超大直径隧道工程在国内市场的应用

　　从国内第1条超大直径盾构法隧道上中路隧道开始，国内已建成18条14m以上，在建22条超大直径隧道，其中34条隧道采用泥水平衡盾构工法，6条采用土压平衡盾构工法，超大直径盾构法隧道在国内超大直径隧道施工中获得成功应用，山东省1例，江苏省6例，安徽省1例，湖北省2例，上海16例，浙江省5例，湖南省1例，广东省1例。从目前众多超大直径隧道的建设，可得出以下特征(多功能，公轨相结合的隧道(三阳路越江隧道)、以改善市区交通为主要目地的快速通道(北横地下快速通道))，从建设方式角度出发(预制加现浇和预制为主的建设模式(诸光路通道))，这里以武汉三阳路长江隧道、上海北横通道新建工程和诸光路通道新建工程为例，如表1所示。

　　2.1武汉市三阳路长江隧道

　　武汉市三阳路长江隧道是长江中游首条超大直径盾构法隧道，是国内首条公铁合建的超大型盾构法隧道，更是我国最大直径的盾构法隧道。工程涵盖高水头复合地层超大盾构掘进，如图1所示，两岸超深基坑施工及狭小空间环境中地铁盾构掘进施工等内容，还具有周边环境复杂、建设周期短的特点。武昌侧经和平大道秦园路穿越长江，到达汉口侧三阳路，全长2926m，其中圆隧道段长2590m，隧道外径15.2m，内径13.9m，采用2?15.76m泥水气平衡盾构掘进施工。隧道分为2层设计，上层为公路隧道，设双管双向6车道，下层为地铁7号线过江通道。

　　2.2上海市北横通道新建工程Ⅱ标

　　上海市北横通道新建工程Ⅱ标如图2所示，始建于2014年12月23日，是中心城区北部东西向小客车专用通道，西起北虹路，东至长寿路天目西路，全长约7788.77m，圆隧道段长6416m，其中中江路工作井至中山公园工作井盾构段长2751m，中山公园工作井至筛网厂工作井盾构段长3665m，隧道外径15m，内径13.7m，环宽2m，采用1?15.56m泥水气压平衡盾构机掘进施工。隧道建设规模为单管双层双向6车道。

　　2.3上海市诸光路通道新建工程

　　上海市诸光路通道新建工程始建于2015年6月，于2019年8月建成通车，位于闵行区、青浦区境内，北起北青公路，南至崧泽高架路南侧，长约2.8km，其中圆隧道段长约1390m，隧道外径14m，内径12.8m，环宽2m，采用1?14.45m土压平衡盾构机掘进施工。隧道建设规模为单管双层双向4车道，设计时速为40km/h，诸光路新建工程地质情况如图3所示。

　　3盾构装备选型

　　盾构机选型对于隧道建设而言至关重要。根据不同水文地质条件、地面环境、隧道周边建构筑物和隧道结构等因素选择恰当的盾构机型式及适应现场工况的结构部件，是盾构施工成功前提。盾构机型选择主要有土压平衡盾构和泥水平衡盾构2种。当地层渗透系数<10-7m/s时，宜选用土压平衡盾构;当地层渗透系数>10-4m/s时，宜选用泥水平衡盾构;当地层的渗透系数在10-7～10-4m/s时，既可选用土压平衡盾构，也可选用泥水平衡盾构。盾构类型与地层颗粒级配关系如图4所示。图4盾构类型与地层颗粒级配关系3.1武汉三阳路隧道盾构设备选用武汉三阳路隧道掘进地层渗透系数高，因此采用泥水气平衡盾构，利用气压精准调控开挖面压力，保证开挖面稳定。为应对隧道掘进线路中会遇到的软硬不均地层，盾构配置常压换刀刀盘，在软土区段常压可更换刀桶位置配置齿刀切削土体。当盾构在硬岩地层中掘进时，将常压可更换齿刀更换为滚刀，保障盾构在硬岩中的掘进能力和施工作业人员的安全。由于盾构刀盘中心处没有开口，对盾构在粘性地层中掘进提出更高要求，否则可能出现盾构刀盘结泥等问题，严重降低盾构施工效率。3.2上海北横通道盾构设备选用北横通道工程也采用了泥水气平衡盾构，并配置常压换刀刀盘。由于盾构掘进线路中没有硬岩区段，主要为黏土、砂层等，因此无需配置滚刀，盾构刀盘可常压更换刀具布置于开口两侧的刮刀处。由于北横通道线路存在转弯半径为500m的急曲线段，因此将管片外径与盾尾刷调整环间隙为适应性设置为50mm，以便在小曲线施工时有足够的盾尾间隙。3.3上海诸光路通道盾构设备选用诸光路通道工程采用国内最大的土压平衡盾构机施工，通过调整土仓内土压力与开挖面水土压力保持平衡，保证开挖面稳定。常压可更换刀盘刀箱的存在降低刀盘开口率，而土压平衡盾构刀盘开口率一般大于泥水平衡盾构，因此该盾构机使用具有较大开口率的带压换刀刀盘。带压换刀刀盘每个轨迹上布置有多把刀具，较常压换刀刀盘每个轨迹上刀具更多。

