φ9.1m的泥水盾構從地下70m深的豎井中推出。日本最大深度的東京氣扇島工廠海底隧道,在海底地層中開挖了530米,然後到達海底豎井,盾構機瞬間停止。
本盾構掘進工程從1995年3月6日至同年9月8日,歷時6個月完成,包括豎井施工、鑿井、盾構始發乃至到達保護等準備工作。在700KPa的高水壓下,21個月完成了完全水密的盾構隧道,這是日本盾構施工技術處於世界壹流水平的又壹證明。
盾構掘進的起源是在1818年,英國人M·I·布魯黃格在倫敦泰晤士河畔深度為21m的工作坑用“盾”頂出圍護結構。用工作坑的後墻做支撐墻,用用過的螺旋千斤頂做推進動力,做成這個“擋護盾”。途中因河床土壤崩塌、洪水泛濫而中斷。後來隧道建成其實用了20多年。此時,作為盾構機的創始人,布魯黃格已經成為72歲的老人。今天盾構工法的發展,就是因為這個布魯黃二的熱情。
此後,在65438至0887的倫敦南部鐵路隧道工程中,也采用了氣動盾構法來構築盾構法的基礎。
1890時代,雖然美、德、法等國在隧道施工中多采用盾構法。半盾(屋頂盾)、橢圓盾、馬蹄形盾、矩形盾也有使用。
在日本,通過學習歐美的技術,在1940左右的地下鐵路和下水道建設中采用了盾構法,在1970之後發展了封閉施工法,並得到了突飛猛進的發展。1989跨英法海峽隧道工程中,采用了日本制造的土壓盾構機,領先於世界至今。
下面介紹日本盾構工法的引進和發展,以及今後的展望。
日本盾構施工方法
盾構施工方法的介紹與發展
日本第壹個成功的盾構工法是中鐵(1939 ~ 1944)的關門海底隧道工程。在我公司不良地基中,上行線路405m,下行線路725m,采用φ7.2m人工開挖盾構機,采用氣動施工法和化學液註漿法施工。通過這個工程,可以認為日本盾構工法的技術已經確立。
1953的關門公路隧道、1957的帝都高速四號線永田町二工區使用了頂板盾構。此外,名古屋地鐵絕望山隧道采用人工開挖盾構,采用氣動施工方法。
之後由於1964面臨東京奧運會的項目,隨著經濟的高增長,要求城市設施建設急劇增加,建設項目帶來的公害有時也很明顯。在以前的城市隧道中,采用人工開挖盾構法代替明挖法。在此期間,隨著盾構掘進,降水法和氣動法被用作處理地下水的對策,而輔助方法如化學液體灌漿法被用作處理地基沈降的措施。
在推廣盾構工法的同時,希望能發展出縮短工期、節省勞力、處理復雜地基的盾構工法,而機械掘進盾構工法是大阪市1963年大典輸水管道(φ2.6m,長227m)第壹個使用的新型盾構。第二年,在大阪地下鐵路工程中,采用了直徑6.97 m、掘進長度668.4m的機械掘進施工方法,各種廠商和公司致力於機械掘進盾構機的開發,並將其推向實用階段。
2.封閉式盾構施工方法的發展
由於采用氣壓施工法或化學灌漿法作為輔助施工方法,可能發生缺氧事故、化學泥漿破壞事故或隧道火災事故。在探索這些事故的對策過程中,出現了泥水盾構和土壓盾構的施工方法。
泥水盾構原理由法國Camnoperonadu公司於1961構思,於1967在日本帝都高速交通營地鐵深蘭壹工區正線工程導流洞(φ3.1m,長312m)采用泥水盾構工法。泥漿盾構施工法是將機械化盾構的刀盤部分密封不變,用隔墻把泥漿壓送到開挖面,用排泥閥把挖出的土碴以流體的方式運走。作為壹個大型隧道斷面,在1969,貫穿森崎運河的日本鐵建公司羽田隧道采用了長φ7.29m,長856m×2的線路工程,引起了國外人士的極大關註。
