南京地鐵過(guò)江隧道總體設(shè)計(jì)與施工

佘才高

(南京地鐵集團(tuán)有限公司， 江蘇 南京　210008)

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南京地鐵過(guò)江隧道總體設(shè)計(jì)與施工

佘才高

(南京地鐵集團(tuán)有限公司， 江蘇 南京210008)

摘要：以南京地鐵3、10號(hào)線過(guò)長(zhǎng)江隧道為背景，針對(duì)其距離長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高、施工難度大等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)地鐵行業(yè)首次提出采用單洞雙線大直徑盾構(gòu)隧道的斷面形式。分別從設(shè)計(jì)與施工難點(diǎn)及采取的措施出發(fā)，通過(guò)工程類(lèi)比、仿真計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等研究手段，確立了11.2 m外徑的單管雙線三層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的地鐵過(guò)江大直徑盾構(gòu)隧道橫斷面，解決了地鐵大直徑盾構(gòu)隧道襯砌環(huán)分塊形式，提出了利用隧道頂部富?？臻g的縱向通風(fēng)模式。實(shí)踐證明，在直徑為10～12 m類(lèi)大直徑盾構(gòu)隧道的常壓換刀的應(yīng)用中是可行的、安全的。研究成果可為城市大斷面越江地鐵盾構(gòu)隧道工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：南京地鐵； 過(guò)江隧道； 大直徑盾構(gòu)隧道； 盾構(gòu)換刀

0引言

自20世紀(jì)60年代以來(lái)，為滿足城市交通迅猛發(fā)展的需要，我國(guó)已建設(shè)了多條越江隧道。由于盾構(gòu)法隧道具有目標(biāo)工期及工程造價(jià)可控性好、風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小、施工期間不影響江河通航及不易受河床變遷影響等優(yōu)點(diǎn)而在國(guó)內(nèi)外越江(河)工程中被廣為采用。

國(guó)內(nèi)已建成的上海延安東路隧道[1]、翔殷路越江隧道[2]、大連路隧道[3]、打浦路隧道[4]及南京緯七路長(zhǎng)江隧道[5]等工程均為盾構(gòu)法隧道工程。目前國(guó)內(nèi)越江隧道大多采用大直徑盾構(gòu)隧道過(guò)江形式，斷面一般在10～15 m，且此類(lèi)隧道工程多，施工技術(shù)成熟。但是，這些越江隧道多數(shù)為公路隧道，目前，單洞雙線的大直徑過(guò)江盾構(gòu)隧道在地鐵領(lǐng)域還未出現(xiàn)，而兩者在限界、行車(chē)、防災(zāi)、排水、運(yùn)營(yíng)等方面均存在較大差異，大量專(zhuān)業(yè)問(wèn)題需要重新進(jìn)行研究。

本文以南京地鐵3、10號(hào)線越江隧道為背景，針對(duì)其距離長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高、設(shè)計(jì)、施工難度大的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)地鐵行業(yè)首次提出采用單洞雙線三層大直徑盾構(gòu)隧道的斷面形式[6-7]；針對(duì)高水壓特點(diǎn)，研究得出采用雙道防水密封墊設(shè)計(jì)形式；提出采用縱向通風(fēng)方式且以道床疏散為主、疏散平臺(tái)為輔的疏散方式。

1工程概況

南京地鐵3號(hào)線采用A型車(chē)，其過(guò)江通道起于江北浦珠路與柳州路路口布置的浦珠路站，沿京滬高鐵預(yù)留上元門(mén)通道走設(shè)，下穿威尼斯水城、引水河泵站、長(zhǎng)江后到達(dá)江南燕江路與中山北路路口布置的濱江路站。通道全長(zhǎng)3 321.6 m，穿越地層主要為粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、含礫中粗砂地層；穿越江段江面寬約2 km，百年一遇洪水位10.53 m(吳淞高程，下同)，三百年一遇最大沖刷線最深點(diǎn)高程-34.43 m、深泓擺幅100 m。

南京地鐵10號(hào)線采用B型車(chē)，其過(guò)江通道起于江心洲島內(nèi)緯七路過(guò)江隧道以西布置的江心洲站，下穿長(zhǎng)江、江北水廠后到達(dá)江北緯七路過(guò)江隧道以西、緯七路收費(fèi)站以南布置的濱江大道站。通道全長(zhǎng)3 583 m，隧道區(qū)間穿越地層以粉細(xì)砂、中粗砂、卵礫石及粉質(zhì)黏土地層為主，穿越江面寬約2.1 km，百年一遇洪水位10.68 m，三百年一遇最大沖刷線最深點(diǎn)高程-32.40 m、深泓擺幅100 m。

