超大直径盾构隧道工程技术发展

1、超大直径盾构隧道工程技术的开展傅德明周文波上海市土木工程学会摘要：论文介绍了日本、德国的直径大于14m的盾构法隧道工程技术的开发及在越江跨海和 城市地下道路工程中的应用过程。近6年来，我国上海在越江道路隧道工程中采用614.89m 盾构施工2条双层4来4去8车道的超大断面隧道；又在长江底下采用2台6 3来3去6车 道的超大断面隧道；还在市中心外滩道路下掘进了 1条双层3来3去的车行隧道。论文展望 了国内外超大断面盾构隧道工程技术的开展和应用前景。职润时瘗科历庑赖关键词：盾构隧道超大直径工程技术超大直径盾构隧道工程技术的开展国外盾构法隧道工程技术在近20年来向大深度、大断面、长距离的方向开展并建

2、成一批 超大直径的海底隧道和城市道路隧道。世界上第一个直径大于14m的超大直径盾构隧道工程 是日本东京湾的海底道路隧道工程1。长的隧道采用8台6泥水盾构掘进施工，于1996年竣 工，见图1所示。盾构采用先进的自动掘进管理系统、自动测量管理系统和自动拼装系统，8 台盾构在海底实现了对接，表达了高新技术在盾构法隧道工程中的应用。 隧道最大埋深 60m，在粘土和砂性土中掘进，隧道管片分为11块，厚度65cm,结构计算采用弹性地基梁模 型，接头弹簧系数经管片接头实验取得。爱氇谴Jlllllllllllllll爰京淹横威道带一般囱爰京淹横威道带一般囱图1a东京湾道路隧道工程平、剖面图1997年6月，日本

3、东京营团地铁7号线麻布站工程，采用1台中14.18m母子式泥水盾 构掘进机，掘进一条长364m的3线地铁隧道后进入通风井，然后从大盾构中推出9.70m的 盾构掘进777m的双线隧道。这是世界是第一台大直径的母子式盾构，表达了盾构技术的新开残楼溆IIIHHHHHIIIIHIIHIII图1b东京湾道路隧道祖泥水盾构图2易北河第4隧道祖复合型泥水盾构1997年开工的德国汉堡易北河第4隧道工程1,长度，河底最小覆土仅为7m（小于0.5D）, 采用海瑞克公司制造的6复合型泥水盾构，见图2所示。穿越的地层为坚硬的粘土、砾石，含 水丰富，透水系数大，掘进施工十分困难。盾构机中心设有3m直径的先行小刀盘，泥水

4、舱下部 设有可破碎直径达1200mm巨砾的破碎机。另一项新技术是地震测量系统，称为“声波软土测 探系统 SSP，可为整条隧道推进过程采集数据测量，提供盾构前20-30m的三维反射图 象。这台盾构掘进机还设计了在常压状态下的刀盘更换设施。盾构技术表达了国际先进水 平。易北河第4隧道工程于2003年竣工。该6复合型泥水盾构经维修保养后于2003年用于 俄罗斯莫斯科lefortovo地下道路隧道工程，掘进长度，为单管3车道隧道；以后又在莫斯 科西部掘进2条2.2km的道路隧道。6复合型泥水盾构总共掘进4条道路隧道，总长度 9-5km酽锕极额镇桧猪言夬锥。荷兰格累恩哈特隧道，是阿姆斯特丹到布鲁赛尔高速

5、铁路隧道工程，长度7,156m，中间设 3座工作竖井，穿越地层为砂土，隧道埋深30m，采用法国NFM厂制造的外径泥水气平衡盾构 掘进机，见图3所示。掘进施工相当顺利，日掘进速度约10m，隧道于2005年竣工。猝贸摄尔马德里M30地下道路隧道工程一期南环线，2条3来3去隧道各长km，穿越地层为坚 硬、有裂隙的灰色或绿色泥灰岩质粘土和石膏。北隧道采用德国海瑞克制作的中世界最大双子星土压盾构，于2005年11月盾构始发施工，子星土压盾构，于2005年11月盾构始发施工，2007年3月北隧道建成通车。南隧道采用日创日进度46M的纪录。本三菱重工制作的土压盾构掘进了 3664 m，图3荷兰绿色心脏隧道6

6、图4马德里M30地下道路隧道中双子星土压盾构国外直径超过14m的盾构隧道工程完成7项，掘进长度约km。采用盾构13台，其中11台 为泥水平衡盾构，仅2台为土压盾构。7项工程中，5项为道路隧道，1项为铁路隧道，1项 为地铁隧道，见表1。茕桢5选块g汩表1国外超大直径盾构隧道工程一览表工程名称盾构直径、机型隧道长度km埋 深m建设时间东京湾道路隧道8台泥水盾构X2601989-1996东京地铁7号线母子泥水盾构421997-1999易北河第4隧道 莫斯科地下道路隧道泥水盾构X2411995-20032003-2021绿色心脏隧道泥水盾构7352001-2006马德里M30环线隧道2台土压盾构7x2

