超大直径盾构施工关键技术--傅德明

傅德明

上海申通地铁集团公司

1 东京湾道路隧道工程 1.1. 工程概况:

横贯东京湾道路于1997年12月18日建成运营，这是一条将神奈川县川崎市和千叶县木更津市进行连接的汽车专用道路。在全长15km的长度中，从川崎一侧起10km是水底隧道构造部分；而从木更津市一侧起约5km则成为桥梁结构部分(图-1)。

图-1 横段东京湾道路总体布置概况图

隧道的部分筑有川崎人工岛，此人工岛接界川崎侧为川崎隧道，在木更津侧为隧道，分别设有北线、南线隧道。隧道的施工以川崎人工岛为中心，分成盾构机施工隧道，在海底地下4处所作地下接合。隧道平面线形在浮岛附近R=1650～1800m的曲线，确保平行的隧道之间有1D的间隔距离。纵断面线形在隧道两端的浮岛部分和木更津人工岛部分有4%坡度的斜道、其长度约900m，斜道部分以下到川崎人工岛为止、按0.2%的缓和坡度，川崎人工岛处便成为最深的部分。

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本道路的设计位置的海底、整体地呈现了极为缓和的船底型地形，部分的最大水深约在28m。从川崎一侧的浮岛起、直到湾的部分，堆积有软弱冲积性粘性土层(有乐町层)，层厚在20～30m之间。

TP-80～-90m以下，N值大致在70以上的砂质地基。

隧道掘进部分地基，靠川崎一侧是比较弱的粘性土(Ac2)和较好固结粘性土(D1c)组成相互交错的地质层，是主体层；而靠近木更津一侧是较好固结粘性土(D1c)，比较松散的砂质土(D1s)和软弱的粘性土(Ac2)的交替层组成；而在中间部分下面存在较好固结的砾石层地基。

浮岛引道部分和木更津人工岛的两斜道部分、皆为人工筑造的地基土层。

1.2 盾构机械(标准规格) 1.2.1 基本形状 外直径：φ14.14m 盾构机长：L13.5m 总重量：约3200tf 1.2.2 推进装置

总推进力：24000tf(盾构千斤顶500tf×48台) 千斤顶冲程：2550mm 1.2.3 切削器装置

切削器刀头：先行刀头、外周保护刀头 外周侧面保护刀头：装备着磨损检测刀头

切削器刀盘：作成电传动驱动方式，转速在0.39～0.45rpm 不1.2.4 盾构密封

为了提高机械的耐磨性、耐久性、耐水性，设置了4排钢丝刷型的密封。 1.2.5 其他的装置

装备了正圆保持装置、人行气闸、后背压注装置、地下接合有关设备等。 在照片-1中为盾构机的外貌，在图-2中显示了盾构机械图概况。

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照片-1 盾构机械外形

图-2 盾构机械

1.3 始发防护

在盾构机从工作井始发推出之际，必须要撤除工作井的井墙，为了确保作业的安全性，事先通过使用冻结工序对工作井外侧的土体进行改良，据此才有可能将海面以下50m的工作井井墙(地下连续墙)进行安全地撤除。

由于担忧冻结膨胀压力对工作井井墙的影响，在冻土墙的线附近处造成称之为“对策沟”、吸收膨胀量的缓冲带。此种对策沟系在土中掘削宽度在350mm以上的连续吸收变形的沟槽，在此种沟槽中封存着几乎显示不出强度的冻胶状高吸水性树脂，作成相随膨胀变形的发生、冻胶可以移动的构造。 1.4 始发推进准备

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从川崎人工岛始发推出的盾构机的掘进，是要在人工岛内部构筑的底板、要直至B5层上隔墙完成阶段时才可以始发推出。

洞口处密封衬垫是在盾构机通过工作井井洞时，用衬砌管片置换之际，能起到洞口的止水功能、将橡胶衬垫和挡圈接头成为组合式构造。

盾构机从出海、经过海上运输到投入至施工现场，是在北线2JV和南线2JV共同进行的。工厂中制作的盾构机械，为了运输方便分割成前机体和中后机体两大部件。借助起吊量为3000tf的起重船出海、搭截在12000tf平底驳船上，由4000PS的主拖轮作海上运输、再由4100tf大型起重船进行现场装配。

照片-2 将盾构机前机体部分投入安装状况

临时拼装管片衬砌环的正圆度乃是决定自动化拼装作业时间的重要因素，在设定正圆度的容许误差在30mm以内的标准进行管理。临时拼装是采用铸铁管片衬砌、努力确保正圆度，极力降低盾构机空掘进时际的变形和绕度。

掘进工序

该种盾构机分解为2大部件投入，是在将盾构机的中后机体投入后，为了确保前机体投入时的空间、盾构机的承台要承受反力，借助千斤顶作用将中后机体需要形成空掘进步骤。设计上，相对盾构机重量的摩擦系数μ=0.1～0.2就可以推进，然后在实际施工中要作用着相当摩擦系数μ=0.4的推进力。

为了降低推进阻力，尽管对型钢轨道上涂有了研磨过的润滑材料，然而还是因摩擦生热使轨道上产生擦伤的痕迹，并且逐渐地增加了推力。根据现场的目视

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观察，当盾构机的翘曲和轨道之间就要嵌入稍稍的灰尘时，可以明白无误地看到这种倾向显著地体现出来。 准备始发推出时的问题要点

这一次是在将世界上最大级别的盾构机、处在高水压条件下始发推出之际，以下几个问题要点是在设计上和施工时际要作考虑的。

① 始发推出的防护工序，由于是要在高水压头下作大断面敞开的，通过温度表量测要容易确认强度，在止水性上最为优越作为理由、决定采用冻结工法，可是相比起以往的冻结施工规模来，冻土量是相当大的，冻起、冻结膨胀的影响是大的。

② 冻结对象土体的大半部分是没有经验的人工地基改良土，此改良土强度高、形变系数也大，是容易发生膨胀压力的。对应所设定的膨胀压力100tf/m2，作为连续墙的临时墙的承压力要达到40tf/m2。

③ 由于实施在高水压的海底下进行大直径地层土的敞开，对于要发生预测不到事态的场合下，是缺少对付办法的。4个工区的盾构机械几乎处在一个时期的始发推进，相互之间工区间并没有隔墙，1个工区的事故会招致对整体的工程有所影响。

④ 在将冻结管的埋设深度设于较深的同时，必须进行建立在海中没有支承的钻杆钻孔状态，就难以确保埋设精度的获得。

⑤ 在撤除临时设施之际，需要将大量的高强度混凝土从狭窄的入口处洞室内、迅速地撤除，有必要充分考虑要保住工程这一重要因素。 1.5 掘进工序

在撤除掉连续墙后，就此启动盾构机开始掘进。掘进分成为要布置后续设备在盾构机后面距离约为100～150m空间的初期掘进和在此以后转入的正式掘进。 1.5.1初期掘进

盾构机初期掘进，是从被称作隔膜所包裹的盾构机整体的洞口混凝土内起始发推出，在掘进了冻土6.0m，深层混合处理地基52.3m之后，就进行了对普通地层土70m长的掘进。在图-4中表示为初期掘进工区的概况和管片衬砌的种类。

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图-4 初期掘进工区衬砌管片配置断面图

始发时的稳定液

作为始发时的稳定液，使用了如表-2中所刊示的2种类型的配比稳定液。配比1是作为掘削前使用的稳定液；而配比2则用作盾尾部分止水的稳定液。 掘削用稳定液作用，由于始发推进后、马上要进入水泥系的改良地基中掘削，使含有水泥微粉末的Ca离子溶解于泥水中，和泥水中粘土粒子结合的结果、会使泥水凝胶化，形成其流动性极端降低的泥水退化现象。对此使用聚合物系的稳定液，此外，对盾构机尾部止水要求是从灌浆孔处压入比重较高的稳定液。通过上述措施、保持开挖面上水压力在6kg/cm2状态，则可以达到在入口部分和盾构尾部不再会有漏水进入就可始发推进。

表-2 始发时的稳定液配比

(相对1m3水的重量)

对付不均匀沉降、地震作用的构造措施

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由于在掘削深层混合处理水泥系改良过的地基土时，所使用的含水泥粉末的钙离子要溶解于稳定液中，经和稳定液中的粘土粒子结合的结果、稳定液就此呈凝胶化，使稳定液的流动性极度降低，担忧再也不能维持悬浊液状态。要对付这种现象，可在稳定液中添加些作为再生剂的重碳酸苏打(小苏打NaHCO3)。 对本工程而言，起始于川崎人工岛东西方向上存在2条隧道的盾构机始发推进，而东西两盾构机的顶推力、各自通过后靠反力均传递至隔墙上。

本工程中的盾构机由于是对付高水压(6kg/m2)的大断面盾构机，和通常的盾构机不相同的是在推进一开始时、就要相当大的推力，作为要承受反力的设计反力是设定在16000tf，而此座隔墙可以承受极限强度只有8200tf，并成为要担当承受东西两盾构机推顶力的差值在此座墙上的构造。因此，盾构机推进时推顶力的差值和承受反力撤除时的偏心压力，需要在这种极限强度以下进行管理。为此，在东西承受反力处分别设置了9个处所的变形仪、进行反力的量测。除此之外，这种量测数据、在初期掘进完成时，在撤除反力时如何判断时可以利用之。 在隔膜内推进中，盾构机推力为12000tf，而按原封不动的承受反力悉数传递出去。在掘进54环时，确认盾构机推顶力、不再按承受到的反力传递了。 1.5.2 正式掘进

本盾构机掘进的特征是大直径(衬砌外径为13.9m)、高水压(6kg/m2)、自动化拼装管片、在海底地下软弱地基中作长距离的掘进，为此，所选定为密闭型的泥水加压式盾构机。这次使用的衬砌管片长度为1.5m、厚度0.65m、每块管片重约10t(分成11块)的钢筋混凝土管片衬砌结构，在一次衬砌和二次衬砌之间铺设着密封层。

