［摘要］由于城市建設的急速發(fā)展，交通堵塞、車道數(shù)增加等系列問題突出，因此對超大直徑隧道發(fā)展的需求越來越大。以武漢三陽路長江隧道、上海北橫通道新建工程和諸光路通道新建工程為例，從盾構(gòu)裝備選型、圓隧道結(jié)構(gòu)布置和圓隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工3個方面，結(jié)合工程實際情況進行探討。
［關(guān)鍵詞］盾構(gòu);地下工程;隧道;應用
1工程概況
隨著國家基礎建設逐漸加大，城市化迅速發(fā)展，城市規(guī)模逐步擴大，城市功能逐步完善，車道數(shù)不斷增加，交通需求量不斷增長，很多大中型城市交通矛盾日益突出。在此基礎上，超大直徑隧道在各城市飛速發(fā)展，超大直徑隧道的應用已成為國內(nèi)交通建設重要方向。
2國內(nèi)超大直徑隧道建設情況
從國內(nèi)第1條超大直徑盾構(gòu)法隧道上中路隧道開始，國內(nèi)已建成18條14m以上，在建22條超大直徑隧道，其中34條隧道采用泥水平衡盾構(gòu)工法，6條采用土壓平衡盾構(gòu)工法，超大直徑盾構(gòu)法隧道在國內(nèi)超大直徑隧道施工中獲得成功應用，山東省1例，江蘇省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，廣東省1例。從目前眾多超大直徑隧道的建設，可得出以下特征(多功能，公軌相結(jié)合的隧道(三陽路越江隧道)、以改善市區(qū)交通為主要目地的快速通道(北橫地下快速通道))，從建設方式角度出發(fā)(預制加現(xiàn)澆和預制為主的建設模式(諸光路通道))，這里以武漢三陽路長江隧道、上海北橫通道新建工程和諸光路通道新建工程為例，如表1所示。
2.1武漢市三陽路長江隧道
武漢市三陽路長江隧道是長江中游首條超大直徑盾構(gòu)法隧道，是國內(nèi)首條公鐵合建的超大型盾構(gòu)法隧道，更是我國最大直徑的盾構(gòu)法隧道。工程涵蓋高水頭復合地層超大盾構(gòu)掘進，如圖1所示，兩岸超深基坑施工及狹小空間環(huán)境中地鐵盾構(gòu)掘進施工等內(nèi)容，還具有周邊環(huán)境復雜、建設周期短的特點。武昌側(cè)經(jīng)和平大道秦園路穿越長江，到達漢口側(cè)三陽路，全長2926m，其中圓隧道段長2590m，隧道外徑15.2m，內(nèi)徑13.9m，采用215.76m泥水氣平衡盾構(gòu)掘進施工。隧道分為2層設計，上層為公路隧道，設雙管雙向6車道，下層為地鐵7號線過江通道。
2.2上海市北橫通道新建工程Ⅱ標
上海市北橫通道新建工程Ⅱ標如圖2所示，始建于2014年12月23日，是中心城區(qū)北部東西向小客車專用通道，西起北虹路，東至長壽路天目西路，全長約7788.77m，圓隧道段長6416m，其中中江路工作井至中山公園工作井盾構(gòu)段長2751m，中山公園工作井至篩網(wǎng)廠工作井盾構(gòu)段長3665m，隧道外徑15m，內(nèi)徑13.7m，環(huán)寬2m，采用115.56m泥水氣壓平衡盾構(gòu)機掘進施工。隧道建設規(guī)模為單管雙層雙向6車道。
2.3上海市諸光路通道新建工程
上海市諸光路通道新建工程始建于2015年6月，于2019年8月建成通車，位于閔行區(qū)、青浦區(qū)境內(nèi)，北起北青公路，南至崧澤高架路南側(cè)，長約2.8km，其中圓隧道段長約1390m，隧道外徑14m，內(nèi)徑12.8m，環(huán)寬2m，采用114.45m土壓平衡盾構(gòu)機掘進施工。隧道建設規(guī)模為單管雙層雙向4車道，設計時速為40km/h，諸光路新建工程地質(zhì)情況如圖3所示。
3盾構(gòu)裝備選型
