泥水盾构技术8.1盾构选型第八章 一、盾构选型
1上海延安东路南线隧道工程概况
隧道南线位于原延安东路北线隧道南侧,由浦西延安东路盛泽路口至浦东陆家嘴路烂泥渡路口,全长2207.50m,图148。两端道口都与原 隧道口相遇;江中段两者相距60~100m。主体结构共分三种形式,即圆形隧道1310.5m,暗埋矩形隧道366.11m,引道U形结构 530.88m,其中浦西引道为改建段。隧道最大纵坡3.5%,一般为3%。沿线设三座竖井均不出地面,隧道最大埋深36m。隧道规模与原隧道一样为双车 道,交通通行量可达2400辆标准车/h,见图149。
南...
第八章 一、盾构选型
1上海延安东路南线隧道工程概况
隧道南线位于原延安东路北线隧道南侧,由浦西延安东路盛泽路口至浦东陆家嘴路烂泥渡路口,全长2207.50m,图148。两端道口都与原 隧道口相遇;江中段两者相距60~100m。主体结构共分三种形式,即圆形隧道1310.5m,暗埋矩形隧道366.11m,引道U形结构 530.88m,其中浦西引道为改建段。隧道最大纵坡3.5%,一般为3%。沿线设三座竖井均不出地面,隧道最大埋深36m。隧道规模与原隧道一样为双车 道,交通通行量可达2400辆标准车/h,见图149。
南线隧道由上海隧道工程股份有限公司施工总承包。
南线隧道于1994年1月开工,1996年11月29日建成通车,历时两年10个月,与延安东路北线隧道相比,工期缩短三年。
图148 上海延安东路南线隧道平面图及纵剖面图
图149 隧道断面图
2工程地质与环境条件
南线隧道所穿越的工程地层可分为三个区域,即浦西的灰色淤泥质粘土层、灰色粘土层;江中的灰色淤泥质粉质粘土层、灰色粉质粘土层;浦东的灰色砂质粉土层、灰色淤泥质粘土层、灰色粘土层。
各段的土层物理力学性质分别见表48、表49、表50。
(浦西段) 土的物理力学性质 表48
层序
土层名称
层底埋深
容重r
kN/m3
孔隙比e
塑性指数IP
液性指数Il
ckPa
φ度
渗透系数
无侧限
kv20
cm/sec
kH20
cm/sec
原状qukPa
重塑q’u
kPa
灵敏度st
①
填土
1.50~3.02
②1
褐黄色粉质粘土
2.50~4.00
18.2
1.12
16.6
1.19
13.07
15.3
②2
灰色砂质粉土
5.70~7.00
19.0
0.84
4.65
28.4
4.737×10-5
5.292×10-5
④
灰色淤泥质粘土
18.00~27.50
17.2
1.40
19.9
1.41
8.54
7.8
3.083×10-8
2.298×10-7
34.4
9.7
3.54
⑤4
灰色粘土
18.00~27.50
18.1
1.12
18.7
0.93
10.66
11.5
79.2
20.3
3.6
⑤3
灰色粉质粘土
未穿
18.3
1.01
15.8
0.84
12.47
14.4
4.717×10-7
1.832×10-6
(江中段) 土的物理力学性质 表49
层序
土层名称
层底埋深
容重r
kN/m3
孔隙比e
塑性指数IP
液性指数Il
ckPa
φ度
渗透系数
无侧限
kv20
cm/sec
kH20
cm/sec
原状qukPa
重塑q’u
kPa
灵敏度st
①
填土
~
②2
灰色砂质粉土
~
18.6
0.92
④
灰色淤泥质粘土
~
17.3
1.32
19.9
1.21
10.35
9.7
⑤1
灰色粘土
~
17.2
1.31
18.4
1.23
9.3
7.0
⑤3a
灰色淤泥质粉质粘土
12.00~16.50
17.8
1.08
14.7
1.05
12.97
13.0
54.7
15.6
3.50
⑤3b
灰色粉质粉土
19.00~25.00
18.1
0.97
13.70
14.5
87
19.8
4.39
⑤3
灰色粉质粘土
25.20~32.50
17.8
1.07
15.3
0.72
13.16
13.6
⑥
暗绿色粉质粘土
27.50~32.30
20.2
0.64
14.7
0.23
29.45
10.5
82.8
⑦
暗绿色砂质粉土
未穿
19.6
0.67
2.90
30.0
(浦东段) 土的物理力学性质 表50
层序
土层名称
层底埋深
容重r
kN/m3
孔隙比e
塑性指数IP
液性指数Il
ckPa
φ度
渗透系数
无侧限
kv20
cm/sec
kH20
cm/sec
原状qukPa
重塑q’u
kPa
灵敏度st
①
填土
1.40~3.00
②1
褐黄色粉质粘土
2.60~3.60
19.0
0.85