盾构机是在互相重迭组成的地层中掘进的，结合各自的掘进情况、需要求得开挖面的稳定性。为此，掘进资料在实际时间内进行掘进的自动化管理、管理体系如表-3中所示内容。

此外，对一块自重为10tf的管片作人工拼装是有困难的，故此在管片的拼装过程中引入了自动化拼装的装置设备。

表-3 掘进管理系统

项 目

内 容

开挖面水压力管理

掘削管理

掘削土量管理 泥水输送管理

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泥水处理管理 盾构机械操作设备

掘进方向控制 自动量测管理 后背压注 管片拼装

注入量检测 注入压力检测 自动化拼装装置

1.5.3 掘进和管片的拼装

盾构机掘进和管片拼装的时间实绩、表示在图-5中。此图表示为隧道川人北工区盾构机的掘进，和每拼装20环衬砌管片所需要的平均时间。 盾构机的掘进速度和时间，对冻结区间的5环而言，是2～3mm/min、约600分/R；在深层混合改良地基土区间的32环中，是3～9mm/min、约250分/R；其后在一般地基土区间中、则是25～35mm/min、约50分/R。

除了改良区间，掘削时间大体上趋于一定、很接近，由于对管片在短时间内作如何编排、产生了日进量的差异。

管片的拼装在初期掘进时，存在着铸铁管片和钢筋混凝土管片的组合使用情况，不得不从事于人工拼装，机械系统的事故屡屡发生，拼装精度难以维持等因素，要在规定的110分/R的目标时间内不可能完成拼装。但在400环以后，提高了正圆度、机械系统的事故清除和操作水平熟练，可以在110分/R以内完成拼装任务。对于正式掘进来说，一天最大掘进为8环，日平均量已达到5.4环水准。

自动化拼装的成功率在初期掘进时，由于正圆度精度不良、管片联结螺栓孔位置发生偏移，联结机的螺栓匝内插时的失误、成功率低下，而和拼装时间一样，随着正圆度的提高、就可维持较高的成功率。

图-5 盾构机掘进和拼装管片的时间

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在图-6、图-7中分别表示管片衬砌成环的正圆度和拼装时间的变化。

照片-3中表示在完成了拼装之后的盾构隧道全景。

照片-3 盾构隧道全景

7. 结语

所谓大断面、长距离、海底下如此规模的盾构机掘进工程，浮岛工区北线区间是从1994年8月始发推出、经过2年的岁月，于1996年8月无事故的完成了盾构隧道的掘进工程。 2 多圆形盾构及工程实例 2.1 双圆盾构DOT工法

（1） 原理概要

所谓DOT（Double O Tube）盾构是在同一个开挖平面上安装两对辐条形刀具的土压式盾构。相邻两对辐条形刀具像齿轮一样互相吻合，转向相反并给予同步控制，以防止两刀具在旋转过程中互相碰撞，接触。可同时开挖两条隧道的一种较为经济合理的盾构施工法，既可用于浅覆土和各种土的开挖。安装在盾构两侧的千斤顶通过对其支撑方向的调整可用来纠正盾构旋转方向的偏位。而且，为安装圆环片以外的管片如海鸥式连接管片和中间立柱管片，盾构机内还配备了单臂管片拼装机。 （2） 特点

DOT盾构法具有以下特点：

1) 断面面积小，经济合理：铁路和公路等隧道要求断面扁平式，与一般圆形断面相比多余的开挖断面少，使隧道断面更合理，更经济。

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2) 双圆的布置形式自由：可自由的布置两个圆断面如纵向，横向或斜向，受周边建筑物，地下管线和其它障碍物的影响小，有利于隧道线形规划。 3) 盾构姿态控制容易：因刀具被设计在同一个平面内，故盾构开挖时的平衡性能好，姿态控制容易。

4) 总体成本低：可合理的选择断面形状，隧道的宽度和施工深度在一定程度上可以减小，降低总体成本。 （3）工程实例

DOT盾构施工法在公路和铁路等工程中得到了广泛的运用。工程施工实例已超过10例，其中单个盾构的最大直径为9.36m，隧道的最大开挖宽度为15.86m。以下照片其中的3个工程实例，主要技术指标分别如下：

盾构（a）：宽10.69m，高6.09m，施工长度850m，覆土深度8.3～5.0m，土质为淤泥质粉土和淤泥质粘土。

盾构（b）：宽15.86m，高9.36m，施工长度249m，覆土深度13.5～17.5m，土质为硬质粘性土和砾石。

盾构（c）：宽11.12m，高6.52m，施工长度1007m，覆土深度11.5～32.1m，土质情况为粘性土和砂性土。

盾构（a） 隧道

2.2 双圆盾构MF工法 （1） 原理概要

MF（Multi Face）盾构由多个圆形断面的一部分错位重合而成，可同时开挖多个圆形断面的盾构法。隧道有效面积较开挖面积相等的单圆断面而言要大，是一种较为经济合理的断面形式。2个或多个大小不同的圆形断面通过一定规则的叠合可提供任意断面形式的隧道，在隧道线路规划时对线形的选择有更多的灵活性。

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上下空间受的情况下则可选择横向叠合式。MF盾构法更适用于地铁车站，共同沟和地下停车场等大断面隧道的开挖。下图为MF盾构法应用范围示意图。

图-2.1 MF盾构的应用范围

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（2） 特点

MF盾构法的特点如下：

1) 由MF盾构法建成的隧道基本结构形式为圆形，所以它保持了圆形断面的力学特性。

2) 隧道可由多个小型圆断面叠合形成，开挖量小断面利用率高。

3) 在隧道线路规划时对线形的选择有更多的灵活性，可根据需要选择横向MF盾构或纵向MF盾构，更加适用于地下空间受到的隧道建设。

4) 根据土质情况和施工条件以及对周围环境影响的需要，采用泥水盾构或土压盾构。

5) 盾构由多个控制的圆形断面组成，可根据不同地质条件进行土体开挖管理。

6) 通过调整各刀盘的转速和转向，利用开挖时作用在盾构上的反力可有效的控制盾构的姿势，纠偏也相对容易。

7) 采用横向多圆盾构法可用于地铁车站，地铁车辆机务区段的开挖。 （3）工程实例

MF盾构在地铁工程中运用较多。横向2圆断面主要用于地铁线路段的隧道，横向3圆以上断面用于地铁车站和地铁机务段的隧道施工。下列照片为实际工程中使用的2例MF盾构和由此施工法开挖的隧道。横向2圆断面地铁线工程的开挖宽度为12.19m，2个圆断面的直径均为φ7.42m，施工长度为619m。横向3圆断面地铁车站工程的开挖宽度为17.44m，其中中间圆断面直径φ8.85m，两侧圆断面直径φ8.14m，施工长度为275m。

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（a）横向2圆盾构地铁线路工程 （b）横向3圆盾构地铁车站工程 照片-2.1 施工实例

2.3 装卸式泥水三连型车站盾构工法

1．工法概要

从单圆变化为三连型车站断面的盾构工法（装卸式泥水三连型车站盾构工法），是用一台盾构机变化着断面、合理地施工隧道，其概要如下所述程序（图－1）。

图－1 装卸式泥水三连型车站盾构机断面变化顺序

Ⅰ）用单圆盾构机掘进车站之间的区间隧道部分①，到达工作井（1）中。 Ⅱ）在工作井（1）内，在单圆盾构机的两边侧部位处，装配上小型盾构机、改造成三连型车站式盾构机。

Ⅲ）采用三连型车站式盾构机一次性地掘进盾构车站部分的整个断面，然后掘进到到达工作井（2）中。

Ⅳ）在工作井（2）中，脱卸掉两侧边部位的2台小型盾构机、使其恢复成单圆盾构机。

Ⅴ）用此单圆盾构机再掘进车站之间隧道部分②。

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2．开发的原委

往常，作为施工车站部分的盾构工法而言，用的是车站部分专用的盾构机，或者采用掘削连接2条盾构隧道之间套管梁工法和顶板盾构工法（表－1）。

表－1 构筑车站部位的盾构工法

但是，在这类盾构车站的筑造中，存在着如下的问题：

①当使用专门用于车站部分短区间的盾构机时，使工程费用变得偏高。此外，在不需要使用专用于车站部分的盾构机场合，就连车站之间的区间隧道也需作成和车站部分同样大小的断面，显然要付出高额的费用。

②对中间通道连接式和岛式站台的扩大开挖，就成为同时兼用化学注浆工艺和冻结工法等辅助方式的矿山法和顶板盾构工法施工了，而对于软弱地基和孔隙水压力高的地层，就成为艰难工程。

③工作井构筑后，在施工完2条车站部分的盾构隧道之后，由于用在中间部分扩大开挖的施工时间变得相当长。本工法就是以改进这些往常车站盾构隧道筑造上的问题点为目的而进行的开发。

3．工法的特征

3－1 通过有效利用盾构机、降低工程费用

以往，施工车站之间的运行隧道的盾构机和施工车站隧道的盾构机，主要是根据车站部分的结构上理由，断面的大小是不相同的，是不能够通用的。此外，有时将车站间盾构机转用作其他盾构机时，随着盾构机往工作井中搬进·搬出的

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拆卸·再装配的费用，从盾构机的耐久性等问题来考虑，对地下铁道工程而言并非是合乎道理的。

本工法是在最大限度上，有效地利用了一台车站之间盾构机的同时，是可能成为2台盾构机的结合，分解和结合成三连型盾构机的掘进技术的开发。 3－2 随着临时设备基地减少、同时降低工程费和环境的负担。

盾构工法对每一台盾构机来说，通常是需要着大规模的临时设备基地来对付掘削土砂处理的设备和材料搬运设备等的布设。

可是，这次的工法是形成车站之间→车站部分→车站之间连续的掘进体系，能汇集临时设备基地于一处、是能够获得很大的经济效益的。

并且，通过对临时设备基地的汇集，就减少了发生噪音、振动，亦即减少了对环境的负担。

3－3 提高盾构法建造车站的安全性

以往的车站盾构工法，是在施工完2条圆形盾构隧道之后，在2条隧道之间采用套管梁工法或者顶板盾构工法掘削，构筑成眼镜型的车站结构（表－1） 但是，为了求得这些工法在掘削上的安全、在需要降低地下水工法和化学注浆工艺等措施的同时，必须在狭隘空间中进行复杂的作业操作，在安全性确保方面是存在问题的。

