《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第三部分隧道《?北京地鐵新機(jī)場(chǎng)線盾構(gòu)裝備及施工關(guān)鍵技術(shù)與振動(dòng)影響規(guī)律研究》?

本期項(xiàng)目簡(jiǎn)介

完成單位: 北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司、 北京高新市政工程科技有限公司

主要完成人: 孔恒、 王全賢、 張新全、 趙東華、 王曉嬋、 楊冬梅、 高勝雷、 孫文智、 孫俊杰、 王志芬、 朱水鵬、 胡朋、 劉夢(mèng)、 趙智勇、 杜博然

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　(一)項(xiàng)目背景

　　隨著我國(guó)地鐵建設(shè)的迅速發(fā)展,地鐵網(wǎng)絡(luò)不斷完善,城市地下空間開發(fā)利用的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大,盾構(gòu)法施工在不斷普及和高速發(fā)展的同時(shí)也面臨著更大的挑戰(zhàn),盾構(gòu)法施工將不斷向大深度、急曲線、長(zhǎng)距離、大直徑的趨勢(shì)發(fā)展。區(qū)別于以往城市地鐵6m直徑的盾構(gòu)機(jī),超過8m直徑的盾構(gòu)機(jī)在國(guó)內(nèi)市域快速軌道交通盾構(gòu)隧道領(lǐng)域的應(yīng)用,有望成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。該技術(shù)成果研究依托于北京軌道交通新機(jī)場(chǎng)線工程,該工程是服務(wù)于北京新機(jī)場(chǎng)航空客流的專用線路,為新機(jī)場(chǎng)航空旅客提供快速、直達(dá)、舒適的公共交通服務(wù)。線路南起新機(jī)場(chǎng)北航站樓(遠(yuǎn)期延伸至南航站樓),北至草橋。運(yùn)營(yíng)設(shè)計(jì)時(shí)速為160km/h,在國(guó)內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域尚屬首次。

　　本課題依托工程六環(huán)外盾構(gòu)始發(fā)井至磁各莊盾構(gòu)區(qū)段區(qū)間長(zhǎng)2783m,隧道覆土厚8.7~19.0m,隧道外徑為8800mm,內(nèi)徑為7900mm,管片寬度為1600mm。區(qū)間線路基本沿規(guī)劃東環(huán)路南北向敷設(shè),區(qū)間南起盾構(gòu)始發(fā)井,向北依次下穿南六環(huán)、側(cè)穿廣順橋,下穿新鳳河等后到達(dá)盾構(gòu)接收井。

　　(二)技術(shù)概況

　　本科技成果涉及以下三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):

　　1.8.8m直徑盾構(gòu)設(shè)備改進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究北京首次采用8.8m直徑盾構(gòu)機(jī),區(qū)別于以往城市地鐵6m直徑的盾構(gòu)機(jī),在對(duì)工程概況、地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上,對(duì)適應(yīng)于8.8m直徑盾構(gòu)機(jī)的特性及配套設(shè)備進(jìn)行了充分研制,具體包括盾構(gòu)機(jī)選型、刀盤刀具設(shè)計(jì)、刀盤驅(qū)動(dòng)方式、刀盤扭矩、刀盤推力、鉸接裝置、后配套設(shè)備、管片選型以及其他部件的研究。

　　2.8.8m直徑盾構(gòu)隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究通過借鑒6m直徑盾構(gòu)隧道施工技術(shù)并結(jié)合8.8m直徑盾構(gòu)機(jī)特點(diǎn),從場(chǎng)地規(guī)劃、盾構(gòu)始發(fā)、盾構(gòu)掘進(jìn)、微擾動(dòng)控制、盾構(gòu)接收等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究,最終形成了成套關(guān)鍵技術(shù)并成功應(yīng)用。

　　3.8.8m直徑地鐵隧道震動(dòng)響應(yīng)規(guī)律研究通過理論分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,對(duì)盾構(gòu)施工誘發(fā)振動(dòng)振源識(shí)別、振動(dòng)在地層中的傳播和衰減規(guī)律、160km/h列車時(shí)速下誘發(fā)振動(dòng)在地層中的傳播和衰減規(guī)律進(jìn)行了研究,最終對(duì)160km/h列車時(shí)速地鐵運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于建筑物和周圍居民的正常生活影響較小。

　　(三)適用范圍

　　北京地鐵新機(jī)場(chǎng)線160km/h盾構(gòu)裝備及施工關(guān)鍵技術(shù)與振動(dòng)影響規(guī)律研究從盾構(gòu)機(jī)設(shè)備角度來說,主要適用于土壓平衡盾構(gòu)機(jī),從施工的隧道斷面外徑角度來說,為外徑8.8m隧道的施工。

