超大直径盾构施工

上海市科学技术进步奖推荐书

一、项目基本情况

专业评审组: 土木二组评审号: 20104441 中文超大直径泥水平衡盾构隧道施工关键技术

项目

名称

英文The Key Techniques of Super Large Diameter Slurry Shield Tunnel Construction

主要完成人员略

主要完成单位略

主题词超大直径隧道；同步注浆；同步施工；进出洞技术；不分散泥水材料推荐单位城建集团

奖励类别技术开发类项目水平国际先进

所属学科隧道工程学科代码5801030

相关学科地下工程学科代码5605030

技术领域其它技术出口情况未出口

所属行业建筑业密级非密

任务来源省、市、自治区计划保密期限0年

创新性国内首创可否公布可

市成果登记号(每行只填一个成果登记号)

9312009Y0083

9312009Y0084

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9312008Y0883

项目研究起止时间2006.09--2008.09

上海市科学技术奖励管理办公室制

二、项目简介

项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况：

本项目属于其他技术领域隧道工程技术。随着城市化建设进程的加快，超大直径盾构隧道飞速发展已成必然的趋势。国内直径12m以内的盾构隧道施工技术渐趋成熟，但直径14m以上的超大直径盾构隧道施工技术尚处起步阶段。随着隧道向超大直径方向发展的需要，研究探索超大直径隧道施工技术有着十分重要的现实意义。本项目通过对超大直径泥水平衡盾构施工工艺、新型泥水体系、同步注浆材料和工艺、进出洞技术、盾构机调头、双层道路同步施工等施工关键技术的研究创立了一套完整的超大直径泥水平衡盾构施工工法，标志着我国正式掌握了超大直径盾构隧道施工技术，开创了中国超大直径盾构隧道施工新时代，取得如下创新成果：

（1）首创超大直径泥水盾构不分散泥水体系和集成化泥水固控处理工艺，有效解决了超大直径泥水盾构开挖面稳定控制和泥水高效重复利用的技术难题；所研发的泥水材料与处理工艺大幅降低了废弃泥水的总量，达到施工环保与节能的目的。

（2）创新研制了新型抗剪型同步注浆砂浆材料与施工方法，建立了以抗剪切屈服强度和塌落度为控制指标的同步注浆新理念，突破了传统的以早期抗压强度和初凝时间为控制指标的同步注浆方法，与传统双液浆相比，成本降低30~50%，隧道施工期的稳定更易于控制，有效缩短隧道稳定时间，明显提高了成环隧道的质量；

（3）首创了超大直径隧道双层道路同步施工方法，通过应用研制的移动式台模车有机地将盾构推进和内部道路现浇结构施工结合起来，解决了快速施工与高效运输的矛盾，在有效缩短工期的同时，控制了隧道上浮；

（4）创新研发了超大直径隧道进出洞冰冻加固体分区域强制解冻结合注浆控制融沉的施工方法，显著减少了盾构进出洞加固土体后期的沉降，大幅降低了超大直径盾构隧道的进出洞风险；

（5）首创了狭小空间内超大直径盾构机整体原位调头技术，有效缩短了工期，解决了传统的大直径盾构解体调头对工期和盾构本体质量所带来的不利影响。

本项目授权发明专利2项，申请发明专利4项，授权实用新型专利3项，获得国家级一、二级工法各1项，市级工法3项，出版专著1本，发表论文10余篇。研究成果已应用于大连路隧道、翔殷路隧道、复兴东路隧道、军工路隧道、耀华支路越江隧道、长江隧道等，形成了一套完整的软土地区超大直径泥水平衡盾构施工工法，培养了学科带头人和一批科研和工程的技术人才，标志着我国超大直径盾构隧道施工技术跨入世界先进行列，研究成果总体达到国际先进水平，社会、经济效益突出。

（不超过800个汉字）

三、项目详细内容

1.主要科技创新内容（采用的技术原理与方案；关键技术创新点；必要的图表数据）

1.1总体研究思路

本课题是针对超大直径泥水平衡盾构施工关键技术的综合性研究，上海大连路隧道（Φ11.22m）、复兴路隧道（Φ11.22m）和翔殷路隧道（Φ11.58m）等大直径隧道工程的相继投入使用标志着我国大直径隧道的施工技术已基本成熟，而当时国内最大直径的上海上中路隧道（Φ14.87m）工程开工标志着我国正式进入了超大直径盾构（直径大于14m）施工的新时代，但超大直径隧道施工技术在国内尚处于起步阶段，研究探索超大直径盾构施工技术具有十分重要的意义。

超大直径盾构隧道出土量与开挖断面是大直径隧道的1.76倍，排泥流量前者是后者的近3倍，前者断面上下土压力差是后者的1.325倍，盾构机重量也增加近两倍，随着体量的大幅增加，对传统的泥水体系、进出洞技术、盾构机调头、同步注浆等施工技术理念的突破势在必行。为此本课题对超大直径盾构施工工艺、新型泥水体系、同步注浆材料、进出洞技术、盾构机调头、双层道路同步施工等超大直径泥水盾构隧道施工关键技术进行了综合性研究。

以往大直径隧道施工采用的是以膨润土泥水及沉淀池构成的分散泥水体系，取得了比较好的工程效果，但存在废弃泥浆排放量大、稳定性差、回收率低，泥浆指标难以控制，新浆材料用量大、泥水处理场地占地大等不足。根据超大直径隧道泥水流量巨大、开挖面稳定控制困难等特点，在室内泥水材料试验、现场应用试验的基础上，开发一种全新的具备较强的造浆能力、网结能力、抑制分散能力、稳定性好、触变性好以及形成的泥膜致密等优点的不分散泥水材料，并集成设计了超大直径泥水盾构隧道施工的泥水固控处理工艺，形成一套适用于软土地区超大直径泥水平衡盾构施工的泥水体系，使超大直径泥水盾构进入城市密集区施工成为可能。

超大直径隧道由于开挖面巨大等特点使得盾构进出洞存在巨大的风险。冰冻法作为一种常用的出洞土体加固方法具有安全可靠的特点，但冻融控制比较困难，解冻后造成的地表沉降较大，本课题探索了一种带有融沉注浆控制技术的分区域强制解冻施工方法，大大缩短了冰冻体后期稳定周期，减少了地面沉降，提高了出洞段隧道质量。

上海早期的地铁隧道工程采用膨润土单液浆作为盾构的同步注浆浆液，这种浆液在注入到土层后，浆液中的水和主要骨料会发生分离，导致浆液中的水分流失，不利于隧道后期沉降的控制。之后采用的双液型浆液是典型的可硬性浆液，具有初凝时间短，早期强度以及后期强度均较大，固结后体积收缩小等特点。但施工过程控制要求较高，实际使用中注浆量偏大，对周围土体扰动较大，浆液充填均匀性难以控制。本课题研制的抗剪性同步注浆砂浆及工艺改变了这种状况。

传统的盾构机调头采用解体吊装的方法，但直径14.87m盾构机即使分解后最重的单件达225吨，且拆卸及后期组装难度大，工期较长。为此本课题创立一种盾构机原位调头的方法，采用可控性好、可平移基座搁架支承体系和先进的PLC控制液压同步移位系统，可以快速实现盾构机工作井内平移调头。