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盾构隧道上下线联络坑道的设计和施工(转载)
发表时间:2011-7-21 删除

前言                                  

    
         在中央环状线山手隧道中,为了能让火灾时等情况下、隧道中的受困人员可从道路空间向安全空间进行避难而设置的紧急口,大致是每隔350m左右距离作布置的。其中,对于不能直接设置独立的避难空间或者向隧道外逃避用的楼梯处所,如图-1所示并立设置的上下线(内外圈)的隧道,可设置两条隧道之间的联络通道,以作为从发生灾情的车道向没有灾情的车道躲避。在没有灾情的车道中避难之后,经由设置在车道一侧的避难通道、可以安全地走向避难楼梯处。 
        这类盾构隧道上下线联络坑道的筑造,是在上下线盾构机到达后,从盾构隧道坑道内切开钢制管片块、采用非开挖工法进行连接的。 
通过兼用冻结工法施工                                 
        这次的施工处所,作为都是渗透系数很大、地下水量丰富的地基土,为了确保地基土的自立和止水性的辅助工法,是采用了冻结工法施工的。 
        在本章节中,在采用冻结工法施工的中落合盾构隧道上下线的联络坑道(大林·大丰·东急JV施工)中,就有关采用冻结工法进行探讨内容和施工实绩作出介绍。 

 2.1  工程概要                                     
  本工程中施工的联络坑道的概要图如图-2中所示内容。施工处所的隧道覆土厚度是1D(D:管片衬砌外径,为11.8m)左右,联络坑道的长度是3~8m。联络坑道掘削部位处的地质,是以N值在12~50以上的武藏野砾石层(以下Mg层)、N值在50以上的东京砾石层(以下Tog层)和以粉砂为主体、夹杂着部分细砂的东京层粘性土层为主体的相间地层。Mg层和Tog层中都存在着颗粒为φ100mm大小的砾石块,渗透系数在10-2cm/s上下、是含有丰富水量的积水地层。
  兼用冻结工法的施工步骤如图-3中所示。

        在上下线联络坑道施工之际,注意采用冻结工法按表-1中所示内容进行研讨。在本章节中,就有关其中的冻结管理和防止混凝土冻害的对策作出叙述。
                       
冻土管理  
        冻结工法是在地下土层中埋设管道,让冷却到-20~-30℃的氯化钙水溶液(以下称盐水)在冻结管道中循环流动、造成冻土体。在这次的施工中,如前文所述、为确保掘削处地层土的自立性和止水性,实施了地基土体的冻结,计划了让掘削范围以内冻土使其闭合。冻土体由于温度的不同、其力学性能亦有所变动,设计上所需要的厚度,可根据冻土的温度高低来决定。这次的冻土温度,根据力学性质算定在-10℃时际。
        由于不能直接看到冻土形成的状况作出确认,冻土的管理、通常是通过测定地下土中温度,根据地下的温度分布、来算出冻土厚度和冻土的平均温度,对设计所需要的冻土进行管理。冻土的造成范围和冻土的平均温度控制,是通过所谓变更盐水温度和驱使盐水作循环的冻结管选择的方法来进行的。在这次施工中,将如图-4中所示的测温管道埋设在地下土体中,根据地下土体中温度分布、计算出冻土的厚度和平均温度来进行冻土的管理。
        此外,在这次的施工中,如不能做到将冻土掘削范围完全闭合的话,由此不能确保掘削处所的止水性,作为判断冻土的闭合,可在图-4中所示位置处设置水压力表,通过量测管片衬砌背面水压力值,就可判断冻土的闭合状况。随着冻土闭合的进行,被闭合在内部水可流动场所变得小了起来,如图-5中所示,徐徐地上升了水压力值。在本施工中,伴随闭合、水压力的上升,相比由自然水位形成的水压力(0.23MPa上下)还高时,就可判断已经是形成闭合状态了。
        再者,在这次施工中,为了要掘削并立设置的盾构隧道之间的土体,处在两条盾构隧道管片之间的冻土,如不能实现可靠的冻结的话,将会使沿着管片衬砌的地下水形成流入到掘削的处所。为了不使地下水流进入隧道,所需要的冻结长度(和管片衬砌相接的地层土体成为-10℃以下的圆周方向的长度),从过去的实绩来看,是取得2.5m以上。在这次的施工中,如图-4中所示那样,在管片衬砌内面设置了冻结管道,为的是能确保冻结长度在2.5m以上。
                                               

