《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《​北京地铁新机场线盾构装备及施工关键技术与振动影响规律研究》​

本期项目简介

完成单位: 北京市政建设集团有限责任公司、 北京高新市政工程科技有限公司

主要完成人: 孔恒、 王全贤、 张新全、 赵东华、 王晓婵、 杨冬梅、 高胜雷、 孙文智、 孙俊杰、 王志芬、 朱水鹏、 胡朋、 刘梦、 赵智勇、 杜博然

项目简介

　　(一)项目背景

　　随着我国地铁建设的迅速发展,地铁网络不断完善,城市地下空间开发利用的规模也在不断扩大,盾构法施工在不断普及和高速发展的同时也面临着更大的挑战,盾构法施工将不断向大深度、急曲线、长距离、大直径的趋势发展。区别于以往城市地铁6m直径的盾构机,超过8m直径的盾构机在国内市域快速轨道交通盾构隧道领域的应用,有望成为未来的发展趋势。该技术成果研究依托于北京轨道交通新机场线工程,该工程是服务于北京新机场航空客流的专用线路,为新机场航空旅客提供快速、直达、舒适的公共交通服务。线路南起新机场北航站楼(远期延伸至南航站楼),北至草桥。运营设计时速为160km/h,在国内城市轨道交通领域尚属首次。

　　本课题依托工程六环外盾构始发井至磁各庄盾构区段区间长2783m,隧道覆土厚8.7~19.0m,隧道外径为8800mm,内径为7900mm,管片宽度为1600mm。区间线路基本沿规划东环路南北向敷设,区间南起盾构始发井,向北依次下穿南六环、侧穿广顺桥,下穿新凤河等后到达盾构接收井。

　　(二)技术概况

　　本科技成果涉及以下三项关键技术:

　　1.8.8m直径盾构设备改进关键技术研究北京首次采用8.8m直径盾构机,区别于以往城市地铁6m直径的盾构机,在对工程概况、地质参数进行充分分析的基础上,对适应于8.8m直径盾构机的特性及配套设备进行了充分研制,具体包括盾构机选型、刀盘刀具设计、刀盘驱动方式、刀盘扭矩、刀盘推力、铰接装置、后配套设备、管片选型以及其他部件的研究。

　　2.8.8m直径盾构隧道施工关键技术研究通过借鉴6m直径盾构隧道施工技术并结合8.8m直径盾构机特点,从场地规划、盾构始发、盾构掘进、微扰动控制、盾构接收等方面进行了系统研究,最终形成了成套关键技术并成功应用。

　　3.8.8m直径地铁隧道震动响应规律研究通过理论分析和现场测试,对盾构施工诱发振动振源识别、振动在地层中的传播和衰减规律、160km/h列车时速下诱发振动在地层中的传播和衰减规律进行了研究,最终对160km/h列车时速地铁运行引起的环境振动进行评价,结果发现对于建筑物和周围居民的正常生活影响较小。

　　(三)适用范围

　　北京地铁新机场线160km/h盾构装备及施工关键技术与振动影响规律研究从盾构机设备角度来说,主要适用于土压平衡盾构机,从施工的隧道断面外径角度来说,为外径8.8m隧道的施工。

　　(四)获奖情况

　　(1)成果经北京市建委组织鉴定,成果达到国际领先水平。

　　(2)取得实用新型专利11项。

项目创新点

　　(1)结合160km/h地铁盾构隧道建设要求及地质条件,在盾构选型、刀盘设计及后配套系统等方面对盾构机进行了重要改进,提出8.8m盾构设备快速掘进成套关键技术,通过研究8.8m直径盾构始发端头加固方法、始发反力架的形式和安装、始发基座的安装和布置、负环管片拼装等一系列关键技术以及该成套技术的应用,实现了安全、高效掘进。

　　(2)针对不同地层,通过优化掘进参数、渣土改良技术的应用,提出了穿越不同风险模式下的盾构掘进参数与配套技术控制方法,形成了直径8.8m盾构掘进微扰动控制成套技术,成功近距离穿越了桥桩、河流、建(构)筑物等敏感性风险源,地表沉降量控制在9.8mm以内。

　　(3)揭示了160km/h列车时速下诱发振动对地铁隧道的动力影响规律,为地铁的运营环境评价及结构耐久性评价提供了基础。

同类项目比较

　　北京新机场线是首个采用PPP模式建设运营的轨道交通项目,采用城际铁路标准,最高时速达到160km/h,是目前国内最快的城市轨道交通工程。相比于传统单线直径6m盾构机,直径8郾8m大盾构对周围土体的影响更大。该盾构断面在国内具有代表性,盾构市场前景广阔。通过该工程致力于形成一整套设备加工、参数选取、隧道建造、后期运营保修维护的综合技术。

应用案例

　　本研究成果成功应用于北京轨道交通新机场线一期工程土建施工04合同段,本工程包括出入段线、磁各庄站(不含)至路基段区间,其中盾构段即盾构始发井至磁各庄盾构区段区间长2783m。

　　本工程在实施过程中,通过应用该成果成功实现了8郾8m直径盾构日最高掘进42环的记录,双线盾构掘进累计历时10个月。在保障快速施工的同时,又大大减少了工期。其间成功穿越新风河及桥梁、南六环等重要建筑物,针对不同风险源提出了穿越不同风险源模式下的盾构掘进参数与配套技术控制的方法,为新机场线04标的施工提供了助力,同时也为新机场线04标盾构区间“双线冶的胜利贯通打下了坚实的基础。

　　目前该工程自2019年9月底开通运营以来,结构稳定,列车运行平稳,具备地铁运营的安全使用功能。

社会效益与经济效益

　　(一)经济效益

　　(1)该工程形成8.8m盾构设备快速掘进成套关键技术,解决了现场施工组织协调问题,节约工期,有着良好的经济效益。

　　(2)盾构隧道穿越过程中提出了穿越不同风险源模式下的盾构掘进参数与配套技术控制的方法,在保证工程施工安全的情况下,降低工程投入产出比。

　　(二)社会效益

　　(1)8.8m盾构设备快速掘进成套关键技术成功应用于该项目,成功实现了8.8m直径盾构日最高掘进33环的记录,双线盾构掘进累计历时10个月。

　　(2)针对不同风险源提出了穿越不同风险源模式下的盾构掘进参数与配套技术控制的方法,将进一步改善整体工程的施工质量。

　　(3)该技术成果为新机场线04标的施工提供了助力,同时也为新机场线04标盾构区间“双线冶的胜利贯通打下了坚实的基础。