13.9
0.63
14.70
22.7
②2
灰色砂质粉土
9.60~19.10
18.6
0.95
7.81
24.8
1.412×10-5
~4.297×10-6
1.086×10-5
~3.179×10-5
④
灰色淤泥质粘土
17.70~20.80
17.3
1.34
18.9
1.35
8.81
7.7
50.3
10.9
4.79
⑤4
灰色粘土
20.00~24.50
18.0
1.13
19.0
0.88
12.29
12.4
80.2
25.0
3.30
⑤3
灰色粉质粘土
41.00
18.3
0.99
15.2
0.79
12.39
16.7
1.090×10-5
~5.696×10-7
1.559×10-6
~9.537×10-7
南线隧道所处的工程环境极为复杂。从浦东至浦西,要穿越陆家嘴路、陆家嘴路轮渡站、新建外滩防洪墙、自行车地道、纺织品仓库、工商大厦和四 川路、溪口路、江西路、河南路下埋设的重要地下管线。南线隧道邻近两侧还存在重要的构筑物及地下管线,主要有浦东海关大厦、浦西新建轮渡码头,中汇大厦及 沿延安东路铺设的种类繁多的地下管线。
南线隧道所处的工程地质与环境条件决定了隧道南线的施工不仅要确保工程的安全,同时还要确保环境的安全。因此,南线隧道施工的盾构选型正确与否就显得十分重要。
3盾构选型
圆隧道自浦东黄浦区体育场3号井穿越浦东江边的2号通风井,过黄浦江至浦西江西路西侧的1号井,全长1310.5m,采用盾构法施工。平面 上看,整个圆隧道呈S形,以盾构推进方向为准,浦东段左转曲线最小曲率半径为R=500m,浦西段右转曲线最小曲率半径为R=450m。从纵剖面上看,整 个圆隧道呈V形,隧道基本坡度为3%左右,江中竖曲线的曲率半径为R=1500m。隧道衬砌由8块钢筋混凝土管片拼装而成,外径11.0m,内径 9.9m,通缝拼装,环宽1m。每环块与块之间由3根环向螺栓连接,环与环之间每块管片由4根纵向螺栓连接,圆环内不设拉杆。为满足隧道左、右转及竖曲线 的需要,环管片分直线环、左曲线环、右曲线环和竖曲线环,由4套高精度(误差<0.5mm=管片钢模制作管片,分两套直线段,一套左曲线,一套竖曲线兼右 曲线。
根据南线隧道的直径及盾构掘进段总长度1310m,其中江中段长度为500m,主要地质为含水淤泥质粘土、粉质粘土和粉砂等极不稳定的松软 土层,而且在黄浦江两岸隧道沿线地面建筑物密集,交通繁忙以及地下管线错综复杂,对盾构施工安全要求很高。根据这种情况,就当时国际上盾构技术发展状况来 看,应该在泥水加压盾构(Pressurized slurry shield)和土压平衡盾构(Earth pressure balance shield)中加以选择。
泥水加压盾构是世界上用于含水不稳定土层中修建隧道的一种技术先进、工艺成熟的施工设备。这种盾构的工作原理,是在普通盾构中间,设置一道 密封隔板,把盾构开挖区与隧道内部分开,使施工人员处于常压下工作;而在密封隔板与开挖面土体之间形成一道密封泥水舱,在泥水舱内充满压力泥浆,刀盘开挖 土体以泥浆形式排出。对开挖面土体的支护一般由泥浆压力和刀盘面板两者来承担,前者主要是在掘进中起支护作用,后者主要是停止掘进时起支护作用。这种盾构 适用于含水不稳定土层中施工:对透水性大的砂性土,泥浆会渗入到土层内一定深度,并在很短时间内,在土层表面上形成一层泥膜,这种泥膜有助于提高土层的自 立能力,从而使泥水舱中的压力泥浆能对整个开挖面发挥有效的支护作用;对透水性小的粘性土更可用原土造浆,并使泥浆压力同地下水土压力保持平衡使开挖面土 层保持稳定。这种盾构主要用于对地表沉降和隧道周围环境影响要求特别严的场合。据各国许多工程实践资料报导可以看出:泥水加压盾构在稳定开挖面土体、防止 和减少地表沉陷、避免土体移动和土体流失等方面都较当前盛行的土压平衡盾构更易于控制,施工质量和精度更高。根据过江隧道
地理环境特征,有取之不 尽的水源和较好的泥浆处理排放条件,不仅能提高施工速度,而且还可节约施工费用。因此,延安东路南线隧道主体工程选用泥水加压盾构是较为理想的决策。
为了确保能在最短工期内完成南线隧道的建设,尽可能减少施工周期和对周围环境的影响,建成国际一流隧道,上海市隧道工程
院和上海隧道工 程股份有限公司经过充分和广泛的调研,并与外商进行了多次技术交流和谈判,决定从日本三菱重工株式会社引进一台泥水加压盾构设备,其中部分机械由上海隧道 工程股份有限公司负责提供。
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