超大直径隧道设计

上软下硬地层超大直径泥水盾构掘进关键技术摘要：改革后，在我国社会高速发展的影响下，带动了我国各行业领域的进步。

近年来，在人们生活水平的提升下，对建筑行业的要求不断提高。

目前，超大直径泥水盾构机在上软下硬岩地层长距离掘进时，容易出现开挖面失稳、掘进参数突变、姿态不易控制、刀具异常损坏、泥水环流易滞排等现象。

以汕头海湾隧道项目为依托，通过研究超大直径泥水盾构机穿越上软下硬地层的施工技术，从盾构机选型、施工方案选择、掘进管理与控制、掘进参数控制、掘进姿态控制等方面提出了具体的控制措施和注意事项。

关键词：超大直径泥水盾构；上软下硬；掘进参数引言近年来盾构施工技术发展迅速，盾构隧道施工已经成为一种成熟的施工方法，上软下硬地层施工的工程也日益增加，然而在这种地层下的施工会面对各种难点。

因此，针对该类施工工程的施工技术和策略研究十分重要。

研究泥岩和砂卵石相交地层分析的掘进参数，依据地质条件确定了合理的掘进参数范围。

研究上软下硬地层中盾构施工主要掘进参数的分布情况，总结出各个掘进参数的分布模型。

分析了在上软下硬地层中新建隧道对已有隧道的影响，总结了已有隧道沉降和变形特点。

刀具磨损、掘进参数及舱内状况等方面研究了盾构施工管理。

从刀具管理、掘进参数及冲刷系统等方面进行分析，提供盾构施工过程中的掘进管理建议。

研究了上软下硬富水砂层掘进过程中的注浆控制，采用了洞内超前注浆加固施工技术，保证施工安全。

目前，在上软下硬地层施工技术方面已经有很多专家学者进行研究，但缺少对上软下硬地层掘进参数的分析研究。

本文基于和燕路过江通道某区间盾构隧道工程，分析盾构施工技术的主要难点，探究掘进过程中掘进参数的变化情况，总结出解决主要施工难点的控制策略。

1上软下硬地层特点及施工难点根据地层组合的形式，上软下硬地层大体上可以划分为三种类型。

一是第四系土层的上软下硬。

这种组合的特点是上部地层的标贯级数很低，含水量高，颗粒粒径小，下部地层反之。

二是岩石地层的上软下硬。

随着城市化进程的加快和基础设施建设的不断深化，盾构技术在隧道工程中的应用日益广泛。

盾构法施工以其高效、环保、安全等优势，成为地下空间开发的重要手段。

以下是对盾构技术发展历程、关键技术、应用现状及未来展望的总结摘要。

一、盾构技术发展历程盾构技术起源于19世纪末，历经百余年的发展，从最初的单一模式逐步演变为多种类型，如土压平衡盾构、泥水盾构、双模式盾构等。

近年来，随着我国基础设施建设的快速发展，盾构技术取得了显著进步，尤其在超大直径盾构、长距离隧道、复杂地质条件下的施工等方面取得了重要突破。

二、盾构关键技术1. 盾构设备设计：盾构设备是盾构法施工的核心，包括盾构机本体、刀盘、推进系统、驱动系统、导向系统等。

随着技术的不断进步，盾构设备的设计更加注重高效、节能、环保和智能化。

2. 地质勘察与隧道设计：地质勘察是盾构施工的前提，通过地质勘察可以了解隧道所处的地质条件，为隧道设计提供依据。

隧道设计主要包括隧道断面设计、支护结构设计、防水设计等。

3. 盾构施工技术：盾构施工技术主要包括盾构掘进、隧道衬砌、同步注浆、地下连续墙施工等。

其中，盾构掘进技术是盾构施工的关键环节，包括掘进参数控制、掘进速度控制、盾构姿态控制等。

4. 盾构施工信息化技术：随着信息化技术的快速发展，盾构施工信息化技术也得到了广泛应用，如盾构机远程监控、地质实时探测、施工数据管理等。

三、盾构技术应用现状盾构技术在隧道工程中的应用已遍布全球，尤其在地铁、市政、公路、铁路等领域取得了显著成果。

我国盾构技术已达到国际先进水平，在超大直径盾构、长距离隧道、复杂地质条件下的施工等方面具有明显优势。

四、盾构技术未来展望1. 超大直径盾构技术：随着城市化进程的加快，超大直径盾构技术在隧道工程中的应用将更加广泛。

未来，超大直径盾构技术将朝着更高效、更智能、更环保的方向发展。

2. 长距离隧道施工技术：长距离隧道施工技术是盾构技术发展的一个重要方向。

未来，长距离隧道施工技术将注重提高施工效率、降低施工成本、确保施工安全。

2021年度河北省科技进步奖提名项目公示内容项目名称：复杂环境大直径泥水盾构关键技术研究与应用提名单位：廊坊市科技局项目简介：交通强国战略的实施极大激发了国内大直径盾构隧道工程建设需求，但适用于复合地层的大直径泥水盾构装备核心技术长期受制于国外。

