大直径、急曲线的雨水调蓄隧道施工——环状七号线地下广域调节池石神井川区间

 

日本环状七号线地下广域调节池是通过新建1条内径12.5m、长5.4km的盾构隧道，连接既有的“神田川·环状七号线地下调节池（内径12.5m、长4.5km、蓄水量54万m ³ ）”和“白子川地下调节池（内径10.0m、长3.2km、蓄水量21万 m ³ ）”，形成总长13.1km、蓄水量143万m ³ 的雨洪调蓄设施。

2020年3月，石神井川区间的13m级泥水平衡盾构始发，需要攻克 大深度、长距离、急曲线 等施工难关。而时隔2年的2022年3月，这台盾构才刚刚完成了出洞。究竟这项盾构工程中有哪些难点，又遭遇了哪些意外？让小编带您一起了解下吧。

     

     

     

     

工程概况

     

     

环状七号线地下广域调节池（石神井川区间）工程始于东京中野区野方5丁目的始发井（内径32.0m、深57.4m），终于练马区高松3丁目的到达井（内径19.5m、深46.5m），修建1条全长5.4km的盾构隧道。此外，在练马区丰玉中3丁目设置了中间井（矩形15.5m×12.0m、深52.4m），修建1条连接盾构隧道和中间井的联络管道。施工单位为大成·鹿岛·大林·京急建设共同企业体，施工时间为2017年3月9日～2023年3月14日（预计延期），工程费用约987亿日元（约合49.3亿人民币）。        

       

环状七号线地下广域调节池平面图        

       

【盾构隧道】        

内径：12.5m        

外径：13.2m        

全长：约5.4km        

平面线形：直线和曲线（最小转弯半径R=100m）        

覆土厚度：约32～40m        

施工工法：泥水平衡盾构法        

衬砌：榫卯式复合管片、钢管片        

管片环宽：0.7m、1.2m、1.5m、1.8m        

       

【中间井】        

竖井外尺寸：15.5m×12.0m（矩形）        

竖井深度：52.4m（AP-11.7m）        

施工工法：气压沉箱工法        

       

【联络管道】        

内径：4.25m        

外径：4.71m        

施工工法：刃口式推进工法        

       

环状七号线地下广域调节池（石神井川区间）工程平面图        

       

     

盾构装备          

       

       

      该工程需要在覆土厚度32～40m下完成长距离掘进，采用了泥水平衡盾构施工。盾构机配备了铰接装置用于应对R=100m和R=115m的急曲线施工，左、右最大转角为4.3°。另外，始发时采用直接切削既有钢筋混凝土井壁掘进的方式，因此刀盘设置为向中心倾斜2°，并密集布置先行刀，相比同规模盾构隧道白子川地下调节池的盾构机布置密度约为3倍（先行刀123把→532把）。

盾构机结构图

盾构机外观

盾构机主要参数

盾构直径	φ 13450mm （开挖直径：φ 13470mm ）	最大推力	163200kN
盾尾内径	φ 13290mm （壳板 t=80mm ）	推进油缸	2400kN × 68 台（行程： 2600mm ）
总长	12910mm	油缸速度	全部运作时： 44mm/min
盾尾	盾尾间隙： 45mm 盾尾密封： 4 道	铰接角度	左 4.3 °   右 4.3 °
刀盘扭矩	27646kN · m （ 100% ）（ 0.1 ～ 0.49rpm ）	铰接油缸	4000kN × 32 台（行程 1000mm ）
刀盘转速	0.1 ～ 0.84rpm	管片拼装机	环式
仿形刀	行程 200mm × 4 把	其他	形状保持装置、回转式拼装平台

         

       

         

         

衬砌结构

         

         

作为雨水调蓄隧道，该工程使用的管片需要具备抗内水压力等结构条件。通过采用高承载性能、榫卯式接头的复合管片确保内弧面平整度，并采取接缝面无混凝土外露的设计，防止因密封条膨胀压力造成管片破损。                          

           

管片制作            

           

         

急曲线施工              

           

           

隧道线路具有转弯半径R=115m和R=100m的急曲线区间。在大深度、高水压条件下，保持较大推力的急曲线施工容易因油缸单侧推进造成管片破损或张开。为了防止该部位偏心荷载引起的纵向接头张开，配备了一种压力控制机构，能够分别控制单个油缸压力，实现缓和分配曲线推进的必要扭矩。

盾构油缸压力控制机构

             

           

             

             

障碍物直接切削

             

             

近年来，高水压下的盾构始发经常采用盾构直接切削碳纤维或玻璃纤维材料井壁的方式。本工程的始发井是重复利用了2002年修建的神田川·环状七号线地下调节池始发井（妙正寺川竖井），无法设置盾构可直接切削材料的井壁，因此改为盾构机可切削妙正寺川竖井主体结构以及地下连续墙的钢筋混凝土。                                  

直接切削后钢筋混凝土井壁的残留部位形状变化                

               

2020年3月，盾构机切削始发井的钢筋混凝土井壁时发生刀具破损。在通过增加刀具尺寸和强度等措施进行切削时，又发生了刀具与钢筋混凝土井壁突出的钢筋、底部堆积的钢筋铁屑等碰触导致一部分损坏。2021年12月完成全部切削后，于2022年2月再次进行了换刀，考虑到盾构前方的水、土压力情况，对竖井切削段周边进行了土体加固。                

                                 

换刀概要                

             

                 

               

该工程于2022年3月22日恢复正常施工，后续160m左右将完成拆除反力架和负环、设置竖井升降机、连接后续设备等作业，预计在2023年1月正式掘进。我们将继续关注工程的进展情况，敬请期待~                

             

                   

                   

                   

                   

                   

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