《全硬塑粘土地层超大型泥水盾构穿越5A级景区绿色建造关键技术》

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该项目依托工程扬州市瘦西湖隧道是超大型泥水平衡盾构施工隧道,盾构直径14.93m,是世界上首例在全硬塑粘土地质条件下施工的单管双层超大直径泥水平衡盾构隧道。因隧道直径大、隧址区硬塑膨胀性粘土粘性高、膨胀性大的特点,施工过程中存在一系列的难题,特别是泥水平衡盾构在全断面硬塑粘土地层中掘进时刀盘结泥饼、泥水处理设备运转、盾构停机维保过程开挖面稳定、单管双层超大直径盾构内部结构快速施工、施工对景区扰动影响等技术难题。而全世界范围内尚未形成全硬塑粘土地层超大型泥水盾构穿越5A级景区绿色建造关键技术。因此,如何对全硬塑粘土地层中超大型泥水平衡盾构施工进行地层适应性改造,保障隧道工程施工安全和效率、保护周边环境,是隧道工程安全建设亟需解决的核心技术难题。

该项目以扬州瘦西湖隧道工程为依托,自2011年11月开始,历经多年科研开发和工程实践,建立了全断面硬塑膨胀性粘土层超大直径泥水盾构隧道施工关键技术。取得了如下创新性成果:

(1)首次针对全硬塑粘土的溶崩破碎和重组规律及其力学特性,提出了超大型泥水平衡盾构刀盘冲刷及环流系统适应性改造技术,攻克了泥水平衡盾构在全硬塑粘土地层中掘进的刀盘结泥饼、环流出渣不畅、渣土难分离等技术难题,构建了超大型盾构隧道施工停机维保安全保障技术体系,系统解决了全硬塑粘土地层开挖面稳定性控制及盾构掘进施工难题。

(2)揭示了超大型盾构隧道在不同施工工况下管片结构受力特性,提出了管片结构变形破坏控制保障技术。提出了高精度管模制造、VMT三维精准测量和内径千分尺测量的高精度管片预制技术及高精度管片专项养护工艺,形成了超大型盾构隧道管片高性能、高精度预制工法。

(3)提出了单管双层超大型盾构内部结构半预制同步快速施工技术,首次实现了单管双层盾构内部结构预制装配工业化。研创了大曲率曲线段超大型盾构精准接收技术,解决了超大型盾构在大曲率曲线段接收及管片侵限、轴线偏差超限等技术难题。提出了高气压环境下盾构原位压气检修和安全防护技术,攻克了高气压作业环境下高效、高质电焊电割安全操作技术难题。

该项目具有完全自主知识产权。获得发明专利12项、实用新型专利10项、出版专著1部、发表学术论文51篇(其中SCI收录论文4篇、EI收录论文19篇)、省级工法3项。关键技术成功推广于厦门地铁2号线海底隧道、武汉地铁8号线越江隧道、南京地铁10号线越江隧道和长沙地铁三号线越江隧道、济南黄河隧道等多个超大型泥水平衡盾构隧道工程项目中,在工程建设中发挥了关键作用,保证了工程的安全高效施工,近三年共为中铁十四局集团直接创造经济效益1327100万元,为其他单位节约投资15740万元。该成果的实施攻克了泥水平衡盾构在粘土及强风化泥岩和胶结地层掘进施工的世界性技术难题,为大直径泥水平衡盾构在工程中的应用提供了广阔的前景,有利地促进了行业发展与科技进步。

成果说明

项目技术成果成功应用于扬州市瘦西湖隧道工程,并先后推广于南京地铁10号线越江隧道、兰州地铁1号线穿黄段、武汉地铁8号线越江隧道、长沙地铁3号线越江隧道、厦门地铁2号线跨海隧道工程、杭州望江路隧道、京沈客专望京隧道、芜湖城南过江隧道、常德沅江隧道、京张铁路清华园隧道、济南黄河隧道项目中,总体应用已达到5年以上。成功解决了不同地质条件下大直径泥水盾构机刀盘冲刷及环流系统的适应性问题,避免了隧道开挖面大变形和塌方,大大缩短了建设工期,近三年共为中铁十四局集团直接创造经济效益1327100万元,为其他单位节约投资

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