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日本隧道技术: 高水压下既有盾构隧道内的顶管始发

发布于:2024-01-15 14:48:15 来自:道路桥梁/隧道工程 [复制转发]


小编语

日本东京都品川区第二户越干线建设工程(下游段盾构)是为了减轻周边地区的内涝灾害而新建一条雨水排水管道。该工程从户越银座商店街地下的既有盾构隧道(上游段盾构)内部直接始发,距盾构始发井约1.1km处作为顶管始发起点。



工程概况


该工程名称为“第二户越干线建设工程(下游段盾构)”。施工地点位于在东京都品川区户越2丁目,大成·松本·铃中建设共同企业体负责施工。施工时间为:2022年11月4日~2023年5月27日。


工程采用了 泥水式ultimate工法 (超长距离急曲线顶管法),使用的顶管为外壳带钢管的混凝土管(复合钢管),管节长度L=0.6m、管径1200mm。顶进长度为L=59.950m,平面曲线R=20m、100m。覆土厚度为28.27~24.08m。

       

工程概要图


工程地质环境主要是东京的砾石层(N≥50)和泥岩层(N≥50),水压为0.22MPa。始发位置的钢管片外径为3950mm、内径3600mm,到达井为直径3000mm的钢套管井。

     


施工难点和措施


由于该工程施工条件复杂,存在多项难点:

  • 高水压条件下顶进
难点①:           顶管始发位置是在0.22MPa高水压条件下的东京砾石层,采用常规始发方式则涌水风险较高。        
措施①:           始发洞门采用了应对高水压的L型洞门密封。正式施工前进行了止水试验,对其施加要求水压力+0.20MPa=0.42MPa的水压力,2h后确认洞门密封状态,发现没有渗漏水以及橡胶密封圈变形的情况。        
       

应对高水压的L型洞门密封的止水试验情形


难点② 高水压条件下若采用通常的接收方法,在顶管机接收和拆解过程中具有涌水风险。另外,到达井内没有充分空间用于顶管机接收和拆解作业。

措施②-1 在顶管机到达前预先凿除洞门,然后使用流动化回填土进行回填,蓄水至地下水位。顶管机到达时,开挖流动化回填土内部同时掘进至指定位置。完成注浆后,再次开挖流动化回填土,接收顶管机。
措施②-2: 顶管机接收作业是仅回收了进入竖井的刀盘和一部分后体,其余壳体残留在土体内拆解内部,因此接收时无需千斤顶顶推,能够降低异常涌水风险。
       

顶管机接收


  • 盾构隧道洞内设备

难点①: 在顶管始发起点需要设置起吊设备用于吊装顶管设备和管节。在内径3600mm的既有盾构隧道内吊装外径140mm的顶管管节,对于起吊扬程有着严格控制要求。          
       
措施①: 起吊设备是在管片环间接头上配置了I型钢吊具,通过设置100×180的I型钢形成吊轨结构,并使用1t小车式电动葫芦作为起重机械。该起吊设备设置了2处分别用于吊装顶管管节和主顶千斤顶。
       

洞内起吊设备


难点②: 顶管始发起点距离竖井约1.1km,因此要求顶管施工设备尽可能容纳在盾构隧道内。
措施②: 在盾构隧道内的顶进起点处,预先使用钢板制作作业平台,在其上方不影响顶管管节运输的位置分别配置顶管机操控板、主顶单元、减摩剂设备等。
       

盾构隧道内的顶管设备配置


  • 分体始发和顶管机运输方法

难点①:           在内径3600mm的盾构隧道内设置了始发洞门和反力支架后,始发台架总长仅有2950mm,而顶管机的最小分体始发尺寸为3150mm,需要研究初期掘进方法和顶管机分体等问题。        
措施①-1:           在顶管机内新增一道分割线,确保2950mm内可初期掘进。初期掘进时,多次进行计划和实测后完成分体始发。        
       

顶管机运输情形

措施①-2:           初期掘进的第一阶段是完成连接刀盘部位和后体1部位,需要在盾构隧道内部进行运输。而沿顶进方向运输会干扰到既有安全通道扶手,因此采用顶管机运输至盾构隧道内再转向的方式。在始发台架上设置了顶管机运输台车,中心处设置了旋转夹具。          
       
       

顶管机旋转组装情形


  • 互层地层内顶进

难点①:           该工程的始发起点的土质为东京砾石层和壤土层形成的互层地层,到达井的土质为东京砾石层。顶管机采用砂砾面板的锥形设计,可能会引起土舱内堵塞的问题。        
措施①-1:           顶管机隔板上配置了高压喷流装置(15MPa),在泥岩层内顶进时使用高压喷流防止土舱内堵塞。        
措施①-2:           通常情况下是在渣土坑内测量渣土,而在砂砾层和泥岩层的互层地层中,进一步调整了渣土坑测量、调节槽的泥浆增加量以及高压喷流的使用水量,精细化管理渣土。        
       

顶管机隔板上配置的高压喷流喷嘴


  • 轴线控制

难点①:                     本工程具有2处曲线区间,需要使用全站仪进行人工测量。但在内径1200mm的空间内测量较为困难,以及在急曲线内需要增加测量次数,会影响到计划日进尺。          
       
措施①-1:           采用了自动测量系统,测量时间从原先的30~45min缩短为10min,不仅保证了日进尺,并且在急曲线区间内增加测量频率,提高了施工精度。        
措施①-2:           使用陀螺仪对顶管机的方向进行实时管理,可以确认顶管机位置。        
       

管节内自动测量情形



     

结 语

该工程作为高水压工况下自既有盾构隧道内始发的顶管工程,施工难度较高。通过制定周全措施、采取精细化管理,最终顺利完成施工。

第3节管节顶进情形


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