Descripción general del túnel escudo de la línea 1 del metro de Nanjing
La primera fase de la línea 1 del metro de Nanjing comienza en la estación Olympic Sports Center en el sur y termina en el puente Maigao en el al norte, con una longitud total de 21,72km,* * * 15 intervalos. Cinco de las secciones semi-ofertas se construyen mediante túneles de protección EPB, con una longitud total de túneles de protección de aproximadamente 10,9 km. El diseño está a cargo del Instituto de Diseño de Túneles de Shanghai y el Instituto de Diseño de Túneles de Luoyang de China Railway. El espesor máximo de revestimiento del túnel escudo es de 15 m, y el espesor mínimo es de sólo 0,7 m: la pendiente longitudinal del túnel tiene forma de V, con una pendiente longitudinal máxima de 33, formando una estación alta y una zona baja como plano mínimo; El radio de la curva es de 400 m. Los principales estratos atravesados por el túnel del escudo son: plástico ~ Arcilla limosa plástica blanda, limo, limo, limo mezclado con arena fina. Entre ellos, la arcilla limosa tiene una alta compresibilidad y es propensa al flujo de tierra, lo que hace que la superficie de excavación sea extremadamente inestable. Arena fina limosa, arena limosa mezclada con arena fina, tiene un rico contenido de agua y una fuerte permeabilidad al agua, y es propensa a chorros de agua y arena, en particular, hay una sección del túnel con una longitud de 150 m que se encuentra en una licuefacción grave; zona, y el efecto de licuefacción se tuvo en cuenta en el diseño y construcción.
El área del centro por donde pasa la línea del túnel escudo tiene calles estrechas, tráfico intenso, edificios altos a ambos lados de la carretera y numerosas tuberías subterráneas. El túnel cruzará el río Qinhuai, el río Jinchuan, la antigua muralla de la ciudad, el túnel de la autopista del lago Xuanwu en construcción y muchos edificios. Cuando el túnel protector cruza el río Qinhuai, el suelo de cobertura es de solo 0,7 m, y la distancia libre mínima entre el túnel protector y el piso del túnel de la autopista del lago Xuanwu en construcción es de solo 1 m, lo que dificulta mucho la construcción.
2 Selección de máquinas de escudo
Hay cuatro máquinas de escudo en el túnel de escudo de la Línea 1 del Metro de Nanjing, tres de las cuales son producidas por Herrick Company de Alemania y una por Mitsubishi Company de Japón. Producción. Según las condiciones geológicas e hidrológicas del área de Nanjing, se trata principalmente de arcilla limosa, arcilla limosa, arena limosa y suelo limoso. El nivel del agua subterránea está entre 1 y 2 m por debajo de la superficie, el coeficiente de permeabilidad es de 5 × 10-3 cm/s y es fácil de licuar. Los tipos de escudos utilizados únicamente pueden ser escudos de barro-agua y escudos de equilibrio de presión de tierra. Durante la construcción del escudo de agua y lodo, se requiere una piscina de lodo para la separación del lodo, que ocupa un área grande y causará cierta contaminación al medio ambiente. Además, las máquinas de escudo son caras y la tecnología del equipo es difícil de dominar. El escudo EPB es adecuado para capas de arcilla limosa y limo arenoso acuoso. También está equipado con un dispositivo de adición de lodo, que tiene un buen efecto en el control del asentamiento superficial. Por lo tanto, se seleccionó el escudo EPB como los cuatro escudos.
Ahora tome la máquina de escudo de tres objetivos como ejemplo para presentar los parámetros principales de la máquina de escudo. La máquina de protección está diseñada con una profundidad de enterramiento máxima de 18 m, una pendiente máxima de 35 ‰ y un radio de transición mínimo de 300 m. El escudo tiene un empuje máximo de 3560t y consta de 16 pares de 32 gatos. El diámetro exterior del escudo es de 6340 mm, la longitud del cuerpo principal del escudo es de 7400 mm y la longitud total del escudo es de 60 m. El par máximo del cabezal de corte es de 469,4 t·m y la apertura del cabezal de corte es de 40 grados.
