上海外滩观光隧道盾构施工技术23216.docx

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1、上海外滩滩观光隧隧道盾构构施工技技术周文文波 吴吴惠明上上海市隧隧道工程程股份有有限公司司提要：上海外滩滩观光隧隧道是第第一条较较长距离离的水底底观光游游览隧道道，采用用国内直直径最大大的77.766m铰接接式土压压平衡盾盾构掘进进机施工工， 穿穿越黄浦浦江时与与两条上上海地铁铁2号线线隧道相相交，施施工工况况极其复复杂和严严峻。本本文重点点介绍隧隧道股份份运用首首创“盾盾构施工工专家系系统”，实实施了盾盾构穿越越叠交点点施工的的技术创创新和实实时监控控，填补补了我国国在大直直径铰接接式土压压盾构叠叠交施工工领域的的空白。关键词：铰接式盾盾构 隧隧道施工工 专家家系统 叠交技技术 实实时监控控

2、1 概述述1.1 工程概概况上海外难难观光隧隧道工程程东起陆陆家嘴地地区东方方明珠电电视塔西西侧的浦浦东出入入口竖井井，西至至南京路路外滩（陈陈毅塑像像北侧）绿绿化带内内的浦东东出入竖竖井，全全长6446.770mmm（详见见图1）。隧隧道外径径7.76mm，内径径6.76mm，每环环由6块块钢筋混混凝土管管片组成成 ，管管片环宽宽为1.2m，每每环管片片中设标标准块44块、拱拱底管片片1块及及封顶块块1块，管管片拼装装形式采采用纵向向半插入入式，管管处接缝缝防水采采用EPPDM多多孔型橡橡胶止水水带和水水膨性弹弹性密封封垫。隧道轴线线为空间间复合曲曲线：平平面为UU型曲线线，隧道道起始为为1

3、866.8772m的的直线，经经46.4788m的缓缓和线后后，进入入24.00mm,R4000m的平平曲线，然然后经1113.7277m的缓缓和曲线线回到559.6623mm的直线线；纵剖剖面是UU型竖曲曲线，上上下坡度度均为448，坡坡段长度度分别为为1133.3550m及及2333.3550m，黄黄浦江中中设长2240mm、半径径R225000m的竖竖曲线连连接。盾盾构掘进进施工先先后穿越越浦东防防讯墙、亲亲水平台台、黄浦浦江江底底、地铁铁2号线线上下线线隧道上上部、浦浦西防汛汛墙及地地下管线线等。其其中江底底浅覆土土仅为55.677m，在在浦西防防汛墙119m39mm箱体内内与地铁铁2

4、号线线上下行行线区间间隧道成成510021，斜斜交，并并从其上上部穿越越，与上上、下行行线图2 外外滩观光光隧道穿穿越地铁铁2号线线示意分别为11.577m及22.188m（详详见图22），形形成了盾盾构施工工史上少少有的“三三龙过江江”工况况。盾构构穿越地地铁2号号线的上上、下行行线，其其施工难难度极高高：a.采用用76650mmm铰接接式土压压平衡盾盾构施工工，国内内尚无铰铰接式盾盾构施工工先例；b.隧道道轴线为为空间曲曲线，其其坡度达达到4.8%（地地铁隧道道最大坡坡度为33.2）。同同时，轴轴线要求求控制在在500mm以以内；c外滩滩观光隧隧道与地地铁2号号线上行行线隧道道的最小小间仅

5、为为1.557m，且且滞后地地铁2号号线隧道道施工仅仅3个月月左右，隧隧道尚处处于稳定定状态。1.2 地质情情况况沿线隧道道将穿越越三种不不同的地地段；浦浦东岸边边段越1层褐褐黄色粘粘土、111层灰色色粘土、12层灰灰色粉粘粘土；江江中段穿穿越111层层灰色粘粘土、122 层灰灰色粉质质粘土；浦西岸岸边段穿穿越层层灰色淤淤泥质粘粘土、111层灰色色粘土、122层灰色色粉质粘粘土。隧隧道大部部分下卧卧层为灰灰色粉质质粘土，各各土层主主要物理理力学性性质指标标详见表表1。各土层主主要物理理力学性性质指标标 表11层号土层名称土层厚度（m）含水量W（）密度（kN/m3）孔隙比e塑性指数Ip液性指数I

6、L内聚力c(kPa)摩擦角（）压缩系数a1-2(Mpa)压缩模量E1-2(Mpa) 2121-11-2泥质杂填土褐黄色粘土灰色砂质粉土灰色淤泥质粘土灰 色 粘 土灰色粉质粘土2.06.09.25.72.09.139.136.536.445.836.235.718.018.418.417.318.218.21.0510.9690.9531.2701.0030.99313.413.018.816.414.71.371.441.290.890.968.572.007.5712.0010.5010.0020.722.522.511.013.618.40.5430.2950.3700.9300.4580

