隧道超大直径泥水平衡盾构施工技术

隧道超大直径泥水平衡盾构施工技术第1页/共65页工程概况第2页/共65页上海长江隧道工程是目前世界最大的隧桥结合工程——长江隧桥工程的重要组成部分，是我国长江口沿海一项特大型交通项目。该工程的建成将进一步拓展上海的发展空间，加速长三角地区经济一体化，更好的带动长江流域乃至全国经济发展，大大提升上海在全国乃至全球经济中的综合竞争力。第3页/共65页起点：浦东五好沟途经：长兴岛终点：崇明陈海公路全长：25.5公里双向6车道设计时速：80km/h预留轨道交通空间双塔斜拉桥隧道入口第4页/共65页隧道数量：2条隧道长度：7.5公里隧道直径：15米联络通道：8座江中泵房：4座隧道全景隧道入口隧道横断面类型：公路轨道结合隧道断面第5页/共65页采用2台世界最大直径（15.43m）盾构机第6页/共65页

隧道衬砌采用通用环错缝拼装，管片厚65cm，环宽2m,每环由10块钢筋混凝土管片构成，强度等级为C60，抗渗等级1.2MPa。第7页/共65页采用全圆周错缝拼装工艺，在加强隧道整体性的同时，可以通过通用环楔形管片的旋转，来满足隧道轴线和推进施工的需要。第8页/共65页管片环与环之间用38根M30的纵向斜螺栓相连接，每环管片块与块间以3根M36的环向斜螺栓连接，共30根。第9页/共65页最大坡度为2.9％，最小平面曲率半径为R4000m隧道呈W型，坡度及平面曲线均较为平缓隧道纵剖面第10页/共65页①1土层①2①3②3③1④⑤1⑤2⑤3⑤3t⑦1-1⑦1-2⑦2f连接通道（共8条）大堤（共2处）江中泵房（共2处）浦东侧暗埋段及工作井长兴岛侧工作井人工填土江底淤泥灰黄色砂质粉土灰色砂质粉土灰色淤泥质粉质粘土灰色淤泥质粘土灰色粘土灰色粘质粉土灰色粉质粘土灰色粘质粉土灰色粘质粉土灰色砂质粉土灰色粉细砂加固区（共2处）平均水平面2.1m上行线盾构推进约2500m下行线盾构推进约1000m隧道将穿越⑤1灰色粘土、⑤2灰色粘质粉土、⑦1-2灰色砂质粉土等土质。其中⑤2灰色粘质粉土层含微承压水，⑦1-2灰色砂质粉土层含承压水。第11页/共65页工程特点及难点第12页/共65页世界级的工程建设世界级的工程难点第13页/共65页大隧道土方开挖量264万大型钢筋混凝土管片74720块高强度管片连接螺栓433376根口字型构件7472块，混凝土58506方同步施工道路结构混凝土71175方超大直径盾构开挖面稳定大直径隧道通用管片错缝拼装大断面隧道施工期间的稳定第14页/共65页管片生产口字件预制泥水处理工地全景第15页/共65页长盾构一次性掘进距离7.5公里隧道推进预计施工工期3年超长推进距离隧道施工通风隧道施工防火及救援、逃生超长距离隧道施工运输超长距离隧道施工测量超长距离隧道施工设备保养第16页/共65页江中段一次性连续顶进7.5公里隧道通风施工运输施工测量第17页/共65页深隧道最大埋深为55米联络通道最大埋深45米盾构穿越多种不良地质的土层超深地层构筑联络通道超深埋深的隧道防水防渗大直径盾构高水土压力下施工第18页/共65页联络通道隧道最大埋深复杂的地质条件

第19页/共65页施工质量控制方法第20页/共65页根据本工程的特点制定质量方针和目标，编制了《长江隧道质量计划》和《长江隧道现场管理制度》等现场质量管理制度。建立健全质量控制管理制度第21页/共65页划分了质量管理网络图，全面覆盖到现场工作面项目经理：余暄平项目副经理：凌宇峰主任工程师：王吉云天地金草田：腾年保上海航道局：王惠东线盾构推进：叶古西线盾构推进：戴晟磊东线同步施工：施新西线同步施工：肖盈联络通道施工：陶惠章质量主管：江磊口字件预制：夏先有质量管理网络图专业分包建立健全质量控制管理制度第22页/共65页根据国家规定的技术标准、验收规范、操作规程和设计要求，在整个施工过程中的各个环节进行全面的检查和监督。