如今的工法由于是采用了三连型车站盾构机作一次性的掘削·构筑车站断面结构，相比于往常的工法来是不需要复杂的作业的，特别是提高了安全性。 从上述的介绍中可以看出，本工法在降低建设费用、提高安全性的同时，比起明挖工法可控制废弃土形成，成为对社会有间接影响的废弃土处理和随着搬运这些土时对环境的负担影响亦都可降低。

4．工法的应用 4－1 铁路隧道

本工法是最适宜于地下铁道车站施工的工法，在大深度的场合下，工程费用和安全性方面，对于危险性变得高的工作井的明挖区是可以大幅度地降下来的（图－2）

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图－2 铁路隧道（车站部位）

4－2 道路隧道

本工法可作为道路隧道的分岔接合部分等方面施工。作为其中之一的一种方法如图－3中所示，将单线的盾构隧道在工作井中改装成二连型盾构机、掘进成分岔区间，还可能筑造成对向单线盾构隧道和地下接合的分岔部分。

图－3 道路隧道分岔部位施工形象

5．施工实例 5－1 工程概要

发包者：帝都高速度交通营团

工程名称：7号线白金台二工区土木工程 施工单位：熊谷·青木建设工程共同企业体

工期：1994年3月11日～1998年6月10日（51个月） 施工场所：东京都港区白金台 工程长度：双线盾构隧道418m 三连型车站盾构隧道120m

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盾构外径：15,840mm×10,040mm 地质：东京砾石层，东京层粘性土 覆土厚度：15～22m 曲线半径：R＝230m，100m

坡度：双线部分i＝3.5、1.6%；车站部分i＝－0.6% 管片衬砌：

双线部分钢筋混凝土外径φ9,800mm，宽1,200mm 车站部分外径9,800mm×15,600mm，宽1,200mm

从营团地下铁道7号线（南北线）的目黑车站起到白金通风房止的区间交通量比较多，道路不宽、较窄，道路周边民房密集，地下埋设物汇集成堆（图－4）。对于这样的条件者采用以往的明挖工法进行车站的施工是有困难的。于是开发，采用对工程造价·技术上均为有利的三连型车站盾构工法。

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图－4 工程位置图

5－2 技术开发中探究课题

对于本工法的技术开发中的探究课题，是如表－2中所列内容。

表－2 探究课题

项目

探究课题

确保掘进时的强度，容易的装卸方法→①合理的装卸方法概率 确保切削器的支承强度，侧边圆干扰部位的结构→②侧边部位盾构机

盾构机

掘削方法概率

容易的掘削控制，有效地回收土砂→③合理的密闭舱构造概率

侧边部位衬砌，中柱的结构

衬砌管片 始发 掘进 到达

海鸥式部分和中柱的结构构造

引入口衬垫海鸥式部分的止水→④确立特殊形状引入口的止水结构

盾构机的姿势控制（防止侧倾） 三连型盾构机拉曳的方法

以下，当在施工时际特别成为问题①～④项目，对其所作的措施作出介绍。 ①确立合理的装卸方法 ②确立侧部盾构掘削方法 ③确立合理的密闭舱的结构构造 ④确立特殊形状引入口的止水构造 5－2－1 确立合理的装卸方法

侧边部分盾构机的装卸部位的结构构造，限于在工作井空间内进行操作，接合面为了提高作业效率、尽可能采用有限的螺栓接合。如图－5中所示，基本上是将中间转向部位前方作成螺栓接合，其后方的盾尾部分则作成焊接结构。

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图－5 侧边盾构机安装、脱卸构造概念图

5－2－2 确立侧边部分盾构机的掘削方法

切削器驱动部分的机构如在图－6中所示，作为从机械制约的问题点、可以举出的是部分的切削器和侧边部分的切削器相互干扰。部分盾构机的外径是10m的大断面，并且是要作总长度约1.5km的长距离施工，考虑到切削器的支承力和耐久性，若采用中心轴方式是不合理的，而是要采用中间支承方式。

图－6 装卸式三连型盾构机的驱动部分机构图

由于侧边部分的切削器和中间支承梁有干扰、作成了半圆形的摆动方式，支承结构则要作成中心轴方式。

还有，切削器面板作成开口率约为60%的辐条式结构。究其理由，作为摆动掘削的特殊掘削方式、需担心由于粘性土的附着而引起切削扭矩值上升和测边密闭舱内土砂的滞留等现象。除此以外，侧边部分盾构机掘削的地层是属于洪积粘性土的稳定性地层。

再有就是对于摆动掘削方式，尚无过去做过实例可循。事先通过模型和实际机械进行实证试验，以确认所需要的装备扭矩等数据资料。

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5－2－3 确立合理的密闭舱结构构造

双圆形盾构机的密闭舱结构构造，可分为式密闭舱方式和整体型密闭舱方式两种。

式密闭舱方式，是具有和切削器同数量的密闭舱和排泥线，对土砂排出能力上具有优点的反面便是在开挖面前面使泥水移动在切削器之间，引起复杂的绕入现象，而存在难以控制开挖面压力的缺点。另一方面，整体型密闭舱可以和单圆盾构机同样的简单控制，而不能确立侧边部分掘削土砂向部位移动方法和土砂回收方法。

因此，重视开挖面压力控制的容易程度，以采用整体密闭舱作为前提，用相当于实物机1/6尺寸的模型进行了验证试验。

由试验结果验证以下的实际情况，再反映到实际的机械上（图－7）。

图－7 密闭舱内流体概念图

①从侧边部分向部位的喷射流量、对土砂的排出起到大的影响。 ②将送泥口作成3处，使送泥流量比成为侧边部分∶∶侧边部分＝1∶2∶1时，是有效果的。

③装备了6台搅拌器，侧边部分的2台的顶端处作成刮板型、以利提高搅拌效果。旋转方面是由下方向方向是有效果的。 5－2－4 确立在特殊形状中始发引入口的止水功能

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对于三连型车站盾构机的始发过程中，可以举出以下2个课题：

① 在双圆形盾构机中，圆与圆的交差部分处呈缩颈形状，该部分的引入口衬垫是不能期待由于自身的张力作用打开和机械缝隙方向上力、起到止水的效果。

② 本工程的盾构机由于其特殊形状引出其构造上的特性，缩颈部分的盾尾板厚度是150mm，通过盾尾的瞬间衬垫、成为非常不稳定的状态，往往会有出水的危险。

对于上述课题，是采取了以下的措施：

①在缩颈部分的衬垫背面处，设置了橡胶内胎，并充气加压，使内胎膨胀，从背面来压紧衬垫和盾构机密贴来提高止水性能。并且将衬垫作成2排构造，在排与排之间充填止水材料、以提高止水功能（图－8）。

图－8 引入口构造图

②在盾构机尾部要通过的引入口衬垫之前面，安装上洞口止水钢板，在其空隙之间以后背注浆方式作填充，以达到能完全止水的功能。 5－3 施工结果

在装卸式泥水三连型车站盾构机掘进施工中，盾构机的密闭舱内的泥水流动和土砂的动态、是通过实验来验证的。可以按照通常的泥水盾构机同样的掘进方式进行管理。照片－1中所表示为将到达后的盾构机正在拉曳出来的情况。此外，在盾构机到达后，需要化在拆卸、改造的时间约为4个月。

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照片－1 盾构机拉曳出来状况

6．结语

装卸式三连型盾构工法至今为止积压了好多特殊工法情况的课题。事前进行了各种各样的验证试验（多间接拼装器试验、移动式作业车架试验、引入口衬垫实验、盾构尾部密封承压实验以及掘削土砂回收实验等内容）。根据这些实验结果、采取措施，可以取得按事先设想的成果。

本工法由于其需求的特殊性等原因，实绩仅只限于所介绍的内容，而要以今后的大深度化地下利用等情况为背景，期待着能进一步地促进该技术的开发和使用。

3. 欧洲大直径盾构隧道工程技术和实例 3.1 易北河第四隧道工程

图1 第四隧管平行现有的六十年代建造的沉埋隧道

位于汉堡的易北河和北海港湾是世界上最繁忙的水道之一，同时它又是汉堡市中心和港口的天然边界。十九世纪末，成千上万工人依靠唯一可用方法--摆渡来过易北河，因而这促使于决定1907~1911年首次修建了最早的'老'易北河隧道（两条隧管，每管单车道）。65年后，随着汉堡港口经济地位的日益增强，决定修建新易北河隧道（三条隧管，每管两车道。河中段隧道采用沉埋法，岸边深埋段采用盾构掘进）。这条六车道易北河隧道于1975年正式通车，日通车

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量约为56000辆。至今，它的通车量实际上翻了一倍，平均日通车量110000辆，车辆在隧道口排起了长队，解决的办法是在此建造它的第四隧管。 预投标阶段考虑有两个选择方案： 1.沉管和盾构相结合

2.整条越河隧道和北引道都使用一台混合盾构掘进 经比选采用混合盾构掘进施工

图2 第四条隧管纵剖面和地质

这两个施工方案最初估算粗略相等。但是，有大量的理由说服选用一台混合盾构掘进整条隧道。施工方法确定的同时，1988~1990年进行了对该计划的评审程序以及必须对付7500反对异议，主要是当地居民对该方案的反响。接着在1993年10月进行招投标，1995年10 月Bilfinger + Berger, Dywodag; Heitamp; Hochtlef; Philipp Holzmann; Wayss & Freytag; 和Zublin 联合中标。 Martin Herrenknecht 先生在2000年1月20日伦敦召开的木工程协会掘进隧道会议上介绍了由他的公司负责提供直径14.2m混合盾构。该隧道掘进机被命名为\"Trude\"，它是至今制造的最大直径盾构掘进机，并为履行这一项目作了些重大的创新。

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图3 直径14.2m的Herrenknecht泥水型盾构开挖内径12.4m隧道。大型盾构有开挖中心部分工作面的中心切削头，可到轮辐更换切削工具。 易北河隧道第四隧管横断面拥有每条宽3.75m的双车道，一条2m宽硬路肩和两条0.5m宽的紧急人行道，全长2561m。隧道掘进是从南岸起始井开始，开始的500m穿过港口的填筑土，它是由砂、砾石和无级配回填物质结合各种垃圾组成。掘进到1000m位于河下时为冰川物质，经常是非常硬粘土和砾石（有时藏纳大石块）的砾岩。这种物质，甚至砂，也是非常硬的，因已被冰川重压实。它们是极为透水的，但是非常密实，隧道推进时稍有漏气。地层的可变性极高，经常处于极其混合开挖地层中。最后约1000m位于易北河北部填筑层，土状况与河中段相类似，但是隧道要在老建筑和住屋下12~35m穿过，须加强地层沉降控制。此外，在这新隧管和现有沉埋隧管之间有两条70m长的横向紧急联络通道，它们采用一台4.4m直径顶管施工。