隧道平面布置見(jiàn)圖1，3號(hào)線地質(zhì)縱斷面見(jiàn)圖2，10號(hào)線地質(zhì)縱斷面見(jiàn)圖3。

圖1　隧道平面示意圖

Fig. 1Plane sketch of Line No. 3 and Line No. 10 of Nanjing Metro

圖2　南京地鐵3號(hào)線地質(zhì)縱斷面圖

Fig. 2Schematic diagram of the geological conditions of Line No. 3 of Nanjing Metro

圖3　南京地鐵10號(hào)線地質(zhì)縱斷面圖

Fig. 3Schematic diagram of the geological conditions of Line No. 10 of Nanjing Metro

2工程特征

工程主要的特征及技術(shù)難點(diǎn)如下。

1)盾構(gòu)區(qū)間線路長(zhǎng)且地質(zhì)條件極其復(fù)雜。隧道區(qū)間線路長(zhǎng)3.3～3.6 km，主要穿越的地層為粉細(xì)砂、中粗砂、卵礫石及粉質(zhì)黏土地層。粉細(xì)砂層透水性強(qiáng)，易發(fā)生涌水、涌砂現(xiàn)象，且盾構(gòu)在該層掘進(jìn)時(shí)易發(fā)生沉陷；全斷面穿越中粗砂、卵礫石層長(zhǎng)度較長(zhǎng)，其所含礫石強(qiáng)度較高，對(duì)刀具磨損嚴(yán)重，地層自穩(wěn)能力低、透水性好，易發(fā)生開(kāi)挖面不穩(wěn)、突泥涌水事故。

2)沿線水頭壓力高、覆土變化大。越江段長(zhǎng)江多年平均水位5 m左右(吳淞高程)，隧道頂板最高水壓力為0.6 MPa，盾構(gòu)及成型隧道承受極高的水頭。隧道覆土變化大，最大及最小埋深分別為41 m和12 m，其中江中段覆土最淺處約1D，施工風(fēng)險(xiǎn)大。

3)江底隧道線路近穿深槽段。隧道區(qū)間的深水漕在勘察期間水深達(dá)27～30 m，三百年沖刷線深泓擺幅范圍約100 m，且深槽區(qū)段盾構(gòu)隧道全斷面穿越②-4d1-2粉細(xì)砂層，該土層為中密-密實(shí)，顆粒級(jí)配不良，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，含云母碎片，偶含石英質(zhì)礫石，局部夾粉質(zhì)黏土薄層，滲透系數(shù)較高。

4)近穿建(構(gòu))筑物多。線路周邊環(huán)境較復(fù)雜，盾構(gòu)區(qū)段穿越建構(gòu)(筑)物有浦口區(qū)自來(lái)水廠建筑物及管線、長(zhǎng)江大堤等。浦口區(qū)自來(lái)水廠為浦口區(qū)人民提供日常生活用水，對(duì)浦口區(qū)人民正常生活有著重要作用；而長(zhǎng)江大堤作為江防大堤，對(duì)保護(hù)浦口和江心洲兩地人民生命財(cái)產(chǎn)安全有著不可估量的作用。盾構(gòu)區(qū)間線路在建筑物下穿行的區(qū)段施工風(fēng)險(xiǎn)大，對(duì)施工引起的變形控制要求高。

3隧道橫斷面設(shè)計(jì)

由于盾構(gòu)法隧道造價(jià)高、工程技術(shù)難度大，有效地優(yōu)化其橫斷面設(shè)置，在滿足設(shè)計(jì)功能的前提下減小橫斷面，可以有效地降低工程投資和技術(shù)難度[8-9]。

通過(guò)工程類(lèi)比，綜合考慮盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)各類(lèi)因素(如表1所示)，最終確定采用單洞雙線盾構(gòu)方案。隧道建筑限界內(nèi)徑為9 800 mm，根據(jù)建筑限界、施工誤差、測(cè)量誤差及不均勻沉降等因素，確定雙線盾構(gòu)隧道的內(nèi)徑為10 200 mm，管片厚度采用500 mm，管片外徑為11 200 mm(如圖4所示)。

