4上海地铁区间隧道直径6

上海地铁区间隧道直径6.34m土压盾构施工

傅德明139****7066

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上海市土木工程学会

2011.5.21

1．工程概况

上海地铁规划22条线路，总长1050km，见图1所示，其中大部分为地下铁道。已建地铁1、2、3、4、5、6、7、8、9、11号线共10条线，运营长度330km，日客流量达400万人次。在建10号线和2号线东西延伸段长度约90km，将于2010年4月上海世博会前建成运营，使上海的运营地铁线路达11条约420km，日客流量可达500万人次。2012年将建成运营500km。

上海地铁区间隧道95%以上采用土压盾构掘进机施工，自1990年地铁1号线工程正式开工以来的19年间，已掘进隧道约达400km，其中，前10年仅施工40km，后9年施工380km。2008年使用的盾构掘进机多达97台。2007年掘进隧道80km，2008年掘进隧道140km。

图1 上海地铁线路总平面图

上海地铁1号线试验段始建于1980年，于1989年全线开工，全长14.5km，其中18km 区间隧道首次采用7台Φ6.34m土压盾构于1990年起陆续掘进施工。上海地铁1号线于1995年4月建成运营，成为我国第一条采用盾构法施工的地铁线路。

1996年至1999年，上海地铁2号线工程圆隧道部分西起中山公园站，东至龙东路站，双线(上、下行)全长24km，采用10台Φ6.34m土压盾构掘进施工。

2000年至2007年的8年中，上海地铁4、6、8、9号线约140km区间隧道采用40

余台盾构掘进施工，并首次应用5台双圆DOT盾构掘进8.2km隧道。

2008年在建的5线2段约260km区间隧道共采用97台盾构同时掘进施工，创世界盾构隧道工程史新纪录。

2．工程地质概况

上海地铁隧道的埋深最浅的为11m（最小覆土5m），最深的达35m（穿越黄浦江底）。上海市区的地层从地表以下依次为杂填土、粘土、灰色淤泥质粘土、灰色淤泥质粉质粘土、灰色粉质土、粉砂、暗绿色粘土。盾构穿越的地层大多为淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土，也有穿越粉质土、粉砂，见图2所示。

图2 上海地层地质剖面图

淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土具有含水量饱和(40％～55％)，孔隙比大(1.0～1.4)，内力小(1.0kPa～13kPa)，内摩擦角小(7º～15º)，易塑流等，属高压缩性土。土的主要指标见表1 。

表1 上海地铁隧道穿越地层土的主要指标

土层名称

重度含水量孔隙比内摩擦角标准贯入度Γ（kN/m3) W(%) e φ(º) N

灰色淤泥质粉质粘土17.7 43 1.16 15 2

灰色淤泥质粘土17.2 51 1.45 8 ＜1

灰色淤泥质夹粉砂18.2 34 1.00 11 3 粉质粘土18.2 36 1.00 18 20

3．地铁隧道衬砌

地铁隧道衬砌外径为6.2m，内径为5.5m，衬砌为预制钢筋混凝土管片，每环宽度100cm和120cm2种，厚度35cm。每环由封顶块(F)、邻接块(L1及L2)、标准块(B1 及B2)和落底块(D)6块管片拼装而成,见图3 所示。上海地铁管片大部分采用通缝拼装，小部分采用错缝拼装。两相邻管片的纵向、环向均采用M30螺栓连接，管片设计强度等级为C50，抗渗为S8，接缝防水采用水膨胀性橡胶和氯丁橡胶复合而成的弹性密封垫。

在衬砌接缝构造设计中，考虑到软土地层的特性，便于在环间传递一定的剪力，控制环间踏步，同时方便管片拼装时的定位，在环缝和纵缝上均设计成凹凸榫槽。管片连接由直螺栓方式逐步发展为更合理的弯螺栓，这样，内弧面开孔更小，管片受力性能更好，见图4所示。

图3 上海地铁隧道衬砌结构图

图4 衬砌断面和螺栓孔

4．地铁隧道盾构掘进机

4.1 Φ6.34m土压盾构

1990年，上海地铁1号线隧道掘进施工首次选用对掘削面影响小、机械化程度高、掘进速度快的ф6.34m土压盾构。7台ф6.34m土压盾构由法国FCB公司、上海隧道工程股份有限公司、上海市隧道工程设计院、上海沪东造船厂联合体制造, 见图5所示，其主要技术性能见表2。

图5 ф6.34m土压平衡盾构

表2 ф6.34m土压平衡盾构主要工作参数

盾构本体

外径 6 350mm

盾尾内径6540mm

最大推力 3.330×104k N 推进速度3cm/min

切削刀盘最大扭矩 4 635k N-m 转速0~0.8r/min

螺旋输送机螺杆直径Ф700cm 扭矩0~15k N-m 排土量200m3/h

拼装机回转速度0~1.5r/min 回转角度±210°提升重力82k N 提升行程650mm 平移行程 1 050mm

1995年以后，上海地铁分别从法国、日本的盾构制造商购置20余台ф6.34m土压盾构掘进机，其主要工作性能参数基本相近。2004年以来，上海隧道工程公司机械厂制造的“先行号”ф6.34m土压盾构掘进机逐渐在上海地铁区间隧道工程中应用，至今已有30余台投入施工，占上海地铁工程使用盾构的30%以上，见图6所示。

1、壳体

2、中心回转接头

3、刀盘系统

4、推进油缸

5、人行闸

6、拼装机

7、螺旋机 8、盾尾密封 9、管片吊运机构 10、拼装平台

图6 ф6.34m土压平衡盾构主机结构图

序号名称参数单位

1 盾构外径（D）6340 mm

2 盾构主机长（L）8581 mm

3 灵敏度（L/D） 1.35

4 盾构主机重量（W）250 t

5 盾构总推力（F）35200 kN

6 推进速度（V）3600 mm/h

7

管片拼装机

提升力（F）197 kN 回转力矩（Tp）100 kN·m 转速（V）0.5/1 r/min

回转角度 220 ゜

平移行程1000 mm

8

螺旋输送机螺杆直径740 mm 螺杆节距700 mm 转速0～16 r/min 输送量260 m3/h 驱动扭矩45 kN·m

9

刀盘系统

刀盘转速0～1 r/min 刀盘扭矩（额定）4070 kN·m

10 皮带机310 m3/h