隧道穿越易北河河床下，其最小覆盖深度约7m，最大覆盖深度约13m。位于易北河的最深点，隧顶上方的河床覆土仅11m（包括1.5m铜石层厚）。河床覆土应尽可能地得到改良，这包括当隧道施工时在隧道线20m宽地带采用振浮压实技术和覆上1.5m厚铜石层压实河床砂和淤泥。位于河岸处，其覆土厚度减至9m（包括铜石层）。易北河最大河深在海平面下15m，最大浪潮达17m。隧道河中段隧道最低位置大约在海面下约41m，估计水压达6 bar。考虑到安全和支护地层压力的需求，支护泥浆工作压力达5bar。掘进机测试5.5bar，维持气压工作和修理达到4.5bar。隧道160m2开挖面支护泥浆压力全部在大气状态下控制。河床横断面向易北河北部急剧地上升约38m。隧道经过某些建筑基础下仅9.5m。

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Trude在环绕盾构处位于10~20°处配备有42个超前开挖面的部件。通过这些部件可钻探到盾构前20~25m的地层，并可用它们在盾构前注浆，以达到稳定地层。Trude具有许多留下深刻影响的统计数据。首先，它的14.2m外径是前所未有。掘进机的全部安装长度，包括拖车，为60m，并配备17只3500kw电力的液压马达。全部重量约2600t，切削轮藏纳有一个的3m直径中心切削头，它可按主切削轮要求作任方向旋转，也可单独操作。中心切削头有它自己的泥水分离循环。该切削头可变旋转速度0~2.5转/分，最大扭距600KNm，可在主切削轮前移动600mm。

Herrenknecht设计的这台盾构掘进机有许多技术创新，其中最先进的技术是在大气状态下的刀盘更换设施。当获得切削头轮辐气压保护空间后，刀盘作为整套受压装置进行更换。首先，一个闸阀关闭面向周围地层和水压的刀盘装置。然后，一个小千斤顶在侧面保持该装置定位，同时将螺栓拆除。当柱塞慢慢回缩时，刀盘座架内的物质倒出，一台小型吊车附件向上提出这个磨损装置，然后放下替换装置。

整个切削头上有30只双环整体式刀盘装置，其中8只配备上'锤头'，这些锤头不可转动，但是由硬质合金组成，埋置有硬合金齿。已证实该设计对于带有偶见巨砾石的粘性磨损物质是极其有效的。如果巨砾石较多，大约10m后这些锤盘就耗尽，但是它们在粘性磨损物质中可持续良好。当这台14.2m直径盾构推进到2000m时已更换了300只刀盘和50只锤头。这数据比原先估计的要高，但它们是在正常大气情况下进行更换的，只有切削头槽口边缘处刮泥工具以及小型中心切削头工具须在气压下更换。

该项目开发的另一项新技术是地震测量系统，称为'声波软土测探系统'（SSP）。它使用一台设置在切削轮上的高频发送器，为整条隧道推进过程采集数据测量。SSP系统自动操作，提供给盾构操作者实时切削轮前下一个20~30m的三维反射图象。 盾构特性

· 2个气闸，操纵7位员工 · 2个材料闸

· 三组4个切削轮千斤顶，每组提供3000kN推力 · 10块液压操作面支撑板

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· 可破碎直径达1200mm巨砾的破碎机 · 可更换的破碎机爪，每个抓力900kn · 48个推进汽缸，总推力120000kN

· 4台双筒活塞泥浆泵，通过盾尾直径65mm管道提供泥浆 · 拼装机是伸缩旋转架，提供操作自由度6° · 当速度达2.5转/分时提供± 210° 旋转 · 使用三块自动真空板提取18t重管片 · 2个后援车架，每个长22m

· 直径500mm的泥浆循环的最大流率为2400m3/h · 平均推进率4小时2m · 衬砌环安装1小时

最快衬砌环安装（24小时）7环 · 最快推进率（24小时）14m 管片衬砌

每环衬砌宽2m，厚700mm，由8块标准管片和一块封闭管片组成。衬砌内含钢量100kg/m3。每块标准块重20t。'Tunnels & Tunnelling, Int'杂志.特约记者Shani Wallis 采访现场时，工地经理Wittneben先生告诉记者：对于这样直径的一条隧道，衬砌厚度450mm就已足够，\"但是我们这里需要超重，以抵制在这样浅的覆盖层情况下的浮力.

每块管片沿厚度700mm方向嵌有密封橡胶条。衬砌中的螺栓仅帮助拼组衬砌环，当一天或二天后盾尾后援前进后，拆除螺栓，并填塞螺栓凹囊。管片由Dywidag, Hochtief 和Strabag 联营制造。在制作场地使用的管片模具是由法国CBE提供。8台泥浆泵通过盾尾压浆系统提供环向压浆，以加固衬砌。每台泵操作，以确保当盾构推进时环向均匀的回填。

水分离和沉降控制

盾构泥浆系统中的水是直接从河中提取。支护泥浆要求先从回填物质开始，但在水下的冰川沉积物中存在着足够的自然粘性土。分离装置由德国汉堡Schauenburg Bird 提供，工作性能良好，每小时操作泥浆2500m3。为循环泥浆，

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2台来自澳大利亚950kW变速Warman泥浆泵用来排放管道流量。另有2台德国Habergamm泵用于分离装置，提供已清洁的泥浆返回到隧道掘进机。 压力泥浆工作状态良好，支护着混合物质的开挖面，并迅速地反映，达到160m2开挖面可变压力的平衡。该泥浆支护系统也控制地层沉降，使其最大沉降控制在10mm。

这条用世界上直径最大的14.2m直径盾构开挖了长2.6km的易北河隧道第四管。盾构由Herrenknecht 公司制造。Arge 4 Rohre Elbetunne (ARGE) 承包商于1997年10月从易北河南岸开始进行这项﹩42110万资金的工程。施工进度达到每日14m。经过2年5个月的施工，这台盾构精确地推入到北岸入洞井。标准管片宽2m，厚700mm，管片数达114481块。

3.2 荷兰绿色心脏隧道工程

图例说明： Urban Area 市区 Rail at Grade 地坪铁轨 Bored Tunnel钻进隧道 Viaduct高架道路 Cutting切入点

Cut and Cover 大开挖段

Schipol Amsterdam Airport斯希浦尔-阿姆斯特丹机场 Aqueduct Over 水渠上越 GROENE HART Tunnel绿心隧道

世界最大盾构的控制系统经机内内载设计、配有高精软件和新型衬砌环后灵活回填压浆材料，这些技术都是法国承包商布易居在绿心隧道建造时所采用的。这是荷兰位于阿姆斯特丹

到布鲁赛尔高速铁路TGV沿线长7,156m绿心隧道，造价US＄431M工程。迄今为止（2003年2月）工作做到一半，成绩良好。最佳成绩20h内推进22m，四星期内438m，平均每天16m，2004年春天完成钻进，计划每天推进9m。 但是的确发生11天停顿，据称是马达问题，但是损失的时间已经追回。在隧道三口井之一的第一井，还是发生盾构停顿，那是因为土地征用问题，导致

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竖井施工延迟。盾构还是提前到达。走线在3km中不偏移中心线20mm。椭圆形（在大型隧道周围会有浮力威胁）也受到。

高速铁路（100km）合同采用设计+施工方式。在荷兰能看见的隧道中是唯一一个不渗漏的隧道。采用NFM厂制造的外径14.87m为\"震旦号\"盾构掘进机，BOUGYES自制控制系统，重新组建后挂系统对付早期铺轨基础安装的浮力问题，以及得到专利保护的新型柔性灌浆，可以应付在管片上所生成导致开裂的力。 它也是使平面管片管理带到荷兰，对其设计和施工进行全面风险分析。荷兰盾构推进比较少见。他们多半采用沉管施工，也是这方面世界领袖。他们的土地大多是平地，最高的山不超过200m左右。海平面高于地平，地下水也是这样。因此，人口密度压力和环境警惕迫使他们向地下发展。

14.87m直径NFM的震旦号盾构和其后挂系统

图示说明：

Motors电动机、Segment Erector管片拼装机 Patented rout System得到专利保护的灌浆系统 Bentonite And Spoil Lines硼润土和弃土输送线 Flat Faced Segment Lining平面管片衬砌

Suspended Segment Transporter 悬挂式管片运输机

Lean Mix Backfill for Tunnel Base贫水泥回填材料，用于隧道基底 在围海造地的圩地地下水入侵的软土内如何解决沉降、噪音、和日常施工干扰LEIDENDORP城镇居民生活？

作为参照设计，《高速铁路-南线》设计师建议两条相同平行隧道，各约直径8m，只有稍大于700m长匝道从两端引导到地平、使总体设计长度达8.6km。如同大多数高速铁路隧道，这些都具有较大直径以减少速度达360km/h列车压力波效应。

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为了避免影响到附近房屋，最大地表噪音制约为55dB，沉降不大于25mm。这对于厚约12m泥煤层，然后海床沉积沙25--30mm厚的地质状况不是一件容易的事。最后厚2m粘土层从下部封闭在其之下的沙层。地下水从地表有效开始，并有显著的水压。隧道在30m深，位于上部沙层，也就是说相当大上升力效应。这非但影响隧道掘进精度也有威胁管片环扭曲，也对挖掘横通道带来问题，因那时需要昂贵的冻结法等之类方法施工。况且这些都要在不扰动地下水位的条件下工作，在高的新鲜水层以下是咸水层，而不要让他们混合。

BOUYGUE解决方案是抛弃双管隧道，而采取单管隧道。这就要求有分隔墙，分隔来往列车压力波，更重要地是一旦火灾，可始终分隔两半瓣隧道。这样也比建造多个横比通道容易，因为另一半就变成逃逸通道。

