日本隧道與地下工程新技術（PPT142頁）

1、日本隧道與地下 工程新技術 傅德明 2012.11.7 前言 英國是最早開發(fā)應用盾構法隧道的國家18251843年，布魯諾在倫敦泰吾士河下用盾構法修建458m長的矩形隧道（11.4m6.8m）。1882年1月12日泰晤士河底隧道施工時涌入水日本于19391942年，首次用盾構施工國鐵關門隧道工程（盾構直徑7.18m，隧道長度725.8m）。1964年，開發(fā)應用3m泥水式盾構掘進下水道工程；1969年，開發(fā)應用7.3m泥水加壓式盾構。1974年，開發(fā)應用首臺土壓平衡盾構。19891996年，日本采用8臺世界最大直徑14.14m泥水加壓盾構，掘進東京灣海底隧道，2條隧道各長9.4km。近15年來，

2、日本盾構隧道技術向大直徑、大深度、長距離、多樣化發(fā)展；開發(fā)應用盾構隧道新技術、新工法、新設備百余種，成為世界盾構隧道技術最先進的國家。 日本盾構隧道技術的發(fā)展1、日本盾構隧道新技術概況1.1 超大直徑盾構技術1.2 DOT盾構工法1.3 MF盾構工法1.4 H&V盾構工法1.5 偏心多軸(DPLEX)盾構工法1.6 擺動型盾構工法1.7 莖盾構工法1.8 球形盾構工法1.9 盾構隧道預應力管片工法1.10 PSS-Arch工法(彎曲頂管） 用于東京灣海底隧道的14.14m泥水加壓盾構 1.1 超大直徑盾構技術 母子型14.16m泥水加壓盾構 1.2 DOT盾構工法（土壓型雙圓盾構）DOT工法雙

3、圓盾構掘進機MF（Multi Face）盾構由多個圓形斷面的一部分錯位重合而成，可同時開挖多個圓形斷面的盾構法。 2個或多個大小不同的圓形斷面通過一定規(guī)則的疊合可提供任意斷面形式的隧道。MF盾構法更適用于地鐵車站，共同溝和地下停車場等大斷面隧道的開挖。 1.3 MF盾構工法（泥水加壓型多圓盾構）MF工法多圓盾構掘進機 1.4 H&V盾構工法 H&V（Horizontal variation & Vertical variation）盾構法是將幾個圓形斷面根據(jù)需要進行組合，以開挖多種隧道斷面形式的特殊施工方法。H&V施工法可同時開挖多條隧道，推進方式有像繩子一樣互相糾纏在一起的螺旋式推進和讓其中

4、的某一個斷面從中獨立出去的分叉式推進兩種方式?？筛鶕?jù)隧道的施工條件和用途在地下自由的掘進和改變隧道斷面形式和走向。 H&V盾構工法 1.5 偏心多軸(DPLEX)盾構工法偏心多軸盾構采用多根主軸，垂直于主軸方向固定一組曲柄軸，在曲柄軸上再安裝刀架。運轉主軸刀架將在同一平面內作圓弧運動，被開挖的斷面接近于刀架的形狀。因此，可根據(jù)隧道斷面形狀要求設計刀架是矩形，圓形，圓環(huán)形，橢圓形或馬蹄形。 偏心多軸盾構掘進機 1.6 擺動型盾構工法（ Wagging Cutter Shield) 通過油壓千斤頂切削器擺動動機構，兼用切削器輻條伸縮機構，用以掘削非圓形斷面的盾構新機種。 擺動型盾構掘進機 1.7

5、莖盾構工法 1.8 球形盾構工法 3.94m2.68m球形盾構掘進機 1.9 盾構隧道預應力管片工法大口徑預應力混凝土管片結構試驗Frozen rangeFreezing pipeR=4.0mSoil improvement by GroutingSoil improvement by GroutingExisting structureExisting structureNew structureSubway shield tunnel 1.10 PSS-Arch工法(彎曲頂管） 2.日本盾構隧道新技術工程實例2.1 MF雙園盾構工程實例2.2 DOT雙圓土壓盾構工程實例2.3 MF 4圓盾

