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1、中铁十四局集团有限公司南京长江隧道工程指挥部,欢迎各位领导专家莅临南京长江隧道 参加股份公司盾构隧道技术交流会,Nanjing Yangtze River Tunnel Project of China Railway Shisiju Group,中国鉄建股份公司盾构隧道技术交流会,尊敬的各位领导、各位专家： 我叫王华伟，现担任中铁十四局南京长江隧道工程指挥部总工程师职务，我汇报的题目是南京长江隧道工程综合施工技术研究，包括以下三项主要内容：,一、工程总体情况介绍 1、南京长江隧道工程项目概况 2、南京长江隧道工程特点、难点及风险点 3、设备情况简介 二、南京长江隧道工程施工情况综述 三、开展
2、的技术攻关和施工综合技术研究 1、研究背景和意义 2、南京长江隧道创新之处 3、开展的主要研究项目和阶段成果 不当之处敬请批评指正！,一、工程总体情况介绍 1、项目概况,南京长江隧道工程盾构隧道设计为双向、双洞6车道，其中左线盾构隧道长3022m，右线盾构隧道长3015m。隧道采用两台直径14.93m泥水盾构，由江北始发井出发，同向掘进施工。,盾构隧道水文地质情况 盾构隧道工程区段属长江河床及高河漫滩，地形开阔平坦。地表主要为农田、水塘、苗圃等。盾构穿越江面宽度约2600m，高水位多年平均值8.37m，最大水深约28.8m。隧道通过地段主要地层分布为粉细砂、砾砂、圆砾和强风化砂质泥岩。,盾构隧
3、道管片 盾构隧道管片内径13.30m，外径14.50m，厚度60cm。每环衬砌由10块管片组成，环宽2m。 管片拼装设计为7块标准块、2块相邻块和1块封顶块，分Z型Y型两种管片模式。 管片设计强度C60，防水等级S12。,一、工程总体情况介绍 2、南京长江隧道工程特点、难点及风险点,南京长江隧道是一项世界瞩目的宏伟工程，南京长江隧道工程面临一些世界级的技术难点和挑战。本工程特点、难点及风险点主要包括以下六个方面：, 盾构直径超大 荷兰的绿心隧道盾构机直径14.87m，是目前世界上已建成的直径最大的盾构工程。南京长江隧道盾构机直径14.93m，是目前世界上直径最大的盾构机之一，直径超过世界上已建
4、成的最大盾构隧道。虽然盾构机尺寸的增大仅是数字的增大，但是由于盾构机尺寸的增大带来的则是施工难度和风险的几何增长，盾构机直径的超大带来的一系列问题是施工面临的挑战之一。, 水压力高 南京长江隧道盾构机工作压力高，最大达到6.5/2（即相当于65m水头压力），在超大直径盾构水下隧道项目中是世界最大的。 地层透水性特强 长江南京水域的江中主要为粉细砂地层，以及部分砾砂、卵石层，砂层透水系数是粘土层的千倍以上，在如此高透水性地层条件下，而最大水压力达到6.5/2，所有的水头压力均直接作用在隧道上，江底隧道掘进风险是巨大的，如何安全、顺利完成施工是一个具有挑战性的课题。, 水下一次掘进距离长，刀具保护
5、要求极高 南京长江隧道长度超过3km，而且地层条件复杂，以砂层为主： 如果在同等地质条件下，由于盾构直径超大，南京长江隧道3km的掘进相当于直径6.3m的地铁盾构掘进17km。 同样的盾构机刀具，在石英含量高的砂层中盾构机刀具的磨损是软土地层中的10倍以上，也就是说：南京长江隧道盾构机掘进完成3公里长的江底隧道，相当于同样直径的盾构机在软土地层中掘进30公里。因此刀具的保护是施工中必须克服的难题。, 盾构始发和接收超浅埋 按照一般作法，盾构机始发和接收覆土厚度一般不宜小于1倍盾构机直径，而本工程权衡深基坑和盾构出洞双重困难，选择盾构机始发埋深仅为0.37倍盾构直径（5.5m），在国内是埋深最浅
6、的；除了荷兰绿心隧道以外，世界上还没有更浅埋深盾构始发范例。 另一方面来说，盾构超浅埋始发和接收的顺利实现，对我们以后进行类似工程建设提供了重要参考和依据，并且盾构隧道埋深的减少将会带来巨大的经济效益，推动盾构施工技术进步。, 江底盾构覆土厚度浅 由于受客观条件的制约，线路纵坡设置虽然达到最大规范坡度，但是在盾构到达井一侧的江底，有一江中冲槽段，该冲槽段盾构最小覆土厚度仅有11m（仅有0.7倍盾构直径）。而且该段地层为高透水性、松散的粉细砂层，水深却高达20多米，在这样高水压、浅覆土极端困难的条件下进行隧道施工安全风险极大，这也是南京长江隧道面临的难题和挑战。,鉴于南京长江隧道面临的上述六大技
7、术难题和挑战，在没有现成经验可供借鉴的情况下，为了安全顺利完成这项史无前例的工程施工，我们建立了三级专家体系，坚持依靠专家团队的智慧，为工程施工保驾护航：,1、以钱七虎院士为首的专家委员会,2、以梁文灏院士为首的现场专家组,3、由具有丰富施工经验的国内外相关专家组成的工地专家组,自2006年以来,我们先后聘请国内外盾构设备、盾构隧道施工相关的业内知名专家共计25位（包括钱七虎院士、梁文灏院士、日本专家秋源、法国布依格专家龙尚等），分别针对施一系列技术难题进行了专题论证，截至目前已经在现场召开了35次专家评审会，有力的推动了隧道建设的安全顺利进展。,3、设备情况简介,根据南京长江隧道穿越地段水文