　　(四)獲獎(jiǎng)情況

　　(1)成果經(jīng)北京市建委組織鑒定,成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　(2)取得實(shí)用新型專利11項(xiàng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　　(1)結(jié)合160km/h地鐵盾構(gòu)隧道建設(shè)要求及地質(zhì)條件,在盾構(gòu)選型、刀盤設(shè)計(jì)及后配套系統(tǒng)等方面對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了重要改進(jìn),提出8.8m盾構(gòu)設(shè)備快速掘進(jìn)成套關(guān)鍵技術(shù),通過研究8.8m直徑盾構(gòu)始發(fā)端頭加固方法、始發(fā)反力架的形式和安裝、始發(fā)基座的安裝和布置、負(fù)環(huán)管片拼裝等一系列關(guān)鍵技術(shù)以及該成套技術(shù)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了安全、高效掘進(jìn)。

　　(2)針對(duì)不同地層,通過優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)、渣土改良技術(shù)的應(yīng)用,提出了穿越不同風(fēng)險(xiǎn)模式下的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)與配套技術(shù)控制方法,形成了直徑8.8m盾構(gòu)掘進(jìn)微擾動(dòng)控制成套技術(shù),成功近距離穿越了橋樁、河流、建(構(gòu))筑物等敏感性風(fēng)險(xiǎn)源,地表沉降量控制在9.8mm以內(nèi)。

　　(3)揭示了160km/h列車時(shí)速下誘發(fā)振動(dòng)對(duì)地鐵隧道的動(dòng)力影響規(guī)律,為地鐵的運(yùn)營(yíng)環(huán)境評(píng)價(jià)及結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)價(jià)提供了基礎(chǔ)。

同類項(xiàng)目比較

　　北京新機(jī)場(chǎng)線是首個(gè)采用PPP模式建設(shè)運(yùn)營(yíng)的軌道交通項(xiàng)目,采用城際鐵路標(biāo)準(zhǔn),最高時(shí)速達(dá)到160km/h,是目前國(guó)內(nèi)最快的城市軌道交通工程。相比于傳統(tǒng)單線直徑6m盾構(gòu)機(jī),直徑8郾8m大盾構(gòu)對(duì)周圍土體的影響更大。該盾構(gòu)斷面在國(guó)內(nèi)具有代表性,盾構(gòu)市場(chǎng)前景廣闊。通過該工程致力于形成一整套設(shè)備加工、參數(shù)選取、隧道建造、后期運(yùn)營(yíng)保修維護(hù)的綜合技術(shù)。

應(yīng)用案例

　　本研究成果成功應(yīng)用于北京軌道交通新機(jī)場(chǎng)線一期工程土建施工04合同段,本工程包括出入段線、磁各莊站(不含)至路基段區(qū)間,其中盾構(gòu)段即盾構(gòu)始發(fā)井至磁各莊盾構(gòu)區(qū)段區(qū)間長(zhǎng)2783m。

　　本工程在實(shí)施過程中,通過應(yīng)用該成果成功實(shí)現(xiàn)了8郾8m直徑盾構(gòu)日最高掘進(jìn)42環(huán)的記錄,雙線盾構(gòu)掘進(jìn)累計(jì)歷時(shí)10個(gè)月。在保障快速施工的同時(shí),又大大減少了工期。其間成功穿越新風(fēng)河及橋梁、南六環(huán)等重要建筑物,針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)源提出了穿越不同風(fēng)險(xiǎn)源模式下的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)與配套技術(shù)控制的方法,為新機(jī)場(chǎng)線04標(biāo)的施工提供了助力,同時(shí)也為新機(jī)場(chǎng)線04標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間“雙線冶的勝利貫通打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　目前該工程自2019年9月底開通運(yùn)營(yíng)以來,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,列車運(yùn)行平穩(wěn),具備地鐵運(yùn)營(yíng)的安全使用功能。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　(一)經(jīng)濟(jì)效益

　　(1)該工程形成8.8m盾構(gòu)設(shè)備快速掘進(jìn)成套關(guān)鍵技術(shù),解決了現(xiàn)場(chǎng)施工組織協(xié)調(diào)問題,節(jié)約工期,有著良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　(2)盾構(gòu)隧道穿越過程中提出了穿越不同風(fēng)險(xiǎn)源模式下的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)與配套技術(shù)控制的方法,在保證工程施工安全的情況下,降低工程投入產(chǎn)出比。

　　(二)社會(huì)效益

　　(1)8.8m盾構(gòu)設(shè)備快速掘進(jìn)成套關(guān)鍵技術(shù)成功應(yīng)用于該項(xiàng)目,成功實(shí)現(xiàn)了8.8m直徑盾構(gòu)日最高掘進(jìn)33環(huán)的記錄,雙線盾構(gòu)掘進(jìn)累計(jì)歷時(shí)10個(gè)月。

　　(2)針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)源提出了穿越不同風(fēng)險(xiǎn)源模式下的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)與配套技術(shù)控制的方法,將進(jìn)一步改善整體工程的施工質(zhì)量。

　　(3)該技術(shù)成果為新機(jī)場(chǎng)線04標(biāo)的施工提供了助力,同時(shí)也為新機(jī)場(chǎng)線04標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間“雙線冶的勝利貫通打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。