根據(jù)功能需要，大盾構(gòu)斷面布置將隧道分為3個(gè)部分。上部為縱向排煙道，中間部分為上下行地鐵車(chē)行道，下部為集水泵房。上部風(fēng)道的面積和尺寸主要取決于排煙能力要求；軌道結(jié)構(gòu)下部空間因結(jié)構(gòu)分成3部分，中間部分主要考慮作為排水溝槽和江中泵房，保證必要的檢修空間，風(fēng)道板及泵房采用預(yù)制件進(jìn)行施工，確保施工工期。

在中隔墻兩側(cè)設(shè)置縱向疏散平臺(tái)，直線段寬度700 mm，曲線段寬度600 mm，供隧道維修和防災(zāi)疏散使用。

表1　長(zhǎng)距離過(guò)江地鐵盾構(gòu)隧道方案比較表

圖4　單洞雙線大盾構(gòu)隧道斷面(單位： mm)

Fig. 4Scheme of cross-section of large-diameter single-tube double-line shield tunnel (mm)

4隧道縱斷面設(shè)計(jì)

4.1縱斷面設(shè)計(jì)原則

水下隧道縱斷面主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行控制。

1)隧道縱斷面縱坡兼顧兩端接線車(chē)站埋深和功能需要，接線車(chē)站布置位置服從規(guī)劃和功能需要，工程經(jīng)濟(jì)、風(fēng)險(xiǎn)可控。

2)隧道縱斷面縱坡需滿足行車(chē)需要，一般條件下最小縱坡2‰、最大縱坡30‰。

3)隧道縱坡最低點(diǎn)的設(shè)置位置和數(shù)量應(yīng)服從排水功能要求。

4)施工期間隧道的最小覆土不宜小于1D，以滿足盾構(gòu)施工安全。

5)水下隧道正常運(yùn)營(yíng)期間，隧道的最小覆土在三百年一遇沖刷深度及深泓擺幅條件下滿足最小抗浮覆土需求。

4.2隧道縱斷面設(shè)計(jì)

過(guò)江隧道運(yùn)營(yíng)期間抗浮安全系數(shù)1.1，考慮三百年一遇河床最低沖刷線和200 m深泓擺幅影響，運(yùn)營(yíng)階段最小覆土厚度=(1.1×隧道浮力-管片自身重力)/上覆土浮容重=[1.1×985.2-(420.2+284.3)]/8=4.23 m。

1)南京地鐵3號(hào)線過(guò)江隧道縱斷面采用V字坡，受三百年一遇沖刷線深泓位于北岸影響，隧道最低點(diǎn)靠江北布置，隧道最大縱坡29‰、最小縱坡8‰，施工期間隧道最小覆土10.4 m、位于江北漫灘地區(qū)；正常運(yùn)營(yíng)期間三百年一遇沖刷線及100 m擺幅基礎(chǔ)上最小覆土5.1 m。

2)南京地鐵10號(hào)線過(guò)江隧道縱斷面同樣采用V字坡，隧道最大縱坡28‰、最小縱坡9‰，施工期間隧道最小覆土9.4 m、位于江南漫灘地區(qū)；正常運(yùn)營(yíng)期間三百年一遇沖刷線及100 m擺幅基礎(chǔ)上最小覆土5.4 m。

5襯砌結(jié)構(gòu)與防水設(shè)計(jì)

盾構(gòu)隧道是由襯砌與接頭共同構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體。不同的結(jié)構(gòu)形式，不同的拼裝方式，都將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)橫向和縱向力學(xué)性能的顯著差異[10]。由于盾構(gòu)隧道所處的環(huán)境含水豐富，故結(jié)構(gòu)的防水問(wèn)題是事關(guān)工程成敗的重點(diǎn)和難點(diǎn)[11]。

5.1襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

襯砌環(huán)采用雙面楔形形式，同時(shí)考慮管片拼裝時(shí)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的水平楔形量損失和國(guó)內(nèi)管模的通用性，確定管片楔形量為55 mm，單邊楔形角5′45.5″。本次設(shè)計(jì)采用環(huán)寬2 m、5+2+1分塊模式(見(jiàn)圖5)，全環(huán)由大封頂塊F、2塊鄰接塊L和5塊標(biāo)準(zhǔn)塊共8塊管片構(gòu)成[12]。