3 Construcción del túnel escudo
3.1 Situación básica del túnel escudo
La longitud de avance de una sola línea del túnel escudo de la Línea 1 del Metro de Nanjing es de 10,9 km y Está dividido en tres secciones, propulsadas respectivamente por cuatro máquinas de escudo. Entre ellos, la primera sección del túnel escudo es la sección desde el eje de trabajo norte de la estación Zhonghuamen - estación de la calle Sanshan (sección de prueba) hasta Xinjiekou - río Zhujiang. Será construido por Shanghai Tunnel Company utilizando Mitsubishi Shield. La longitud de propulsión de una sola línea de esta sección es de 3.206 km y está previsto que esté terminada a finales de octubre de 2003, con un período total de construcción de 31 meses. La parte superior del túnel está cubierta con tierra fina y la sección de prueba. es de solo 4 ~ 10 m; se requiere tratamiento antiflotante cuando el escudo cruza el río interior Qinhuai. La máquina del escudo está a solo 0,8 m de la parte inferior de la placa antiflotante. La segunda sección de licitación del escudo es la calle Sanshan-Zhang Fuyuan-Xinjiekou, con una longitud de avance de una sola línea de 3,06 kilómetros, y su finalización está prevista para finales de octubre de 2003. Esta sección fue construida por Shanghai Foundation Company utilizando máquinas tuneladoras de escudo de Herrick Company de Alemania. La tercera sección licitada del túnel protector es la estación Xuanwumen-Xufu Lane-Nanjing, con una longitud de avance de una sola línea de 4,57 kilómetros, y su finalización está prevista para finales de febrero de 2003. Esta sección fue construida por la Oficina del Túnel de Luoyang utilizando dos máquinas de escudo alemanas Herrick. Hay muchas dificultades en esta sección de licitación. El escudo debe pasar por el lago Xuanwu, el túnel del lago Xuanwu en construcción, la antigua muralla de la ciudad, el río Jinchuan y muchos edificios. La parte del escudo pasa por estratos de arena fina. A juzgar por la situación actual de la construcción, la construcción del escudo es relativamente fluida. Ha cruzado con éxito el túnel del lago Xuanwu, el río Qinhuai interior y el río Jinchuan en construcción, y el control del asentamiento ha cumplido con los requisitos esperados.
La velocidad promedio de avance del escudo es de 8 a 10 ciclos/día, y la velocidad máxima de la tercera sección del escudo es de 17 ciclos/día.
3.2 Refuerzo de los orificios de entrada y salida del escudo
Hay 24 orificios de entrada y salida en el túnel del escudo. Según el análisis de las condiciones geológicas, las condiciones hidrológicas y el entorno del terreno, se requiere refuerzo. La entrada y salida de un túnel de protección es una etapa de construcción técnicamente difícil y compleja desde el punto de vista del procedimiento. Una vez manipulado incorrectamente, el suelo fuera de la entrada del túnel puede colapsar o escurrirse fácilmente, y el escudo puede incluso perder el control. Por lo tanto, sobre la base de una cuidadosa investigación del entorno geológico, se debe adoptar un plan de refuerzo razonable, se debe controlar estrictamente el funcionamiento de la máquina de protección antes de ingresar al área de refuerzo, se debe inyectar adecuadamente lodo de bentonita en la superficie de excavación y el cabezal de corte debe avanzar a baja velocidad para evitar operaciones de sobrecarga. Esto evita el fenómeno desfavorable de que el escudo se vea obligado a avanzar al quedar atrapado por la pila de mezcla o la pila de inyección de lechada antes de que el escudo entre al pozo receptor.
El rango de refuerzo de los ejes de los extremos interior y exterior del túnel es de 3,0 m fuera del contorno de excavación del túnel, la longitud del refuerzo en el extremo inicial es de 6,0 m y la longitud del refuerzo en el extremo de llegada es de 3,5 m. metro. Sin embargo, a juzgar por la situación de la construcción, la longitud del refuerzo de la sección de alcance del escudo de 3,5 m en la sección de arena es corta.
