获奖等级:一等奖
项目名称:复杂地质地貌超高水压大直径盾构隧道建造关键技术
“复杂地质地貌超高水压大直径盾构隧道建造关键技术”项目的依托工程——南京和燕路过江隧道,位于长江大桥和长江二桥之间,距离上游长江大桥约7.4公里,距离下游长江二桥约2.7公里。项目全长约5.723公里,其中盾构隧道长约2965米,管片外径14.5米。
南京和燕路过江隧道先后穿越1488米砂层、300米上软下硬地层、1188米全断面基岩段。在基岩段内,叠加发育了1条断裂带、3个断层及幕府山下690米的岩溶发育区段,是国内首次一次性穿越多种复杂地质的超大直径盾构隧道。此外,盾构掘进线路上存在复杂的地形条件,包括极陡的不对称“V”字坡冲槽段水下地形和幕府山山地地形,最大水深达53米、最高水压达0.8兆帕,是目前运营水压最高的盾构隧道,隧道最大埋深达96米。被中国工程院院士钱七虎、梁文灏、缪昌文及多位设计大师称为迄今为止跨长江建造技术难度最高的过江隧道工程。
攻克3方面技术难题
和燕路长江隧道项目建设时,行业内关于盾构隧道管片防水技术标准与控制要求不统一且缺乏系统性,在盾构掘进及设备选型方面,国内外也未有盾构一次性穿越类似复杂多变地层地貌的先例,没有成熟经验可供借鉴。因此,行业内存在着“管片结构与接缝防水未协同考虑,渗漏水时有发生”“复杂地质掘进控制体系不健全,安全风险可控性不高”“盾构机关键设备可靠性不足,国产化率不高”三方面的科技能力不足与技术瓶颈。
开展8项课题研究
项目根据当时大直径盾构隧道施工设备和施工技术状况,结合工程地质条件,采用理论分析、数值分析、室内试验、简化计算和现场应用等多种研究手段相结合,对超高水压、复杂地质、复杂地貌等亟待攻克的技术难点展开分析,制定了科学研究计划,围绕“结构与接缝防水协同技术体系”“隧道安全控制”“盾构关键设备”三大方面,有针对性地开展了8项专题科学研究,项目研究成果经包括中国工程院院士钱七虎、张喜刚、刘加平在内的7位业内顶尖专家领衔的评价委员会鉴定,研究成果总体达到国际领先水平。
管片结构-接缝防水协同技术体系
盾构隧道管片接缝是结构防水的薄弱环节,而管片接缝防水的关键是接缝密封垫型式与接缝张开量的匹配性。同时,管片的拼装精度是影响成型隧道质量和结构防水性能的源头要素,此前行业内对于管片环端面拼装的平整度关注较少,从而导致管片拼装纵向裂缝频发;拼装后管片的错台和上浮是大盾构施工的痛点问题,容易导致管片开裂,进而导致隧道渗漏的发生。该项目创建了管片结构-接缝防水协同控制的高水压盾构隧道防水技术体系,通过密封垫性能设计、管片贯通裂缝规避、接缝张开与错台变形的协调控制,构建管片高精度预制、拼装控制标准与技术体系,建立大直径盾构隧道上浮控制体系,整体提升了防水性能,实现了盾构隧道 “滴水不漏”的高质量建造目标。
复杂地质地貌大直径盾构隧道安全控制技术
南京和燕路过江隧道工程一次性穿越了高渗透地层、上软下硬地层、断裂破碎带、岩溶等多种不良地质,以及冲槽段和断裂带叠加的复杂地形条件,如何保证开挖面稳定,合理控制支护压力,是盾构掘进过程中开挖面稳定、安全的关键。该项目建立了适用于复杂地形地质条件下泥水盾构开挖面泥膜-泥水压力理论与技术体系;构建了岩溶段大直径泥水盾构施工的岩溶探测、处理及预警技术体系;研发了大直径泥水盾构中心舱失压常压处置及常压刀筒闸门更换关键技术,攻克了极端水文地质及地貌耦合作用下大直径盾构安全掘进难题,填补了该领域盾构施工空白。
南京和燕路过江隧道施工图
盾构机安全掘进的关键设备
大直径盾构机在极端地质条件下掘进,刀具的磨损严重、换刀频繁,叠合0.8兆帕水压,换刀风险极高,且易出现刀盘卡死、边缘滚刀磨损后因无更换空间导致更换困难等问题,同时人工手动拼装管片精确度不可控、安全风险高、施工效率低。该项目首创了OXL型高性能常压刀筒长效密封装置;发明了大直径盾构主驱动摆动-伸缩关键技术;研发了大直径盾构管片自动化拼装系统装置及技术,实现了多变岩性地质条件下盾构机高效掘进。
申报18项国家专利
该项目研究成果共授权发明专利18项、实用新型专利15 项、软件著作权5项;发表科技论文31篇,获批省部级工法7 项,发布标准3部、在编交通运输部行业标准1部,中国公路学会团体标准5部。项目成果有力支撑了南京和燕路过江隧道工程建设,打造“不渗不漏”高品质标杆工程。同时,创新性的技术成果大大提高了施工工效、保障了施工安全,原定于2022年12月28日通车的和燕路过江通道工程,提前6个月通车,目前日通行车辆7万余辆次,带来了极大的经济效益和社会效益。在2022年12月9日的南京市过江通道建设技术专家组第四次会议上,与会专家高度评价了和燕路过江通道的建设成果,被誉为“超高水压下的盾构隧道标志性工程”。
版权声明:本文章版权归属《中国公路》杂志社所有,旗下官方公众号“中国高速公路”“中国公路”拥有首发(微信公众平台原创保护标识)权利,未经授权不得转载。转载请联系:rym@9811.com.cn,其他微信公众号不可开启原创标识,不尊重原创的行为我们将追究责任。
-买球体育(中国)官方网站