接縫上設(shè)置2道彈性密封墊，內(nèi)側(cè)預(yù)留嵌縫槽。為防止管片外側(cè)損壞，在接縫外側(cè)設(shè)置丁晴軟木橡膠墊片。在管片接縫上設(shè)置凹凸榫槽。接縫連接采用斜直螺栓連接。在最不利工況條件下，考慮接縫彈性密封墊預(yù)加緊固力的作用，塊與塊之間每塊設(shè)置4顆M45環(huán)向螺栓(布置于2個(gè)手孔內(nèi)，每個(gè)手孔內(nèi)各2顆)，螺栓機(jī)械等級(jí)8.8級(jí)。環(huán)與環(huán)之間每環(huán)均勻布置36顆M40縱向螺栓，螺栓機(jī)械等級(jí)8.8級(jí)。

圖5　襯砌構(gòu)造圖(5+2+1)(單位： mm)

5.2防水設(shè)計(jì)

從結(jié)構(gòu)、接頭、接縫設(shè)計(jì)、環(huán)境保護(hù)、施工監(jiān)測(cè)等方面綜合考慮，減少、控制結(jié)構(gòu)的沉降及不均勻沉降，防止結(jié)構(gòu)開(kāi)裂及滲漏。以混凝土結(jié)構(gòu)自防水為根本，以襯砌接頭防水為重點(diǎn)，多道防線，綜合治理的防水設(shè)計(jì)，能保證正常運(yùn)營(yíng)階段結(jié)構(gòu)無(wú)滲漏、接頭不滲漏，并能適應(yīng)干縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力、地震力、水土荷載、地基荷載作用所引起的變形。

1)襯砌外注漿防水。同步注漿采用水泥砂漿，在管片拼裝完成后進(jìn)行；二次注漿主要采用水泥漿，但在隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物或管線影響較大地段，為即時(shí)回填空隙，減小地面沉降，可選擇速凝型的雙液漿(水泥-水玻璃漿液)。為避免漿材硬化收縮，從防水角度考慮，所有的注漿材料皆宜摻加一定量的微膨脹劑。

2)襯砌混凝土結(jié)構(gòu)自防水及耐久性設(shè)計(jì)。管片混凝土采強(qiáng)度等級(jí)C60，抗?jié)B等級(jí)P12，限制裂縫開(kāi)展寬度≤0.2 mm。

3)管片接縫防水。管片接縫防水采用雙道三元乙丙橡膠彈性密封墊(見(jiàn)圖6)[13]。

圖6　管片接縫防水構(gòu)造圖(單位： mm)

4)嵌縫防水。嵌縫防水是構(gòu)成接縫防水的第2道防線。在密封墊壽命期滿之后，雖然無(wú)法更新密封墊，但作為內(nèi)道防水線的嵌縫材料是容易剔除并重新嵌填。

①嵌縫范圍。洞門(mén)段30 m、防洪堤處等變形量大的襯砌環(huán)段進(jìn)行整環(huán)嵌填，其余區(qū)段則在拱頂110°范圍內(nèi)嵌填。

②嵌縫材料。嵌縫槽密封材料內(nèi)部嵌填可采用聚合物水泥(如氯丁膠乳水泥砂漿)，材料與混凝土結(jié)合面用界面處理劑進(jìn)行處理。

6隧道通風(fēng)防災(zāi)及疏散系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地鐵長(zhǎng)隧道由于具有狹長(zhǎng)的幾何尺寸和發(fā)車(chē)密度高、客流量大等特點(diǎn)，當(dāng)災(zāi)害來(lái)臨時(shí)，易發(fā)生燃燒迅速、煙氣彌漫快、疏散空間狹窄、人員疏散慢等不利情況。由于列車(chē)運(yùn)行和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)等都會(huì)散發(fā)大量的熱量，若不及時(shí)排除，隧道內(nèi)部的環(huán)境會(huì)使得設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