7、2004-2007总计13台43.7我国的超大直径盾构隧道工程建设2.1工程2004年，上海上中路越江隧道工程引进当时世界最大直径的6泥水加压盾构曾用于荷兰绿 心隧道工程掘进km，在黄浦江下掘进施工2条隧道，掘进长度1250m,隧道结构为双管双 层双向8车道3，见图5所示XX2,通行净高N。隧道衬砌采用单层衬砌，为通用环楔形 管片，采用全圆周错缝拼装工艺。圆形隧道的下层车道板结构采用预制构件和现浇钢筋混凝土 相结合的形式。隧道穿越地层为饱和含水的淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、，隧道最大埋深 45m，最浅覆土 8.6m。2021 年建成通车。HMHBHIIHHI有她曲1:L有她曲1:L图5上中路隧

8、道双层4车道结构和盾构始发2021年，上海中环线军工路隧道，再次采用该台6泥水加压盾构掘进2条越江道路隧 道，掘进长度1525m, 2021年建成通车。1台二手的6泥水加压盾构经维修保养后在4年内 用于2项工程4条隧道5550m的掘进施工。如加上荷兰绿心隧道7156m，该台盾构共计掘进 长度达亶.7。赣丛妈,为岫蜂练浮。2.2直径15m的上海长江隧道工程2005年,上海长江隧桥工程开工，其中隧道段长，设计车速80km/h。全线道路为双向6 车道，见图5所示。隧道最大埋深55m，穿越地层为软弱的淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土。圆隧道衬砌环外径15000mm，环宽2000mm，壁厚

9、650mm。采用装 配式钢筋混凝土通用楔形管片错缝拼装，混凝土强度等级C60,抗渗等级S12。衬砌圆环共分 为10块，根据埋深不同，分浅埋、中埋、深埋和超深埋管片。管片环、纵向采用斜螺栓连 接。环间采用38根T30纵向螺栓连接，块与块间以2根T39的环向螺栓相连。衬砌管片接缝 采用压缩永久变形小、应力松弛小、耐老化性能佳的三元乙丙橡胶条与遇水膨胀橡胶条组成 两道防水线。在浅覆土地段、地层变化位置和连接通道处衬砌环间增设了剪力销，以提高特 殊区段衬砌环间的抗剪能力，减少环间高差。箱港圣幼林龈讶骅籴图5隧道衬砌结构和示意图隧道采用世界最大施工，掘进长度7470m，该工程特点带来的技术难点表现为：超

10、大断面 盾构衬砌结构设计、开挖面稳定、隧道抗浮、管片制作与拼装等；的一次掘进中其关键部件 的检修、三维轴线控制、隧道通风与降温、公路与轨道交通共用隧道火灾控制与救援疏散、 施工等；高水压下软土复杂地质条件，需要考虑隧道防水、耐久性等难题。多工序隧道内部 结构阶梯流水同步施工、施工风险防范与控制、全寿命周期隧道建养一体化管理等问题。长 江隧桥工程于2021年11月建成通车，见图6所示。渗衍呛俨匀谔皿脚图6图62.3南京长江隧道工程南京长江隧道位于南京长江大桥与三桥之间，连接河西新城区一江心洲一浦口区。工程 通道总长约，按6车道城市快速通道规模建设，设计车速80km/h，采用“左汊盾构隧道+右汊

11、桥梁方案。左汊盾构隧道长度3835m，隧道外径，为双管3来3去6车道，采用2台 14.9m泥水盾构施工5。盾构于2007年12月始发推进，隧道最大埋深56m，穿越地层复 杂，有软弱的淤泥质粉质粘土、细砂、粉细砂，也有砾砂、粘土混卵石。盾构掘进砾砂和卵石地层时，对刀具的磨损较大。南京长江隧道于2021年石地层时，对刀具的磨损较大。南京长江隧道于2021年5月建成通车。图7南京长江隧道示意图和盾构掘进施工2.4上海外滩地下道路隧道工程2007年，上海外滩道路隧道（3来3去6车道）开工建设，其北段1098m为盾构隧道，采用6 土压平衡盾构施工6，为国内首次采用大直径土压平衡盾构在城市密集区施工，成功

12、完成“ 1桥2隧33栋等建构筑物的穿越施工，见图8所示。隧道的最小覆土厚度仅为8.52m，约为0.6D，属于浅覆土施工。外滩隧道于2010年3月28日建成运营，缓解了交通拥堵，改善了外滩景观。图8外滩道路隧道示意图和穿越建筑物施工6 了外滩景观。图8外滩道路隧道示意图和穿越建筑物施工6 QB浦正坂店2021年，上海虹桥综合交通枢纽迎宾三路隧道工程（双层3来3去6车道）开工建设，又一次采用614.27m 土压平衡盾构，盾构成功穿越七莘路高架、北横泾、机场滑行道、机场主跑道、机场航油管、停机坪、101铁路及历史保护建筑物，掘进长度1862m。迎宾三路隧道于2011年3月22日全线贯穿。近6年来，我