7、.5384.286.605.762.454.503.902 776500mm铰铰接式土土压平衡衡盾构21 主 要要 技 术 参参 数外滩观光光隧道首首次采用用法国FFCB土土压平衡衡式铰接接盾构掘掘进施工工，与地地铁中使使用的法法国FCCB盾构构的区别别是增加加了铰接接部分。盾盾构的主主要技术术参数详详见表22。盾构的主主要技术术参数 表2盾构机中中部的铰铰接部分分为盾构构机关键键部位。盾盾构总长长89935mm，其中中切口至至铰接为为49900mm，铰接接至盾尾尾为40355m，盾盾构前后后段采用用12台台千斤顶顶铰接连连接，是是一种道道轨式铰铰接，机机身一侧侧为铰接接的阳部部，另一一侧为铰

8、铰接的阴阴部，上上下最大大伸出距距离为666.77mm，左左右最大大伸出距距离为2267mmm。铰铰接机构构所允许许的最大大角向移移动为：水平方方向 200，垂垂直方向向 110.55 。22 盾构铰铰接部分分对轴线线控制和和管片拼拼装的作作用铰接盾构构是目前前国际上上先进的的盾构机机械设备备，它能能方便地地控制盾盾构掘进进轴线。通通常盾构构由于受受到盾构构总体长长度、切切口支承承环、盾盾尾、千千斤顶伸伸出长度度及管片片形式的的影响，使使盾构的的直径、长长度比例例受到限限制，这这对中小小型盾构构的影响响特别明明显，因因为盾构构的长度度和直径径比越大大，灵敏敏度越差差，对盾盾构高程程及平面面控制

9、难难度越高高，并使使盾构对对周边扰扰动范围围扩大，但但采用铰铰接盾构构就能比比较容易易克服以以上困难难，因为为盾构切切口至支支承环、支支承环至至盾尾都都是活体体，它能能根据掘掘进轴线线、管片片与盾尾尾的四周周空隙来来调整切切口至支支承环和和支承环环至盾尾尾的夹角角，从而而达到控控制盾构构的高程程及平面面，并使使盾构对对周围的的扰动范范围大大大减少。铰接盾构构容易保保护管片片并防止止碎裂。盾盾构掘进进中，管管片碎裂裂和漏水水是比较较常见的的通病，主主要原因因是盾构构掘进与与管片夹夹角过大大。如掘掘进过程程中盾构构、管片片轴线偏偏高时，盾盾构向下下掘进很很容易拉拉坏上部部管片外外弧，如如外弧拉拉坏

10、、止止水槽损损坏，橡橡胶止水水带就起起不了止止水效果果，管片片就容易易滴水和和渗水。但但采用了了铰接盾盾构，就就能克服服以上困困难，因因为铰接接盾构的的盾尾是是一个活活体，在在掘进过过程中能能根据盾盾尾和管管片四周周间隙不不断调整整它们之之间的间间隙，并并根据高高程和平平面的测测量报表表和这片片间隙，最最大限度度地使盾盾构调整整到轴线线位置。铰接是一一个活体体，在进进过程中中与刀盘盘联锁，当当刀盘转转动时，铰铰接千斤斤顶锁定定，当刀刀盘停止止转动时时，铰接接千斤顶顶呈自由由体，管管片对盾盾尾的应应力释放放，使盾盾尾改善善受力状状态，从从而使管管片不被被挤压坏坏，以达达到保护护管片，减减少漏水水

11、的目的的。3 盾构构出洞施施工技术术31 地基加加固隧道出洞洞口中心心标高为为111.688m，隧隧道断面面所处地地层为砂砂质粉土土。出洞洞时在深深层搅拌拌桩隔水水帷幕的的前提下下，采用用拉森钢钢板桩结结合分层层注浆，且且在原隔隔水帷幕幕外增加加9排深深层搅拌拌桩加固固的方法法进行地地基加固固（详见见图3），以以避免呈呈流性砂砂质粘土土在凿除除洞门混混凝土时时涌入工工作井内内。另外外，为防防止在洞洞门混凝凝土块吊吊除时产产生水土土大面积积流失现现象，在在洞门混混凝土凿凿除的位位置打入入侧向管管子并注注入适量量聚胺脂脂。图3 盾盾构出洞洞地基加加固示意意3.2 土舱内内充填粘粘土为防止盾盾构出洞