6、構掘進地鐵車站工程2.4 MF3圓盾構掘進地鐵車站工程實例2.5 裝卸式圓MF盾構施工地鐵車站實例2.6 母子盾構工法工程實例2.7 莖盾構工法施工實例2.8 東京灣海底隧道工程2.9 東京地鐵13號線工程新技術2.10 東京高速中央環(huán)線新宿線工程2 . 1 MF雙園盾構工程實例： 京葉線京橋隧道新設工程工 期1986年4月1989年4月隧道長度619m隧道斷面外徑：高度7,420mm，寬12,190mm地 質洪積砂，粉砂層和砂礫層覆土厚度2326.5m最小曲線半徑R=400m雙圓泥水型MF盾構機及隧道工程 2.2 DOT雙圓土壓盾構工程實例： 高速鐵道4號線茶屋坂公園工程 發(fā)包單位：名古屋市

7、交通局施工長度：L=1007.3m工 法： 土壓式雙心圓盾構工法盾構外徑：6.52m11.12m襯砌外徑：6.30m10.90m襯砌寬厚度：1.20m/0.30m最小曲線半徑：R=500m覆土厚度： 11.5032.10m地 質： 洪積砂質土(N=3050)， 粘性土(N=1030)雙圓土壓型DOT盾構機及隧道工程 駅部大斷面NATM標準斷面図大斷面雙圓隧道車站斷面圖（島式站臺）大斷面雙圓隧道車站斷面圖（側式站臺） 2.3 MF 4圓盾構掘進地鐵車站工程 4圓盾構掘進地鐵車站圓MF盾構工法施工地鐵站（縱剖圖） 2.4 MF3圓盾構掘進地鐵車站工程實例： 東京地鐵12號線飯?zhí)飿蚬^(qū)建設工程 工

8、期 1992年4月2000年12月 隧道長度 275m 隧道斷面 高度8,846mm，寬17,440mm 地 質 江戶川砂層 覆土厚度 2628m 最小曲線半徑 R=125m 世界首座3圓MF盾構工法車站（縱剖圖）地鐵車站位于東京飯?zhí)飿虼缶帽４蠼帧⒆o城大街和目白大街交叉處，交通十分繁忙，地面是高速道路、神田川分水渠道；地下有地鐵東西線、有樂町線、南北線、東電隧洞等重要構筑物交織在一起；車站埋深30m，若采用明挖工法來筑造十分困難。 世界首座3原型MF盾構工法車站（橫剖面圖）c.tc. 4m世界首臺3圓形MF盾構掘進機 3圓形MF盾構工法車站 3圓形MF盾構工法車站 3圓形MF盾構工法車站4.M

9、F工法駅用單圓盾構機掘進區(qū)間隧道到達車站端頭井中；在端頭井內，將單圓盾構的兩側裝配上小型盾構、改造成三連型盾構三連型盾構掘進車站部分的整個斷面后到達接收井中；在接收井中，脫卸掉兩側 2臺小盾構，恢復成單圓盾構；用此單圓盾構繼續(xù)掘進另一段區(qū)間隧道。 2.5 裝卸式心圓MF盾構施工地鐵車站實例 東京帝都高速交通7號線白金臺二工區(qū)工程長度：雙線盾構隧道418m三連型車站盾構隧道120m 施工單位：熊谷青木建設工程共同企業(yè)體工期：1994年3月11日1998年6月10日盾構外徑：15,840mm10,040mm地質：東京礫石層，東京層粘性土覆土厚度：1522m裝卸式心圓MF盾構 在工作井中將單元盾構改

10、裝成3圓盾構心圓MF盾構掘進和拼裝地鐵車站 心圓地鐵車站結構 大深度地鐵車站構想 大深度地鐵車站效果圖大深度地鐵車站橫剖面圖（島式車站）大深度地鐵車站橫剖面圖（側式車站） 2.6 擺動型盾構隧道工程實例： 京都市高速鐵道東西線建設工程泥土加壓矩形(二軸) 盾構：H6,870W10,240L9,330隧道長度：753m 覆土：8.2m14.4m 地質： 洪積砂礫 N=2050以上 工期： 1999.102003.10 2.6 母子盾構工法工程實例： 多摩川河上游雨水干線分項工程工 法： 泥土加壓盾構(地層中分離式母子盾構機)工程場所：羽村市綠丘3段青梅市末廣町1段發(fā)包單位：東京都下水道局施工單位