　　4圆隧道结构布置

　　随着盾构直径增大，盾构隧道已从最初的6m级单洞单线隧道，发展为15m乃至15m级以上超大直径隧道，而隧道内结构布置，功能定位是隧道工程合理规划与布局基础，也是隧道总体设计重要组成部分，定位理念与设计思路决定隧道设计总体方向。

　　4.1Ⅱ标圆隧道内部结构布置

　　上海北横通道的功能定位为中心城区北部东西向快速客运通道，服务北部重点地区的中长距离交通，是三横北线的扩容和补充，主要服务对象为中小型客车。为适应城市功能结构调整，加强东西向发展轴的交通联系，均衡路网交通，提高骨干路网可靠性，北横通道在盾构圆隧道内至上而下设置分别为排烟通道层、上层车道层、下层车道层和管廊通道层。圆隧道内径13.7m，外径15m，管片厚度0.65m，横断面布置原则为:功能分区明确，满足行车、事故疏散、日常维护检修方便的要求。横断面尺寸设计考虑建筑限界要求，为通风、照明、消防、监控、装修等设施提供安装空间，并预留施工误差、路面调坡等余量。

　　4.2武汉三阳路隧道圆隧道内部结构布置

　　武汉三阳路隧道采用公铁隧道合建方案。通过从通道资源利用、地铁换乘、工程拆迁量等角度对公铁合建和公铁分建对比分析，最终得出6车道公铁合建方案在总体规模、工程造价、车站使用功能以及对规划、地面建筑、环境、交通的影响方面均优于分建方案，因此采用公铁隧道合建方案，为提高盾构隧道空间利用率提供途径。隧道上层布置3条3.5m宽车道，并利用限界外空间安装设备箱、射流风机、照明灯具、信号灯、信息板等设备。下层中间孔布置轨道交通7号线，两侧分别布置疏散通道、排烟通道及电缆廊道。

　　5圆隧道内部结构施工

　　为实现圆隧道内部结构快速化施工目的，通常采用内部结构同步进行的施工方式。目前隧道内同步施工主要有现浇和预制2种施工工艺。

　　5.1Ⅱ标内部结构施工工艺

　　北横通道隧道内部结构采用了预制+现浇结合的施工工艺，如图5所示，其中口型构件和烟道板采用预制构件，其余隧道内部结构采用现浇方式施工。施工主要分9个步骤进行:口字件安装→浇筑两侧压重块→浇筑下层车道板→浇筑立柱基础→浇筑两侧立柱→浇筑上层车道板→浇筑烟道板牛腿→施工烟道板→防撞墙及铺装层。图5隧道段内部结构施工流程

　　5.2上海市诸光路通道内部结构施工工艺

　　诸光路通道内部结构施工采用预制拼装施工工艺，如图6所示。隧道内部道路结构分上下层结构。下层结构由π型件、π型预制构件两侧混凝土填充、下层基座(含下层防撞侧石)组成，上层结构由立柱、上层车道板、两侧盖板及上层防撞侧石等组成。除π型预制构件两侧填充、下层基座(含下层防撞侧石)和上层预制车道板两侧后浇梁为现浇结构，其余结构均采用预制拼装工艺，圆隧道段预制装比例>90%(含衬砌管片)。图6圆隧道内部结构施工流程现浇结构整体性好，刚度大，抗震抗冲击性好，防水性好，对不规则平面的适应性强，可根据现场及时调整。而缺点着需大量模板，现场作业量大，工期也较长。与现浇工艺相比，预制拼装工艺具有机械化程度高、现场作业环境好、施工速度快的特点。在实际作业环境中，需要结合分析，采用最适合的方式施工。

　　6结语

　　随着我国经济的不断发展，施工技术，方法和设备的不断进步，管理和各类规范的不断完善，城市建设规模不断扩大。道路交通网络，特别是跨江越海高速铁路隧道，跨江越海公路隧道及城市地下快速通道的建设任务越来越重。为适应越江跨海，城市交通不断发展的需要，盾构正向超大直径、超长距离、超大埋设方向发展，要求盾构技术更大(更大的隧道断面)、更快(能高效掘进，满足工期要求)，更可靠(适应深埋、高水压及多种复杂地质)，能应对各种地质风险，有效解决施工中遇到的各类问题。同时，随着各类新工艺，新产品的建筑材料研发，隧道的内部空间利用也将更为充分，环保。隧道及地下工程事业将会有更大进步及更广泛发展空间。

　　参考文献:

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　　作者：王奕璇

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