日本盾构隧道的技术发展——长距离施工

   

   

   

     

   

     

   

随着城市地下浅层空间利用逐渐饱和，盾构隧道不断向着大深度、大断面、长距离的方向发展，盾构施工技术也不断进步。日本自20世纪80年代首次建设长度超过2km的隧道以来，在长距离施工方面积累了大量经验并不断总结。本期就让我们一起来了解下日本盾构隧道在长距离施工方面的发展概况、相关技术及典型工程。            

   

   

   

   

   

       

发展概况

         

20世纪80年代后期，日本的盾构隧道工程开始向掘进长度超过2km的长距离方向发展，90年代建设了掘进长度超过6km的电力隧道、21世纪初建设了掘进长度超过8km的公路隧道。      

不同年代的施工长度占比变化      

     

各年度盾构施工长度变化      

     

根据隧道用途来划分，燃气隧道和公路隧道的长距离比率较高。      

长度3km以上的不同用途隧道工程数量

    另外，盾构法分为泥水平衡盾构和土压平衡盾构，下图是日本各年度的长距离盾构工程的掘进长度和掘进外径图表，图中的圆形大小与掘进断面大小成正比。      

长距离盾构工程发展      

     

    日本目前掘进距离最长的盾构工程是9030m的东西连系燃气导管工程，采用了泥水平衡盾构施工。而近年来随着公路隧道的长距离化发展，大断面土压平衡盾构的应用案例也不断增加。土压平衡盾构掘进距离最长的工程是8030m的中央环状品川线盾构北行工程。      

   

       

相关技术

         

长距离盾构工程中，由于掘进和运输距离的长大化，掘进地层和施工条件的多样化，采取了多项技术。      

     

         

（1）盾构机和设备的耐久性技术          

       

从材料和结构方面提升耐久性的措施以及磨损状况监测技术等已得到普遍应用，安全合理的换刀技术应用案例也不断增多。      

         

（2）复合地层和施工条件的应对措施          

       

必须考虑掘进地层的地质构造、覆土厚度、隧道轴线等条件复杂变化的情况，另外还需要预先调查和确认与邻近结构物的间距、盾构掘进路线的断面内是否存在地下障碍物等。                  

         

（3）物料和渣土运输的高效化          

       

物料和渣土运输技术不仅需要提升运输速度，还应当避免因物流线延长造成设备故障、影响正常掘进。                  

         

（4）缩短工序、缩短工期          

       

为了加快基础设施应用落地，需要缩短工期，对此开发了缩短盾构掘进、管片拼装等施工循环周期的技术以及盾构掘进和管片拼装同步进行的技术。                  

         

（5）确保作业环境和施工安全          

       

长距离盾构隧道的洞内移动距离、移动时间也不断增多，必须确保作业环境和施工安全。目前施工中开始普遍采用智能终端的系统进行物流位置感知、交流通信以及紧急情况时的通知和逃生引导。                  

         

（6）确保成型精度          

       

为了保证长大隧道的轴线精度，高精度的测量技术也是一项重点。此外，根据盾构到达接收、盾构地下对接以及与既有隧道T接等不同工况，开发了相应的技术确保精度 。      

   

       

典型案例

         

中央环状品川线盾构隧道（北行）工程是日本一项典型的长距离盾构隧道工程，掘进长度8030m，采用1台12.55m盾构机施工。掘进地质是以非常坚硬的黏性土为主体，穿越多个重要结构物，采取了以下针对性措施。      

         

（1）盾构机设计          

       

盾构机采用了六辐条刀盘结构，针对最小转弯半径230m配备了铰接装置。另外还采用了一种无需土体加固即可在常压下从刀盘辐条内多次换刀的Relay Bit换刀工法。                  

       

       

         

（2）管片运输          

       

钢筋混凝土管片的外径12.3m、厚度0.4m、最大环宽2m、1环9分块、1分块重约10.5t.为了在掘进距离8km的情况下保证管片稳定供给，在本工程中采用了无人运输的地上台车（横向移动装置）、竖井大型升降机、洞内管片堆放架、可同时运输1环管片所有分块的胶轮式台车以及洞内堆放台车等。                  

       

         

（3）渣土运输          

       

在洞内配备了宽900mm的水平连续皮带输送机，井内配备了垂直皮带输送机，然后通过地面设置的皮带输送机运输至渣土坑，最后使用自卸卡车运出弃土。                  

       

         

（4）盾构掘进和管片拼装同步施工          

       

工程中为了缩短盾构推进流程的循环时间，采用了推拼同步技术。同时应用了一种可分别调节推进油缸压力的FLEX系统，对拼装管片部位油缸以外的其余油缸进行压力调节，从而控制盾构机姿态。      

     

该工程盾构正式掘进长度8km，平均月进尺477m，2011年6月达到最大日进尺38m ，同年12月达到最大月进尺708m。      

      

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