11、：五洋西松竹中土木建設共同企業(yè)體工 期： 2001年7月2004年1月掘削外徑：5,890mm/4,390mm隧道長度： L=1,745m 母機部分 988m 子機部分 757m 管片種類：RC帶榫槽管片(母子分離部分為鋼管片) 母機部分 (5,750，厚度250mm，寬度1,200mm) 子機部分 (4,250，厚度250mm，寬度1,200mm)覆土： 9.8m17.8m地 質： 砂礫層和洪積粘土層 母子盾構工法示意圖 母子盾構機施工實績表 2.7 莖盾構工法施工實例： 大阪谷町筋新設管道工程 施工場所：大阪市上本町西一 段天滿橋二段發(fā)包單位：西松大林前田奧村共同企業(yè)體工 期： 1993年

12、12月2000年9月工 法： 泥水盾構工法地 質： 洪積層砂質土(N值在50以上)和粘性土(N值在 1020左右)的相互交迭層 谷町筋管道(干線盾構機)盾構機外徑：7.26m 隧道斷面：外直徑7.1m施工長度：2,650m 最大覆土：50m最小曲線半徑：R=60m 上二本町線管道(分岔盾構機)盾構機外徑：4.24m 隧道斷面：外直徑4.1m施工長度：850m 最大覆土：50m最小曲線半徑：R=20m 7.26m/4.24m泥水式莖盾構 莖盾構施工流程圖 2.8 東京灣海底隧道大直徑盾構施工實例東京灣橫斷道路位置圖東京灣橫斷道路一般圖東京灣橫斷道路工程全長15.1 km，其中隧道長9.6 km，

13、橋梁長4.4km，中間設2座人工島，人工島長1 km，工期：89年-96年費用：1萬億日元14.14m泥水加壓盾構盾構示意圖Digging data東京灣橫斷道路浮島南工區(qū)掘削 木更津人工島 川崎人工島 橋梁 出入口風井 隧道內部日本隧道與地下 工程新技術 傅德明 2009.3.13日本東京至2007年底地鐵已建12條線，運營總長度達292km，客流量達760萬人次/日，是世界上最繁忙的地鐵。東京地鐵13號線工程新技術 2.9 東京地鐵13號線工程新技術2001年6月開工興建13號線，13號線位于東京西區(qū)，從池袋經新宿到涉谷，全長8.9km，工程建設總費用約2500億日元（相當于人民幣200億

14、元，每公里地鐵建設費約22億元），包括用地費、土木設施工程費、車輛費等。其中土木設施工程費占62%，電氣費占11%、車輛費占7%、用地費僅占4%。建設資金來源于東西高速鐵道整備事業(yè)費補助金、大陸特定財源和地鐵公司自有資金。東京地鐵13號線于2008年6月14日建成運營，由東京地下鐵株式會社承擔建設和運營。該公司目前經營9條地鐵線，運營里程204km，車站191座，資本金581億日元，職工8509人。 東京地鐵13號線縱剖圖地鐵線路全線位于繁華的商業(yè)街區(qū)下，地鐵工程采用了許多新技術新工藝新材料新設備。地鐵13號線設8座地下車站，其中有6座車站與其它地鐵線路平行或立體交叉換乘。 車站最大埋深37m

15、，池袋、新宿七丁目、涉谷站為地下4層，其中涉谷站規(guī)模最大，寬度36m，為地下四層五跨箱形結構。地鐵車站除雜司谷站和西早稻田站采用盾構法掘進施工外，其余5座車站采用蓋挖法施工。 人行道人行道蓋板梁托防護欄蓋板梁1蓋板梁2蓋板梁3開口部分首道支撐立柱3m約3m 車站施工采用成熟的地下連續(xù)墻圍護結構和蓋挖施工工法 。圍護結構采用柱列式SMW樁，形成地下連續(xù)墻?；邮┕は乳_挖1m后把鋼梁安放在地下墻頂部，然后再鋼梁上放置預制的路面板。開挖、鋼梁、蓋板在夜間施工，不影響道路交通。地鐵車站的基坑暗挖、支撐、結構混凝土澆筑在蓋板下作業(yè)。 地鐵車站蓋挖施工工法 地鐵車站蓋挖施工工法 車站圍護結構SMW樁(新宿

