高水压砂层中大直径盾构隧道控沉与防水关键技术


完成单位:中铁隧道勘测设计院有限公司
获奖情况:2016年度天津市科学技术进步一等奖
成果水平:国际领先
简要技术说明:
目前,国内地铁领域越江隧道一般均采用单洞单线分离式隧道越江,防灾要求隧道超过1.8km必须设置风井,若建江中风井将严重影响江河的通航能力,且建设及运营风险巨大。国内外越江盾构隧道工程除地铁采用单洞单线隧道外,均为外径10~15m的公路隧道,相比地铁隧道功能上存在巨大差异,难以借鉴,需研究一种适用于地铁领域的越江技术。
本课题经过五年技术攻关,解决了以下难点:1)断面设计无经验可借鉴,难度大;2)60m水压下管片接缝防水难;3)高水压下11.2m盾构空间狭小,常压换刀难;4)高水压砂层大直径盾构始发与到达难、沉降控制难、盾尾刷更换难;5)超60万m3渣土环保处理难。同时,取得以下创新成果:
1.研究设计了11.2m单洞双线越江地铁隧道断面,避免设置江中风井和联络通道;
2.发明了长寿命、高水压双道密封垫,接缝防水能力由0.8MPa提高到1.2MPa;
3.提出了高水压砂层中大直径盾构进出洞端头水泥土与冻结法联合加固技术、水泥土改良抑制冻胀融沉新技术,冻胀融沉量从15mm以上降到5mm内;
4.首创了高水压砂层中大直径盾构液氮冻结盾尾刷快速更换技术;
5.研发了双刃球齿滚刀、11.2m盾构高水压下背腔式伸缩常压换刀技术,消除了带压换刀风险,且换刀距离由常规的50m提升至300m,换刀次数减少5/6,单次换刀时间减少3/4,相比常规换刀缩短工期8 个月,节支8400万元;
6.开发了砂质渣土回收利用作为同步注浆骨料技术,全断面砂层中渣土回收利用率可达70%。
推广应用情况:
研究成果已在南京、温州、天津、杭州等城市地铁线路及公路隧道等高水压富含水地层施工中得到了广泛应用,确保了盾构施工安全和对周边环境影响的有效控制,缩短了工期,使地铁通车时间显著提前。项目开展期内,近三年节支1.65亿元,经济和环境效益巨大。