12、洞时正面面土体的的流失，在在盾构切切口前端端距离钢钢板桩110cmm处，利利用螺旋旋机反转转法向盾盾构的正正面土舱舱灌注粘粘土，使使土压力力达1kkh/ccm2。3.3 完善盾盾构后盾盾支撑体体系当第一环环闭口环环管片脱脱出盾尾尾后，立立即进行行后盾支支撑的安安装。用用56工字钢钢设置型支撑撑，并用用6009mmm的钢管管支撑轴轴向传力力至井壁壁。这样样，盾构构出洞推推进时千千斤顶的的油压及及区域有有较大的的选择范范围，以以控制盾盾构出洞洞时的轴轴线。后后盾支撑撑完善后后，在盾盾构推进进时，密密切观察察后靠的的变形情情况，防防止变形形过大而而造成的的破坏。铰接式土土压平衡衡盾构在在国内属属首次

13、应应用，对对此种盾盾构轴线线控制的的标准尚尚无成文文规定。外外滩观光光隧道属属国内第第一条观观光隧道道，为确确保其使使用功能能，对其其轴线控控制提出出了高程程平面均均需控制制在550mmm以内的的严格要要求。4.1 注浆量量控制观光联睛睛在脱出出盾尾后后存在着着上浮现现象，从从而引起起隧道轴轴线上浮浮，其上上浮量与与同步注注浆量有有直接关关系贬片片脱出盾盾尾后的的上浮量量随着注注浆量的的增加而而增加，反反之，上上浮量则则减少并并出现下下沉现象象。浆液液在某种种程度上上对上述述土体22的损损失率有有一定的的互补性性，但要要经过一一个阶段段后才能能体现出出来，在在同样注注浆量的的情况下下，管片片上

14、浮量量与盾构构掘进中中土体扰扰动有很很大关系系，扰动动范围越越大，上上浮量越越小（详详见图44）图4 注注浆量与与隧道轴轴线波动动关系4.2 土压力力设定管片脱出出盾尾后后的上浮浮量达到到一定值值后开始始稳定，这这一点可可以从连连通管测测量中看看出（详详见图55）。但但当时的的注浆量量还不能能控制地地面沉降降，其主主要原因因为土压压力设定定值过低低。观光隧道道盾构不不同于地地铁隧道道盾构，其其刀盘开开口率要要比地铁铁盾构大大，观光光隧道盾盾构开口口率为663（地地铁盾构构为355）。因因此，在在设定土土压力时时接近主主动土压压力，并并通过地地面测量量的及时时反馈来来调整土土压力，一一般将盾盾构

15、切口口前方的的地面隆隆起量控控制在446mmm左右右。5 盾构构穿越叠叠交点施施工技术术浦西防汛汛墙施工工时考虑虑到地铁铁两条隧隧道穿越越防汛墙墙，故留留有一条条39mm宽的盾盾构穿越越孔，其其外侧为为桩，339m范范围内为为12mm短桩。而而观光隧隧道在浦浦西防汛汛墙施工工时并没没设置预预留孔，因因此必须须在地铁铁隧道上上部1.522m、短短桩底部部1.551.6m的的范围内内穿越，此此范围土土层已受受地铁隧隧道穿越越扰动而而处于非非稳定状状态。为为此，在在施工中中采取如如下措施施：5.1 地基加加固在整个施施工过程程中，先先对2号号线上下下行线底底部进行行加固，使使其能够够承受观观光隧道道

16、盾构进进入时的的压及盾盾构向下下的侧向向分力对对上下行行线的影影响。5.2 盾尾注注浆盾构穿越越过程中中及时注注浆并加加固脱出出盾尾44环后的的管片上上部，通通过注浆浆使其固固结，从从而克服服因观光光隧道上上浮及地地铁隧道道上部负负载不够够而造成成的地铁铁隧道上上浮。当观光隧隧道上部部有一定定的承受受力后，可可利用注注浆加固固克服地地铁隧道道的上浮浮情况，使使其受扰扰动的土土体得到到改良并并增加承承载力。5.3 外滩观观光台的的沉降监监测根据外滩滩观光平平台的实实际情况况，分别别布置沉沉降监测测点（详详见图66）。盾构在施施工过程程中，依依据观光光平台的的沉降监监测数据据，及时时优化调调整各类

17、类施工参参数，最最终将观观光隧道道沉降控控制在330mmm以内。6 盾构构进洞施施工技术术6.1 盾构进进洞盾构构逐渐靠靠近洞门门混凝土土上开设设观察孔孔，以加加强对其其变形和和土体的的观测，并并控制好好推进时时的土压压力设定定值。在在盾构切切口距洞洞门200500cm处处停止盾盾构推进进，同时时尽可能能掏空土土仓内的的泥土，使使切口正正面的土土压力降降到最低低值，从从而确保保封门混混凝土吊吊除的施施工安全全。在洞洞门混凝凝土吊除除后，在在洞口安安装一套套止水环环板和止止水条，以以减少水水的流失失和浆液液从洞口口流出，同同时，盾盾构掘进进采取连连续推进进和管片片拼装，大大大缩短短了盾构构进洞时