La selección de métodos de refuerzo para los ejes de trabajo del escudo debe basarse en factores como la geología, la hidrología y el entorno circundante. Debido a la compleja geología, el metro de Nanjing adopta una variedad de métodos de refuerzo según las condiciones locales, como mezcla profunda, inyección de lechada a alta presión, deshidratación de pozos, métodos de congelación, etc. , a veces se puede utilizar una combinación de métodos. El método de agitación profunda es adecuado para suelos arcillosos y capas de suelo limoso; el método de inyección por chorro de alta presión es adecuado para suelos arenosos y limosos. La resistencia del suelo reforzado se controla a una resistencia a la compresión ilimitada de aproximadamente 0,5 MPa. El suelo reforzado debe ser uniforme y estar sellado con arena antiflujo, lo cual es muy importante para que el escudo entre y salga del túnel de manera segura.
A juzgar por la situación actual de la construcción de la máquina de escudo que entra y sale del túnel, la construcción de la máquina de escudo en la tercera sección de oferta fue relativamente fluida cuando salió de Xufu Lane y entró en Xuanwumen. Sin embargo, ocurrieron problemas. cuando la máquina de escudo en la segunda sección de oferta y la primera sección de oferta entraron y salieron del túnel. Algunas preguntas. Por ejemplo, hubo dos oleadas de arena cuando el túnel protector en la segunda sección de oferta de una determinada estación salió del túnel. La cantidad de oleadas de arena fue de 1100 m3, concentradas principalmente en los lados este y oeste del centro del túnel. entrada. El asentamiento del terreno en el área oriental de 20 m2 es de aproximadamente 1,5 m, y el asentamiento del terreno en el suroeste del área reforzada es de aproximadamente 1,5 m. Debido a que el concreto en la entrada del hoyo ha sido excavado, se ha agrietado parcialmente. Para evitar que el hormigón se desestabilice en la entrada, la viga I núm. 18 se suelda al anillo de acero en la abertura a modo de travesaño y se vierte hormigón C20 con encofrados de madera como refuerzo.
Para evitar la reaparición de arenas movedizas y garantizar la seguridad de la máquina de escudo, es necesario complementar y reforzar el pozo del extremo. Por lo tanto, se consideran tres métodos: método de deshidratación de pozos profundos, método de refuerzo de pilotes con inyección de lechada y método de congelación. Según los dos flujos de producción de arena, el volumen de producción de arena no ha disminuido a largo plazo, pero tiene una tendencia creciente, lo que indica que el suministro de agua subterránea es relativamente abundante. El río Qinhuai interior está a unos 50 metros de la cabecera del pozo. sección sur de Zhang Fuyuan El agua subterránea y el río interior Qinhuai pueden ser De manera similar, no se puede garantizar el efecto de la precipitación. Teóricamente, el efecto de refuerzo del jet grouting de este estrato es mejor, pero el refuerzo suplementario del jet grouting se intercala entre la pared continua y el pilote de mezcla más el cuerpo sólido. Un lado es suelo de cemento duro y el otro lado es hormigón armado, lo que afecta la calidad. efecto de formación de pelo. Además, la pared del diafragma en la entrada se ha agrietado, pueden ocurrir fugas laterales durante la construcción de la pila de inyección de lechada y puede haber agua fluyendo en el suelo, lo que afectará la finalización de la pila. Finalmente, se decidió utilizar el método de congelación para complementar el refuerzo del pozo final. Se dispusieron orificios de congelación a lo largo del exterior de la pared continua del pozo de trabajo en la dirección de la salida del escudo por el que circulaba agua salada a baja temperatura. los agujeros de congelación para congelar los estratos que contienen agua cerca de los agujeros de congelación para formar una pared de suelo congelado. Túnel de escudo protegido por paredes de permafrost. El espesor efectivo diseñado de la pared de suelo congelado es de 0,5 m, el ancho efectivo es de 8,7 m y la profundidad de congelación es de 18,5 m (el ancho de superposición del suelo congelado alrededor del agujero es de 1 my la altura de superposición inferior es de 2,5 m).
Debido a la gran cantidad de arenas movedizas, la entrada del túnel del escudo no se puede abrir cuando la sección del escudo número 1 sale de la estación. El suelo alrededor de la entrada original del túnel se reforzó con un solo tubo de inyección de lechada. El rango de refuerzo fue de 4 m en la parte superior del túnel, 3 m en la parte inferior, 3 m en las direcciones izquierda y derecha y 6 m en la dirección axial. Debido a la presencia de acuíferos de arena limosa pura y arenas movedizas importantes en muchos lugares dentro del rango de avance, el efecto de refuerzo no es obvio en muchos lugares. Por lo tanto, el nivel del agua subterránea se reduce por debajo de los 15 m mediante la precipitación para garantizar que no se produzcan chorros de arena y arenas movedizas al abrir los agujeros. Los puntos del pozo están ubicados a 2 m de ambos lados del túnel. El espacio entre los puntos del pozo es de 2,5 m a lo largo de la dirección de avance del escudo. Cada fila tiene 5 orificios de 17,5 m de largo, de los cuales el filtro. La pantalla mide 4,0 m de largo.