建立健全质量控制管理制度第23页/共65页始终把质量讲评放在例会的重要议事议程上建立健全质量控制管理制度第24页/共65页制定全覆盖的施工方案、应急预案制定富有针对性的质量控制技术措施第25页/共65页对工程实际情况的反复分析论证，辨识出工程的重点、难点和风险点，并依此开展了富有针对性的技术方案编制制定富有针对性的质量控制技术措施第26页/共65页制定富有针对性的质量控制技术措施长江隧道应急预案预案名称备注1、隧道火灾已完成2、盾构进出洞出洞预案已完成，进洞预案于2008年底完成3、盾尾刷更换已完成4、盾构机安装与拆卸安装预案已完成，拆卸预案于2009年初完成5、泥浆船运预案已完成6、盾构开挖面失稳已完成7、高压供电及运行已完成8、有毒有害气体超标已完成9、盾构进水已完成10、联络通道冻结开挖施工已完成其中八项应急预案已编制完成第27页/共65页制定富有针对性的质量控制技术措施曲线大断面出洞第28页/共65页现浇混凝土盾构基座推进方向盾构中心标高-11.045地下连续墙内衬+3.500盾构机

按盾构机沿直线完全推出加固体后刀盘轴线与设计轴线相交考虑,但实测洞门偏离设计轴线88mm。按盾构机沿直线完全推出加固体后刀盘轴线与设计轴线向西偏离40mm考虑,但实测洞门偏离设计轴线88mm。按盾构机沿直线完全推出加固体后刀盘轴线与设计轴线向东偏离40mm考虑,但实测洞门偏离设计轴线88mm。隧道出洞后立即进入水平R4419.9m的左曲线和竖向-2.9%的掘进施工只能以-2.9%的纵坡及水平方向上与洞圈存在90.56o的夹角出洞给施工轴线控制和洞口止水工作带来较大难度制定富有针对性的质量控制技术措施第29页/共65页出洞采用了整体考虑方式，在工作井制作阶段结合出洞洞门凿除方式选择了全断面置换的土体加固方式制定富有针对性的质量控制技术措施第30页/共65页在内部结构制作的过程中事先将预留钢环按2.9%角度安装减少了出洞角度调整的难度。制定富有针对性的质量控制技术措施第31页/共65页制定富有针对性的质量控制技术措施浅覆土施工第32页/共65页出洞及100环试推进范围内上覆土层厚度普遍＜1D最大覆土13.02m（0.868D），最小覆土7.15m（0.477D）出洞范围覆土0.5D－0.65D，属超浅覆土施工制定富有针对性的质量控制技术措施浅覆土施工第33页/共65页通过多次对盾构正面泥水压力的计算及验算，设定了较为准确的压力值。从地面沉降监测数据来看，基本在可控范围之内，沿线穿越的围墙、大堤未产生明显变形和裂缝。绝对值和沉降稳定方面分析，压力设定可适当抬高，有助于减少初期沉降量产生。制定富有针对性的质量控制技术措施第34页/共65页经过精确缜密的计算，我们得出每一段推进区间内的压力设定值制定富有针对性的质量控制技术措施第35页/共65页制定富有针对性的质量控制技术措施长距离隧道测量控制第36页/共65页PM02PM03PM01KJ06KJ03JY2GC02平面测量控制网东新区长江浦长兴岛平面联系测量平面控制点B平面控制点B’平面控制点A引道段浦东工作井采用了GPS测量,GPS是新一代空间卫星定位导航系统，与传统测量手段比，具有革命性的进展。

制定富有针对性的质量控制技术措施其控制点与点之间无需通视，不受气候影响，恶劣天气下亦能正常工作，定位精度可达毫米级。第37页/共65页制定富有针对性的质量控制技术措施控制网基准线pm01pm06pm07pm02pm03引导盾构推进采用人工姿态控制结合PYXIS自动导向系统对隧道及推进轴线进行控制，通过定期复核隧道导线和高程、平面的变化来调整和修正PYXIS自动导向系统数据，来确保长距离隧道轴线的精准度。

