目前,海底隧道最成熟的方法是盾構(gòu)法。
盾構(gòu)法是暗挖法施工中的一種全機(jī)械化施工方法,它是將盾構(gòu)機(jī)械在地中推進(jìn),通過盾構(gòu)外殼和管片支承四周圍巖防止發(fā)生往隧道內(nèi)的坍塌,同時(shí)在開挖面前方用切削裝置進(jìn)行土體開挖,通過出土機(jī)械運(yùn)出洞外,靠千斤頂在后部加壓頂進(jìn),并拼裝預(yù)制混凝土管片,形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機(jī)械化施工方法。日本東京灣海底隧道是采用盾構(gòu)法施工。
當(dāng)前最先進(jìn)的4種海底隧道施工技術(shù),你造么?
日本東京灣海底隧道
盾構(gòu)法施工具有施工速度快、洞體質(zhì)量比較穩(wěn)定、對(duì)周圍建筑物影響較小等特點(diǎn),適合在軟土地基段施工。例如深圳地鐵一期工程初步設(shè)計(jì)有三處采用盾構(gòu)法施工,即羅湖-國貿(mào)區(qū)間,皇崗-福民區(qū)間,福民-金田區(qū)間。這幾處均為軟土地段,且具備盾構(gòu)法施工的基本條件。
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盾構(gòu)法設(shè)備
盾構(gòu)是一種帶有護(hù)罩的專用設(shè)備,利用尾部已裝好的襯砌塊作為支點(diǎn)向前推進(jìn),用刀盤切割土體,同時(shí)排土和拼裝后面的預(yù)制混凝土襯砌塊。盾構(gòu)是1874年發(fā)明,首先用的是氣壓盾構(gòu)。開挖英國倫敦泰晤士河水底隧道。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的出碴方式有機(jī)械式和水力式,以水力式居多。水力盾構(gòu)在工作面處有一個(gè)注滿膨潤土液的密封室。澎潤土液既用于平衡土壓力和地下水壓力,又用作輸送排出土體的介質(zhì)。
盾構(gòu)既是一種施工機(jī)具,也是一種強(qiáng)有力的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)機(jī)外形上看是一個(gè)大的鋼管機(jī),較隧道部分略大,它是設(shè)計(jì)用來抵擋外向水壓和地層壓力的。它包括三部分:前部的切口環(huán)、中部的支撐環(huán)以及后部的盾尾。大多數(shù)盾構(gòu)的形狀為圓形,也有橢圓形、半圓形、馬蹄形及箱形等其他形式。
在松軟含水地層,或地下線路等設(shè)施埋深達(dá)到10m或更深時(shí),可以采用盾構(gòu)法,即,
1、線位上允許建造用于盾構(gòu)進(jìn)出洞和出碴進(jìn)料的工作井;
2、隧道要有足夠的埋深,覆土深度宜不小于6m且不小于盾構(gòu)直徑;
3、相對(duì)均質(zhì)的地質(zhì)條件;
4、如果是單洞則要有足夠的線間距,洞與洞及洞與其它建(構(gòu))筑物之間所夾土(巖)體加固處理的最小厚度為水平方向1.0m,豎直方向1.5m;
5、從經(jīng)濟(jì)角度講,連續(xù)的施工長度不小于300m。
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盾構(gòu)法施工
采用盾構(gòu)法施工時(shí),首先要在隧道的始端和終端開挖基坑或建造豎井,用作盾構(gòu)及其設(shè)備的拼裝井(室)和拆卸井(室),特別長的隧道,還應(yīng)設(shè)置中間檢修工作井(室)。拼裝和拆卸用的工作井,其建筑尺寸應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)裝拆的施工要求來確定。拼裝井的井壁上設(shè)有盾構(gòu)出洞口,井內(nèi)設(shè)有盾構(gòu)基座和盾構(gòu)推進(jìn)的后座。
井的寬度一般應(yīng)比盾構(gòu)直徑大1.6~2.0米,以滿足鉚、焊等操作的要求。當(dāng)采用整體吊裝的小盾構(gòu)時(shí),則井寬可酌量減小。井的長度,除了滿足盾構(gòu)內(nèi)安裝設(shè)備的要求外,還要考慮盾構(gòu)推進(jìn)出洞時(shí),拆除洞門封板和在盾構(gòu)后面設(shè)置后座,以及垂直運(yùn)輸所需的空間。中、小型盾構(gòu)的拼裝井長度,還要照顧設(shè)備車架轉(zhuǎn)換的方便。盾構(gòu)在拼裝井內(nèi)拼裝就緒,經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試后,就可拆除出洞口封板,盾構(gòu)推出工作井后即開始隧道掘進(jìn)施工。盾構(gòu)拆卸井設(shè)有盾構(gòu)進(jìn)口,井的大小要便于盾構(gòu)的起吊和拆卸。
其他施工主要有土層開挖、盾構(gòu)推進(jìn)操縱與糾偏、襯砌拼裝、襯砌背后壓注等。這些工序均應(yīng)及時(shí)而迅速地進(jìn)行,決不能長時(shí)間停頓,以免增加地層的擾動(dòng)和對(duì)地面、地下構(gòu)筑物的影響。
優(yōu)點(diǎn):
1、安全開挖和襯砌,掘進(jìn)速度快;
2、盾構(gòu)的推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等全過程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè),施工勞動(dòng)強(qiáng)度低。
3、不影響地面交通與設(shè)施,同時(shí)不影響地下管線等設(shè)施;
4、穿越河道時(shí)不影響航運(yùn),施工中不受季節(jié)、風(fēng)雨等氣候條件影響,施工中沒有噪音和擾動(dòng);
5、在松軟含水地層中修建埋深較大的長隧道往往具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)越性。
缺點(diǎn):
1、斷面尺寸多變的區(qū)段適應(yīng)能力差;
2、新型盾構(gòu)購置費(fèi)昂貴,對(duì)施工區(qū)段短的工程不太經(jīng)濟(jì)。
用盾構(gòu)法修建隧道已有150余年的歷史。中國于第一個(gè)五年計(jì)劃期間,首先在遼寧阜新煤礦,用直徑2.6米的手掘式盾構(gòu)進(jìn)行了疏水巷道的施工。中國自行設(shè)計(jì)、制造的盾構(gòu),直徑最大為11.26米,最小為3.0米。正在修建的第二條黃浦江水底道路隧道,水下段和部分岸邊深埋段也采用盾構(gòu)法施工,盾構(gòu)的千斤頂總推力為108兆牛,采用水力機(jī)械開挖掘進(jìn)。在上海地區(qū)用盾構(gòu)法修建的隧道,除水底道路隧道外,還有地鐵區(qū)間隧道、通向河海的排水隧洞和取水管道、街坊的地下通道等。