大断面矩形盾构及现浇衬砌同步施工技术资料下载.pdf

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1995年，大丰建设（株）采用1台438m398m的DPLEX矩形盾构，在千叶县习志野市菊田川2号干线掘进了2条并列的矩形排水隧道；

随后三井造船研制了1台454m394m泥水平衡矩形盾构用于大堀川右岸8号雨水干线工程；

以后又制造了1台8m3m的矩形盾构用于东京高速道路川绮纵贯线KJl25工区（A）换气洞道工程。

最近日本又有10m5m矩形断面的盾构隧道施工实例出现。

在我国，矩形断面的掘进机隧道施工实例也呈上升趋势，目前已有38m38m组合式刀盘土压平衡矩形掘进机和4m6m偏心多轴式刀盘土压平衡矩形掘进机，先后在上海地铁2号线陆家嘴车站5号出入口工程、人民大厦地下连通道工程、昆山市长江南路地下人行地道工程、上海市共富路地下人行通道工程、明珠线二期浦东南路站出人口工程和宁波市开明街一药行街地下通道工程中得到应用。

但是，上述矩形断面尺寸仍然不能满足日新月异的城市经济发展和市政建设的需要，特别是城市地下大断面空间的开发和利用，在必须采用非开挖技术施工的今天，相应的矩形盾构施工技术的研究愈显熏要。

作为繁荣我国西部城市商业经济的开发项目，由新疆中辰地444盾构掘进机设计制造下城开发有限公司投资的都市地下商业城辰野名品广场二期工程，其结构断面为198mX6m，采用的矩形盾构断面为20rex62m，是当前世界之最。

2工程介绍21工程概况辰野地下名品广场二期工程位于乌鲁木齐市解放北路，北起民主路小十字路口，南至大十字中山路口（图1）。

南北主体结构长约328m，东西宽198m，高6m，建筑净高490m，埋深1075m，结构覆土厚度475m，为地下一层（图2）。

民R影忡1留口生中I币郾双局中心大厦路接收井o9可山）解放北路口一掘进方向鼽谰jlk=一路东始发并厂、风天山商城U路中镪大厦图1辰野地下名品广场平面布置图22地质概况（见表1）图2主体结构立面图表1地质物理参数表埋深土层厚度标准贯人击数地基承载力标准值层序土层名称（m）（m）N635（击）（kPa）杂填土（黑色、黑灰色）1835角砾（灰黄色）18357110691l300强风化泥质砂岩（灰红色）97136122069250中风化泥质砂岩（灰红色）1091510131319600445大直径隧道与城市轨道交通工程技术表1中角砾颗粒级配良好，一般粒径5lOmm，最大粒径80mm。

地下水埋深在1021lm之间，呈孔隙潜水，含水层主要为角砾，均由大气降水及生活废水渗漏补给。

根据提供的管线资料显示，盾构推进沿线地下埋有给、排水管线，燃气管线、通讯和照明电缆管线等，其中埋深最大的是与本案施工轴线呈平行走向的0800mm排水管，其管底深度315in，至其基础底深度为33m，距离商场标准段结构顶部为157m，距离商场出入1：

I顶板上施工的管棚顶部仅为350ram。

在本案施工期间，所有地下管线均必须得到保护。

3施工方法由于本案地处新疆乌鲁木齐市交通繁忙和商业繁华的解放北路地下，为了不中断道路交通和地下各类管线的正常运营，采用管棚法暗挖施工盾构始发坑道、大断面矩形盾构掘进和现浇钢筋混凝土衬砌同步施工的方法进行地下商业街施工（图3）。

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撇钢筋混凝士内衬墙一L镬稍支撑主一盏-1D7产jf是V只1116|j，妒FZ弱啜tj羽A_IO崩；

脬Z7名7Z必纷7粼渤lZ以Z7A4盾构机简介图3管棚法施工盾构始发坑道本案主体结构采用套筒式反铲挖掘机械手、螺旋输送机、皮带输送机作为挖土和输送土体系统的矩形盾构掘进机施工，该掘进机如图4与图5所示。

446盾构掘进机设计制造。

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耳1疆丁妊产许粹二阡i千图4矩形盾构掘进机图5套筒式反铲挖掘机械手示意图该盾构的技术性能及参数见表2。

