超大直径盾构

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1、超大直径盾构施工关键技术综述王华伟（中铁十四局集团有限公司）一、工程概况1.1地理位置南京长江隧道工程位于南京长江大桥与三桥之间，连接河西新城区-梅子洲-浦口区，是南京市跨江发展战略的重要标志性工程，它的建成将彻底改变目前南京市长江单一的桥梁过江交通方式，对于缓解跨江交通压力，促进沿江经济发展，造福百姓，具有十分重要的意义。1.2水文和地质条件盾构隧道穿越的江面宽度约2600m，最大水深约28.8m，最大水压力为6.5kg/cm2，江中最小覆土厚度为10.49m（0.7D）。隧道所穿越的主要地层包括：填土和淤泥质粉质粘土、粉土、粉砂、粉细砂、砾砂、圆砾以及少量强风化粉

2、砂质泥岩。其中盾构穿越强透水地层（渗透系数达10-2-10-3cm/s）2672m，占盾构段总长度的88.4%，对刀具磨损严重、造成掘进困难的砾砂、圆砾复合地层地段长1325m，占整个隧道长度的43.8％。1.3设计情况南京长江隧道工程全长5853m，按双向6车道快速通道规模建设，设计车速80公里/小时。其中左线盾构施工段长3022m，右线盾构施工段长3015m。隧道施工采用两台直径14.93m的泥水平衡盾构机，由江北工作井始发向江心洲接收井同向掘进。盾构隧道管片内径13.30m，外径14.50m，厚度60cm。每环衬砌由10块管片组成，环宽2m14。管片拼装设计为7

3、块标准块、2块相邻块和1块封顶块，分Z型Y型两种管片模式。管片设计强度C60，防水等级S12。二、国内外超大直径盾构隧道建设情况介绍盾构法隧道施工技术问世至今已有近200年，作为隧道建造的一种先进技术——盾构法已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道等工程领域，但超大直径盾构隧道工程实例并不多见，国内外典型的工程项目主要有：1、国外超大型水下盾构工程典型项目（1）日本东京湾横断公路隧道：1997年建成，跨海双向4车道公路隧道，盾构机直径Φ14.14m，隧道总长度9.1公里，被人工岛分为4.6公里和4.5公里长的两段，每段由两台盾构机对向各掘进约2.5公里；主要地质为

4、软弱的冲积、洪积黏性土层以及洪积砂层，最大水压6kg/cm2，属于当时最大直径盾构隧道。（2）德国汉堡易北河第四公路隧道：2000年1月底贯通，双向4车道公路隧道，盾构机直径Φ14.2m，隧道长度为2561米，穿越的地层主要为黏土、松散至细密的砂、砾石和冰山泥灰岩，最高水压约为4.5kg/cm2，打破东京湾横断公路隧道直径记录，成为世界当时最大直径盾构隧道。（3）荷兰格林哈特隧道（绿心隧道）：2004年年底贯通，双线铁路隧道，盾构机直径Φ14.87m，隧道全长7155m，分为4个区间（最长2200米）。地质主要为软粘土、泥煤层和细沙，最高水压5kg/cm2，又创造了一

5、个新记录。2、国内超大型水下盾构工程典型项目国内超大型水下盾构工程典型项目主要有：上海沪崇苏过江隧道和南京长江隧道。武汉长江隧道、狮子洋隧道、穿黄河隧道三条盾构隧道虽然各有特点，但盾构直径较小，均在9.0m～11.37m之间。14上海沪崇苏长江隧道是一条高速公路与地铁合建的隧道，其盾构直径为15.44米，总长度为7470米，于2008年8月28日贯通。盾构段穿越的主要地层为淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粘土、砂质粉土等，最高水压5.5kg/cm2。国际上直径超过14m、采用泥水平衡盾构建造的隧道见下表。建设时间隧道名称掘进距离盾构机最大水压地质情况总长每段掘进长度直径数

6、量1989—1997日本东京湾公路隧道9.1km2.5kmØ14.14m8台6.0kg/cm2软弱的冲积、洪积黏性土层以及洪积砂层1997—2003德国汉堡易北河第四隧道2.56km2.56kmØ14.2m2台4.5kg/cm2黏土、松散至细密的砂、砾石、和冰山泥灰岩2000—2004荷兰绿心隧道7.2km2.2kmØ14.87m4台5.0kg/cm2软粘土、泥煤层和细砂2004—2009上海沪崇苏隧道7.47km7.47kmØ15.43m2台5.5kg/cm2淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粘土、砂质粉土2005-2010南京长江隧道3.02km3.02kmØ14.93

7、m2台6.5kg/cm2粉土、粉细砂、砾砂、卵石和强风化岩层三、南京长江隧道的工程特点、难点及风险点通过与上述几个隧道相比，南京长江隧道几乎涵盖了其它所有典型盾构隧工程的难点和风险点，南京长江隧道工程是中国长江流域上工程技术难度最高、挑战性最多的地下工程，作为世界级的越江工程，南京长江隧道面临的是高风险、高挑战性的世界级难题,其特点主要体现在六个方面：“大”、“高”、“强”、“薄”、“长”、“险”。“大”：即盾构直径超大。盾构机直径14.93m14，是世界上直径最大的盾构之一。“高”：水土压力高达6.5kg/cm2，目前在同类盾构隧道中，国内首屈、世