建造三个竖井，深39m，间隔相距2.3km，可以变转为逃逸道，装设通风井、信号设备和其他后备。

单个大直径隧道带来成本优越性，但是这不是来自避免建造难以建筑的横通道。因为弃土量大致一样。引导段工程的简略是真正的优点，在每一端，只有一个匝道和一小段大开挖路段。匝道通常在连续墙之间建造，每个有一段约500m露天段和约200m的最后大开挖段。北部引导段长度增倍，因为要造盾构的启动（始发）井和主要的供应井和弃土排出井。成本优点还反映在噪声减小、地表工程减少和环境影响减小。一次推进还可减少沉降，其记录结果是10mm，比规定的25mm要小的多。

图例说明：

Dividing Wall with Emergency Door 装有紧急门的分隔墙

36，000 Precast Concrete Segments 36,000张预制混凝土管片 Ventilation System=通风系统 50mm Insulation=50mm绝热涂层设施 Lean Concrete base=贫水泥混凝土基底层 Cables and Drainage=电缆和排水渠 14.5M DIA=14.05m直径

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盾构设计和制造

布依格和NFK FROMATONE合作在法国设计和在CREUSOT工厂制造价值约US＄279M的盾构。这是欧洲难以找到的这么几家那样大的车间来制造巨型机器。PIXIS控制系统的复杂性以外，还要特别当心它的巨大尺寸。大刀盘齿轮7m直径从45t重的钢件加工出来，它传递14台巨型马达，总功率3500kW、的30.10N/m扭矩。盾构运到现场也是一件大型物流工作和设计任务。盾构分成86辆卡车货运量，以便公路运输和驳船和船舶转运。

盾构掘进机参数一览表

竖井

三个大型竖井使用厚1.2m连续墙来形成直径31m圆形结构。在隧道高度，两屏未经钢筋加固的墙板留下当作盾构'窗口'通过。墙屏深40m多,然后水下施工，使用长臂挖掘机，在泥煤顶层挖掘，然后泵送下层沙。竖井在其深度的一半处用贫水泥的水下混凝土封堵，养护到5N/m2左右强度，其余泵送到干燥为止。

贫水泥在提升时变成密实。塞头也使布依格公司创建检查盾构的区域，因为盾构务必钻穿它以便继续它的推进行程。塞头上所切成的\"信箱\"可以让人们检查机器工作面，并被保存在ACHTOVEN竖井中，其后两个竖井也照此样。 隧道两侧的一系列“横向竖”，通过数次短促提吊，挖出贫水泥以后，在塞头形成，并安装混凝土墙，它由十字形横隔墙加固。内部形成的阶梯墙也具有结构功能。构筑体形成之时，盾构经过之前，竖井内隧道扭曲的危险可以避免。

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浮力是浸水软土地区的大事。在隧道深度时，它是162t/m，，其上推力比衬砌自重65t/m要大的多，上覆盖层可以补偿但是在隧道地区特别在倾斜地段，布依格加上额外重量到隧道。

在前端，盾构本身质量巨大，4层楼高的机器和其设备重达1860t，在隧道孔中“真的是一家工厂”，在其更后，快速安装混凝土涵洞（电缆和排水渠）和回填隧道底部一形成铁路平整基底。重型贫水泥混凝土紧接在浇注之后经过在涵洞周边夯实。

第一口竖井和一系列的横向井

为了取得更多空间，使这项紧要工作尽快推进，盾构后挂系统经过根本改建。不用通常的轮子式后挂系统，装上65m长龙门车架，仅仅由盾构的最远端支撑涵洞管段和衬砌管片被橡胶轮车辆送到盾构的后部，再用起吊小车上悬挂式抓臂机运送到盾构头部的拼装机，龙门车架也支持膨润土泥浆供应管道和出土回管线的天桥、辅助设备和管道系统。出土管道一直铺设到地面上有遮盖的分离厂和干燥设备和压缩厂。

在此两者之间，有一个问题，约长30m的衬砌没有加上额外重量。为了对待任何移动，布依格 使用最新开发的柔性灌浆系统，它会让管片有一些移动余地，其工作原理如何，该公司现场人员没有解说，但只提起 \"它的粘度会响应所受到的压力\"。衬砌环临时栓接，这样附加拧紧随着隧道后伸，逐步松懈，螺栓可以再利用。

灌浆系统并不在合同中运用到，但是其结果迄今甚佳。灌浆系统连同（布依格自己开发的）盾构复杂控制系统是当作盾构设计（FRAMATONE）的一部分。盾构监控和控制向盾构上装载2000个传感器取得600次连续量测和探测。 该系统的部分是对刚拼装的衬砌环采取三点测量以精确定出其位置。这是同盾构工作面的中心点、盾构后部和环的中心点一起作出的。软件然后不仅计算

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机器方向和位置，也计算最近拼装的衬砌环所需位置和方向以补偿任何误差，它也会对盾构所需的姿态作出调整以便使它准确回转。

外径14.5m的衬砌环管片宽2m、厚600mm。管片10块各带有轻微禊形，此外，机载软件为每环推出5种可能设置的方位，它是根据盾构位置和隧道设计要求。管片拼装靠巨型液压拼装机，那时4个工作人员以每个角落的激光量测协助引导每张管片。

在比利时列日，管片制作非常精确通过海运运入。优质耐氯化物阻剂用于管片，它的寿命应该与隧道一样是一百年。布依格放弃一种管片测量控制系统，因为它要求很长的时间，几乎不可能得到良好的绝对空间3D图象，借以找出纰漏。而该公司依靠紧密的1/10mm容差要求制作管片的模子，使得混凝土制品达到小于1mm的精确度。

盾构继续钻进，接续工作是浇注轨道槽边墙，然后是隧道隔墙的短足墙。高9.5m的分隔墙将在今年初开工。土建在明年5月份结束。

3.3 马德里m30地下道路隧道工程

中标M-30项目的FCC and ACS Dragados 承包联合体向MHI-Duro Felguera 发出目前世界最大盾构购货定单，价值4千万欧元。该台TBM在Asturias 的Duro Felguera工厂内制造，它在以前曾经造过两台直径10m TBM，用于Cordoba-Malaga 高速铁路线的2×7km Abdalajis隧道施工。

该巨型TBM用于M-30项目南旁通南管施工，拟连接Paseo de Santa Maria de la Cabeza到A-3的路段，并下越Vallecas桥。隧道总长4227m，其中开头100m将建造始发井，随后的3620mTBM推进段（从0km点～3 720m），而剩下的（从3720km点到尽头）是暗埋段和洞口斜坡段。挖掘直径15.01m，衬砌后内径是13.45m，隧道有三条车道，2×0.5m路肩和2×0.7m走道。

该工程还要求构筑长100m（GDSA公司公布为120m）×宽60m×深35m始发沉井，也是与发标给Necso 和 Ferrovial 承包联合体承建的北管共用的接收井，另外还有两个洞口的连续墙沉井。

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盾构大刀盘直径15m，相当于6层楼房高，重量4000t，长度160m。该台巨型机设计工作深度为地下30m，每分钟前进0.665m。.工地其他所需设备为槽壁机，打桩机和挖掘机等。

地质情况是马德里第三纪时期熟知的中间相地层（坚硬、有裂隙、灰色或绿色泥灰岩质粘土，当地通称为PEÑUELAS）和蒸发相（石膏）。《英文原文： Madrid's Tertiary period, better known as intermediate facies (stiff, fissured grey or green marly clays known locally as peñuelas) and evaporitic facies (gypsum).》

Duro Felguera 和 三菱重工在2003年4月8日签约成立合营公司，其意图是兴建发展平台制造和投销TBM，开展对欧洲和拉丁美洲业务。

马德里， Alberto Ruiz Gallardón，和马德里M30公路公司代表，M-30改建工程出资人2月21日访问装配工地，实地考察世界最大直径盾构装配工作。将M30改线转入地下的项目工程施工方，FCC和DRAGADOS合营公司发标给西班牙MHI-DURO -FUELGUERA承建最大直径TBM。

马德里M-30项目直径15.20m隧道工程

土压平衡型TMB将掘进长4km隧道，最小月进度为360m，拟使用压力舱方法，当大刀盘旋转前进时，将切割下来的泥土留在 泥舱内，从而施加压力到挖掘面作为补偿不至于让其塌落。挖下的弃土从泥舱内被螺旋输送机挤送出，随后被排除处置。

该台盾构命名为 《Tizona》，是建筑机械厂制造，也是西班牙该厂制造的最大型资本货物，从尺寸上和技术含量上都是这样认为的。

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Duro Felguera公司 完成世界最大TBM的制造任务 这台设备也是西班牙制造的最大单件货物。

在该厂Asturias 车间内， Duro Felguera工厂完成直径15m、重量达到4000t以上的大型盾构。

以马德里员会基础设施局Manuel Arnaiz为首的代表团，由马德里30号公路公共工程经理Jorge Presa 、M-30南隧道合营公司经理Alvaro Fernández Cota 组成、与MHI-Duro Felguera Antonio Martínez Aceba和公司总经理Shigeru Nishitake 会谈，并且参观了进行装配工作的ASTURIAN车间。 这台TBM价值4000万欧元。一年以前，开始装配，2005年10月份第一个星期预期进行车间试车。在试车后开始运到马德里（包括大刀盘和后挂系统）所有一切另部件需要大约15天通过陆路运到，只除了主轴承，它将首先从EL MUSELDE 港口（GIJON）起运到ALICANTE港。

11月份初开始在现场（靠近Arganzuela温室）装配，2006年初，交付使用。 这台土压平衡TBM将掘进4-公里隧道，最小月进度360m，使用压力舱方法排土。

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TBM

海瑞克网站新闻：- 2006年1月1日

团队协作掘进:正在马德里地下推进（01.01.2006）

2006年2月17日. – 西班牙当前是世界上巨型TBM最忙碌的地区。18 台大直径海瑞克掘进机归属地区交通或跨地区交通项目建设。2005年11月，当今最大直径15.2mEPB盾构掘进机，海瑞克S-300在马德里始发出洞，开始其长3.65km旅程，挖掘位于市中心M-30北隧道3.65km 地下快速道路。这台TBM装上了迄今最大扭矩 125，268kNm的大刀盘。