13、国超大直径盾构隧道建成通车运营5项，其中上海4项，南京1项，采用盾构掘进机6台，掘进长度达37km，见表2。接近了国外20年来超大直径隧道工程的总长 度 km。坛搏幺置忏蒌铃够、凉.表2我国超大直径盾构隧道工程一览表工程名称盾构直径、机型隧道长度km埋 深m建设时间上海上中路隧道军工路隧道1台14.89m泥水盾 构X2X223-432005-20212021-2021上海长江隧道泥水盾构7.47X223-552005-2021南京长江隧道m泥水盾构X2562005-2021上海外滩道路隧道m 土压盾构2007-2021迎宾三路隧道2021-2021杭州钱江隧道1台15.43m泥水盾 构3.02

14、x22021-2021总计6台37.53目前正在施工的超大直径盾构隧道还有上海的长江西路越江隧道和虹梅南路越江隧道工程，南京纬三路过江通道工程。蜡燮黯瘪剽长铉锚.赘超大直径盾构隧道工程的开展趋势3.1国外超大直径盾构隧道工程的开展趋势在超大直径盾构隧道建造方面，意大利连接佛罗伦萨和博洛尼亚 A1高速公路的sparvo隧 道，长2.5km,为2条3车道的隧道工程，采用1台德国海瑞克制造的615.55m 土压盾构掘 进施工，2021年始发，方案2021年建成通车。州海*闫撷凄道路，为上下双层二来二去四车道隧道，见图9所示。隧道工程采用日本日立造船公司 制造的。17.52m 土压盾构掘进施工。绣镝鹕

15、踪韦DRAFT TUNNEL CROSS SECTION图9西雅图地下道路隧道剖面图俄罗斯圣彼得堡穿越涅瓦河的奥洛夫斯基隧道，设计为双层三来三去六车道隧道，将采用德 国海瑞克公司制造的世界最大直径的6 19.25m混合型盾构掘进施工。盾构将在2021年春季 始发，方案于2021年建成运营。聊质髀彦浃绥嘀饴豪锦拟建的白令海峡海底隧道长103km，可以从俄罗斯的西伯利亚连接美国的阿拉斯加。白令海 峡长约60km，宽3586km，平均水深42m，最大水深52m。海底隧道将包括一条高速铁路 和一条高速公路、多条输油管道，海底隧道将由俄罗斯和美国、加拿大共同修建，拟采用盾 构掘进机施工。隧道建成后将形成

16、从伦敦到纽约跨越四分之三个地球的终极铁路。猫虿睫绘M 随着盾构；奥洛夫斯基隧道为双层三来三去六车道隧道，外径18.7m。双层车行隧道具有断 面有效利用率高、工程本钱低的优点，成为开展方向。盾构制造技术的开展，为超大直径隧 道提供了根底。从14m直径到15m，经历了 10年，从15m开展到16m、17m、19m，仅不到5 年时间。直径15m的隧道断面积为178m2，而直径19m的隧道断面积为2832m，增大了 1.5 倍。锹籁饕迳琐新奥鸥娅蔷。3.2我国城市超大直径盾构隧道工程的开展趋势上海正在建设的越江道路隧道有长江西路隧道、虹梅南路隧道，均为双管3来3去6车 道隧道，各采用1台超大直径盾构掘

17、进施工。在建的地下道路隧道有位于虹桥机场地区的迎 宾三路隧道，为3来3去单孔隧道。拟建的南北通道全长16km，双向6车道，大局部为地 下道路，北起位于东北的中环线大柏树立交，沿曲阳路下穿公平路、黄浦江、浦东南路、浦 三路、杨高路后，再出地面接中环线杨高南路立交。地下道路采用超大直径隧道、单孔双层 三来三去6车道布置。簧石.饨荠龈话鹫。_正在建设施工的杭州钱江隧道为双管3来3去6车道，全长4.45km，主隧道外径15m， 采用1台中，掘进长度3245m。南京的纬三路过江通道工程为穿越长江的双向双层8车道隧道，南线隧道长5290m盾 构段长3995m，北线隧道长4990m盾构段长3688m。隧道m

18、，采用2台中14.9m泥水 盾构掘进施工，见图10所示。尧侧g.绚图10南京纬三路过江通道工程示意图北京的道路交通拥堵已严重影响城市的开展，修建地下道路将是解决交通拥堵有效方案。北 京将开建西二环、东二环、首体南路、学院南路、台基厂大街、北辰东路等6条地下道路， 总长度约30km。超大直径盾构隧道将是地下道路工程建设的首选。识4结语超大直径盾构隧道自东京湾道路隧道于1996年建成以来，已建成工程12项，总长度 80km，采用盾构18台，其中15台为泥水平衡盾构，3台为土压平衡盾构。12项工程中，道 路隧道占10项，铁路隧道1项，地铁工程1项。在12项道路隧道工程中，水底隧道7项， 长度约50km，占超大直径盾构隧道总长度的60%。球_劳.错痫女帚胫籴从开展趋势来看，超大直径的城市道路隧道采用双层结构因断面利用率高而成为开展方 向。单孔双层4车道和6车道已在国内外多项隧道工程中成功地得到应用。拟建中的白令海 峡隧道工程将采用盾构掘进机施工103km，在超大直径和超长距离盾构技术领域成为世界隧 道工程史上的又一次新