16、七丁目和雜司谷站采用泥水固化壁，涉谷站采用5軸ECW工法+再削孔樁 ) 地下管線懸吊保護(上下水管、煤氣管、電纜通信等線路 ) 下水道懸吊保護 車站深基坑開挖施工(5座車站采用蓋挖法施工 ) 新宿七段站工程新宿七段站由于要考慮越站急行方案，采用上下2層站臺，為地下4層結構，開挖深度達37m，車站長度達372m。車站圍護采用施工精度高的地下連續(xù)墻，并作為主體結構的一部分。在大久保交叉口處，為避開4.4m的排水隧道和2.85m的NTT電纜隧道，采用了管棚工法施工。 明治神宮前車站工程明治神宮前車站位于地鐵千代田線之下并與千代田線車站站臺呈T字形連接，換乘方便；還可經由千代田線車站與地面的JR山手線

17、換乘。明治神宮前車站為地下3層，開挖深度達29m，由于地面商業(yè)街交通繁忙，分2階段施工。第1階段采用SMW圍護，蓋挖法施工；第2階段采用BH工法的地下連續(xù)墻圍護。 地鐵13號線盾構隧道掘進施工地鐵車站之間的區(qū)間隧道采用盾構法施工，隧道斷面有6600單線隧道、9800雙線隧道、W9700H8600復合圓形隧道三種。 地鐵13號線共采用9臺盾構掘進10.628km。其中，3段區(qū)間隧道采用4臺6750mm-6770mm盾構掘進機施工，3臺為輻條式泥土壓盾構，1臺為泥水加壓盾構，掘進總長度4532m。2段雙線隧道分別采用1臺9980mm輻條式泥土壓盾構和1臺10030mm面板式泥水加壓盾構，掘進長度1

18、801m。新宿三丁目站至新千馱站采用泥水盾構掘進施工，穿越地層為粘性土、砂性土、砂礫 雜司谷站及至西早稻田站采用1臺8.17m/6.78m母子式泥水盾構和1臺8.17m/6.77m母子式土壓盾構掘進施工，139m車站掘進完成后，從母盾構中推出6.77m子盾構掘進單線區(qū)間隧道1441m。 復合圓形土壓盾構掘進施工 明治神宮涉谷站為雙線隧道，斷面為復合圓形，采用世界第一臺W9960H8660mm復合圓形土壓盾構掘進施工 。該盾構刀盤采用6根輻條結構，輻條端部可伸縮，刀盤旋轉仿形切削形成復合圓形斷面。盾構最大推力80000km，最大扭矩18742kn-m，刀盤轉速0.5rap。復合圓形隧道襯砌采用8

19、塊鋼筋混凝土管片拼裝而成，管片環(huán)寬1600mm，厚度400mm。盾構穿越的地質為粘性土和砂性土，隧道線路上方有1條矩形下水管渠和2800mm電纜隧道平行，須重點保護。復合圓形隧道與圓形隧道相比，由于斷面有效利用率高，隧道斷面減少10%左右，并可降低對環(huán)境影響。盾構穿越的地質為粘性土和砂性土，隧道線路上方有1條矩形下水管渠和2800mm電纜隧道平行， 6600單線隧道襯砌主要采用6等分的RC平板型管片，環(huán)寬1600mm，厚320mm，管片連結采用新研制的FAKT插銷式接頭。部分段采用環(huán)寬1250mm、厚250mm的蜂窩形RC管片。地鐵車站8000mm隧道采用7等分的RC平板型管片，環(huán)寬1600m

20、m，厚350mm；2隧道聯(lián)絡通道部分用鋼管片。9800mm雙線隧道采用7等分的RC平板型管片，環(huán)寬1600mm，厚400 mm ，管片連結采用新研制的BEST插銷式接頭。W9700H8400mm復合圓形雙線隧道采用8塊不等分RC平板型管片，環(huán)寬1600mm，厚400mm。管片連結采用新研制的DUET插銷式接頭。 2.10 東京高速中央環(huán)線新宿線工程東京“首都高速中央環(huán)線”，總長度47km，環(huán)線半徑約8km，東側和北側已建成運營，西側新宿線正在建設中，南側品川線已在2004年11月列入都市計劃。 新宿線長11km，為地下道路，工程分為9個工區(qū)，2個用明挖法施工，7個用盾構法掘進施工，盾構隧道直徑