表2盾构的技术性能及参数盾构机型反铲、螺旋输送机和三联体矩形盾构外形尺寸20000ram6200mm7700mm推进系统（主顶）数量；

46个、行程：

2200mm，推进速度：

4cmmin，总推力：

6000t、功率：

55kw活动帽檐系统数量：

18个、行程：

800mm，推进速度：

6cmmin，总推力：

1400t、功率：

15kW（千斤顶）反铲机数量：

3台（每台含1铲斗缸、I斗杆缸、1动臂缸）挖掘系统铲斗缸行程：

765mm，推力：

30t，拉力：

15t，斗杆缸行程：

i500mm，推力：

75t，动臂缸行程：

755mm，推力：

75t、拉力：

55t螺旋输送机数量：

3台、扭矩：

15tm台，转速：

15rpm，输送量：

150m3台，功率：

30kW台输送系统皮带输送机数量：

3台，功率：

22kW台其他端模千斤顶数量：

20台，功率：

75kW盾构重量单体：

160t，三联体：

480t液压系统一套注浆减摩系统一套447大直径隧道与城市轨道交通工程技术钢模板支撑系统简介钢模板支撑系统是超大型矩形盾构推进同步进行现浇混凝土衬砌施工的重要系统。

在盾构推进的时候，在它的后壳体内部用钢模板拼装成一个矩形环状的支撑环，支撑环与壳体间的空间为加压灌注混凝土衬砌区。

当盾构完全出洞以后，需将后靠支架延伸到盾构尾部，将主推进油缸完全缩回，此时便可以腾出空间安装钢模板支撑系统了（图6）。

1，3，8，10一主模板1；

2，9一主模板114，5，11，12角模板；

6，7，13，14一斗型模板；

15，16一侧模板；

7，18一立柱模板；

19，20，21，22，24一可调撑图6有柱钢模板支撑系统这种钢模板支撑系统每环的宽度为2m，根据隧道的结构有两种形式：

有柱钢模板支撑系统和无柱钢模板支撑系统。

有柱钢模板支撑系统如图6所示，共有6种不同形式的模板：

主模板I（1，3，8，10），主模板（2，9），角模板（4，5，11，12）、斗型模板（6，7，13，14）、侧模板（15，16）、立柱模板（17，18）和一种可调支撑（19，20，21，22，23，24）。

无柱钢模板支撑系统用于浇筑无立柱的矩形截面隧道，二者可调支撑及大部分模板通用，安装顺序类同。

模板与模板之间用螺栓联结，环与环之间用定位销和螺栓联结。

盾构推进时，主推进油缸的巨大推力作用在钢模板上，盾构壳体向前滑移，同时地层和地面载荷及未凝固的混凝土重量全部压在钢模板支撑系统上，所以整个钢模板支撑系统必须有很好的强度和刚度。

钢模板支撑系统的安装和拆卸是通过一台专用拼装台车来完成的，所以钢模板支撑系统还必须有很好的可安装性和可拆卸性。

6工程技术特点

（1）机头背土由于矩形结构断面大，土体与机壳接触面积大，它们之间的摩擦作用会引起盾构顶部背土，产生的土体扰动和流失给地面建筑、地下管线和环境带来破坏，也给掘进施工带来诸多不利。

因此盾构在掘进施工中必须考虑盾构机壳减摩和消除机顶背土。

448盾构掘进机设计制造

（2）机头旋转各种形状的掘进机，推进中不可避免地产生机头旋转，矩形机头也不例外。

其不仅要克服土体摩擦力，还须克服土体的抗力。

因此在掘进机推进施工中须纠转措施。

（3）轴线偏差盾构推进中会产生实际顶进轴线与设计轴线的偏差，特别是矩形大断面的四角前进要同步，避免盾构呈波浪状前进而过大扰动土体。

具体措施就是控制四角的推进千斤顶的慢速和同步推进。

（4）顶力大矩形断面机头与施工土层的接触面积要大于同等断面的圆形机头，顶力也大于后者。

因此在考虑盾构机壳减摩的同时，也起到了降低机头顶力的目的。

（5）现浇混凝土结构借鉴ECL工法进行现浇混凝土结构，即以盾尾内壁为外模、绑扎钢筋、拼装内模和现浇商品混凝土，其中泵送至施工作业面的商品混凝土为免振式自流平混凝土。

