《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《​成都富水漂卵石地层盾构施工关键技术》​

本期项目简介

完成单位: 中铁十六局集团有限公司、 中铁十六局集团地铁工程有限公司、 中铁二十局集团有限公司

主要完成人: 杨立伟、 张广鹏、 李宏达、 李胜义、 刘世雨、 刘成宝、 李媛、 李纯龙、 戴兵、 王连富

项目简介

　　本项目依托成都地铁六号线土建2标盾构隧道工程进行研究,属隧道及地下工程领域。该项目盾构隧道所穿越地层为典型的富水漂卵石地层,通过在施工过程中及参考现有的相关方案和关键措施的归纳总结,最终取得了如下成果:

　　(1)揭示了富水漂卵石地层盾构破岩机理,研发了适应富水漂卵石地层的刀盘刀具、螺旋机等土压盾构设备,解决了漂卵石地层盾构长距离高效掘进难题。

　　(2)研发了基于土压盾构的渣土筛分技术及盾构轮式快速过站技术,实现了渣土绿色分选、循环利用和盾构机快速过站。

　　(3)提出了渣土改良和土仓漂石清除技术,解决了漂卵石地层盾构掘进扭矩大、易喷涌、易超挖的难题。

　　(4)研发了盾体周边饱和注浆技术,解决了富水漂卵石地层盾构施工地表沉降控制难题。经中国铁建股份有限公司组织的专家鉴定,项目成果总体达到国际先进水平,盾体周边饱和注浆技术达到国际领先水平。项目成果已经成功推广到成都铁6号线全线及成都地铁5号线部分类似地层的盾构工程施工中,极大地推动了我国漂卵石地层盾构工程施工的技术创新和科技进步。项目获授权专利6项、科学技术奖1项、省部级工法3项、发表学术论文4篇。

项目创新点

　　本项目依托成都地铁六号线土建2标盾构隧道工程,根据该区域富水漂卵石地层特点,开展了成都富水漂卵石地层盾构施工关键技术研究,取得了如下成果:(1)揭示了富水漂卵石地层盾构破岩机理,研发了适应富水漂卵石地层的刀盘刀具、螺旋机等土压盾构设备,解决了漂卵石地层盾构长距离高效掘进难题。(2)研发了基于土压盾构的渣土筛分技术及盾构轮式快速过站技术,实现了渣土绿色分选、循环利用和盾构机快速过站。(3)提出了渣土改良和土仓漂石清除技术,解决了漂卵石地层盾构掘进扭矩大、易喷涌、易超挖的难题。(4)研发了盾体周边饱和注浆技术,解决了富水漂卵石地层盾构施工地表沉降控制难题。

同类项目比较

　　漂卵石地层盾构掘进,在国内外都属于一个较新的研究课题。多年来,国内外学者对在漂卵石地层中盾构掘进刀盘刀具磨损、地表沉降等方面做了大量的研究工作。但关于富水并包含较大粒径的漂卵石地层盾构掘进成套技术研究较少,因此本课题依托成都六号线土建2标区间盾构隧道工程对富水漂卵石地层盾构掘进关键技术进行研究。

　　目前就已施工的城市地铁区间隧道来看,运用盾构法在漂卵石地层施工的较少,世界上仅在意大利都灵、新加坡和中国台湾的地铁建设中采用过。国内具代表性的漂卵石地层主要为成都、北京、沈阳三地。而成都地区的漂卵石层,与其他城市的漂卵石地层相比,分布范围更广,层厚更大,卵石含量与最大卵石直径相对更大,且地下水位相对更浅,具有很强的区域性。针对成都地区漂卵石层粒径分布不均、漂砾含量多等特征,目前还没有成熟的漂卵石层盾构掘进理论可供参考,这为盾构施工带来了极大的难题。地层变形的诱发因素是多样的,由于没有完全掌握漂卵石层的地层特性,极易诱发地层变形,这些问题亟待解决。

　　通过国内外查新,均未见有与该查新项目技术特点相符的文献报道。综上所述,研究并建立安全、高效、经济的大粒径漂卵石地层盾构施工方法,对于保障成都市轨道交通建设按规划进度执行,具有相当重要的工程研究意义及经济实用价值,同时对于其他地铁、公路、水利等隧道穿越大粒径漂卵石地层也具有重要的参考和借鉴意义。

应用案例

　　成都地铁六号线土建2标盾构隧道工程,采用成都富水漂卵石地层盾构施工关键技术进行地铁施工。施工过程中存在施工参考经验罕见、地质条件复杂、隧道沿线建筑物多等一系列难题。通过开展“成都富水漂卵石地层盾构施工关键技术冶研究,提高了富水漂卵石地层中地铁施工理论水平,形成了诸多技术成果,控制了施工风险,提高了施工效率,对于保障成都市城市轨道交通建设按规划进度执行,具有相当重要的工程研究意义及经济实用价值,同时对于其他地铁、公路、水利等隧道穿越采空区工程也具有重要的参考和借鉴意义。

社会效益与经济效益

　　(一)经济效益

　　采用盾构机轮式快速过站,节省了过站时间20天,按费用4郾0万元/天计,共计节约费用80万元;节约大型起重机械费用约40万元。因此,盾构机轮式快速过站技术节约费用总计约120万元。

　　在盾构隧道施工中采用刀具、螺旋机配置+渣土改良+土仓漂石清除+盾体周边饱和注浆的综合技术方案,比计划月掘进180m快了1郾6倍,达到月掘进290m的漂石地层掘进速度。共计节省劳动力120工天,按费用4万元/天算,共计节约费用480万元。

　　采取渣土筛分施工工法,使本工程的渣土基本得到分离再利用,经计算本工程理论可出渣约195600m3的渣土。渣土筛分可得渣料的量190000m3砂石料,单价为80元/m3,获取砂石料费用1520万元。综上,共节约建设成本总计约2120万元。

　　(二)社会效益

　　本课题开发、应用的关键技术,科学严谨,经济实用,受到设计、监理、业主的一致好评,展现了我集团公司的科技实力,提高了我单位的信誉,对于国内此类工程的施工提供了宝贵的理论和施工工艺,为社会和国家创造了一笔无形的巨大财富。

　　课题成果代表了目前国内建筑行业的领先水平,作为国内典型砂卵石地层盾构隧道工程,本课题可填补国内相关研究的空白,形成富水砂卵石地层盾构施工成套技术成果;通过推广应用,为成都甚至全国类似工程的设计、勘察、施工提供技术支持,最终产生良好的经济、社会、环境效益。