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日本盾构法隧道的技术发展——排水隧道篇

发布于：2022-12-27 10:53:27 来自：道路桥梁/隧道工程 [复制转发]

日本首次在民生工程中引入盾构法是1962年的一项下水道干线工程，之后在排水、给水、电力、燃气管道等城市基础设施建设中，盾构技术起着不可或缺的作用。随着城市建设的发展，日本城市土地开发密度高，盾构隧道建设面临着道路不宜反复开挖、不能影响地下管线和相邻建（构）筑物等问题，为此针对复杂工况需要不断开发相应的施工技术，小编将为大家分期进行介绍。

本期，我们就一起先来了解下盾构法在日本排水隧道建设中的应用程度，排水隧道的结构特征、管片设计以及用于应对复杂工况的特殊工法。

排水隧道是保障公共卫生、改善生活环境、防止内涝灾害以及确保公共水域水质的重要基础设施。

日本盾构法技术协会调查显示，2010～2019年的10年内，日本全国共计有 496项 盾构工程发包，在各种类型的隧道中，排水隧道工程占比例最大，达到 41.3%（205项） 。

不同类型盾构法隧道施工数量（2010～2019年）

对于排水隧道工程中的盾构法施工占比，以东京都下水道局的数据为例，其排水管道总长约 16000km ，其中盾构法修建长度约 970km ，占比 6% 。而以内径 1500mm 以上的圆形隧道为统计对象，则占比约 97% 。

结构特征

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大直径化

排水管道是把雨污水输送至泵站或最终处理厂，为了汇集雨污水，越是位于下游的管径越大。随着近年来城市化发展，地面沥青和混凝土覆盖更多，雨水排放量相应增加，因此排水隧道的管径也随之增大。

防腐层和外径的关系

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大深度化

排水隧道的输水方式是以重力流输水为标准，为实现重力排水需设置一定斜率的坡度，因此下游区域一般埋深较大。特别是在城市内为了避开既有地下管线，隧道埋深更加大。为了减少对既有地铁线路以及其他管线的影响，千代田干线是在距地面60m左右的大深度下施工。

千代田干线建设示意图

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长距离化

随着排水管道向大直径、大深度方向发展，施工普遍采用盾构法等非开挖工法。施工需要设置用于盾构始发和接收的竖井，但在城市闹市区内能够用于设置竖井的施工用地较少，因此隧道趋向于长距离化。

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急曲线、地下分岔

由于在城市道路上设置盾构转弯用的中间井较为困难，需要实现盾构曲线掘进，因此目前较多采用铰接装置或各类辅助工法进行急曲线施工。另外，基于同样原因排水管道主线与横向支线汇合处也无法设置竖井或人孔，因此地下分岔的施工案例也越来越多。

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邻近施工

重力流输水方式中，雨污水较为合理的流速是0.6～3.0m/s左右，需要设置对应的坡度。近年来长距离排水管道增多，在连接始发井至到达井的轴线上设置达到流速要求的坡度后，会发生与既有结构物冲突的情况。避开既有结构物、增加埋深会导致施工成本增加，因此在不影响既有结构物的范围内需要尽量减少埋深。邻近施工需要预先使用FEM分析等方法确认影响程度，施工过程中应采取措施控制变位、监测既有结构物位移等。

管片设计

排水管道使用的管片要求内弧面光滑度高确保水流通过，并具有良好的耐腐蚀性应对污水产生的硫化氢和化学物质等。过去通常是在完成一次衬砌后采用现浇混凝土施工二次衬砌来实现以上功能。而随着盾构施工技术的提高，一次衬砌错台、张开、漏水等情况已经很少发生，为了缩短工期、降低成本，部分排水隧道管理方把单层衬砌增加防腐层的“二次衬砌一体型管片”作为标准。