3.3 Optimización de los parámetros de excavación de escudo
Durante la construcción del túnel de escudo, la clave es minimizar la alteración del suelo circundante. La clave es mantener la estabilidad de la superficie de excavación de escudo y. asegúrese de que después de que la película salga de la cola del escudo, llene el espacio a tiempo. Esto requiere ajustar los parámetros de excavación del escudo y realizar lechada simultánea y secundaria.
La excavación con escudo se controla principalmente mediante los siguientes 10 parámetros: presión del cabezal de corte y del recipiente de tierra, volumen excavado, velocidad de avance, velocidad del tornillo, empuje total del gato, presión de lechada, pendiente del escudo, actitud del escudo y desviación del ensamblaje del segmento. etc. Para seleccionar razonablemente los parámetros de excavación del escudo, la selección de parámetros se predice y calcula en función de la profundidad geológica y las condiciones ambientales, y la deformación de la superficie sobre el eje del escudo se mide y retroalimenta para verificar la racionalidad de los parámetros seleccionados y optimizar el parámetros de construcción. Generalmente, se selecciona como sección de prueba el rango de 50 a 100 m de distancia del pozo de trabajo, y los parámetros se optimizan mediante la observación del asentamiento superficial en la sección de prueba. El propósito del escudo de equilibrio de presión de tierra es asegurar el equilibrio de presión de tierra en la superficie de excavación. Controlando la velocidad de propulsión y ajustando la cantidad de descarga de suelo, la diferencia entre la presión del agua y del suelo en la formación y la presión del suelo en la formación. el depósito de tierra se puede minimizar. Este equilibrio es un equilibrio dinámico.
3.4 Manejo de obras de construcción especiales
Este proyecto tiene muchas dificultades. A continuación solo se presentan los planes de tratamiento para dos sitios de construcción.
3.4.1 El túnel escudo pasa por el túnel del lago Xuanwu en construcción.
El túnel protector pasa dos veces por el túnel de la autopista del lago Xuanwu en construcción. La distancia mínima entre los dos túneles es de solo 1,0 m.
El asentamiento del fondo del túnel del lago Xuanwu está estrictamente controlado, lo que requiere que el asentamiento se controle dentro de -20 mm y la elevación dentro de 5 mm, lo que dificulta mucho la construcción del escudo. Para la seguridad de la construcción del escudo y la seguridad operativa futura del túnel del lago Xuanwu, se han tomado las siguientes medidas técnicas basadas en las pruebas del modelo y los resultados del análisis numérico durante el proceso de construcción del escudo:
(1) Porque es polvo limoso, la arcilla es de alta calidad y la capa intermedia es muy delgada. Antes de la construcción del túnel del lago Xuanwu, la parte inferior del túnel se reforzó con lechada (q0 gt0,5 MPa);
(2) En el diseño del túnel del lago Xuanwu, para fortalecer el túnel, se fortalece la rigidez longitudinal, se fortalece el refuerzo de la placa inferior y se agregan pilotes antitirones debajo de la placa inferior, de modo que la mayoría de la carga durante la operación se transfiere a la base inferior a través de los pilotes anti-tirones y, al mismo tiempo, puede evitar que el túnel del escudo flote;
(3) Fortalecer el monitoreo durante la construcción del escudo, realizar lechada secundaria de manera oportuna y controlar el equilibrio de presión del suelo.
En la actualidad, la línea izquierda del túnel del escudo ha pasado con éxito a través del túnel del lago Xuanwu. Según el seguimiento, el asentamiento máximo del túnel del lago Xuanwu es de 1,9 mm y la elevación máxima es de 1 mm, lo que cumple con los requisitos esperados.