隧道采用縱向通風(fēng)系統(tǒng)，隧道頂部設(shè)斷面面積約為14 m2的土建排煙風(fēng)道以連通2車(chē)站，排煙風(fēng)道對(duì)應(yīng)上、下行正線設(shè)置3組，共6個(gè)事故風(fēng)閥，將本區(qū)間分為4段，可以通過(guò)事故風(fēng)閥的啟閉，對(duì)事故區(qū)段進(jìn)行排煙運(yùn)行[14-15]。濱江大道站以及江心洲站站端各設(shè)1臺(tái)90 m3/s的區(qū)間事故專(zhuān)用風(fēng)機(jī)?；馂?zāi)時(shí)根據(jù)著火點(diǎn)的位置，啟動(dòng)離著火點(diǎn)較近車(chē)站的區(qū)間事故專(zhuān)用風(fēng)機(jī)，利用軌頂?shù)氖鹿曙L(fēng)閥對(duì)著火點(diǎn)進(jìn)行排煙運(yùn)行；同時(shí)，另一側(cè)車(chē)站的車(chē)站風(fēng)機(jī)以及區(qū)間事故專(zhuān)用風(fēng)機(jī)對(duì)事故區(qū)間進(jìn)行送風(fēng)運(yùn)行，保證區(qū)間中形成2 m/s以上的疏散氣流，為乘客疏散創(chuàng)造有利條件。

隧道采用設(shè)置側(cè)向疏散平臺(tái)和左右線間設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道的消防疏散方式。隧道內(nèi)疏散平臺(tái)每隔200 m設(shè)置步梯。列車(chē)發(fā)生事故無(wú)法行駛時(shí)，端頭車(chē)廂內(nèi)的乘客通過(guò)端頭門(mén)下至道床步行至車(chē)站或通過(guò)防災(zāi)疏散門(mén)進(jìn)入相鄰隧道等待接駁車(chē)輛救援，中部車(chē)廂內(nèi)的乘客從車(chē)廂下至疏散平臺(tái)，沿疏散平臺(tái)步行離開(kāi)車(chē)體至步梯處，再下至更為安全的道床進(jìn)行疏散。

區(qū)間疏散通道設(shè)計(jì)見(jiàn)圖7。

(a) 平面圖

(b) 立面圖

7隧道排水及消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用隧道下部空間作為排水溝槽，在最底部時(shí)兩端填充形成集水池，向就近車(chē)站抽排。在兩端車(chē)站內(nèi)設(shè)一座消防泵房，每座消防泵房引入1根DN150進(jìn)水管，環(huán)網(wǎng)接通，形成安全可靠的供水系統(tǒng)。由每座消防泵房接出的1根DN150出水管分別在隧道內(nèi)全線貫通，以形成安全可靠的消火栓總管環(huán)網(wǎng)。隧道內(nèi)每隔50 m設(shè)置1只單頭單閥消火栓，隧道共設(shè)消火栓180只。在消火栓總管上每隔5組消火栓設(shè)1只疏散閘閥，并在總管最高點(diǎn)設(shè)放氣閥，最低點(diǎn)設(shè)放水閥。每座消火栓泵房的供水范圍為隧道的一半長(zhǎng)度，水壓按最不利點(diǎn)消火栓充實(shí)水柱不小于10 m，用水量為10 L/s計(jì)。每座消防泵房?jī)?nèi)設(shè)消火栓泵機(jī)組1套，包括2臺(tái)泵，互為備用。

每座車(chē)站的地面附近設(shè)1套水泵接合器，與消防泵房?jī)?nèi)的消火栓泵出水管接通，并在距水泵接合器15～40 m范圍內(nèi)配置室外消火栓。在過(guò)江區(qū)間隧道最低點(diǎn)設(shè)區(qū)間廢水泵房，廢水池內(nèi)的廢水經(jīng)水泵提升后排到濱江大道站附近的雨水管網(wǎng)。

8施工關(guān)鍵技術(shù)措施

城市軌道交通地下工程因其所處的城市周邊環(huán)境比較特殊，工程實(shí)施過(guò)程中存在一定程度的風(fēng)險(xiǎn)，而此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)工程可分為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程和自身風(fēng)險(xiǎn)工程。為做到有效規(guī)避或控制工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，減少各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生，降低因風(fēng)險(xiǎn)事故造成的損失，進(jìn)而達(dá)到工程建設(shè)安全、質(zhì)量、進(jìn)度、效益和環(huán)境保護(hù)等各項(xiàng)目標(biāo)，在總體設(shè)計(jì)階段應(yīng)針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)工程采取施工技術(shù)措施進(jìn)行控制。

8.1沿線建(構(gòu))筑物保護(hù)措施

1)管片環(huán)之間增設(shè)剪力銷(xiāo)提高隧道縱向連接剛度。

2)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中加強(qiáng)盾構(gòu)參數(shù)控制、減小了盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)地層的擾動(dòng)、有效降低了掘進(jìn)期間的地層變形和建筑物沉降。

