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  • 微开挖KO满城挖——地下工程施工技术体系创新
    点击数: | 发布时间:2018-09-18

      随着城市发展进程的快速变化,越来越多的功能性设施被转移到地下,传统的盾构与顶管技术难以满足这些特殊结构的暗挖要求。随着人们对生活品质要求的日渐提高,“满城挖”现象越来越难以被社会接受。为解决上述矛盾,上海隧道工程有限公司(以下简称“上海隧道”)提出了“微开挖”地下工程施工技术体系。特邀上海隧道工程有限公司总工程师朱雁飞为读者介绍相关技术。

    上海隧道工程有限公司总工程师朱雁飞

      朱雁飞同志不仅是上海隧道工程有限公司总工程师,还是教授级高级工程师、上海市建委科技委委员、上海市科委优秀学科带头人,作为业界精英在建筑工程岗位贡献力量。

      朱雁飞同志首次提出“微开挖”概念是在中国城市基础设施建设与管理国际大会上。这一创新理念的提出经历了10年的磨练沉淀,可谓精雕细琢铸精品。“微开挖”想法起源于2007年,当时上海准备兴建一系列地下快速路,上海隧道对地下快速路的施工进行调研,发现国外主要有2种施工方式:以波士顿、马德里为代表,这两座城市施工地下快速路时明挖比例相当高,基本上都超过了一半,所以施工过程对城市景观、交通、居民生活和社会经济生产都产生了很大影响;以日本为代表,日本东京在完善其内环快速路网时选择了以暗挖为主的方案,新宿线与品川线在出入口匝道、风井等部位大量使用了地面出入式盾构(URUP)、管幕法与隧道扩挖工法等技术,非开挖比例超过85%以上,确保了超大型城市在建设过程中功能基本不受影响。

    明挖为主的地下快速路施工方法

    日本在地下快速路网建设中采用非开挖方式

      配线复杂的城市铁路地下车站、地下快速路系统的出入匝道、雨水调蓄隧道与入流井和支管连接管、管廊的分支接口节点等一些特殊部位,传统的顶管和盾构技术难以满足暗挖要求。就目前我国技术条件而言,大型隧道与地下工程尚无法做到100%无暴露开挖,无法称之为“非开挖”。

      “微开挖”技术体系的构想就是针对这一问题提出的,系统性总结、学习发达国家的成功经验,自主研发“微开挖”技术体系,通过装备研发与工法的一体化研究与应用,大幅减小开挖施工的比重,在经济上必要、技术上可行的条件下,用暗挖方法取代明挖,减少施工对城市生活的干扰,为城市可持续发展提供技术支撑。

      朱雁飞同志介绍“微开挖”技术体系针对目前常规盾构、顶管技术无法施工的特殊工程和特殊部位,解决以下问题。

      1)覆土厚度限制

      主要是解决浅覆土环境下的施工问题,上海隧道已于2013年开发了地面出入式盾构(GPST)技术,并在南京地铁机场线得到了成功应用。

    地面出入式盾构

      2)空间利用率

      针对传统圆形隧道空间利用率较低的问题,开发了异形断面盾构机和顶管机,从而解决都市核心区密集建()筑物盾构施工的空间问题,同时提高沉降控制能力。

    A,B型异形断面隧道掘进机

      3)解决变断面施工

      借鉴日本技术开发极小半径曲线顶管机,将小半径、小口径顶管作为冰冻管,结合冻结法,用于扩挖施工,以施工渐变断面隧道。

    极小半径小口径顶管施工冻结管

    扩挖后隧道

      4)不规则断面暗挖

      主要采用自由断面的管幕法,并与水平加固工艺相结合。

    自由管幕法

      自2013年以来,在有关部门的大力支持下,“微开挖”技术着重进行3大类设备的研发,目前已基本完成,部分技术已推广应用。

      1)异形断面隧道掘进机

      进行了异形断面掘进机系列产品的研发,该体系包括A,B型两大类。A型截面为矩形,不设立柱,净高在6~7m左右,采用顶管盾构一体机,主要用于地下通道、地铁车站等施工,被称为市政通用型。B型截面为类矩形,在常规状态下设1根立柱,推动距离长、能够适应各种复杂土层,主要用于轨道交通隧道施工,也可用于共同沟等施工,称之为轨道交通型。

    A型顶管机在郑州地下通道施工中应用


    B型类矩形盾构机在宁波轨道交通3号线中应用

      2)管幕专用顶管机

      在实现自由断面时,“管幕+暗挖”正逐步成为特殊条件下隧道施工的重要方法。2005年竣工的上海中环线北虹路地道是我国首次大规模采用管幕法施工的工程。

    管幕法施工

      为了弥补管幕法的局限性,专门研发了φ1000mm专用管幕顶管机。样机独特地采用了土压平衡方案,在超浅覆土条件下也能满足高精度沉降控制要求。采用步进式主顶系统,取消传统垫块,大幅度提高了顶进效率。

    专用管幕顶管机

      3)极小半径曲线顶管机

      极小半径曲线顶管机适用管径最小可达300mm、轴线半径最小可达6m,采用可回缩式设计,“三叶草”形全断面切削刀盘具有近似的泥水平衡掘进功能,考虑试验要求,目前顶进装置为塔式结构,曲线半径可调,如果后期需要在隧道内狭小空间施工,可改为固定半径的卧式顶进装置。

    极小半径曲线顶管机

     

    注:本文内容摘自《施工技术资讯》(20171月第1,//www.dmaos.com/Item/20681.aspx),由本刊编辑整理。

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