水下隧道盾構(gòu)法施工組織設(shè)計(jì)研究

王詩蓓

摘 要：制定科學(xué)經(jīng)濟(jì)的施工組織方案對水下隧道各項(xiàng)施工活動的全過程進(jìn)行科學(xué)管理、統(tǒng)籌兼顧非常關(guān)鍵。本文通過分析影響水下隧道盾構(gòu)法施工組織的控制性因素，綜合分析盾構(gòu)機(jī)作業(yè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)；并結(jié)合南京夾江隧道工程實(shí)例，從可實(shí)施性、施工風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)效益等方面對三種盾構(gòu)機(jī)施工方案進(jìn)行綜合比選，為水下隧道盾構(gòu)法施工組織設(shè)計(jì)的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：水下隧道 盾構(gòu)法 施工組織 方案比選

1.引言

隨著我國水下地質(zhì)勘探技術(shù)、施工水平的不斷提高，以及地面交通壓力的不斷增大，水下隧道以其獨(dú)特優(yōu)勢逐漸成為當(dāng)今跨越江河湖海水域障礙的重要方式。盾構(gòu)法由于對復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、施工安全快速等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為水下隧道的重要施工方法。

然而，水下隧道盾構(gòu)法施工在技術(shù)方面仍存在突發(fā)涌水以及探水、治水困難等難題，在同時滿足技術(shù)可行、工期允許、安全可靠以及效益最優(yōu)的前提下制定科學(xué)經(jīng)濟(jì)的施工組織方案對各項(xiàng)施工活動的全過程進(jìn)行科學(xué)管理、統(tǒng)籌兼顧非常關(guān)鍵。

2.水下隧道盾構(gòu)法施工組織設(shè)計(jì)的影響因素

2.1建設(shè)工期

水下隧道盾構(gòu)法施工總工期主要包括明挖段施工、盾構(gòu)段施工、機(jī)電設(shè)備安裝及調(diào)試、建筑裝修、全線聯(lián)調(diào)及試運(yùn)營等。其中，盾構(gòu)段的主要施工進(jìn)度指標(biāo)如下：盾構(gòu)機(jī)進(jìn)場及組裝調(diào)試（5個月）、盾構(gòu)掘進(jìn)（300m/月）、盾構(gòu)機(jī)拆解及回運(yùn)（6個月）以及盾構(gòu)機(jī)拆解吊出（2個月）。

2.2盾構(gòu)機(jī)

2.2.1盾構(gòu)機(jī)選型

盾構(gòu)機(jī)的選型是水下隧道施工組織關(guān)鍵的一環(huán)。水下隧道一般采用的盾構(gòu)類型主要有泥水平衡式盾構(gòu)、土壓平衡式盾構(gòu)等。根據(jù)歐美和日本的施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)貙拥耐杆禂?shù)小于10-7m/s時，可以選用土壓平衡盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙拥臐B水系數(shù)在10-7m/s和10-4m/s之間時，既可以選用土壓平衡盾構(gòu)也可以選用泥水式盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙拥耐杆禂?shù)大于10-4m/s時，宜選用泥水盾構(gòu)。

2.2.2盾構(gòu)機(jī)作業(yè)方式

水下隧道盾構(gòu)工程在施工作業(yè)的過程中，考慮盾構(gòu)機(jī)購置成本，通常存在一臺盾構(gòu)機(jī)需要完成左右線隧道掘進(jìn)情況。因此，盾構(gòu)機(jī)在區(qū)間、左右線的節(jié)點(diǎn)處理有以下兩種方式：盾構(gòu)機(jī)調(diào)頭和轉(zhuǎn)場。盾構(gòu)機(jī)調(diào)頭即為盾構(gòu)機(jī)完成左線（或右線）隧道掘進(jìn)后，在端頭工作井井調(diào)頭180°，反向掘進(jìn)右線（或左線）的作業(yè)方式；而盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)場則代表完成左線（或右線）隧道掘進(jìn)后，在接收井內(nèi)被解體后垂直起吊出地面，被水平運(yùn)輸?shù)搅硪欢硕軜?gòu)井（站內(nèi)轉(zhuǎn)場），下井組裝調(diào)試后，繼續(xù)右線（或左線）掘進(jìn)的作業(yè)方式。

2.3施工場地與交通疏解

按一般情況考慮，一臺盾構(gòu)機(jī)始發(fā)場地面積為2500-3000m2，接收場地面積約為800-1000m2。盾構(gòu)井通常是沿線路中線設(shè)置，在城市中心區(qū)因交通疏解要求往往導(dǎo)致盾構(gòu)施工的場地較小，影響施工場地合理布置，造成生產(chǎn)效率的降低。

