土壓平衡盾構機的大批量引進和應用---上海地鐵1號線工程
自上海引進、自主研發的土壓平衡盾構施工電纜、排水隧道后,1988年,法國FCB公司與上海市隧道工程公司組成的聯合體一舉中標上海地鐵1號線工程,提供了7臺土壓平衡盾構機,自此,盾構法開始在上海的地下工程大規模應用!
工程簡介
上海地鐵1號線全長14 .57km,北起鐵路新客站,經人民公園、淮海路、衡山路,漕溪北路、漕溪路直至位于西南角的新龍華,全線共設12個車站。地鐵區間隧道大部分位于市區,因而采用盾構法施工是唯一的選擇,而具有大刀盤的土壓平衡式(Earth Pressure Balanced)盾構又是最適合城市內施工的機型。
土壓平衡盾構機特征
上海地鐵盾構土壓平衡盾構屬于密封式機械化盾構,自動化程度較高。外徑為6.34m,長6.54m,有一個切削地層土體的大刀盤,一臺輸送開挖土體的螺旋輸送器,一臺安裝隧道襯砌的管片拼裝機。
盾構后面是三個設備臺車,安裝動力設備和其他輔助設備。盾構工作動力主要是液壓動力。輔助設備有同步注漿等設備,占總用電功率的90%,用電通過高壓電纜送至盾構,經高壓負荷開關和降壓變壓器降至低壓配電盤,供盾構動力,照明和控制之用。
土壓平衡盾構所有的操縱控制除襯砌拼裝外,均在第一節臺車的集控室內控制。為此配備了各類傳感器和相應的變送器、各類顯示和控制儀表等。此外還配備了計算機數據采集系統。
工程進展
1990 年 1 月 19 日,上海軌道交通 1 號線經國務院同意,正式開工建設。在從法國引進的 7 臺盾構中,上海市隧道工程公司承接了其中 1 號、2 號、3 號及 7 號四臺盾構的施工任務。
1 號土壓平衡盾構
從徐家匯漕河涇試驗段 151 工作井出發,作往返施工,約 1300 延長米。該臺盾構主機設備全部為法國制造,是區間隧道引進盾構的首次掘進施工。由于周邊固定超挖刀的存在,以及同步注漿的材料和級配上的問題,使盾構掘進的軸線和地表變形控制極為困難。通過不斷采取技術措施,逐步優化各項施工參數,順利穿越了廠房,簡陋結構的密集居民區、滬杭鐵路干線、高架橋樁群以及市區重要地下管線等十分困難的地段。
2 號、3 號土壓平衡盾構
兩臺盾構同方向先后掘進,完成上海體育館站至徐家匯站間的雙向區間隧道。掘進前對盾構固定超挖刀等作了改進,摸索了盾構軸線與同步注漿量等施工參數,順利穿越了高架橋北標樁群、高填土橋臺、引道等地段,兩側重要地下管線也處于安全正常使用狀態。
7號土壓平衡盾構
這臺土壓平衡盾構機完成地鐵新客站至漢中路站之間的暗埋區間圓隧道。施工現場地處地面鐵路客運站廣場南端,盾構出洞后即遇交通干道及路邊地下管線群,出洞試掘進段就必須嚴格控制地表變形,盾構穿越全斷面砂性土地段長,隧道軸線處于基本全部彎道條件。7 號盾構是 7 臺盾構中唯一采用加泥式土壓平衡掘進施工的盾構,在盾構施工操作、隧道軸線控制、地表變形、管線和環境保護等方面的要求相比其他 6 臺盾構要高得多。
后續成果
由于引進法國先進的7臺土壓平衡盾構機,盾構的機電設備復雜,自動化控制程度高,不僅操作,管理,維修要求高,而且因上海地質的特殊性,當時部分設備或工藝還不能很好地適應上海的具體條件,所以掘進施工過程中需花較多的技術力量予以改進和優化,以滿足對環境保護和地表沉降控制的要求。
隨著上海地鐵1號線全線推進施工的展開,對土壓平衡盾構機的認識也不斷提高,尤其駕駛7號土壓平衡盾構穿越復雜交通干道和地下管線群,深刻理解和掌握了土壓平衡盾構機的施工技術。
7 臺土壓平衡盾構機在上海地鐵 1 號線中的引入應用成功,為全線乃至整個上海地鐵的區間隧道工程中土壓平衡盾構掘進機的推廣應用積累了經驗并作出了示范。