21、為11m-13m。 西新宿隧道工程 規(guī)格：屬于第2種第2等級(設計車速60km/min)施工長度：599m2條車道數(shù)：一個方向2車道，來去共計4車道隧道間隔：最小處為3.2m縱斷面坡度：最大坡度0.3%隧道斷面：管片襯砌外徑 13.0m平面線形：最小曲線半徑R=204m 中落合盾構隧道工程概要部 位外 圈內 圈工程名稱SJ51工區(qū)-SJ53工區(qū)(外圈隧道)SJ51工區(qū)-SJ53工區(qū)(內圈隧道)工程場所東京都豐島千早1段-新宿區(qū)上落合2段施工單位大林大豐東急特定建設工程共同企業(yè)體夭村錢高大本特定建設工程共同企業(yè)體施工長度2,020m盾 構 機外 徑12,020mm工 法泥土壓力盾構機襯砌外徑11

22、,800mmRC管片寬度/厚度1,500mm/450mm種 類一次通過襯砌2蜂窩形管片鋼殼管片寬度/厚度1,500mm/399,400,431,432mm球墨鑄鐵管片寬度/厚度1,200mm/400mm車 道 版結 構預制預應力結構預制鋼筋混凝土結構寬 度1,500mm長度/厚度8,150mm/230mm7,170mm/290mm施工方法與盾構機掘進同步施工法 12.02m土壓盾構工作參數(shù)主項詳細項目外圈盾構隧道內圈盾構隧道盾構機主體外 徑12,020mm12,020mm機身長度11,200mm11,020mm盾 尾鋼絲刷承壓型3排推進裝置盾構千斤頂3,500kN2,450st36臺3,500

23、kN2,850st40臺總 推 力126,000kN140,000kN切削器裝置輻條根數(shù)主輻條6根+輔助輻條6根開 口 率約59%約61%支承方式中間支承方式裝備扭矩額定值(100%) 28,846kN-m最大值(120%) 34,615kN-m額定值(100%) 29,174kN-m最大值(150%) 43,762kN-m切削器旋轉數(shù)0.456rpm0.400rpm超挖裝置仿形切刀三套仿形切刀四套攪拌裝置中央部位攪拌機：4,200mm旋轉扭矩：1,094/1,641kN-m旋轉數(shù)：2.0/1.23rpm攪拌機：1,000mm4臺旋轉扭矩：34.34臺137.2kN-m旋轉數(shù)：6.0rpm外周

24、部位攪拌葉片12片固定葉片4片攪拌葉片12片固定葉片2片后背注漿工序注入方法同步注漿同步注漿注入處所管片主體上注漿孔盾構機主體上排土裝置形式帶1次、2次軸承螺旋輸送機：1,200mm帶1次、2次軸承螺旋輸送機：1,100mm排土能力約350m3/h約378m3/h可能排出礫徑420mm415mm新宿線中落合工區(qū)盾構法隧道長2020m，隧道外徑11.2m，隧道覆土9m-23m。穿越地層為東京粘土、砂土和砂礫，最大粒徑30cm。隧道掘進采用1臺12.02m的土壓盾構，盾構本體長11.2m，最大推力140000kn。盾構的刀盤為輻條式，開口率達60%，最大扭矩43000kn-m，轉速0.45rpm。螺旋輸送機排土能力350m3/h，排渣粒徑最大為42cm，土砂的朔流改良采用添加發(fā)泡劑。盾構推進速度20mm/min，盾構始發(fā)直接切削豎井的NOMST壁。隧道襯砌采用鋼管片和鋼筋混凝土（RC）管片；鋼管片寬150cm，厚40-43cm；RC管片有2種形式，普通管片寬150cm，厚45cm；蜂窩形管片寬120cm，厚40cm。每環(huán)蜂窩形管片由8塊,管片呈六角形,每次4塊,每塊管片用2根斜邊接頭