3.4.2 Escudo que cruza el río Qinhuai
El túnel del escudo número 1 va desde la calle Sanshan hasta la puerta Zhonghua y debe cruzar el río Qinhuai interior. La capa de cobertura aquí es muy delgada, la profundidad de 1,5 m debajo de los cimientos de piedra originales del lecho del río es básicamente escombros, ladrillos rotos y otros desechos de la construcción. Como resultado, el escudo está a solo 80 cm de la parte inferior de la placa antiflotación. La capa de cobertura superior no se puede reforzar ni compactar, lo que fácilmente provoca fugas de agua y lodo, por lo que la presión en la parte superior del túnel es demasiado pequeña, el túnel se desplazará hacia arriba y se producirá un espacio en la parte inferior. Además, la excavación del escudo es difícil de controlar y el escudo es propenso a desviarse. Por lo tanto, se tomaron las siguientes medidas cuando se construyó el túnel protector para cruzar el río Qinhuai interior: se retiraron los desechos de la construcción, como grava y ladrillos, se rellenó con tierra y se vertió encima una placa antiflotante de 70 cm de espesor debajo del techo; , el suelo delante del túnel de escudo estaba compacto y lechado. Los orificios de inyección utilizan tuberías de PVC con un diámetro interior de 100 mm, una profundidad de refuerzo de 7 m y una separación entre orificios de 1 m. Hay * * * 161 orificios de refuerzo. El consumo de cemento en cada orificio es de 0,684 t: una fila de pilotes perforados. Se acciona a ambos lados del escudo.
4 Desarrollo de la tecnología de construcción de escudos
Con la mejora continua del nivel de urbanización, el espacio subterráneo será demasiado denso como el espacio sobre el suelo, lo que inevitablemente conducirá a que la construcción del metro urbano avance hacia mayor profundidad y mayores longitudes, desarrollo de distancia, automatización, gran sección o cualquier dirección de sección. Para adaptarse al desarrollo del metro urbano, la tecnología de construcción de escudos tiene las siguientes tendencias de desarrollo.
(1) Gran profundidad
Existen varias tuberías subterráneas en áreas urbanas, como tuberías de alcantarillado, gas, comunicaciones, cables eléctricos, metros, centros comerciales subterráneos, estacionamientos subterráneos y otras estructuras existentes, lo que hace que el espacio subterráneo sea cada vez más denso. La nueva planificación del tránsito ferroviario inevitablemente evitará estas estructuras subterráneas existentes y se desarrollará en profundidad.
Al llevar a cabo la construcción de túneles de protección a gran profundidad, es necesario resolver problemas como el sellado del cabezal de corte del escudo, el sellado de la cola del escudo y la construcción de pozos profundos.
En 1980, Japón desarrolló una máquina tuneladora de escudo con un cabezal de corte de 100 t/m2 y un sistema de sellado de cola de escudo y de parada de agua, que podía excavar continuamente más de 10 km. Su tecnología de sellado se ha utilizado en más de 40 túneles de protección con una presión de agua subterránea superior a 30 t/m2. En la construcción del túnel protector del Canal de la Mancha, utilizando este sistema de retención de agua, la presión máxima del agua alcanzó las 100 t/m2 y la longitud máxima de excavación alcanzó los 20 km. El desarrollo de tecnología de sellado y detención de agua bajo alta presión de agua y suelo ha hecho posible que los túneles de protección se construyan en capas profundas.
Con la profundización de la construcción de escudos, la construcción de ejes de escudo se está volviendo cada vez más difícil y ni la seguridad de la construcción, ni el período de construcción ni el costo del proyecto se pueden controlar de manera efectiva. Por lo tanto, es necesario estudiar algunas nuevas máquinas de protección y los métodos de construcción correspondientes para resolver las contradicciones en la construcción de pozos. En 1991 y 1993, Japón desarrolló el escudo MSD (dos escudos se unen a través de una conexión mecánica subterránea) y el escudo esférico respectivamente, y en consecuencia desarrolló el método de encuentro subterráneo y el método de excavación continua vertical y horizontal. El método de encuentro subterráneo es un método en el que una máquina de protección excava desde ambos extremos del túnel, y las dos máquinas de protección se encuentran bajo tierra y se conectan mecánicamente, eliminando el pozo intermedio. El método de excavación continua vertical y horizontal es un método que utiliza un escudo de billar para excavar continuamente pozos verticales y túneles horizontales en ángulo recto desde el suelo. Su característica principal es que el pozo también se excava con una máquina de escudo, lo que hace que la construcción del pozo sea rápida y segura.