为了在摩擦极大地层下，维持大直径开挖的控制，海瑞克的工程师提出一项特意开发的独特概念刀盘。一个直径7m的内中心刀盘和外圈大刀盘（15.20m直径），在同一个平面上转动。一星期挨着一星期，该台巨型机用令人心服的成绩征服每个人。2006年2月中旬， (Acciona Infraestructuras S.A.， Ferrovial-Agroman S.A.)两家施工承包商已经借助于巨型机建造了600m隧道（300环），迄今最佳日进度是22m（11环）。与瑞士钟表一样精确的另一台从德国SCHWANAU运来的高科技盾构（S-299）在西班牙首都黏土质和砂质地层内推进。

马德里M30公路是在该城市MANOTERAS结点和LOSFRANCESES大桥之间的通衢大道，而在90年代中期完成环线，容量每天可达300,000辆并且大约有500000使用者。

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M30的升级是马德里员会承诺的主要城市项目，再设计道路和它在两个工期所穿越的地区。项目业主是市控制的公司(80%)和FERROVIAL，DRAGADOS和CONSERVACION(20%)。

第一期，(地图上用红色标出)将需要三年从2004年到2007年建造；第二期，(兰色)将在2007年到2010年之间承诺建造。新公路将改善M30的服务，降低出行时间，创造新的绿地和再生MANZAARES河，都是为了服务马德里市民。 包括在第一期工程内的工作，5个完工并开通：COSTA RICA立交接通M30，其中包括长190m隧道，2007年以后延伸，加长的O'DONNELL隧道接通到A2，M30南出口去A3和连接M30与PIO XII和BURGOS街的鸽子立交，包括有405m和209m两条隧道。

2006年晚些时候或2007年年初完成的在建的工作，包括所有位于M30西部和南部的工作。M30的南部区域正由9个标段所划分，有45km隧道和连接点。其中两个就是相当于旁越段，连接布拉格大桥与A3(正在用两台TBM挖掘施工，这些都是世界最大盾构，直径15.2m,推力超过31000t 并能够每天挖掘24m)。

一台 EPB-盾构(ø 9.37m)，经过6个月的挖掘完成了2600m隧道、早已在 2005年12月7日抵达目的地，这条途径市中心马德里的隧道段的最佳周成绩是196.5m（131环）。

自从始发后，《孪生盾构》（S-302）已经向前推进，穿越石灰石、砂和垆坶土，该台盾构动力达到3600千瓦的大刀盘，最佳成绩达到每日48m（32环），周进度244.5m（160环。这些成绩，TBM推进率，如果用同样尺寸和动力的参数来相比，可以说是史无前例。

海瑞克一共有8台土压平衡TBM在马德里新地铁沿线工作，建成隧道1000m。这表明地铁系统快速发展，1999年到2003年，建成52km。预期到2007年完成另外72km。现在，马德里地铁可以说在欧洲排在伦敦和莫斯科以后，占上第三位。

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每周掘进几达1000m隧道： 8台海瑞克土压平衡盾构当前在西班牙首都地下挖

掘地铁新线路

海瑞克EPB-盾构 S-299:仅6个月内，便掘进长2600m隧道

Mariano Rajoy（马里阿诺·拉霍伊，人民党）；Alberto Ruiz-Gallardón，马德里和 Esperanza Aguirre，马德里地区目击了第二台TBM在M30工程南旁通掘进结束。

“Tizona”与“Dulcinea”，世界最大双子星EPB盾构2006年10月30日东向推进完成M30南旁通南隧道的挖掘工作，超前计划5个月。这将连接A3到Legazpi 的VALENCIA。

这个成就表明南旁通隧道掘进工作完毕。剩下的是隧道设备安装。虽然两条隧道全部挖掘了，但还没有完工，道路板和表面修饰必须完成，在隧道之内和下

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部的紧急隧道，机电设备，通风和指示牌都要安装。

三菱重工-FELGUERA重工TBM盾构钻掘了36 m 南隧道达到46米/天创记录的日进度。

7个月工作期内，600个工人以每天24小时、每周7天挖掘隧道，同时拼装管片衬砌，三班倒。

拆卸钢质机械现在约莫一半完成。最复杂的工作是拆散盾构，12月月底完成。直径15.2m的TBM重量3200吨，安装功率达到14000KW。.然后，同样要对巨大的7个后挂挂车进行拆散。一月底，所有一切要拆散，并出清竖井。一百位工人正在忙着进行这个工作，每班30个工人，用乙炔吹管，把钢铁巨物切割开来，利用4台高45m巨型吊车装上卡车。从竖井内搬出 TBM需要三个月，250车次卡车。工人已经切割盾构成为数个部分，并且大约要拆散重250吨的主轴承，“TIZONIA”的心脏。这个任务以后是拆散7台长20m、3层楼高后挂门架。最后TBM要清出空间让给4轮和2轮车辆。一个月以前，每天有两辆卡车离开靠近Plaza del Conde de Casal的Fernández Shaw街开向昆卡省的Barajas del Melo地方的车间。

南旁通的双隧道是M30升级工程中最复杂和最费钱的项目（7.42亿欧元）也是用TBM 挖掘的唯一工程。长4.2km的连线，其中3.6km用TBM 挖掘，隧道内有每方向三车道，双层，其中下层指定当作紧急车辆交通。明年5月份双管开通。

38

南旁通的双管隧道，北和南，各三条车道，大约总长4200m。双隧道连接A3和位于Conde de Casal的

M30，利用即将在圣诞节开通、沿着Manzanares河的隧道。

4 上海长江隧道工程 4.1. 工程概况

上海长江越江通道工程以隧道方式穿越长江南港水域，经长兴岛，以桥梁方式跨越长江北港水域。南港水域宽度为6.9km，北港水域宽度为8.5km,见图1所示。工程投资122亿元,工期48月。2005年12月开工,2009年底建成通车。

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图1 上海长江越江通道工程平剖面图

穿越长江南港的隧道工程南起浦东五好沟工作井，北至长兴岛上新开港工作井，全长约7472m。本工程为双线隧道（东线、西线），采用盾构法施工，一次掘进完成。隧道外径15000mm，内径13700mm。隧道坡度平缓，最大坡度为2.9％，最小平面曲率半径为R4000m。江底最浅覆土约14.0m，最深覆土约29.0m，极端冲刷后8.0m。

每条圆隧道内道路为3车道，共6车道，设计时速为80km/h。每条车道宽度为3750mm，道路宽度为12250mm，采用同步施工方法。

盾构隧道穿越的地层为②3灰色砂质粉土、③1灰色淤泥质粉质粘土、③2灰色砂质粉土、④灰色淤泥质粘土、⑤1－1灰色粘土、⑤1－2灰色淤泥质粉质粘土、⑤’1－2灰色粉质粘土夹粉土、⑤2灰色粘质粉土夹薄层粉质粘土、⑤2－a灰色砂质粉土夹粉质粘土、⑤’2灰色粉质粘土。见图2和表1所示。

图2 盾构隧道工程地质剖面图 表1 土的主要物理力学指标

层号 土层名称

含水量重度ρ孔隙比e

压缩系数Av 1/Mpa

压缩模量E Mpa

直剪固快峰值强度 内聚力C(kPa)

内摩擦角φ（0） 35.8

标贯击N63.5(击) 9

W（%） （g/cm3）

②3 ③1 ③2

灰色砂质粉土 灰色淤泥质粉质粘土 灰色砂质粉土

29.4 19.0 0.83235.6 18.3 1.024

0.22 8.08 3 0.77 2.67

40

④ ⑤1-1 ⑤1-2

灰色淤泥质土 灰色粘土 灰色淤泥质 粉质粘土 灰色粉质

46.2 17.3 1.32240.8 17.8 1.17339.5 17.9 1.119

0.84 2.57 13 0.67 3.06 15 0.53 3.77 15 9.4 13.5 21.0 9 ⑤’1-2

粘土夹粉土 灰色粘质粉土

40.7 17.8 1.1560.47 4.41 15 22.9 26 ⑤2

夹粉质粘土 灰色砂质粉土

40.2 17.7 1.1560.45 4.48 7 28.4 25 ⑤2-a ⑤’2

夹粉质粘土 灰色粉砂粘土

37.2 18.0 1.05237.0 18.0 1.082

0.36 5.49 4 0.47 4.18 17 28.5 22.1 18

圆隧道段横断面根据车辆通行建筑限界、设备布置要求，考虑曲线段衬砌拟合、施工等误差以及不均匀沉降等因素，结合现有的设计、施工经验，确定圆隧道的衬砌内直径为13.7m。隧道顶部设有火灾排烟用烟道，面积为12.4m；隧道中部为3车道的车行道，建筑限界净宽12.75m，车道净高5.2m；车行道下部中间为预留的轨道交通空间，左侧除布设地埋式变压器外，为主要的疏散通道，右侧空间为电缆管廊，包括220kV电缆的预留空间，见图3所示。

圆隧道衬砌环外径15000mm，内径13700mm，环宽2000mm，壁厚650mm。采用装配式钢筋混凝土通用楔形管片错缝拼装，混凝土强度等级C60，抗渗等级S12。衬砌圆环共分为10块：即标准块7块(B)，邻接块2块(L)和封顶块l块(F)(见图8)。根据埋深不同，分浅埋、中埋、深埋和超深埋管片。管片环、纵向采用斜螺栓连接，环间采用38根M30纵向螺栓连接，块与块间以2根M39的环向螺栓相连。在浅覆土地段、地层变化位置和连接通道处衬砌环间增设了剪力销，以提高特殊区段衬砌环间的抗剪能力，减少环间高差。

圆隧道衬砌结构混凝土氯离子扩散系数≤12×10-13m2/s。混凝土抗渗等级≥S12，并要求在1MPa水压(约相当于圆隧道最大埋深处的2倍水压)作用下，在衬砌接缝张开7mm、错缝10mm的情况下，不产生渗漏现象。密封防水材料的安全使用期为100a。岸边隧道结构抗渗等级≥S10。

2

41

图3 隧道横剖面和衬砌结构图

2．Φ15.43m泥水盾构主要工作参数和泥水系统 2.1 Φ15.43m泥水盾构主要工作参数

两条隧道采用2台泥水平衡盾构掘进施工。本工程将先施工东线隧道，后施工西线隧道。盾构经招投标，采用德国海瑞克公司的产品。盾构外径15.44m，长14m，盾构最大推力为225800kN，刀盘最大扭矩58000kN，刀盘 转速为0-0.3rad，盾构的最大推进速度设计为4.5cm/min。盾构主要工作参数见表2，盾构见图4。