盾構(gòu)機選型對于隧道建設而言至關(guān)重要。根據(jù)不同水文地質(zhì)條件、地面環(huán)境、隧道周邊建構(gòu)筑物和隧道結(jié)構(gòu)等因素選擇恰當?shù)亩軜?gòu)機型式及適應現(xiàn)場工況的結(jié)構(gòu)部件，是盾構(gòu)施工成功前提。盾構(gòu)機型選擇主要有土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)2種。當?shù)貙訚B透系數(shù)＜10－7m/s時，宜選用土壓平衡盾構(gòu);當?shù)貙訚B透系數(shù)＞10－4m/s時，宜選用泥水平衡盾構(gòu);當?shù)貙拥臐B透系數(shù)在10－7～10－4m/s時，既可選用土壓平衡盾構(gòu)，也可選用泥水平衡盾構(gòu)。盾構(gòu)類型與地層顆粒級配關(guān)系如圖4所示。圖4盾構(gòu)類型與地層顆粒級配關(guān)系3.1武漢三陽路隧道盾構(gòu)設備選用武漢三陽路隧道掘進地層滲透系數(shù)高，因此采用泥水氣平衡盾構(gòu)，利用氣壓精準調(diào)控開挖面壓力，保證開挖面穩(wěn)定。為應對隧道掘進線路中會遇到的軟硬不均地層，盾構(gòu)配置常壓換刀刀盤，在軟土區(qū)段常壓可更換刀桶位置配置齒刀切削土體。當盾構(gòu)在硬巖地層中掘進時，將常壓可更換齒刀更換為滾刀，保障盾構(gòu)在硬巖中的掘進能力和施工作業(yè)人員的安全。由于盾構(gòu)刀盤中心處沒有開口，對盾構(gòu)在粘性地層中掘進提出更高要求，否則可能出現(xiàn)盾構(gòu)刀盤結(jié)泥等問題，嚴重降低盾構(gòu)施工效率。3.2上海北橫通道盾構(gòu)設備選用北橫通道工程也采用了泥水氣平衡盾構(gòu)，并配置常壓換刀刀盤。由于盾構(gòu)掘進線路中沒有硬巖區(qū)段，主要為黏土、砂層等，因此無需配置滾刀，盾構(gòu)刀盤可常壓更換刀具布置于開口兩側(cè)的刮刀處。由于北橫通道線路存在轉(zhuǎn)彎半徑為500m的急曲線段，因此將管片外徑與盾尾刷調(diào)整環(huán)間隙為適應性設置為50mm，以便在小曲線施工時有足夠的盾尾間隙。3.3上海諸光路通道盾構(gòu)設備選用諸光路通道工程采用國內(nèi)最大的土壓平衡盾構(gòu)機施工，通過調(diào)整土倉內(nèi)土壓力與開挖面水土壓力保持平衡，保證開挖面穩(wěn)定。常壓可更換刀盤刀箱的存在降低刀盤開口率，而土壓平衡盾構(gòu)刀盤開口率一般大于泥水平衡盾構(gòu)，因此該盾構(gòu)機使用具有較大開口率的帶壓換刀刀盤。帶壓換刀刀盤每個軌跡上布置有多把刀具，較常壓換刀刀盤每個軌跡上刀具更多。
4圓隧道結(jié)構(gòu)布置
隨著盾構(gòu)直徑增大，盾構(gòu)隧道已從最初的6m級單洞單線隧道，發(fā)展為15m乃至15m級以上超大直徑隧道，而隧道內(nèi)結(jié)構(gòu)布置，功能定位是隧道工程合理規(guī)劃與布局基礎，也是隧道總體設計重要組成部分，定位理念與設計思路決定隧道設計總體方向。
4.1Ⅱ標圓隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置
上海北橫通道的功能定位為中心城區(qū)北部東西向快速客運通道，服務北部重點地區(qū)的中長距離交通，是三橫北線的擴容和補充，主要服務對象為中小型客車。為適應城市功能結(jié)構(gòu)調(diào)整，加強東西向發(fā)展軸的交通聯(lián)系，均衡路網(wǎng)交通，提高骨干路網(wǎng)可靠性，北橫通道在盾構(gòu)圓隧道內(nèi)至上而下設置分別為排煙通道層、上層車道層、下層車道層和管廊通道層。圓隧道內(nèi)徑13.7m，外徑15m，管片厚度0.65m，橫斷面布置原則為:功能分區(qū)明確，滿足行車、事故疏散、日常維護檢修方便的要求。橫斷面尺寸設計考慮建筑限界要求，為通風、照明、消防、監(jiān)控、裝修等設施提供安裝空間，并預留施工誤差、路面調(diào)坡等余量。
4.2武漢三陽路隧道圓隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置
武漢三陽路隧道采用公鐵隧道合建方案。通過從通道資源利用、地鐵換乘、工程拆遷量等角度對公鐵合建和公鐵分建對比分析，最終得出6車道公鐵合建方案在總體規(guī)模、工程造價、車站使用功能以及對規(guī)劃、地面建筑、環(huán)境、交通的影響方面均優(yōu)于分建方案，因此采用公鐵隧道合建方案，為提高盾構(gòu)隧道空間利用率提供途徑。隧道上層布置3條3.5m寬車道，并利用限界外空間安裝設備箱、射流風機、照明燈具、信號燈、信息板等設備。下層中間孔布置軌道交通7號線，兩側(cè)分別布置疏散通道、排煙通道及電纜廊道。