另外,1974年,土壓盾是日本獨自研發的。在這種盾構施工方法中,還在機械化盾構機的刀盤後面設置隔墻,用螺旋輸送機排出土渣,用混合攪拌機構將封閉倉內的開挖土攪拌成泥漿,通過給定壓力獲得開挖面的穩定。作為壹種改進型的土壓盾構工法,將添加材料(加泥材料和泥漿材料)註入刀盤的封閉倉內,發展了攪拌葉輪輔助混合土的加壓盾構工法,土壓盾構工法可能的應用範圍正在逐步擴大。土壓盾構法在1976東京航道局的水管建設工程中首次使用。作為所用的添加材料,采用氣泡(泡沫)盾構工法改善開挖土體的流動性和止水性能。
泥漿、土壓等封閉式盾構施工方法改善了施工隧道內的大氣壓工作環境,不再有漏風、缺氧等問題,也成為未來盾構施工方法的主流。
3.盾構施工方法的多樣化
由於封閉式盾構工法的實用性,對開挖面穩定性、地基沈降等周邊環境的影響變小,盾構工法成為應對不利施工條件下地鐵、下水道、電力通信、道路、地下溝渠等大型隧道工程施工的主力。
此外,進入80年代後半期,對於這些隧道的規模、形狀、線形、自動化、節省勞動力和降低成本的相應需求,成為總承包商和制造商之間技術競爭的驅動力。
(1)大截面
為克服開挖面的穩定性和材料、機械、材料組合的效率問題,以穿越東京灣的φ14.14m道路為起點,修建鐵路、公路、暗河等大直徑隧道。
(2)深度大
由於城市淺層地下空間被已建構築物占用,需要對新建隧道進行加深,將成為60 ~ 70 m深度的隧道,需要提高盾構機和管片的承載力和耐久性,這是大深度、高水壓施工的必要條件。
(3)遠距離
在過於密集的鬧市區,很難保證豎井用地。以降低成本為目標,通過盾構機等功能的有效利用,要求使用1盾構機進行長距離掘進。在這種情況下,就成為了盾構機的耐久性、切削鉆頭的更換技術、挖掘切削泥土的處理設備、將材料和設備高速運送到開挖面的設備等課題。建設長度6.5km的項目業績正在顯現。
(4)截面優化
通常情況下,工程造價與開挖斷面成正比。另外,由於土地使用的限制,得到了壹個既能滿足使用目的,又能使橫截面積最小化的隧道。根據這種需要,MF、DOT、H不斷被開發出來。
(5)隧道襯砌與地下對接技術
作為縮短工期和降低成本的技術發展之壹,ECL工法被開發出來,該工法不使用預制管片襯砌塊,而是直接在盾構中設置模板,並在現場澆註隧道襯砌。在這種情況下,雙方的盾構機將在地層中進行盾構對接技術,並開發土壤凍結法和MSD法等項目。
4.海外評估
1994年5月開通的英法海峽隧道(長49km)工程的幾個主要標段,在設計、制造、維護等方面都綜合使用了日本盾構機。
都是優秀的施工成果,日本盾構技術和長期從事該領域的相關人員的努力成為海外評價的對象。
未來的技術主題和前景
根據以英法海峽隧道或橫跨東京灣的海底隧道為代表的大深度大斷面隧道開挖技術的發展,以及首都圈基礎設施用地難以保證的背景,2000年5月制定了《大深度地下公共工程使用特殊處理辦法》,地下開發技術再次引起人們的關註。
特別是對鐵路、公路等地下長構築物的盾構法施工抱有很大的期待。不用說,未來我們期待在保證質量的前提下,以安全、高速、低價施工為目標的技術發展。具體來說,可以引用以下技術主題。
大深度(盾構機的密封、始發和到達方法、排土機構等。)
大斷面(盾構機方向控制,管片接頭,組裝方法...)
長距離運輸(運輸挖掘出的土壤和碎片、運輸砌塊、修理和更換切割頭、操作人員的安全和衛生...)
地層障礙物的處理(不包括基樁、流放木段等)。原始結構...)
鬧市區施工(地面臨時設施緊湊,減少噪音和振動...)
最近,作為壹種新的盾構施工方法,必須整體推進幾個盾構的想法,使地下道路坡道可以隨意分叉和其他合理的建設,可以看到盾構施工方法的高技術的先兆。對於社會的需求,期待技術人員做出進壹步的研究成果。
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