18、时间，实实现了洞洞门土体体不塌方方。由于工作作井尺寸寸的限制制，长约约8.99m的盾盾构进洞洞不能一一次完成成，要分分两步进进行。盾盾构工作作井底层层沿隧道道轴线线线长7.8m，当当盾构切切口环（包包括大刀刀盘及其其驱动装装置）进进入工作作井后，将将切口环环与支撑撑环分离离，吊出出切口环环后，采采取措施施恢复盾盾构的推推进功能能，将盾盾构全部部推入工工作井。6.2 洞口密密土盾尾脱出出洞圈后后及时封封闭洞门门，用弧弧形钢板板将其与与洞圈焊焊接成一一个整体体，洞门门封好后后立即用用双液浆浆和聚胺胺脂将管管片和洞洞圈的建建筑间隙隙充填加加固，以以减少地地面沉降降并防止止水土、浆浆液从洞洞圈溢出出，

19、从而而保证了了外滩观观光台不不受损坏坏。7 “专专家系统统”在外外滩观光光隧道工工程中的的成功应应用“盾构法法隧道施施工专家家系统”是是在地铁铁1号线线、2号号线、延延安东路路南线等等多个项项目的施施工中逐逐步建立立和完善善起来的的。“盾盾构隧道道掘进专专家系统统”的基基础是施施工数据据，既有有以前的的工程数数据，也也有当时时正在施施工隧道道的实时时数据。以以前工程程数据主主要用于于新隧道道推进之之初提供供经验上上的参考考，而当当前不断断输入的的数据则则是为了了在隧道道推进过过程中不不断提高高系统预预测的准准确性。“盾盾构法隧隧道施工工专家系系统”的的主要功功能有两两个方面面，第一一方面是是地

20、面沉沉降的预预测和控控制，第第二方面面是隧道道轴线的的控制。外滩观光光隧道由由于对于于轴线控控制非常常严格，因因此选用用了从法法国FCCB引起起的土压压平衡式式铰接盾盾构进行行施工。这这种铰接接类型的的盾构是是首次应应用，所所以原有有的专家家系统中中有许多多方面都都不能直直接应用用。为了了提高专专家系统统的适用用范围，针针对铰接接类型盾盾构的特特点，我我们对专专家系统统进行了了以下几几方面的的补充和和完善：a. 在在相关的的数据库库中加入入铰接类类型盾构构所需要要的域。b. 在在轴线控控制中，加加入了对对六区油油压的控控制功能能，使用用户可根根据不同同的盾构构类型选选择四区区油压控控制、六六区

21、油压压控制或或千斤顶顶控制等等不同方方式来控控制盾构构的走向向。c. 增增加了铰铰链式盾盾构推进进轴线图图和管片片拼装图图。通过过这些图图，施工工人员可可以直观观地看出出管片和和盾构推推进轴线线之间的的关系，从从而为下下一阶段段的盾构构推进提提供了参参考。经过改进进的“专专家系统统”在施施工过程程中的价价值主要要体现在在：a.有系系统地搜搜集和保保存了大大量的施施工数据据，不仅仅为“专专家系统统”的咨咨询提供供了依据据，而且且也为工工程资料料的整理理和保存存提供了了方便。b.在地地面沉降降的预测测和控制制方面，不不仅使施施工人员员在调整整施工参参数方面面有了参参考，而而且在推推进这前前对未来来

22、情况有有了一个个大致的的了解。c.在隧隧道轴线线的控制制方面，施施工人员员能很快快掌握隧隧道轴线线控制的的技巧，从从而使隧隧道轴线线控制符符合设计计的要求求。d.盾构构轴线和和管片拼拼装图的的自动绘绘制，以以及楔子子环粘贴贴方案的的自动计计算，使使施工人人员可从从复杂的的工作中中解脱出出来，从从而有更更多的时时间解决决施工中中的诸多多问题。8 结束束语铰接式盾盾构在外外滩观光光隧道掘掘进施工工中的成成功运用用，为盾盾构顺利利穿越浦浦东防汛汛墙、黄黄浦江、地地铁2号号线隧道道、浦西西防汛墙墙、地下下管线等等重要构构筑线及及地下管管线奠定定了基础础，且社社会、经经济效益益显著，据据工程竣竣工测量量报告，轴轴线均控控制在50mmm范围围内，盾盾构日掘掘进速度度达到88m以上上，工程程质量被被评定为为优良级级，填补补了我国国在铰接接式盾构构方面的的空白，在在施工技技术方面面有质的的飞跃。此此外，盾盾构在短短期内顺顺利穿越越近距离离隧道的的施工技技术，开开创了国国际盾构构法隧道道施工史史的先河河