防止混凝土冻害的对策                            
        上下线联络坑道的筑造,是通过切开钢制管片块、作地层土体掘削,将地层土体作为里模板、浇筑混凝土的。对于冻结工法而言,混凝土接触的地层土体和钢制管片衬砌部位,由于温度仅在0°以下,如果直接浇筑混凝土的话,就会形成混凝土冻害。为此,对于冻土一面、要设置绝热材料,为的是使混凝土的温度不设在5℃以下。绝热材料的性能是可通过其厚度变化来实施热解析的,即便是由于混凝土自重压坏绝热材料的状态下,作为依然能满足要求性能的材料,是采用了玻璃纤维(t=50mm)。本工程中所采用绝热材料,比设想由于混凝土自重压垮量40mm还增加5mm,是能够防止混凝土冻害的材料。
对于此次的施工,为对绝热材料作确认,是在绝热材料的内面、布设了温度计,观察混凝土温度的时效变化。其结果便是图-6中所示的混凝土温度,在任何阶段中,总是能保持在5℃以上温度,便可获得防止混凝土的冻害。

兼用化学注浆工艺施工                           
        从中央环状线山手隧道的方南大街交叉部位附近起,至新白眼鸟大街交叉部位附近为止的区间中,在隧道下方、都营地铁大江户线复线并行通过。如果采用冻结工法施工,担忧由于发生的冻土压力影响,决定兼用化学注浆工艺和临时设置钢质支护工序进行施工。
  在本章节中,就有关采用化学注浆工艺施工的东中野盾构隧道的上下线联络坑道(前田·三井住友·白石JV施工)的研讨概要和施工实绩作出介绍。

工程概要                           
  将本工程中所施工的联络坑道概要图表示在图-7之中。施工处所的隧道顶部覆土为1D(D:管片衬砌外径是11.9m)左右,联络坑道的长度是4m。联络坑道掘削部位的地质,是N值在50上下的江户川层(砂层和粘性土层)。但是,地下水量十分丰富,加上砂颗粒累积曲线的均匀系数在3~10之间,是很小的,又因粉砂·粘性土成分亦仅在10%左右,亦是一种破坏性高的土层。兼用化学注浆工艺的施工步骤如图-8中所示内容。

化学注浆范围的选定                                    
        该部分的地质,是易发生土砂流动化、导致危险性非常高的管涌现象。作为对付这种现象最有效的工法,便是能跟踪管片在变形时的改变效果的冻结工法。然而,考虑到前文所述、在盾构隧道正下方,对并立通行的都营地铁大江户线的影响,决定采用低度渗透压力化学注浆工艺(内衬注浆工法)。 
所谓内衬注浆工法,就是采用凝胶时间长的注浆材料,从靠近处向深处、边依次确认改良效果,边形成渗透、凝固的工法。在水玻璃中使用的是有机系反应材料,比起一般无机系注浆材料,还能期待一种叫佩桑托凝胶强度和较高的止水性能(K=10-5)。
  化学注浆范围,除了和管片衬砌一侧,由和地层一侧的化学注浆粘结力,须作成支承活载、侧方向压力和地基隆胀所需的厚度,上部为4.5m、侧部4.0m、下部为4.0m。
  此外,对付管涌的措施、是通过“梁-弹簧结构模型”的结构分析,设定切开管片衬砌施工时的变形范围,需求出不动点、作成包括地层土和管片衬砌间隙在内的注浆范围。

施工时的安全管理  
         在施工时际、作为确保相对管片变形止水跟踪性是有难度的,需进行管片变形和应力的量测,经常性地掌握施工时管片衬砌的动态,边确认改良范围的有效性,边进行施工。
除此以外,作为避开出水和土砂流出事故,是设置着紧急挡板,在安全管理上作出努力。

结语
        在对上下线联络坑道的施工时候,进行适当的质量管理和安全管理,是可以做到平安无事故地完成施工。
 

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