复杂环境大直径泥水盾构广泛存在地质复杂掘进难、地表沉降控制难、施工环保要求高、智能化水平低等技术难题。

项目依托国家铁路总公司重大专项、中铁隧道局集团科技创新计划等课题，以北京地下直径线、北京望京隧道及汕头海湾隧道工程为背景，针对北京铁路直径线穿越宣武门大街、望京隧道穿越300多栋无基础民房、机场高速、北京机场快轨及汕头海湾隧道穿越大量花岗岩孤石和主航道下三段浅覆土基岩突起（土岩强度差达200MPa）等工程重难点，围绕“新装备核心技术研发、掘进沉降精细控制、安全高效零污染绿色建造”总体目标，产学研用相结合，开展复杂环境大直径（15m级）泥水盾构装备系统研发和施工关键技术攻关，取得了一系列重大研究成果，取得主要创新成果如下：（1）突破高水压极软极硬地层超大直径（15米）盾构装备系统关键技术。

发明了滚刀常压换刀装置、建立了极软极硬地层平衡多元需求的常压刀盘刀具设计方法；研发了高水压大直径主轴承密封压力随动自适应控制技术、极软极硬地层推进油缸负载均衡同步精准控制技术；发明了刀具磨损检测装置，构建了盾构刀盘刀具状态感知运维系统；解决了高水压装备密封和滚刀常压更换国际难题。

（2）创新了复杂环境大直径泥水盾构精细施工控制技术。

揭示了复杂环境典型地层开挖面扰动失稳机理，优化了基于地层损失率最大拟合度的地层沉降域解析模型；揭示了极软极硬地层滚刀破岩载荷在刀盘转速与贯入度耦合作用下的非线性变化规律，形成了“低转速、低贯入、扭矩红线控制”掘进参数优化选取技术；创新了复杂地层“内外联动、自动监测、跟踪注浆、动态控制”的沉降精细控制技术；创新了一种盾构掘进参数统计过程控制（SPC）和自动滑窗模型融合的自动识别技术，建立了盾构掘进参数异常分级预警及信息实时反馈系统，实现了复杂地层突变载荷超大直径盾构可靠掘进，高风险区地表沉降0.68mm。

南京纬三路过江通道位于长江大桥上游5km，连接江北新区和主城区，自北起于浦珠路与定向河交叉点，终于江南扬子江大道和定淮门大街，采用双层双管、X型8车道盾构方案：l北线（N线）隧道总长度4.960km，盾构段长度3.557m；l南线（S线）隧道总长度5.330km，盾构段长度4.135km。

南京纬三路过江通道工程平面图l建设内容：本项目工程主要由浦口接线道路、收费广场、隧道段(包括浦口明挖段、盾构段、定淮门大街明挖段、扬子江大道明挖段)、江南接线道路、管理中心、收费站（已取消）组成。

l建设工期：工期计划四年，2010年12月8日正式开工建设，受复合地层盾构掘进难度大导致工期滞后影响，计划于2015年12月31日建成通车。

2地质条件：隧道过江段设计为盾构隧道，盾构隧道大部分处于粉细砂、砂卵石地层中，局部位于淤泥质粉质粘土中，部分地段穿越软硬不均地层。

盾构隧道穿越基岩的最大单轴抗压强度为128MPa,基岩石英含量高达65%。

l北线隧道岩层段长度约510m，岩层最大厚度约7.79m；l南线隧道岩层段长度约600m，岩层最大厚度约8.33m。

大、高、薄、长l大：盾构管片外径14.5m、内径13.3m，属超大直径盾构隧道；45大、高、薄、长l 高：管片防水设计水压达0.72MPa ；岩层硬度最高达128Mpa ，石英含量高达65%；0.72MPa大、高、薄、长l薄：江底隧道覆土厚度小，北线隧道局部覆土厚度只有0.6D ；MIN:0.6盾构直径N线隧道工程地质纵断面图6大、高、薄、长l长：盾构一次掘进距离长达4135m（S线），隧道长距离穿越高石英含量的砂卵石层及复合地层，并可能存在不明障碍物。

S 线隧道工程地质纵断面图7江北段工程南京纬三路过江通道工程使用的2台气垫式泥水平衡复合盾构是由中交天和机械设备制造有限公司针对纬三路过江通道工程地质条件专门设计。

中交天和机械设备制造有限公司通过集成创新，成功研制了中国首台套超大型泥水气压平衡复合式隧道掘进机，解决了复合地层、超大断面、长距离掘进、施工水压高等条件下施工作业的难题。