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赤鱼追波

建筑日记

 
 
 

日志

 
 

多样化盾构掘进技术(连载讲座11)——MMST工法  

2012-08-23 16:55:21|  分类: 地基基础 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    1. 工法概要

    所谓MMST工法,指的是许多微小的盾构隧道(Multi-Micro Shield Tunnel)工法、是通过好多小断面盾构机予先掘削隧道的外壳部位,然后予以相互之间的连接、构筑成隧道的外壳部位的躯体之后,再掘削内部土砂 、筑造起大断面的隧道工法,其施工步骤如图-1所示过程。

多样化盾构掘进技术(连载讲座11)——MMST工法 - wuhelo100 - 赤鱼追波

    2. 开发的原委

    由首都高速道路公团承担的事业、在纵贯高速川崎线的隧道区间中,根据事先对施工条件?用地条件和环境等的评估认为,采用明挖工法和通常的非明挖工法是不可能进行的状况。为此,决定采用本工法可以对付如此苛刻条件的新的非明挖工法。从1995年度起、有关“川崎纵贯线中MMST工法的实用化调查研究委员会”(委员长为今田彻,系东京都立大学名誉教授)牵头,进行对各种关键实验和分析作研究?施工性探讨。此外,由于是属于世界上最初的工法,在纵贯高速川崎线和大师换乘站内的连接用的通风隧道构筑中首次采用本工法。从1996年起实施了试验工程,试验工程在1999年时顺利竣工,从而得到了各种各样的数据资料,对本工法进入实用化可作验证。之后,从2000年起,进行了高速川崎纵贯线隧道区间的本工程的施工。

    还有,对迄今为止的本工法开发的实绩作了评价,从而获得1999年度土木学会的技术开发奖。

    3. 工法的特征

    3-1 工法的特征

    本工法在与明挖工法和以往的盾构工法作比较后具有以下的几项特征。

    (1) 与明挖工法作比较,成为不需要地面部分的作业带和挡土墙等施工区域。而且对隧道上方车道线限制、地下埋设物的迁移以及防护设施等大为减少。

    (2) 由于是采用较多的小型断面盾构机来构筑大断面的隧道,可以适用在即便是覆土厚度比大断面圆形盾构机小的区间施工。并且可确保比单圆的大断面隧道更为合理的断面形式,从而可将工作井的规模缩小(图-2)。 

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图-2  MMST工法和以往工法的断面比较

    (3) 通过变动小断面盾构间连接部分的间隔,就可以使隧道断面有着某种程度变化(图-3)

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图-3  随着道路宽度的变化单体盾构占的面积比率 
    (4) 内部土砂由于是采用通常的掘削机械掘削的,可以减少成为工业废弃物的泥水或者泥土量(图-4)。
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图-4  盾构机掘削土量的比较   
    3-2 构造上的特征
    隧道的结构在临时设置阶段是单体隧道时是有着钢壳结构的构造,在正式设置的大断面隧道时,是由钢结构?混凝土合成结构(一般部分)和钢筋混凝土结构连接部分)的所谓复合结构,此为具有本工法特有的结构构造形式(图-5)。其特征归纳成以下几点:

-5  MMST隧道结构构造图   
    (1) 单体隧道
    单体隧道是由主梁和中柱构成的钢壳结构,是作成能承受土水压力?施工时荷载(后背注浆压力,邻近通过的盾构机后背注浆压力和重量)?连接间掘削时的偏心压力的结构构造(图-6)。

