新羽干線下水道

3、9．454435東京都南部污泥聯(lián)絡(luò)渠9．701667垡鎏j§鰲塹塑工壟壅三堡竺!：箜堡壘塹注：*地下對接：△還未施工。泥水加壓式盾構(gòu)機(jī)除在控制開挖面穩(wěn)定以減少地表沉降方面較為有利外，還在適應(yīng)長距離推進(jìn)、減少刀頭磨損方面顯示出優(yōu)越性。日本川崎重工、三菱重工、日立造船及石川島播磨重工等廠商在盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造方面均具有較豐富的經(jīng)驗(yàn)和較高的技術(shù)水平，依托日本在加工工藝與電子自動(dòng)控制等方面的優(yōu)勢，使盾構(gòu)機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量得以保證。從已完成的東京灣隧道(2．8km)來看，在盾構(gòu)機(jī)的軸承土砂密封、盾尾密封、液壓系統(tǒng)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)等方面能滿足長距離掘進(jìn)的要求；特別是由于提高加工精度和對密

4、封材料及密封措施的研究開發(fā)，使泥水加壓式盾構(gòu)機(jī)在適應(yīng)高外水壓力條件下的安全性方面取得了成功，表1的工程中，外水壓力大都為3．6k∥cIn2，而現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)均可承受10k∥c矗以下的外水壓力。為適應(yīng)長距離、高速度推進(jìn)的需要，日本開發(fā)了可在推進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行管片拼裝的盾構(gòu)機(jī)。另外，在砂土層中采用泥水式盾構(gòu)機(jī)施工，可適應(yīng)水力出土的要求，當(dāng)粉粘粒含量較小時(shí)，可方便泥水的處理與循環(huán)使用。1．2開挖工作面的穩(wěn)定問題采用泥水式盾構(gòu)機(jī)有利于控制開挖工作面穩(wěn)定，特別是通過加強(qiáng)泥水特性的研究和泥水系統(tǒng)管理，使砂層中開挖面穩(wěn)定的問題得到了解決。從考察的幾個(gè)砂土地層中泥水式盾構(gòu)機(jī)施工實(shí)例看，日本在解

5、決砂層中的開挖面穩(wěn)定方面主要有以下措施。(1)在盾構(gòu)機(jī)中設(shè)置開挖面崩坍測定和加固裝置(必要時(shí))。(2)在刀盤開口部位設(shè)置可伸縮擋板，以增加盾構(gòu)機(jī)停止推進(jìn)時(shí)大刀盤對開挖面的支撐力。(3)控制泥水壓力，對泥水供應(yīng)、輸送及排出實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控和管理。(4)改善泥水特性，提高泥水的護(hù)壁效果。日本各施工企業(yè)對泥水式盾構(gòu)機(jī)所使用的泥水主要采用高質(zhì)量的膨潤土配置，為提高其適粘性，常添加CMC等化學(xué)助劑，泥水比重一般在1．05～1．15左右，以適應(yīng)砂層推進(jìn)的要求。日本在砂層中用盾構(gòu)法施工還未發(fā)生因開挖面失穩(wěn)而導(dǎo)致的事故，這一方面與所穿越砂層較密實(shí)(大多數(shù)砂層Ⅳ值大于50)有關(guān)，同時(shí)，

6、也與盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)制造中已開發(fā)了較完善的泥水控制與管理系統(tǒng)有關(guān)。1．3刀具的耐磨性與更換問題在砂層中進(jìn)行連續(xù)的長距離推進(jìn)，日本的實(shí)例不超過2．6kIn(小機(jī)千若雨水干線下水道，西10m)。雖然在刀具的耐磨性方面進(jìn)行了研究與開發(fā)，如采用在刀具上鑲嵌超硬合金刀頭和高低差刀頭布置等技術(shù)，但對其成果還有待實(shí)踐檢驗(yàn)。在刀具上鑲嵌超硬合金刀頭，對刀頭磨損有明顯的減輕，但對礫石層因其易折斷而不能完全適應(yīng)。但當(dāng)砂的石英含量超過50％時(shí)，刀頭的磨損程度如何，還需進(jìn)行試驗(yàn)與實(shí)際施工的檢驗(yàn)。按日本盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)人員介紹，對于石英含量高的砂層，一般推進(jìn)lkm就需更換刀具。為解決長距離推進(jìn)中的刀具更換問

7、題，日本廠商著力研制掘進(jìn)過程中可在常壓下隨時(shí)能夠安全、快速進(jìn)行刀具更換的盾構(gòu)機(jī)。三菱重工與石川島播磨重工已聯(lián)合制造了一臺用于橫濱新羽干線下水道工程(長4435m)的泥水式盾構(gòu)機(jī)(凹．45m)，其刀盤采用“球體”技術(shù)，可旋轉(zhuǎn)18cyD后在大氣壓下更換刀具，該盾構(gòu)機(jī)已完成工廠內(nèi)的試運(yùn)轉(zhuǎn)，即將投入運(yùn)行。據(jù)了解，更換一次刀具約需1個(gè)月時(shí)間，這種盾構(gòu)機(jī)的價(jià)格約為相同直徑同類型盾構(gòu)機(jī)的1．6倍，雖然其更換刀具相對采用地層加固法更為安全、方便，但還需進(jìn)一步進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。·45·萬方數(shù)據(jù)v01．30No．4人民長江Ⅵ蝌G皿!EmⅥ承A塒119992隧洞始