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高水压浅覆土复杂地形地质超大直径长江盾构隧道成套工程技术
 
来源:    发布时间:2015-02-13 17:22
 
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  南京长江隧道是世界上在强渗透高磨蚀地层中修建的直径最大、水压最高、覆跨比最小的水下盾构隧道。隧道全长3905m,其中盾构段3022m,双向6车道,行车速度80km/h,于2005年9月开工,2010年5月通车。工程建设面临超大直径(Φ14.93m、世界第二)、高水压(0.65MPa)、地层强渗透性(85%的地段穿越粉细砂、砾砂、卵石地层,最大渗透系数43.2m/d)、地层高磨蚀性(最大石英含量60%,卵石最大粒径约30cm,最大标贯击数>50,该地层平均50m需更换1次刀具)、长距离掘进(一次掘进长度3022m)、超浅覆土(江中覆土最薄处10.49m)、地形陡变(次深槽紧邻防洪堤坡脚)等一系列技术挑战,是当时国内建设难度最大的水下隧道。本项目从保证结构长久安全与耐久性、盾构长距离安全掘进、提高工程经济性等方面开展系统研究,形成了成套工程技术。

  主要创新成果有:

  1.构建了超大直径盾构隧道设计施工营运全过程结构安全保障技术体系,系统解决了隧道衬砌结构在高水压强渗透地层施工期的稳定性控制、管片耐久性设计与制备、结构抗火性能与灾后评估等技术难题,实现了超大直径盾构隧道结构的优化设计,保证了工程的长久稳定与安全。

  2.开发了适应高磨蚀性密实砂卵石砾石地层刀具配置技术,创新了刀具更换技术与进舱泥膜技术,攻克了高水压高磨蚀地层超大直径盾构长距离连续掘进技术难题,保证了施工安全与工期。

  3.建立了高水压强渗透浅覆土地形陡变条件下超大直径泥水盾构安全掘进和开挖面稳定控制技术体系,保证了困难条件下穿越深槽与超浅覆土始发安全,突破了盾构隧道施工覆土厚度的常规极限值,大幅缩短了隧道长度,提高了经济性。

  本项目成果的应用不仅保证了工程的安全性、经济性和施工质量,且工程和技术的各种指标先进:⑴是世界上在强渗透地层中修建的直径最大的盾构隧道;⑵是世界上在水下强渗透地层中修建的覆跨比最小的盾构隧道;⑶是世界上在强渗透地层中水压力最高的盾构隧道;⑷将国内在复杂地层中盾构隧道直径由11米级提升至15米级;⑸隧道无渗漏水,实测管片错台量最大为5mm,95%的错台量小于3mm。

  已获授权国家专利25项(其中发明专利8项),软件著作权3项,国家级工法1项,发表论文125篇,论著2部。工程获2012-2013年度“鲁班奖”和2013年全国工程建设项目优秀设计成果一等奖。

  成果全面应用于南京长江隧道,节省建设资金1.64亿元;推广应用于扬州瘦西湖隧道、南京地铁十号线大盾构越长江区间、广深港高铁益田路隧道和深港隧道、杭州环城北路地下快速路通道、南京纬三路长江隧道、南京梅子洲过江通道右汊隧道、武汉三阳路过江隧道等多项工程,节省建设资金3.44亿元。本项目是在大型水下盾构隧道修建技术领域的重大突破,极大推进了本领域的科技进步,对此后相继建设的隧道工程起到了引领和示范作用。

  该项目荣获国家科技进步二等奖,主要完成单位有中国铁建股份有限公司,中铁十四局集团有限公司,中铁第四勘察设计院集团有限公司,西南交通大学,东南大学,河海大学,北京交通大学,主要完成人有肖清明、王守慧、沙明元、韩风险、郭信君、何川、钱春香、韩向阳、王华伟、朱伟。