表2 盾构掘进机主要技术参数表

名 称 盾构 本体 盾尾

规 格

盾体前部直径 15,430mm 盾尾密封系统

4道密封钢刷

备 注 不含堆焊层

3道钢丝刷，1道钢板刷 充气式紧急密封系统 集成在盾尾里、快速连接 @ 1.0rpm 脱困扭矩 变频驱动

紧急盾尾密封系统 1 注浆管 6 + 6（备用管） 额定扭矩 34,735KNm 脱困扭矩 45,155KNm 最大转速 1.6rpm 数量

直径 15,470mm

刀盘

推进

油缸

19组分6区，每组3个油

缸 188,562kN 203,066kN ±200°

@ 325 bar @ 350 bar 比例控制

额定推力 最大推力

最大伸出速度 45mm/min 管片拼回转角度

42

装机 回转速度 0-1rpm

图4 Φ15.43m泥水盾构

2.2 泥水处理系统

盾构泥水系统采用法国MS公司制造的泥水处理设备，该套设备具有集成化，模块化，占地面积较小等优点，两套设备的泥水处理能力为6000m3/h；泥水处理设备主要包括滚动筛、除砂器和除淤器，见图5所示。

图5 泥水分离处理系统流程图

每套泥水处理设备处理能力：在密度1.05到1.35之间3000 m3/h；刮剥模块：两个Φ2.4m的滚动筛，筛眼为椭圆形眼8×30mm，大于筛眼的颗粒都在滚动

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筛被分离出来，这些颗粒的分离也有利于对泵送以及漩流器部分的保护；初步除砂模块：4个并列的Φ750mm的旋流器，设计保证d50浆液分离在70～80μm 左右第二级除淤模块：24个Φ300mm的旋流器，这些旋流器设计保证d50浆液分离在40～50μm 左右。

泥水处理系统平面布置见图6所示。

035行车箱变工作井行车 图6 泥水处理系统平面布置图

3 盾构始发洞口的地基加固和准备工作 3.1 盾构始发洞口的地基加固

盾构始发段穿越地层为③1淤泥质粘土、③2砂质粉土和④1淤泥质粘土中。洞口段土体采用深层搅拌桩法进行加固，加固范围为纵向长度向外延伸13.5m，横向宽度为48m，深度为25m，加固强度为qu≥1.0MPa。由于加固区与工作井围护结构之间存在500mm的空隙，在盾构工作井施工结束后对此范围增加了一排φ1200mm旋喷桩进行补加固，另外在工作井两侧外角部加了6根φ1200mm旋喷桩。见图7所示

考虑到洞门封堵时切口水压的设定不高，而且此时盾构切口前方搅拌加固区只有2.3 m的纵向厚度，再加上由于深层搅拌加固区内存在镂空区域，未必能够起到理想的隔水作用等因素，在加固范围13.5m外加1排φ1800mm旋喷桩，加固强度为qu≥1.5MPa。加固范围要求：在盾构推进时底部至少保留3m的加固

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厚度（图1）。

由于盾构出洞位置的下部处于⑦1-2灰色砂质粉土层，该土层在一定的水力作用下易产生流砂和管涌等现象，为确保出洞安全，因此本次出洞布置6处降水井点，井点深度＞40m（位于承压水⑦1-2灰色砂质粉土层中）。

图7 盾构洞口外土体地基加固范围

3.2 井下准备工作 3.2.1 盾构及车架基座制作

基座采取现浇钢筋混凝土结构。基座上布置两根通长的120mm方钢作为盾构机导向轨道，两根导向方钢之间产生的径向夹角为60°，左右对称。基座距离止水箱体600mm。

在基座中间设置混凝土墩，另外在基座人行槽内放置4个100t千斤顶，可以在盾构机安装时用于纠正底部扇块位置。

为了满足盾构车架安装、行走的需要，在盾构基座后采用现浇混凝土弧形槽，弧形槽内径与隧道内径相同，且与盾构工作井内负环管片连接，以提供盾构1号车架弧形船底安装、行走。此部分亦作为后靠支撑体系的下半部。 3.2.2 止水箱体的制作

盾构在出洞过程中，洞口与盾构壳体将形成环形的建筑空隙，本次出洞洞门直径达到

φ15800mm，建筑空隙为18.5cm（洞门与管片外壁之间的间隙为40cm）。为防

止出洞时泥水大量从洞门外通过此建筑空隙窜入井内，影响开挖面泥水压力的建立、开挖面土体的稳定以及工作井和盾构内的施工，必须设置性能良好的密封止水装置，确保初始泥水平衡的正确建立和施工安全。

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箱体结构布置在洞圈预埋钢板上，该箱体按照实测盾构外形轮廓尺寸制造安装，原则为钢套内径尺寸与盾构机最大外径间距100mm，箱体内安装2道橡胶帘布板，基本垂直于盾构中心线。在箱体上两道橡胶帘布板之间沿外圈上部的240°范围内均匀布置12只1.5″注浆孔。止水箱体外弧下部60°范围内采用混凝土充填，以支撑止水箱体。

箱体结构示意如图8所示。

图8 箱体结构示意图

3.2.3 盾构调试验收

在盾构机安装结束后，进行泥水系统的运行调试，检测整个系统的工作状态是否符合推进需要，并反馈相关参数和技术指标，作为原始参考数据来指导出洞段的推进施工。

盾构出洞前必须调试正常的系统包括：泥水循环系统、切削刀盘系统、集中润滑稀油、干油集中润滑、气平衡系统、推进系统、同步注浆系统、管片运输机、搅拌机、气泡门、空气压缩机、盾尾密封、冷却水、拼装机、井内旁路、接管器等。

3.2.4 盾构后靠制作和负环拼装

后盾支撑体系由负环管片和钢筋混凝土后靠组成。后靠结构形式为现浇八边形钢筋混凝土结构（底部弧形），结构厚度为650mm，设2.9%的纵坡。

负环管片共7环，-6环为钢管片，钢管片在盾尾上部安装前分四块吊入工作井完成安装，钢环拼装前，必须在盾尾部位焊接定位块（图9）。定位块采用65mm厚度、200mm宽、600mm长的钢板，沿盾构下部180°范围内均匀布设9个位置。

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定位块图9 盾尾内定位块示意图

钢负环的定位相当重要，对后续管片拼装起着基准面的作用，故应尽量控制好管片的整圆度、坡度、环面平整度。

在钢环定位后，通过钢支撑将其与后靠连接固定。在盾构推进前，必须对盾尾钢丝刷进行盾尾油脂的涂抹。在第二环拼装之前，先检查第一环钢管片的成环质量情况，包括椭圆度、平面、高程、块与块的高差等，根据质量情况，调整第二环管片的相应的拼装形式。 3.2.5 洞门预凿除

在盾构做出洞推进的准备工作时，进行洞口混凝土预凿除，工作井槽壁厚度为1000mm。凿除混凝土分三步，第一步为：刀盘安装前，凿除内排钢筋保护层50mm，从上而下依次凿除。第二步为：刀盘下井安装时，割除内排钢筋。第三步为：刀盘安装完毕后凿除内排钢筋以外的部分，留最后500mm待第二次凿除。 4 盾构始发施工 4.1 盾构出洞施工步骤

盾构出洞施工步骤如图10所示。

图10 盾构出洞施工步骤图 47

4.2 洞门凿除

盾构出洞一切准备工作完成之后即可进行洞门的最后500mm的凿除以及外排钢筋的割除。此时应以最快的速度进行混凝土凿除工作。 4.3 盾构在基座上推进

完成洞门凿除立即进行盾构机的推进拼装，直至切口环完全进入止水箱体第二道橡胶帘布板，然后开始建立泥水循环。出洞过程中应密切保护洞口止水装置，保证洞口止水装置在盾构出洞时不被损坏。盾构推进前，先在导向轨道上涂抹黄油，减小摩擦力。推进时左右千斤顶使用要对称，确保盾构机在导向方钢上均匀滑行，使基座的受力合理。 4.4 泥水平衡的提前建立

为了提高管片拼装的安全性，增大千斤顶顶力，因此盾构在刚刚进入止水箱体第二道橡胶帘布板的同时开始建立泥水平衡。

开始建立平衡过程中不但需要加泥水，还需要加气，整个过程分三个步序进行。

（1）加泥水

加泥水之前要将泥水舱以及气压舱排气阀打开。然后开启小循环，打开进泥管路的阀门，通过泥水循环的方式进行加泥水，而通过调节送泥泵以及排泥泵的转速可以调节加泥水的流量。这样可以人为控制加泥水流量。操作简便而且安全。

（2）加气

当泥水舱液位达到75％时，将进泥管路上的两个阀门以及气压舱排气阀关闭，此时，通过逐步调高气压舱的气压来进行充气（调高气压舱的设定压力时，气压舱实际压力比设定压力小，气压调节阀会自动打开往气压舱内补充气体，气体由车架上储气罐提供，使得实际压力达到设定压力），当气压舱的压力升高的同时气压舱液位随之降低，而泥水舱的液位升高。最后泥水舱顶部排气管喷出满管泥水时说明空气排光。

（3）泥水平衡建立

随后关闭排气阀，并将气压舱压力设定至理论数值，并通过开启小循环，调节进排泥泵的转速，将气压舱泥水的液位控制在中心位置。 4.5 加固区内推进

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由于本工程出洞加固采用深层搅拌加旋喷补加固方式，盾构机在加固区内推进必须速度缓慢、控制刀盘扭矩，以保证刀盘对正面加固土体的充分切削，从而可尽最大可能性减少加固块状物进入管路的可能性。

为有效控制推进轴线并保护刀盘，盾构的推进速度不宜过快，应使盾构缓慢的稳步前进。待盾构穿越加固区后，盾构推进速度可适当提高，但由于处于浅覆土阶段，推进速度仍不宜过快。 4.6 洞门封堵