（6）特殊的钢制内模本工程采用的钢制内模既作为浇注混凝土结构的内模，又可将盾构推进所需顶力传递至后靠或直接作为提供顶力的后靠，具有较高的强度、刚度和拼装精度。

（7）盾尾内置式同步注浆系统由于盾壳厚度为8cm，每次盾尾脱出后，混凝土结构与土面留下8cm的建筑空隙须通过同步注浆及时充填，消除土体沉降（图7）。

图7I司步注浆不意图（8）盾尾脱出过程中的脱模技术除了盾构推进的姿态控制有利于脱模，盾尾内壁的脱模技术是确保盾尾安全脱出的关键。

（9）钢制内模的增阻技术钢制内模周转使用后，盾构顶力直接由内模提供，因此必须增加内模与混凝土结构表面的阻力，提高后靠反力。

模板采用长度可调、并带有锁紧装置的qb300mm伸缩螺旋钢支撑系统。

（10）内模拼装技术盾构断面大便于挖土操作和出土车的运输进出，但同时也影响了模板拼装机的安置，必须研制机动灵活的模板拼装抬车来完成模板拼装施工。

该拼装机具有以下特点：

1）采用履带式底盘，配以可变幅的伸缩臂、转台、配重，以及具有三维动作门架式模板449大直径隧道与城市轨道交通工程技术拼装器和液压一电气控制系统，组成专用履带行走式模板拼装机。

2）可变幅的伸缩臂可带载伸缩。

3）门架式模板拼装器可作90。

的带载回转。

4）门架式模板拼装器具有三维带载动作功能，使模板作水平面与重直面的调整。

5）专用履带行走式模板拼装机有2种行走或油缸的工作速度，其工作速度可通过调节油泵的流量或调节相关回路中的节流阀进行调整。

6）专用履带行走式模板拼装机采用电动机作动力，拖线十字开关与按钮组合操作盒进行远距离操纵控制。

7）专用履带行走式模板拼装机能在20m42m的作业断面内完成环宽2m、长度1537m、重量1326t的7种形式的模板安装。

履带行走式模板拼装机如图8所示。

7施工步骤图8履带行走式模板拼装机

（1）盾构始发坑道施工利用解放北路两侧的徕远广场的基坑，采用管棚法进行盾构始发坑道施工。

先使用（P800mm土压平衡式顶管机进行带导向槽的qb740mm钢管顶进施工，钢管总数为12根，每根钢管顶进总长度为22m，每次顶进长度为3m，每次钢管连接采用周圈焊接。

然后进行长22m的1200mm1000mm钢箱梁的顶进施工，每次顶进长度为6m。

管棚施工完成后，凿壁开挖盾构始发坑道，每开挖lm设置一道500500H型钢支梁，最终完成坑道开挖和浇注混凝土内衬结构。

（2）盾构掘进施工分6段将盾构机吊至井下安装、焊接和就位，然后盾构机掘进出洞。

盾构机全部出洞后，在盾尾内底部设置脱模隔离层、绑扎钢筋和浇筑混凝土，然后采用拼装抬车安装底内模。

再进行盾尾内侧向和顶部脱模隔离层设置、绑扎钢筋、拼装顶内模、角模和侧模，再进行泵送混凝土浇注。

混凝土一天强度大于土体强度后，进行下一环推进，推进时同时向盾尾脱出间隙进行充填注浆，每次推进环宽为2m。

以后依次类推完成每环结450盾构掘进机设计制造构的施工，相邻环间钢筋采用接驳器连接。

模板共设计20环，在完成第18环推进后，可拆除第一环模板周转使用。

若出现内模不能提供足够的顶进反力时，可考虑在衬砌结构上设置一定量的钢牛腿，确保内模能够提供足够的反力，最终依次完成328m的掘进和结构浇筑（图9）。

（3）地下商场室内装修、机电和排水设施施工完成地下商场结构施工后，进行室内装修、机电和排水设施施工，最后工程竣工移交业丰。

9结语图9辰野地下名品广场施工示意图辰野名品广场二期工程的矩形盾构施工目前已完成近40m的掘进和结构浇筑，在新疆地区采用盾构法进行地下结构工程施工尚属首次，且采用大断面矩形盾构进行地下商业城施工，在世界范围内也仅此一例。

该项技术在新疆乌鲁木齐市的运用成功，意味着盾构法施工在我国西部地区开始起步，它开创了西部地区城市地下工程施工采用非开挖技术的历史，该项技术将为西部大开发和繁荣西部城市经济、文化建设作出应有的贡献。

451大断面矩形盾构及现浇衬砌同步施工技术大断面矩形盾构及现浇衬砌同步施工技术作者：

张冠军，王强华作者单位：

上海隧道工程股份有限公司,上海,200082本文链接：

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