[交通科技成果数据库]
王华伟;陈健;王守慧;戴洪伟
摘要:㈠立项背景:国内在长大型跨江、跨海隧道修建方面刚刚起步,随着铁路、公路、轨道交通、水利事业、军工事业等一系列行业的发展,跨越江河海湾、连接岛屿及大陆的长大隧道将陆续修建,隧道在国防、战备、通航、环保等方面优势明显,大直径盾构施工前景广阔,同时复杂地形地质的建设条件和更高的通航标准也对大直径盾构隧道提出了迫切需求。南京长江隧道位于长江大桥和三桥之间,是南京市跨江发展战略的标志性工程,也是目前长江流域难度最大、地质情况最复杂的隧道,被称为中国“水下施工第一难”。盾构隧道双线长3020米,选用两台直径约15m泥水盾构施工,隧道主要穿越粉细砂、砾砂、圆砾和钙质泥岩等。工程具有以下特点:⑴是世界上同类地质条件直径最大的盾构隧道。⑵水土压力为盾构隧道世界之最,高达每平方厘米6.5公斤。⑶始发段埋深仅5.5米,在世界同类隧道中是最浅的。⑷隧道88.5%为强透水层。⑸超浅埋、大直径、强透水、高水压、地质条件复杂,超过世界同类工程的风险防范极限。㈡关键技术和创新点:中铁十四局集团公司依托南京长江隧道工程,针对复杂地形地质条件下超大直径泥水盾构穿越长江技术难题,历经五年科研攻关,取得以下主要创新成果:⑴穿越江中浅覆土地段施工技术:阐明了泥水盾构掘进劈裂机理,提出了泥水突出压力的判别标准,建立了高水压、小覆土、突变地层大直径泥水平衡盾构安全掘进模式及掘进参数的理论体系,成功解决了穿越江中冲槽段技术难题,填补了国内外同类施工空白。⑵泥浆及成膜关键技术:自主开发了高水压、强透水性地层中大直径盾构开舱泥膜的形成技术,保证了人员和工程安全;首次明确三种泥膜的形成条件、泥浆与地层的匹配关系;通过添加弃浆中的粘土组分,提高了泥浆的环保和经济性。⑶砂砾卵石地层中掘进刀具磨损及更换关键技术:揭示了超大直径泥水盾构砂卵石地层刀具切削机理,提出砂卵石地层中各类刀具的地层适应性,并建立相应的刀具配置技术体系,提出了刀具优化改进方案并成功应用实施;首次形成了高水压条件下(0.65MPa)泥水盾构常压刀具更换技术,解决了在砂砾卵石地层掘进刀具磨损重大技术难题;高压换刀技术填补了国内空白,形成了高压进舱换刀工艺流程。⑷超大直径盾构隧道衬砌结构基于监控的施工安全控制技术: 建立了管片脱出盾尾时结构的受力分析模型,明确了施工过程中隧道结构的受力状态,提出了盾构隧道施工上浮控制技术措施,确保盾构推进过程中隧道衬砌结构的质量安全。㈢推动行业进步及应用情况:成果填补了在大直径、高水压、强透水、砂卵石复合地层中盾构施工空白,提升了我国在水下超大直径盾构隧道施工领域的领先地位。在南京长江隧道全面应用,在扬州瘦西湖隧道、南京地铁十号线大盾构区间等工程推广应用。㈣知识产权等成果:南京长江隧道工程被授予中国建设工程“鲁班奖”,全国建筑业第六批新技术应用示范工程,山东省企业重大创新成果奖;获得包括4项发明专利在内的专利、软件著作权和工法等各类知识产权27项;发表论文65篇。