第38页/共65页制定富有针对性的质量控制技术措施盾构施工一体化第39页/共65页由于安装了先进的PYXIS盾构推进软件，不但起到了引导盾构的作用，而且能够设定、控制全部施工参数（如推进过程中切口压力、推力、刀盘扭矩、转速、同步注浆、盾尾油脂等），实现了整体化施工。制定富有针对性的质量控制技术措施第40页/共65页切口水压1计算每环切口水压值，施工中依据地面沉降结果调整234泥水质量指标高质量的泥水输送到切口，根据监测数据进行实时调整推进速度均衡施工，减少对土体扰动，避免有较长时间耽搁盾构油脂压注

推进前保证储桶内有充足油脂，杜绝人为欠压现象的发生制定富有针对性的质量控制技术措施施工一体化第41页/共65页管片拼装控制

PYXIS根据上一环管片间隙和千斤顶长度自动选择，人工复合765盾构姿态控制PYXIS自动测量，使盾构姿态尽可能保持良好同步注浆控制

严格控制同步注浆量和浆液质量,合理设定压浆点注浆量制定富有针对性的质量控制技术措施施工一体化第42页/共65页制定富有针对性的质量控制技术措施采用同步注浆工艺对管片周围的环形建筑空隙填充浆液，以防管片上浮以及周围土体移动导致大的地面沉降。工程使用的单液同步浆前期具有较好的流动性，在3天后能够达到土体强度，使管片所受浆液浮力的长度仅为脱出盾尾后15环左右。隧道稳定性在此浮力下基本不受影响。在先进的分配式六点注浆设备下，效果良好。新型单液同步浆应用第43页/共65页制定富有针对性的质量控制技术措施

为了确保隧道的整体质量，我们对管片的拼装有着严格的质量要求，要求如下：

管片椭圆度控制在4‰D（D=15000mm）范围内，即6cm内管片拼装后其环高差控制在8mm以内管片拼装后其纵缝张角控制在2mm以内管片拼装第44页/共65页在管片拼装中采取了相应的技术与质量控制措施：负环第一环采用钢环，为其余负环的拼装提供了质量保障；两块管片的接触面采用定位棒与定位槽的方式；制定富有针对性的质量控制技术措施相邻管片之间有凹槽标记可以方便控制管片的旋转度；在环面放置纺锤形剪力销，控制管片上浮及整圆度，并且可以减少相邻管间的踏步量。第45页/共65页严格工程质量过程控制要求一线施工人员做到按图施工，按规范及交底内容施工，我方施工员、质量员依施工方案和技术交底等进行分项（工序）施工的验收检验第46页/共65页根据施工现场的实际情况，填写质量运行过程控制表、一般问题整改单，并对各施工段进行质量考评。严格工程质量过程控制第47页/共65页进行了14项科研项目的课题攻关：国外大直径、大深度、长距离盾构技术消化高水压条件下泥水盾构开挖面稳定实验与分析超长距离盾构泥水处理技术研究盾构同步注浆系统研究长距离隧道盾构盾尾刷更换技术研究隧道内部火灾有害气体风险辨识和防治研究同期施工相邻隧道互相影响及施工控制技术大直径隧道管片拼装技术研究长距离隧道施工测量技术盾构进出洞施工技术研究隧道内道路结构同步施工技术研究高水压下连接通道施工技术研究大直径盾构隧道施工过程全三维可视化数值分析长距离隧道施工运输系统优化结合科研、QC攻克施工质量课题第48页/共65页取得多项上海市和国家级QC成果第49页/共65页工程质量情况第50页/共65页自2006年9月23日开始正式推进，到2007年9月17日上行线完成3780m隧道推进任务，完成工程量的50.4％。第51页/共65页同日下行线完成了2410m隧道推进第52页/共65页±150mm施工控制偏差值：设计允许值：±75mm管片轴线偏差第53页/共65页管片平面偏差平均偏差：42mm最大偏差：81mm管片高程偏差平均偏差：32mm最大偏差：83mm第54页/共65页管片平面偏差平均偏差：16mm最大偏差：86mm管片高程偏差平均偏差：21mm最大偏差：87mm第55页/共65页设计标准8mm