3)下穿段標(biāo)準(zhǔn)塊和鄰接塊每塊管片的注漿孔由1個(gè)增加至3個(gè)；利用加密后的注漿孔通過(guò)洞內(nèi)重復(fù)注漿加固補(bǔ)償了地層損失，避免了工后沉降。

4)在施工期間采用高質(zhì)量的泥水輸送到切口，使其能很好地支護(hù)正面土體。泥水密度控制在1.2 g/cm3左右，黏度控制在22 Pa·s以上。

5)同步注漿采用注漿量與注漿壓力雙重控制，漿液采用早強(qiáng)型可硬性漿液，由此彌補(bǔ)開(kāi)挖造成的地層損失和控制地表穿建(構(gòu))筑物變形。

6)嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，經(jīng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明控制姿態(tài)偏差在40 mm以下有利于保證穿越期建(構(gòu))筑物安全。應(yīng)避免在結(jié)構(gòu)下方有較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)。

7)為確保建筑物安全，建筑物角點(diǎn)處布置沉降測(cè)點(diǎn)，施工過(guò)程中根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)優(yōu)化調(diào)整各類(lèi)施工參數(shù)。

盾構(gòu)隧道已經(jīng)施工完成，盾構(gòu)施工引起長(zhǎng)江北側(cè)建筑物及大堤的豎向變形主要經(jīng)歷先隆起后沉降的過(guò)程，穿越結(jié)束后10 d左右沉降穩(wěn)定，建筑物與大堤最大沉降量為9 mm和10 mm(見(jiàn)圖8)，最大傾斜率為0.043 5%和0.09%，實(shí)測(cè)與理論計(jì)算較接近，如表2所示，均在允許范圍以?xún)?nèi)，總體而言穿越施工對(duì)建(構(gòu))筑物影響較小。

圖8　大堤堤頂沉降隨盾構(gòu)掘進(jìn)環(huán)數(shù)的變化(DB1—DB13)

Table 2Comparison and contrast between the measured data and calculation results

項(xiàng)目計(jì)算值坡頂坡腳實(shí)測(cè)值坡頂坡腳最大沉降量/mm9.046.969.917.72最大傾斜率/%0.020.020.090.05

8.2盾構(gòu)換刀技術(shù)措施

盾構(gòu)在粉細(xì)砂中長(zhǎng)距離掘進(jìn)，尤其需要穿越1 760 m范圍的卵礫石地層，所穿越的各種地層長(zhǎng)度百分率如圖9所示。該地層具有地層膠結(jié)性差、結(jié)構(gòu)松散、單個(gè)塊石強(qiáng)度高、內(nèi)摩擦角大的特點(diǎn)，盾構(gòu)在該地層中掘進(jìn)時(shí)刀具會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生較大的磨損，且卵石圓礫地層基本位于江底位置，刀具的檢查、更換風(fēng)險(xiǎn)高，且耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高。

圖9　穿越范圍各地層分布百分比

采用高壓水下常壓進(jìn)艙換刀方案，盾構(gòu)在制造時(shí)，對(duì)刀具軌跡較長(zhǎng)、可能磨損較厲害的刀具設(shè)置伸縮臂，增大刀盤(pán)后部空間，便于刀具回縮。盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)發(fā)生了明顯變化、判斷刀具磨損較厲害需要換刀時(shí)，可更換刀具回縮、封閉刀盤(pán)，人員進(jìn)入人艙對(duì)回縮的刀具進(jìn)行維修、更換。

配置各類(lèi)刀具共210把，其中可更換先行刀30把，固定先行刀38把，可更換刮刀42把，固定刮刀88把，邊緣刮刀10把，超挖刀2把。既能解決刀具磨損后更換的問(wèn)題，同時(shí)避免帶壓換刀帶來(lái)的一系列問(wèn)題。在刀具檢查更換過(guò)程中一般僅對(duì)常壓可更換的刀具進(jìn)行檢查更換。常壓換刀刀具具體分布情況如圖10所示(盾構(gòu)內(nèi)方向視圖)。掘進(jìn)過(guò)程中換刀情況如表3所示。