5圓隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工
為實現(xiàn)圓隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)快速化施工目的，通常采用內(nèi)部結(jié)構(gòu)同步進行的施工方式。目前隧道內(nèi)同步施工主要有現(xiàn)澆和預制2種施工工藝。
5.1Ⅱ標內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工工藝
北橫通道隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用了預制+現(xiàn)澆結(jié)合的施工工藝，如圖5所示，其中口型構(gòu)件和煙道板采用預制構(gòu)件，其余隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆方式施工。施工主要分9個步驟進行:口字件安裝→澆筑兩側(cè)壓重塊→澆筑下層車道板→澆筑立柱基礎→澆筑兩側(cè)立柱→澆筑上層車道板→澆筑煙道板牛腿→施工煙道板→防撞墻及鋪裝層。圖5隧道段內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工流程
5.2上海市諸光路通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工工藝
諸光路通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工采用預制拼裝施工工藝，如圖6所示。隧道內(nèi)部道路結(jié)構(gòu)分上下層結(jié)構(gòu)。下層結(jié)構(gòu)由π型件、π型預制構(gòu)件兩側(cè)混凝土填充、下層基座(含下層防撞側(cè)石)組成，上層結(jié)構(gòu)由立柱、上層車道板、兩側(cè)蓋板及上層防撞側(cè)石等組成。除π型預制構(gòu)件兩側(cè)填充、下層基座(含下層防撞側(cè)石)和上層預制車道板兩側(cè)后澆梁為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，其余結(jié)構(gòu)均采用預制拼裝工藝，圓隧道段預制裝比例＞90%(含襯砌管片)。圖6圓隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工流程現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)整體性好，剛度大，抗震抗沖擊性好，防水性好，對不規(guī)則平面的適應性強，可根據(jù)現(xiàn)場及時調(diào)整。而缺點著需大量模板，現(xiàn)場作業(yè)量大，工期也較長。與現(xiàn)澆工藝相比，預制拼裝工藝具有機械化程度高、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境好、施工速度快的特點。在實際作業(yè)環(huán)境中，需要結(jié)合分析，采用最適合的方式施工。
6結(jié)語
隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，施工技術(shù)，方法和設備的不斷進步，管理和各類規(guī)范的不斷完善，城市建設規(guī)模不斷擴大。道路交通網(wǎng)絡，特別是跨江越海高速鐵路隧道，跨江越海公路隧道及城市地下快速通道的建設任務越來越重。為適應越江跨海，城市交通不斷發(fā)展的需要，盾構(gòu)正向超大直徑、超長距離、超大埋設方向發(fā)展，要求盾構(gòu)技術(shù)更大(更大的隧道斷面)、更快(能高效掘進，滿足工期要求)，更可靠(適應深埋、高水壓及多種復雜地質(zhì))，能應對各種地質(zhì)風險，有效解決施工中遇到的各類問題。同時，隨著各類新工藝，新產(chǎn)品的建筑材料研發(fā)，隧道的內(nèi)部空間利用也將更為充分，環(huán)保。隧道及地下工程事業(yè)將會有更大進步及更廣泛發(fā)展空間。
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