(2) Larga distancia
Debido al aumento en la profundidad de la construcción del escudo y las limitaciones del sitio de construcción, el período de construcción y el costo de la construcción, la construcción del escudo a larga distancia es inevitable. Durante la construcción a larga distancia, debido a grandes cambios geológicos, la misma máquina de escudo puede encontrar suelo blando, guijarros, arenisca, rocas y otros estratos al excavar. Esto requiere el desarrollo de tecnología que permita que una misma máquina de escudo reemplace libremente el cabezal de corte correspondiente cuando encuentre diferentes estratos, así como tecnología de excavación en estratos compuestos. Alemania ha desarrollado la máquina de protección KURUN, que puede girar el cabezal de corte hacia el interior de la máquina de protección para reemplazar el cabezal de corte, evitando la necesidad de reemplazar el cabezal de corte con un eje central o refuerzo de lechada de tierra. La máquina de escudo de doble propósito se inventó cuando en una misma sección de excavación hay tanto suelo blando como roca o arenisca. El cabezal de corte de la máquina Shield está equipado con brocas de corte súper duras para excavar formaciones rocosas, filos para excavar lodo y arena y taladros geológicos avanzados. Durante la construcción, la excavación y la instalación de segmentos se llevan a cabo al mismo tiempo, lo que mejora en gran medida la velocidad de construcción.
A medida que aumenta la profundidad y la longitud de la construcción del túnel de protección, inevitablemente se encontrarán curvas cerradas y pendientes pronunciadas, lo que no se puede lograr con la construcción de túneles de protección ordinaria. En 1980 se desarrolló el escudo articulado omnidireccional. En la actualidad, el escudo articulado puede superar curvas cerradas con un radio horizontal de 10 m, y la construcción con pendiente longitudinal puede estar dentro de los 30°.
(3) Automatización
En la construcción de túneles de protección con gran profundidad, larga distancia, alta velocidad y gran sección transversal, lo más importante es acortar el período de construcción y reducir la mano de obra. intensidad y garantizar la seguridad de la construcción, para mejorar la calidad, lo que requiere mejorar el nivel de automatización de la construcción de máquinas de escudo. En la actualidad, las máquinas de protección para la construcción de protección a larga distancia en el extranjero generalmente están equipadas con los siguientes sistemas: gestión de excavación, sistema de control de seguridad de la superficie de excavación, sistema de control automático de guía, sistema de suministro y manipulación de segmentos y sistema de instalación automática de segmentos.
(4) Diversificación de secciones de excavación
Las secciones circulares tienen ventajas en la fuerza de soporte y también son adecuadas para la construcción de escudos. Son segmentos fáciles de ensamblar, por lo que las secciones redondas se utilizan principalmente en. construcción de escudo. Pero a veces las secciones transversales circulares no se pueden utilizar de forma eficaz. Para ahorrar inversión, lo ideal es excavar la parte subterránea según sea necesario. Por lo tanto, Japón desarrolló el primer escudo multicircular de barro-agua MF en 1987, el primer escudo multicircular de equilibrio de presión de tierra DOT en 1991, y sucesivamente desarrolló escudos rectangulares, escudos elípticos y otras secciones de formas especiales. Los cabezales de corte de la máquina de protección puntual están ubicados en el mismo plano y giran sincrónicamente, mientras que los cabezales de corte de la máquina de protección MF están escalonados para la excavación y la superficie de corte es una estructura de panel. Se pueden utilizar escudos MF o DOT para construir túneles de unidades múltiples y estaciones de varios tramos de un solo piso. Actualmente hay 13 máquinas de protección EPB en el mundo y 6 secciones de licitación en Japón han utilizado con éxito máquinas de protección de doble vuelta para la construcción. Shanghai Tunnel Company cooperó con Japón para construir el túnel de doble escudo de la Línea M8 de Shanghai.
Para obtener más información sobre licitaciones de ingeniería/servicios/adquisiciones y para mejorar la tasa de adjudicación de ofertas, puede hacer clic en la parte inferior del sitio web oficial de servicio al cliente para realizar una consulta gratuita: /#/? fuente=bdzd