2.4管片生產(chǎn)及運(yùn)輸方案

水下隧道盾構(gòu)工程管片生產(chǎn)及運(yùn)輸方案主要有新建管片廠、直接采購成品管片和統(tǒng)籌利用其它管片廠生產(chǎn)等三種；從質(zhì)量和工期方面看，新建管片廠更利于承包商對管片質(zhì)量和工程進(jìn)度的把控；然而，新建管片廠需要大量占用土地，不僅增加了投資，對于交通緊張的城市中心地區(qū)可實(shí)施性不大。

3.我國水下隧道盾構(gòu)法施工方案

3.1我國水下隧道盾構(gòu)法施工方案

我國近年開展的水下過江通道項(xiàng)目主要采用泥水平衡盾構(gòu)機(jī)。以南京市夾江隧道為例，詳細(xì)結(jié)合具體工程概況對過江隧道的施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)分析。

南京夾江隧道工程屬于南江長江第五大橋過江通道工程中隧道部分，工程全長1754.6m，其中盾構(gòu)段1159.5m，盾構(gòu)外徑15.0m；考慮設(shè)置兩處工作井梅子洲和江南工作井，盾構(gòu)由梅子洲向江南推進(jìn)。

3.2盾構(gòu)段施組方案

本工程盾構(gòu)隧道左右線總長約2328m，從工期及盾構(gòu)機(jī)始發(fā)條件考慮，有三種盾構(gòu)機(jī)施工組織方案，如圖1所示。

方案一采用一臺盾構(gòu)機(jī)從梅子洲工作井始發(fā)，在江南工作井井下調(diào)頭后，最后在梅子洲工作井吊出；方案二采用兩臺盾構(gòu)機(jī)先后從梅子洲工作井始發(fā)，分別在江南工作井吊出。方案三采用一臺盾構(gòu)機(jī)從梅子洲工作井始發(fā)，在江南工作井接收后拆解，再回運(yùn)至梅子洲工作井二次始發(fā)，最終在江南工作井吊出。

本次設(shè)計(jì)主要從以下4個方面對三個方案進(jìn)行對比分析。

3.3.1盾構(gòu)機(jī)運(yùn)輸路徑

三個方案盾構(gòu)機(jī)均采用水路運(yùn)輸至梅子洲始發(fā)。方案一盾構(gòu)機(jī)吊出后通過水路運(yùn)離；方案二兩臺盾構(gòu)機(jī)先后從江南工作井拆解吊出后道路運(yùn)離；方案三運(yùn)離同二，但方案三需將盾構(gòu)機(jī)從江南工作井回運(yùn)至梅子洲工作井，由于盾構(gòu)機(jī)尺寸大、重量重，對運(yùn)輸路徑的要求較高綜合考慮工程投資和工期，推薦從已貫通隧道回運(yùn)至梅子洲工作井。

3.3.2對工作井規(guī)模的影響

由于受防洪大堤和夾江飲用水水源地保護(hù)距離限制，江南工作井沿線路方向最大尺寸約48m，若采用方案一，則無論采用主機(jī)整體調(diào)頭方案還是主機(jī)分體調(diào)頭的方案，所需的工作井最小凈空長度約42m，且對施工組織及工藝要求較高。方案二和方案三基本為常規(guī)盾構(gòu)接收井，對施工組織及工藝要求相對較低。

3.3.3施工風(fēng)險

為滿足施工組織及工藝要求，方案一盾構(gòu)機(jī)在江南工作井井下調(diào)頭后，推進(jìn)至約130m處需停機(jī)，停機(jī)時間約30天。停機(jī)位置即將進(jìn)入夾江水域，施工風(fēng)險較大。方案二為常規(guī)盾構(gòu)接收，施工風(fēng)險??；方案三回運(yùn)過程風(fēng)險可控，其他施工基本與方案二相同。

3.4綜合方案比選

經(jīng)過以上分析，三種盾構(gòu)施工組織方案對比如下表所示。綜合考慮可實(shí)施性、施工風(fēng)險、對青奧設(shè)施的影響、工期和工程投資等因素，本次設(shè)計(jì)推薦采用方案三。

4.結(jié)束語

影響水下隧道盾構(gòu)法施工組織設(shè)計(jì)的因素較多，通過對我國近年開展的水下隧道施工實(shí)例的梳理總結(jié)，理清了影響盾構(gòu)工程施工組織的控制性因素；并通過對南京夾江隧道工程實(shí)例施工組織設(shè)計(jì)的詳細(xì)分析，為該類工程施工組織設(shè)計(jì)提供了可供參考的研究思路。

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