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水下隧道盾构法施工组织设计

摘要：制定科学经济的施工组织方案对水下隧道各项施工活动的全过程进行科学管理、统筹兼顾非常关键.本文通过分析影响水下隧道盾构法施工组织的控制性因素,综合分析盾构机作业方式的优缺点；并结合南京夹江隧道工程实例,从可实施性、施工风险、经济效益等方面对三种盾构机施工方案进行综合比选,为水下隧道盾构法施工组织设计的研究提供参考.

关键词：水下隧道盾构法施工组织方案比选

1．引言

随着我国水下地质勘探技术、施工水平的不断提高,以及地面交通压力的不断增大,水下隧道以其独特优势逐渐成为当今跨越江河湖海水域障碍的重要方式.盾构法由于对复杂地质条件适应性强、施工安全快速等优点,已逐渐成为水下隧道的重要施工方法.

然而,水下隧道盾构法施工在技术方面仍存在突发涌水以及探水、治水困难等难题,在同时满足技术可行、工期允许、安全可靠以及效益最优的前提下制定科学经济的施工组织方案对各项施工活动的全过程进行科学管理、统筹兼顾非常关键.2．水下隧道盾构法施工组织设计的影响因素

2.1建设工期

水下隧道盾构法施工总工期主要包括明挖段施工、盾构段施工、机电设备安装及调试、建筑装修、全线联调及试运营等.其中,盾构段的主要施工进度指标如下：盾构机进场及组装调试（5个月）、盾构掘进（300m/月）、盾构机拆解及回运（6个月）以及盾构机拆解吊出（2个月）.

2.2盾构机

2.2.1盾构机选型

盾构机的选型是水下隧道施工组织关键的一环.水下隧道一般采用的盾构类型主要有泥水平衡式盾构、土压平衡式盾构等.根据欧美和日本的施工经验,当地层的透水系数小于10-7m/s时,可以选用土压平衡盾构；当地层的渗水系数在10 -7m/s和10 -4m/s之间时,既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当地层的透水系数大于10-4m/s时,宜选用泥水盾构.

2.2.2盾构机作业方式

水下隧道盾构工程在施工作业的过程中,考虑盾构机购置成本,通常存在一台盾构机需要完成左右线隧道掘进情况.因此,盾构机在区间、左右线的节点处理有以下两种方式：盾构机调头和转场.盾构机调头即为盾构机完成左线（或右线）隧道掘进后,在端头工作井井调头180°,反向掘进右线（或左线）的作业方式；而盾构机转场则代表完成左线（或右线）隧道掘进后,在接收井内被解体后垂直起吊出地面,被水平运输到另一端盾构井(站内转场),下井组装调试后,继续右线（或左线）掘进的作业方式.

2.3施工场地与交通疏解

按一般情况考虑,一台盾构机始发场地面积为250 0 -3 0 0 0m2,接收场地面积约为800 -1000m2.盾构井通常是沿线路中线设置,在城市中心区因交通疏解要求往往导致盾构施工的场地较小,影响施工场地合理布置,造成生产效率的降低.

2.4管片生产及运输方案

水下隧道盾构工程管片生产及运输方案主要有新建管片厂、直接采购成品管片和统筹利用其它管片厂生产等三种；从质量和工期方面看,新建管片厂更利于承包商对管片质量和工程进度的把控；然而,新建管片厂需要大量占用土地,不仅增加了投资,对于交通紧张的城市中心地区可实施性不大.

3．我国水下隧道盾构法施工方案

3.1我国水下隧道盾构法施工方案

我国近年开展的水下过江通道项目主要采用泥水平衡盾构机.以南京市夹江隧道为例,详细结合具体工程概况对过江隧道的施工组织设计进行进一步的详细分析.

南京夹江隧道工程属于南江长江第五大桥过江通道工程中隧道部分,工程全长1754.6m,其中盾构段1159.5m,盾构外径15.0m；考虑设置两处工作井梅子洲和江南工作井,盾构由梅子洲向江南推进.

3.2盾构段施组方案

本工程盾构隧道左右线总长约2328m,从工期及盾构机始发条件考虑,有三种盾构机施工组织方案,如图1所示.

方案一采用一台盾构机从梅子洲工作井始发,在江南工作井井下调头后,最后在梅子洲工作井吊出；方案二采用两台盾构机先后从梅子洲工作井始发,分别在江南工作井吊出.方案三采用一台盾构机从梅子洲工作井始发,在江南工作井接收后拆解,再回运至梅子洲工作井二次始发,最终在江南工作井吊出.

本次设计主要从以下4个方面对三个方案进行对比分析.

3.3.1盾构机运输路径

三个方案盾构机均采用水路运输至梅子洲始发.方案一盾构机吊出后通过水路运离；方案二两台盾构机先后从江南工作井拆解吊出后道路运离；方案三运离同二,但方案三需将盾构机从江南工作井回运至梅子洲工作井,由于盾构机尺寸大、重量重,对运输路径的要求较高综合考虑工程投资和工期,推荐从已贯通隧道回运至梅子洲工作井.

3.3.2对工作井规模的影响由于受防洪大堤和夹江饮用水水源地保护距离限制,江南工作井沿线路方向最大尺寸约48m,若采用方案一,则无论采用主机整体调头方案还是主机分体调头的方案,所需的工作井最小净空长度约42m,且对施工组织及工艺要求较高.方案二和方案三基本为常规盾构接收井,对施工组织及工艺要求相对较低.

3.3.3施工风险

为满足施工组织及工艺要求,方案一盾构机在江南工作井井下调头后,推进至约130m处需停机,停机时间约30天.停机位置即将进入夹江水域,施工风险较大.方案二为常规盾构接收,施工风险小；方案三回运过程风险可控,其他施工基本与方案二相同.

3.4综合方案比选

经过以上分析,三种盾构施工组织方案对比如下表所示.综合考虑可实施性、施工风险、对青奥设施的影响、工期和工程投资等因素,本次设计推荐采用方案三.

4．结束语

影响水下隧道盾构法施工组织设计的因素较多,通过对我国近年开展的水下隧道施工实例的梳理总结,理清了影响盾构工程施工组织的控制性因素；并通过对南京夹江隧道工程实例施工组织设计的详细分析,为该类工程施工组织设计提供了可供参考的研究思路.

参考文献：

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