由于盾构出洞与洞门圈水平方向存在交角，同时也考虑洞门封堵的一次性完成，因此箱体整体加长至820mm，盾尾壳体进入箱体后，该部位的建筑空隙突变增大21.5cm，在该阶段要严格监控止水情况。当右侧最后一道盾尾钢板束进入箱体100mm，第一道铰链板还未脱出盾壳时即可进行洞门封堵。封堵结束后，盾构推进直至第二道铰链板脱离最后一道盾尾钢板束，此时通过管片及止水装置上的压浆孔向背部建筑空隙内作适当的补压浆，具体压浆量应根据实际监测数据进行调整确定，同时配备必要的防水材料设备及人员。 4.7 洞门圈注浆

洞门封堵完毕后通过洞门上的斜孔向洞门圈内的空隙注浆（图11）。 注浆浆液为单液浆，渗入适量水玻璃能缩短初凝时间。填注前计算填注理论量为21.78m3，然后压出过程中注意注浆压力，并及时调整注浆的速度，注浆过程中，必须派专人在洞圈位置打开顶部球阀，进行内部浆液液位的观察。

图11 洞门注浆示意图

5 盾构始发段浅覆土掘进施工

盾构始发段为浅覆土，洞口覆土仅6.5m，出加固段覆土10m，小于0.7D。推进坡度2.9%，20环～23环由于正好处于大堤内侧随塘河，24环～36环处于防汛大堤。

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其中浦东段防汛大堤距离工作井约50m，大堤底宽29m（坡脚～坡脚），堤面宽7m，浦东段堤防工程比较简单，防洪大堤系对原有海塘护坡结构改造、加固而成，盾构从防汛大堤下斜向穿越。大堤下对应隧道环号为第24环至39环。由于盾构近距离穿越大堤，且处于盾构试推进范围，对于隧道的轴线以及地面沉降的控制要求高，给施工带来一定的困难。隧道与大堤的相对位置见图12。

105

+7.69+5.888+4.941+2.359+2.178+2. 0 -10

-15-5

-3.608-3.8-4.188-4.478-4.768-5.058-5.348-5.638-11.115-11.405-11.695-11.9853-5.92831-6.218-6.-12.275-12.565-12.855-13.145-13.435-13.725-14

-18.622-18.912-19.202-20-25

-19.492-19.782-20.0724-20.362-20.652-20.942-21.232-21 -30

-35

5152图12 盾构始发穿越浅覆土及大堤示意图

5.1 始发段盾构施工参数

盾构在推进过程中，刀盘转速为0.8～1.0 r/min，推进速度为30～45mm/min；盾构在穿越大堤及加固区时，推进速度控制在30 mm/min以内；刀盘扭矩最大值为3 000～4000 kNm（约为额定扭矩的9%～10%），盾构机出洞段的推力在40000～44000kN。新配泥水密度为1.20～1.30 t/m3，泥水黏度为17.0～19.0 s。

盾构在推进第14环～19环时设定的中心压力为2.15bar；20环～23环由于正好处于大堤内侧随塘河，地势低洼为防止冒顶将压力调低至2.0bar；24环～26环处于防汛大堤的护坡范围正面压力调高至2.2bar；27环开始切入大堤堤面投影范围将泥水压力调高至2.3bar。盾构穿越浦东防汛大堤开挖面压力变化曲线见图13。

出洞段开挖面支撑压力图32.5开挖面压力（bar）21.511号压力传感器2号压力传感器0.5气包舱压力4号压力传感器0141618202325272931323436384042434547推进环号

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图13 盾构穿越浦东防汛大堤开挖面压力变化曲线

图中显示了位于泥水仓隔板上的3个压力传感器（1号、2号、4号）以及气包仓压缩空气的压力在推进第14环至47环过程中的压力波动情况，其中盾构中心气包压力的波动范围在±0.04bar之间；中心上部两个压力局部波动较大。 5.2 盾尾同步注浆

盾构推进过程中在隧道周围形成的理论建筑间隙为20.5 m³/环，这部分间隙通过分布在盾尾的6路同步注浆管在盾构推进时同步压注高比重的浆液进行及时填充，浆液的压注量根据地面沉降监测和隧道稳定监测反馈的数据确定。图15为盾构始发段每环的注浆量变化图，为22-23m³，充填率107%-112%。盾构穿越大堤时注浆量为23.8-24m³，充填率115%-117%。比采用双液注浆的效果好，大堤沉降控制在允许范围内。

盾构出洞段推进每环注浆总量 25 24 23 22 21 20 141618202224262830323436 推进环号 图14 盾构始发段同步注浆量实测图

注浆量(M3)38404244466 江中段盾构掘进施工

盾构推进80m后进入江中段施工，隧道埋深9m～28m。盾构总推力为70 000～90 000 kN（约为额定总推力的35%～50%）；车架牵引力为500～1 000 kN；气压平衡舱中心压力（即正面土压力）的平均值为0.2～0.47 MPa。推进速度40～50mm/min，日均推进速度12m，并创日推进26m，月推进556m的纪录。

盾构施工30～200环时穿越的土层为：④1灰色淤泥质粘土、⑤1灰色粘土。盾构施工

1980～2210环时穿越的土层为③2灰色砂质粉土、④1灰色淤泥质粘土、⑤3灰色粉质粘土。

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气压平衡舱的压力随着盾构埋深的增加，土体的侧压力变大，舱内的压力也应随之增大。图15是盾构从出洞开始到盾构正常推进至600环左右的正面压力变化情况，气压平衡舱的压力随着隧道的埋深不断增大，呈很好的线性变化，与计算值非常吻合。

图15 盾构正面压力与盾构埋深关系图

7 盾构穿越长兴岛民房施工

长兴岛民房位于第32～3654环共26m，隧道覆土在11.0m～12.5m， 盾构按2.9％的隧道上坡推进，理论计算推进30m要降低泥水压力0.1bar，考虑到盾构在穿越民房期间不宜变动正面泥水压力，因此在盾构进入民房影响范围前即将压力调整至合理数值，盾构穿越民房的泥水压力比理论计算值略微抬高了0.1bar，在盾构切口离开民房约5m后将泥水压力由2.65bar调低至2.5bar。盾构穿越长兴岛民房开挖面压力变化曲线详见图16。

盾构穿越长兴岛民房开挖面支撑压力图3.51号压力传感器2号压力传感器气包舱压力4号压力传感器3开挖面压力（bar）2.521.51363236343637303335383651365336563659推进环号 图16 盾构穿越长兴岛新老防汛大堤开挖面压力变化曲线

盾构穿越长兴岛民房过程中，考虑到浅覆土施工，适当降低了推进速度（控制在3.5～4cm/min ）。盾构刀盘转速从0.9r/min的正常推进转速降低至0.6r/min左右。盾构穿越长兴岛民房时的推力约为50000kN。盾尾同步注浆量为29 ～32m³，充填率达140%～150%，见图17。在盾构穿越民房时在盾壳背部

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增加了两个注浆点，每环的注浆量在4～6M3，以缓解盾构背部的地层下沉，盾构穿越后的房屋最大沉降达3cm，见图18所示。

注浆量(M3)333231302928272636323634363636383032343638365036523654365636583660推进环号 图17 盾构穿越长兴岛民房同步注浆量。

长兴岛民房沉降断面图1050沉降量（mm）-5-10-15-20-25-30-35隧道中心里程切口到达前沉降量盾尾通过后沉降量稳定后沉降量F1F2F3F47770F5F14F15F16F19

图18 房屋沉降变化图

8 盾构到达施工

盾构接受井设在长兴岛上，进洞段覆土约8m，采用搅拌桩加固，并辅以降水。为确保盾构安全进洞，首次采用水中进洞法，在接收井内人为灌水，水位灌至降水位，约为盾构机高度的三分之二。利用井内水土来平衡接收井外的水土压力，将盾构进洞工况转变成类似盾构常规掘进的工况。待盾构推进接收井后，在抽水并封堵洞圈。盾构水中进洞见图19所示。

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图19 盾构水中进洞

9 隧道道路结构与盾构推进同步施工

隧道道路结构采用与盾构推进同步施工的工法，可缩短工期，并有利于施工运输。隧道路面以下部位通行地铁，为此预制外包尺寸4.5m×4.3m×2m口字型构件，施工中以盾构机上专用吊具就位，成为施工运送通道。内部结构压重块和牛腿通过植筋手段与管片连接，现浇成型，见图20所示。

隧道管片 路面板

图20 圆隧道截面布置图 铺装层口字件防撞墙牛腿 在盾构推进过程以预制和现浇结合的方式实施内部道路结构同步施工，解决盾构隧道施工期间抗浮问题，并实现快速施工。

为确保道路运输的通畅，预制构件随着盾构推进同步放置，现浇在盾构车架后顺序进行。

根据隧道内部结构的特点，合理安排流水作业，布置相应工作面。按照操作要

压重块图21 盾构机3号车架处断面 注：中间为摆放就位好的口字件 54

求，制作作业平台。按照隧道内实际情况，设计制作钢模板、模架及防护设施（图21）。

工法特点如下：

（1）盾构机型式为机头和三段车架。口字件专用吊具布置在二号车架上。 （2）预制和现浇结合，预制构件随盾构推进同步安装。 （3）两侧采用植筋牛腿结构型式。 （4）现浇作业采用纵向流水方式。 （5）隧道内通风采用路面板下送风方案。

（6）口字件生产时考虑安装在下部预设4个吊装孔。

根据实施情况，正常作业盾构机推进每天可以保持7到8环的速度，按照设计布置，每30m布置变形缝（局部例外），且变形缝与口字件同缝，实际操作按照每15块口字件布置变形缝，并将相应区间作为一个施工单位。这样确定了施工单位和相应作业时间原则上为2天（7.5r/d×2m/r×2d＝30m）。

路面板厚度0.35m，每段（按30m）钢筋重量约20t，混凝土方量约160m3。 从盾构机尾部到开放路面距离为28/2×30＋5×30=570m（隧道施工道路路面养护28天，按照2天推进15环考虑，每环2m，每段30m，施工作业区段从植筋作业到路面板施工为5段），为4m宽“单行道”。 10 结语

上海长江隧道工程采用世界最大直径盾构长距离掘进施工,创多项工程纪录,形成新技术工艺,使我国在盾构技术领域达先进水平。超浅覆土盾构始发技术、泥水平衡技术、泥水处理技术、水中进洞技术、道路同步施工技术等可为同类工程提供经验。2条隧道已于2008年9月贯通, 目前正在内装修和机电设备安装,将于年底建成通车运营。

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