圖10　常壓換刀刀具分布圖

換刀編號(hào)單次掘進(jìn)里程范圍對(duì)應(yīng)環(huán)號(hào)/環(huán)掘進(jìn)距離/m第1次DK14+850～DK13+968441882第2次DK13+968～+78094188第3次DK13+780～+60488176第4次DK13+604～+334135270第5次DK13+334～+050142284第6次DK13+050～DK12+762144288第7次DK13+762～DK12+66051102第8次DK12+660～+446107214

為了減少換刀次數(shù)，需對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行耐磨性設(shè)計(jì)，刀盤(pán)的面板需焊接格柵狀的特殊耐磨材料，充分保證刀盤(pán)在掘進(jìn)時(shí)的耐磨性能；在切刀和刮刀上安裝了最新的檢測(cè)裝置，能夠及時(shí)掌握刀具的磨損情況，保證刀具的正常工作。

南京地鐵10號(hào)線越江隧道掘進(jìn)過(guò)程中共進(jìn)行了8次換刀，目前已經(jīng)順利施工結(jié)束，驗(yàn)證了工程采用常壓進(jìn)艙換刀方案的正確性。

9結(jié)論與建議

1)南京地鐵3、10號(hào)線過(guò)江雖大采用單洞雙線大直徑盾構(gòu)方案，在滿足基本運(yùn)營(yíng)及防災(zāi)功能前提下，能最大限度降低工程風(fēng)險(xiǎn)，減少投資，提高地鐵隧道空間利用率。

2)盾構(gòu)管片采用通用襯砌環(huán)，管片拼裝方式為錯(cuò)縫拼裝，分塊方式為5+2+1共8塊，管片厚度為500 mm，管片接縫采用雙道彈性密封墊防水。

3)區(qū)間隧道采用縱向通風(fēng)系統(tǒng)，區(qū)間中部設(shè)事故風(fēng)閥，事故狀態(tài)下的疏散方式采用側(cè)門(mén)疏散與端門(mén)疏散相結(jié)合的疏散方式。

4)利用區(qū)間隧道最低點(diǎn)的口字件作為廢水泵房，一次提升至車(chē)站后排出室外，有效地利用了隧道空間、減小了附屬工程的設(shè)置，對(duì)工程造價(jià)和工程風(fēng)險(xiǎn)控制效果明顯。

5)通過(guò)2條過(guò)江隧道的工程實(shí)踐，所推薦的下穿建(構(gòu))筑物保護(hù)措施和換刀技術(shù)措施成功運(yùn)用，有效控制了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和自身風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)10～12 m直徑復(fù)合地層盾構(gòu)刀盤(pán)配置提出了新的思路和實(shí)踐。

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Design and Construction of Yangtze River-crossing Tunnels:

A Case Study on Nanjing Metro

SHE Caigao

(NanjingMetroGroupCorporation,Nanjing210008,Jiangsu,China)

Abstract:The scheme of large-diameter shield tunnel, which is characterized by single-tube double-line, was proposed for the construction of Yangtze River-crossing tunnels on Line No. 3 and Line No. 10 of Nanjing Metro for the first time in China. The design, construction and related countermeasures during tunneling of Nanjing Metro are proposed. The horizontal cross-section of large-diameter river-crossing shield tunnel constitutes a single-tube with double-line, which is a triple-floor structure. The circular lining ring of large-diameter shield tunnel is accordingly proposed, and the longitudinal ventilation is set in the top margin space of tunnel cross-section. The construction practices illustrate that the drill bit replacement under the atmospheric condition is suitable for large-diameter shield tunnel (diameter 10～12 m). The experiences accumulated in this project can provide reference for similar river-crossing Metro shield tunnels with large-diameter in the future.

Keywords:Nanjing Metro; river-crossing tunnel; large-diameter shield tunnel; drill bit replacement

中圖分類(lèi)號(hào)：U 452.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-741X(2016)01-0058-08

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.01.009

作者簡(jiǎn)介：佘才高(1965—)，男，安徽當(dāng)涂人，1988年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，橋梁、隧道及結(jié)構(gòu)工程專(zhuān)業(yè)，碩士，研究員級(jí)高級(jí)工程師，南京地鐵集團(tuán)有限公司董事長(zhǎng)，長(zhǎng)期從事地鐵的規(guī)劃、可行性研究、設(shè)計(jì)、科研等技術(shù)工作和建設(shè)管理工作。E-mail: shecg@njmetro.com.cn。

收稿日期：2015-08-21; 修回日期: 2015-11-10