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图-6  单体隧道结构构造概要图
    考虑盾构机施工和连接工序?外壳构筑工序的施工顺序而进行设计的。 
    (2) 外壳构造的一般部分 
    外壳构造的一般部分是将单体隧道的钢壳作成正式结构杆件的钢?混凝土复合结构。
    钢壳的主梁与使用单体隧道掘进中的纵肋成为整体混凝土化。
    (3) 连接部分?接头部分
    连接相邻钢壳之间的连接部分和单体隧道时的钢壳接头部分是以连接钢筋和接头部分钢筋作为主钢筋RC结构。连接部分?接头部分钢筋是将力直接传递到主梁中的结构方式,采用将配置在端部的支承压钣锚固在主梁内部的支承压力方式。所谓承压(支承压力)方式是作用在连接钢材中拉力支承钣→混凝土→端钣→传递到主梁中的结构。在图-7中表示了支承方式连接结构构造的形象。
    4. 工法应用
    4-1 掘削形式
    本工法可应用在泥水式和泥土加泥压式盾构工法中。
    4-2 施工条件
    由于是使用比构筑断面小的盾构机作较多的掘削,相比于在大断面的圆形盾构机施工情况、可应用在覆土厚度小的区间段中施工。
    结构断面形状在需要直接靠近官方与民间交界处的场合时,需要进行配置在一般性明挖工法中所需要的施工地带的挡土墙构筑对结构断面有所侵入,而使用本工法可以使构筑断面逼近官民交界处。除此之外, 即便是在采用明挖工法的挡土墙对原有构筑物形成有干扰的场合,而使用本工法可以做到与原有构筑物不发生干扰地施工(图-8所示)。
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图-8  采用MMST工法的施工布置图
    4-3  断面
    由于可以变动结构躯体断面的形状(宽度、高度),能够应用在道路隧道的分岔?合流部分的施工。
    5. 最新的施工实例
    根据试验工程的实践,在盾构掘进理、掘削机械、钢壳等方面加以改革,现在正在进行着MMST盾构机正式线路的施工,以下内容记述了大致的概况。
    5-1 工程概要
    工程名称:KJ(高负)124工区(4)~KJ132工区(1)隧道工程
    工程场所:神奈川县川崎大师河原1段~殿町4段、江川1段
    发包单位:首都高速道路公团神奈川建设局
    施工单位:大成?鹿岛?户田特定建设工程共同企业体
    工    期:2000年2月~2007年1月
    工    法:泥土加压式盾构
    工程内容:隧道长度L=540m
    隧道外形尺寸:高度24.05~22.5m    
    宽度27.9~26.1m (图-9)
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图-9  MMST隧道代表正线断面图 
    隧道断面积:671~594m2
    隧道内部掘削断面积:413~353m2
    覆土厚度:4.8~12.6m
    平面线形:R=∞~280m
    纵断面线形:R=∞~700m
    地质条件:自地表面往下依次为填埋土和相当于软弱的有乐町层(As1,Ac2,Ac4,As4)直至GL-20m为止。以下至GL-40M左右存在着固结的粘性土,相当七号地层(Dcl)。作为隧道掘削的对象土层是As1,Ac2,Ac4,As4和Dc1。
    5-2 盾构工序情况
    在MMST正线隧道工程中,当单体盾构机施工之际、制作了竖向型盾构和横向型盾构各2台(照片-1、照片-2、表-1)。用作于矩形盾构机掘削机构、其姿势控制上有以下的几点特征:
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照片-1  横向型盾构掘削机
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照片-2  竖向型盾构掘削机
 表-1  盾构机规格 
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    (1) 掘削机构
    矩形断面的掘削方法是对使用主切削器掘削剩留部分、作成通过使用角隅和辅助切刀以及仿形切刀自动控制的切削机构。这种主切削器是在竖向型?横向型同时在一个平面上按3连方式配置、采用设有相互之间干扰、在同一平面?同步方式旋转控制的。
    (2) 盾构机姿势控制
    盾构机中如表-2所示,装备着各种姿势控制装置。

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表-2  横向型盾构的姿势控制 
       横向型盾构机是由前机体?中机体?后机体所组成,姿势控制对于俯仰?偏转而言、是将前机体、中机体相对于后机体作中间转弯;而对于侧倾来说、则成为是将分成3部分的前机体,分别在上下方向上、相对于中机体作中间转弯的对付机构。   
    (2) 盾构机姿势控制
    盾构机中如表-2所示,装备着各种姿势控制装置。
横向型盾构机是由前机体?中机体?后机体所组成,姿势控制对于俯仰?偏转而言、是将前机体、中机体相对于后机体作中间转弯;而对于侧倾来说、成为将分成3部分的前机体,分别在上下方向上、相对于中机体作中间转弯的对付机构。
    竖向型盾构机是由前机体上部?前机体下部和后机体部分所组成,姿势控制对于俯仰?偏转而言,是将前机体上下部对于后机体作中间转弯;而对于侧倾是将前机体上下部分分别在左右方向上形成为中间转弯的对付机构。
    (3) 盾构机施工状况
    现今,以外壳构造的单体盾构隧道中的竖向型4条(V4、V5、V6和V7)?横向型3条(H1、H2和H3)的盾构机的掘进已经完成,而横向型盾构机尚有1条(H9)正在掘进之中。对于这次的隧道干线工程的施工而言,在始发?到达防护的地基土加固部分的以外方面,就横向型?竖向型在一起的试掘进、日进尺为5~6环,而正式掘进过程中的日进尺是达到每日7~8环进度(图-10、图-11)。
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图-10  V4盾构机施工实绩                 图-11 H3盾构机施工实绩
       除此以外,在表-3中示出的是相对于钢壳的掘进完成时际的基线施工精度情况。横向型盾构机在垂直方向和水平方向上发生了同等程度的蛇行走折量。另一方面,竖向型盾构机相比于水平方向的钢壳蛇行走折量是趋向于较小的倾向。
表-3  钢壳施工精度
        机型
蛇行类别
横向型盾构机
竖向型盾构机
H1
H2
H3
V4
V5
俯仰上下蛇行
最大57mm
向下
最大78mm
向上
最大53mm
向上
最大49mm
向上
最大60mm
向上
偏转水平蛇行
最大80mm
向右
最大89mm
向左
最大68mm
向右
最大122mm向右
最大94mm
向右
侧倾旋转蛇行
最大0.38deg向右倾斜
最大0.26deg向左倾斜
最大0.44deg向右倾斜
最大0.41deg向左倾斜
最大0.43deg向右倾斜
 
    6 结语
    本工法由于是属于前所未有的特殊工法,积聚着很多设计?施工方面的课题,而在事先通过了试验工程和各种关键性的实验以及分析研究,取得了隧道干线工程按计划要求的成果。
可以预料今后在有限的用地范围内,汇集有大规模地下构筑物的地下空间有效利用的情况势必会继续在增加着。作为MMST工法能够合解决这些出现在建设中的各种问题,亦正期待着进一步地获得广泛的应用。
    参考文献:
    高桥邦博等:MMST工法にぉけるシールドトンネルの施工
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