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超大直径盾构隧道连载(三十二):多种创新工法的融合——日本东京外环道(关越—东名区间)工程

   2021-03-09 5510
核心提示:作为东京奥运会的配套工程,东京外环道路工程关越—东名段区间分为南行北行两条隧道施工,全长约16.2km,采用4台16.1m的土压平衡盾构机掘进,这也是日本目前最大直径盾构,施工中面临诸多技术挑战,就让小编为大家介绍一下该工程的一些技术亮点吧!

工程名片

日本东京外环道(关越—东名区间)·日本

2014年-至今

建设单位:东日本高速道路、中日本高速道路

施工单位:鹿岛建设、大林组、清水建设、大成建设

掘进装备:Φ16.1m土压平衡盾构*4

关键词:同步推拼系统 接力式换刀 双重刀盘 倾斜型刀盘

工程概况

日本东京外环道为东京三环之一,是一条距市中心约15km、全长约85km环形公路。其主线隧道(关越-东名区间)是2条全长约16.2km的盾构隧道,采用了日本最大级Φ16.1m盾构机开挖Φ15.8m隧道。

工程线路图

盾构装备

由于主线隧道掘进距离长,又要求在大断面、长距离、快速施工的严峻条件下施工,因此采用从东名JCT侧以及大泉JCT侧两头掘进的方式,共计4台Φ16.1m土压平衡盾构机展开掘进。

工程标段划分

■ 东名北(南行)盾构机采用“接力式换刀工法”,能够多次更换全部242把先行刀;搭载铰接装置减轻管片所受荷载;配备“LoseZero”同步推拼系统。

■ 东名北(北行)盾构机采用“ASCOM”同步推拼系统,通过控制合力作用点对盾构千斤顶的压力进行调整;应用“双重刀盘工法”,将刀盘分成内圈和外圈,以不同速度旋转切削土体实现高效切削,可减少30%左右的耗电量。

■ 大泉南(南行)盾构机其刀盘可实现5°倾斜用于切削地下障碍物;搭载铰接装置应对复杂的纵断曲线和平面曲线;使用长寿刀具达到一般刀具3倍的耐久性能;采用“F-NAVI同步推拼工法”。

■ 大泉南(北行)盾构机采用倾斜型刀盘和高速回转·低速推进机构应对地下障碍物;搭载“LoseZero”同步推拼系统;设置4道盾尾刷,并全部填充聚氨酯密封。

盾构同步推拼系统和铰接装置

隧道掘进

盾构始发

2017年2月19日,东名工作井内盾构机始发掘进。2019年1月26日,大泉工作井内盾构机始发掘进。

东名JCT地下70m竖井始发隧道

洞内情形(东名北行)

大泉JCT隧道工地现场

大泉工作井南行盾构始发
 

接力式换刀工法

东名JCT始发的南行盾构机重约4000t,采用“接力式换刀工法”,可多次更换全部242把先行刀。作业人员可进入刀盘辐条内部的构造,安全地从刀盘背面进行换刀作业。采用这种方法,依据检测刀具获得的磨损程度等信息,可在任何时间段内进行任意次数的换刀。

东名始发南行盾构机的特征

双重刀盘工法

东名JCT始发的北行盾构机重量约3700t,采用了“双重刀盘工法”。该工法将刀盘分成内圈和外圈,内圈刀盘能够以外圈刀盘2倍左右的速度旋转,同时内圈刀盘可沿隧道掘进方向滑动30cm进行先行切削。通过这种方式达到高效切削,相比单一驱动方式的大断面盾构机可减少30%左右的耗电量。

东名始发北行盾构机的特征

F-NAVI同步推拼工法

大泉JCT始发的南行盾构机重量约4000t,采用了 “F-NAVI同步推拼工法”。该工法主要由利用独立液压系统实现掘进中可摆动的铰接装置以及盾构推进油缸的自动压力控制装置组成。

大泉始发南行盾构机的特征

倾斜型刀盘和特殊强化型先行刀

大泉JCT始发的北行盾构机重量约4000t,其主要特征是配备了倾斜型刀盘和特殊强化型先行刀,用以应对浅层的地下障碍物。

大泉始发北行盾构机的特征

倾斜型刀盘能够上下倾斜5°,可间歇性地切入岩土,减轻切削障碍物时的负荷。特殊强化型先行刀是布置了具有高耐磨性、高耐冲击性的扇形刀具,可直接切削障碍物,并且无需换刀即可完成之后6.5km以上的长距离掘进。

地下对接设计

4台盾构机分别从东名侧和大泉侧始发,采用地下对接技术完成隧道掘进。

盾构机将于井之头大道附近实现地下对接,对接时采用冻结工法加固周边土体,实现盾构对接及解体工作。

盾构隧道对接冻结法示意图

新型地下扩挖技术助力区间隧道建设

主线隧道内共设置东名JCT、中央JCT、青梅IC、大泉JCT4处出入口,并在这些出入口采用新型施工工艺实现非开挖扩挖接合。

  

      CS-SC工法                                     大泉JCT扩挖示意图

在东名JCT和大泉JCT出入口将采用直线管幕+曲线管幕,配合TUF管片、NATM工艺实现非开挖扩挖施工。

“圆周盾构工法”验证试验

目前,中央JCT出入口采用2种正在验证试验阶段的创新工艺实现扩挖。其中,CS-SC工法是采用圆周盾构在既有隧道外圈构筑始发基地,然后连接纵断方向的盾构隧道(外壳盾构)形成外壳部位;而左轮手枪工法采用小断面圆形盾构机,将多个小断面组合成圆形念珠状的管幕结构,待完成所有管幕施工后,在内部进行土砂挖掘,从而构筑大型地下空间。

 
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