目前,海底隧道最成熟的方法是盾構法。
盾構法是暗挖法施工中的一種全機械化施工方法,它是將盾構機械在地中推進,通過盾構外殼和管片支承四周圍巖防止發生往隧道內的坍塌,同時在開挖面前方用切削裝置進行土體開挖,通過出土機械運出洞外,靠千斤頂在后部加壓頂進,并拼裝預制混凝土管片,形成隧道結構的一種機械化施工方法。日本東京灣海底隧道是采用盾構法施工。
當前最先進的4種海底隧道施工技術,你造么?
日本東京灣海底隧道
盾構法施工具有施工速度快、洞體質量比較穩定、對周圍建筑物影響較小等特點,適合在軟土地基段施工。例如深圳地鐵一期工程初步設計有三處采用盾構法施工,即羅湖-國貿區間,皇崗-福民區間,福民-金田區間。這幾處均為軟土地段,且具備盾構法施工的基本條件。
當前最先進的4種海底隧道施工技術,你造么?
盾構法設備
盾構是一種帶有護罩的專用設備,利用尾部已裝好的襯砌塊作為支點向前推進,用刀盤切割土體,同時排土和拼裝后面的預制混凝土襯砌塊。盾構是1874年發明,首先用的是氣壓盾構。開挖英國倫敦泰晤士河水底隧道。盾構機掘進的出碴方式有機械式和水力式,以水力式居多。水力盾構在工作面處有一個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。
盾構既是一種施工機具,也是一種強有力的臨時支撐結構。盾構機外形上看是一個大的鋼管機,較隧道部分略大,它是設計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、中部的支撐環以及后部的盾尾。大多數盾構的形狀為圓形,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,或地下線路等設施埋深達到10m或更深時,可以采用盾構法,即,
1、線位上允許建造用于盾構進出洞和出碴進料的工作井;
2、隧道要有足夠的埋深,覆土深度宜不小于6m且不小于盾構直徑;
3、相對均質的地質條件;
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)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、從經濟角度講,連續的施工長度不小于300m。
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盾構法施工
采用盾構法施工時,首先要在隧道的始端和終端開挖基坑或建造豎井,用作盾構及其設備的拼裝井(室)和拆卸井(室),特別長的隧道,還應設置中間檢修工作井(室)。拼裝和拆卸用的工作井,其建筑尺寸應根據盾構裝拆的施工要求來確定。拼裝井的井壁上設有盾構出洞口,井內設有盾構基座和盾構推進的后座。
井的寬度一般應比盾構直徑大1.6~2.0米,以滿足鉚、焊等操作的要求。當采用整體吊裝的小盾構時,則井寬可酌量減小。井的長度,除了滿足盾構內安裝設備的要求外,還要考慮盾構推進出洞時,拆除洞門封板和在盾構后面設置后座,以及垂直運輸所需的空間。中、小型盾構的拼裝井長度,還要照顧設備車架轉換的方便。盾構在拼裝井內拼裝就緒,經運轉調試后,就可拆除出洞口封板,盾構推出工作井后即開始隧道掘進施工。盾構拆卸井設有盾構進口,井的大小要便于盾構的起吊和拆卸。
其他施工主要有土層開挖、盾構推進操縱與糾偏、襯砌拼裝、襯砌背后壓注等。這些工序均應及時而迅速地進行,決不能長時間停頓,以免增加地層的擾動和對地面、地下構筑物的影響。
優點:
1、安全開挖和襯砌,掘進速度快;
2、盾構的推進、出土、拼裝襯砌等全過程可實現自動化作業,施工勞動強度低。
3、不影響地面交通與設施,同時不影響地下管線等設施;
4、穿越河道時不影響航運,施工中不受季節、風雨等氣候條件影響,施工中沒有噪音和擾動;
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和經濟方面的優越性。
缺點:
1、斷面尺寸多變的區段適應能力差;
2、新型盾構購置費昂貴,對施工區段短的工程不太經濟。
用盾構法修建隧道已有150余年的歷史。中國于第一個五年計劃期間,首先在遼寧阜新煤礦,用直徑2.6米的手掘式盾構進行了疏水巷道的施工。中國自行設計、制造的盾構,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法施工,盾構的千斤頂總推力為108兆牛,采用水力機械開挖掘進。在上海地區用盾構法修建的隧道,除水底道路隧道外,還有地鐵區間隧道、通向河海的排水隧洞和取水管道、街坊的地下通道等。