日本在砂层中的长距离盾构法隧道施工技术.doc

日本在砂层中的长距离盾构法隧道施工技术摘? 要：采用盾构机在饱和含水砂层中进行较长距离隧洞的掘进，应解决盾构机的设计制造、开挖面稳定、刀具耐磨性与更换、始发与到达洞段的布置与推进及其它一些技术问题。根据在日本进行盾构技术考察的情况，主要介绍在饱和含水砂层中进行盾构机较长距离掘进的施工技术及其发展。通过借鉴国外的先进技术经验，应用盾构法在我国进行长距离掘进施工是可行的。 　　关键词：盾构法；隧洞掘进；含水层；掘进机；日本 ? 　　1? 饱和含水砂层中的长距离掘进技术 　　从日本的经验看，在饱和含水砂层中实现盾构机的较长距离推进，首先应解决盾构机的设计制造，开挖面稳定及刀具耐磨性与更换问题。 　　1.1? 盾构机的设计制造 　　从日本已建成的实例看，在砂层中进行大断面、长距离推进时，大多数采用泥水加压式盾构机，具体工程实例如表1所示。据统计，日本自1979年以来已经或正在制造的直径大于10rn的盾构机共39台，其中泥水加压式盾构机为35台，约占90％。 表1??????? 日本大断面盾构机长距离推进实例?????????? m 　　泥水加压式盾构机除在控制开挖面稳定以减少地表沉降方面较为有利外，还在适应长距离推进、减少刀头磨损方面显示出优越性。日本川崎重工、三菱重工、日立造船及石川岛播磨重工等厂商在盾构机的设计、制造方面均具有较丰富的经验和较高的技术水平，依托日本在加工工艺与电子自动控制等方面的优势，使盾构机的产品质量得以保证。从已完成的东京湾隧道（2.8km）来看，在盾构机的轴承土砂密封、盾尾密封、液压系统及自动化控制系统等方面能满足长距离掘进的要求；特别是由于提高加工精度和对密封材料及密封措施的研究开发，使泥水加压式盾构机在适应高外水压力条件下的安全性方面取得了成功，表1的工程总，外水压力大都为3～6kg/cm2，而现有盾构机均可承受10kg/cm2以下的外水压力。为适应长距离、高速度推进的需要，日本开发了可在推进的同时进行管片拼装的盾构机。另外，在砂土层中采用泥水式盾构机施工，可适应水力出土的要求，当粉粘粒含量较小时，可方便泥水的处理与循环使用。 　　1.2? 开挖工作面的稳定问题 　　采用泥水式盾构机有利于控制开挖工作面稳定，特别是通过加强泥水特性的研究和泥水系统管理，使砂层中开挖面稳定的问题得到了解决。 　　从考察的几个砂土地层中泥水式盾构机施工实例看，日本在解决砂层中的开挖面稳定方面主要有以下措施。 ??? （1）在盾构机中设置开挖面崩坍测定和加固装置（必要时）。 ??? （2）在刀盘开口部位设置可伸缩挡板，以增加盾构机停止推进时大刀盘对开挖面的支撑力。 ??? （3）控制泥水压力，对泥水供应、输送及排出实现计算机动态监控和管理。 ??? （4）改善泥水特性，提高泥水的护壁效果。日本各施工企业对泥水式盾构机所使用的泥水主要采用高质量的膨润土配置，为提高其适粘性，常添加CMC等化学助剂，泥水比重一般在1.05～1.15左右，以适应砂层推进的要求。 　　日本在砂层中用盾构法施工还未发生因开挖面失稳而导致的事故，这一方面与所穿越砂层较密实（大多数砂层N值大于50）有关，同时，也与盾构机设计制造中已开发了较完善的泥水控制与管理系统有关。 　　1.3? 刀具的耐磨性与更换问题 　　在砂层中进行连续的长距离推进，日本的实例不超过2.6krn（小机千若雨水干线下水道，φ10m）。虽然在刀具的耐磨性方面进行了研究与开发，如采用在刀具上镶嵌超硬合金刀头和高低差刀头布置等技术，但对其成果还有待实践检验。 　　在刀具上镶嵌超硬合金刀头，对刀头磨损有明显的减轻，但对砾石层因其易折断面不能完全适应。但当砂的石英含量超过50%时，刀头的磨损程度如何，还需进行试验与实际施工的检验。按日本盾构机设计人员介绍，对于石英含量高的砂层，一般推进1krn就需更换刀具。 　　为解决长距离推进中的刀具更换问题，日本厂商着力研制掘进过程中可在常压下随时能够安全、快速进行刀具更换的盾构机。三菱重工与石川岛播磨重工已联合制造了一台用于横滨新羽干线下水道工程（长4 435m）的泥水式盾构机（长φ9. 45m），其刀盘采用“球体”技术，可旋转180°后在大气压下更换刀具，该盾构机已完成工厂内的试运转，即将投入运行。据了解，更换一次刀具约需1个月时间，这种盾构机的价格约为相同直径同类型盾构机的1.6倍，虽然其更换刀具相对采用地层加固法更为安全、方便，但还需进一步进行经济比较。 　　2? 隧洞始发与到达段的布置与推进 　　在日本盾构法施工的隧道中应用最多的是地铁，其次是市政下水道管线（共同沟）、公路隧道以及河川排贮水隧道等。公路隧道及部分地铁隧道，需按一定坡度与地面相接，但纵坡坡度最大不超过8％（东京湾隧道为4%）。其它隧道均没有与地面缓坡衔接的要求，大多数隧道的始发与到