8、和地质特点，我们量身定做了两台德国海瑞克公司生产的直径为14.93m的泥水平衡盾构机进行南京长江隧道施工。 根据南京长江隧道工程的要求，盾构机设计具有如下先进性： 1、刀盘刀具设计有71把能够在常压下进行更换的刀具，且安装了磨损监测系统。 2、主驱动：带有特殊压力装置的密封系统符合高工作压力，在盾构机轴心部分中部达到7.5bar的要求。 3、主轴承设计寿命达：17,600小时。,4、先进的PLC系统实现了故障自动报警，确保盾构机处于良好工作状态。 5、盾体 设计有大型碎石机，可以破碎直径达到 1.2m的石块。 先进的冲洗冲刷系统减少了开挖舱内碴土粘结或大量碴土沉积的情况。 盾体设计有锥度（由三
9、个直径组成） ，即使在施工过程中遇到长时间停机的情况，恢复推进时仍能确保盾构机轻松前进。,6、盾构机的操作采用气泡调节技术，能够保证支撑压力的精确率为+/- 0.05bar。在不稳定的、混合地层中能够安全地进行隧道开挖操作，外界压力的变化不会对开挖面的稳定造成影响，沉降控制在+20mm-40mm之间。 7、盾尾专门设计了用于高工作压力的的密封系统，包括3道钢丝刷、1道钢板束和1个应急密封。 8、盾构机的主要部件都设计用于长距离隧道掘进工程（超过15公里）。,二、南京长江隧道工程施工情况综述,南京长江隧道工程自2005年3月29日开工以来，经过四年来的努力，相继完成了以下工作： 1、克服了国际融
10、资和国际招标程序复杂、不可控因素多的困难，按期完成盾构机及配套设备的选型和采购工作； 2、用5个月的时间完成了按正常工期需要一年才能完成的江北工作井全部土建任务；,3、仅用58天时间就完成了正常需要近五个月时间的盾构机组装，第一台盾构机于08年1月15日试掘进，2月27日正式掘进，目前已掘进2300米；第二台盾构机于08年5月16日破门进洞，2009年5月20日，左线隧道实现贯通；,4、3043环管片生产已经于08年11月13日全部完成，其工艺控制水平和质量达到世界先进水平，箱涵已于08年7月30日提前两个月完成了3082块的全部生产任务； 5、梅子洲接收井自07年9月份开始分段开挖，08年6
11、月25日提前5天完成全部土建施工，保证了盾构机的到达接收。,三、开展的技术攻关和施工综合技术研究 1、研究背景和意义 2、南京长江隧道创新之处 3、开展的主要研究项目和阶段成果,三、技术攻关、关键技术研究的开展情况 1、研究背景和意义,目前国际上修建的大型跨江、跨海隧道还很少，国内则更是刚刚起步，在这方面还没有经验,传统的设计与施工方法难以满足超长度、大深度、大断面的隧道及地下工程的要求。面对我国将建的一批越江跨海等特长隧道工程，一方面我们要紧跟国际研究的前沿，另一方面则要依托南京长江隧道工程，开展超大直径泥水盾构核心技术研究。,2、南京长江隧道创新之处,以南京长江越江隧道工程为依托，对超大直
12、径盾构隧道的衬砌结构型式及力学行为、超浅覆土始发和接收施工技术、施工风险分析与应对措施以及高水压、长距离、浅覆土条件下河床处理及掘进施工技术等建造关键技术进行深入研究，解决复杂地质条件下超大直径盾构隧道建造技术难题，形成具有自主知识产权的、整体上达到国际先进水平、部分技术达到国际领先的越江隧道核心技术体系。,2、南京长江隧道创新之处,创新点： 发展超大直径盾构施工核心技术； 总结出复杂地层条件下盾构刀具切削机理和刀盘优化设计原理，掌握合理的最小覆土厚度及相应的安全掘进模式和掘进参数的关键核心技术，建立泥水劈裂理论，整理出劈裂发生以及泥水喷发的判别标准； 发展跨江跨海盾构风险的评估和防范理论，建
13、立风险分析与评估的核心技术体系。,3、开展的主要研究项目和阶段成果,南京长江隧道工程综合施工技术研究涉及两方面内容： 一是机械设备方面。南京长江隧道采用直径14.93m泥水平衡盾构进行施工作业，对于这种超大型机械设备的引进、消化、吸收、改进，设备的运输、起吊、组装、调试测试，以及设备的接收和施工中的保养维护等等，给我们提出了一系列的研究课题。,3、开展的主要研究项目和阶段成果,二是土建方面。土建方面是课题研究的关键和重点，土建方面的课题又分以下几个方面进行专题研究： 推进专题。 推进专题研究包括：盾构始发和接收、泥水、掘进参数、同步注浆等。 小覆土、长距离专题 小覆土、长距离专题研究包括：江中
14、冲槽段掘进参数的研究、长距离掘进刀具的保护等。这是南京长江隧道科研工作的核心内容。 和盾构隧道配套的其他工程专题。 和盾构隧道配套的其他工程专题研究包括：基坑、管片、同步施工等。 信息化施工专题。 信息化施工专题研究包括：三维仿真、远程监控和信息快速反馈系统。 安全风险专题。 安全风险专题研究包括：风险分析和应对措施、安全穿越长江大堤施工等。 南京长江隧道工程的科研课题将主要围绕以上两个方面，依托南京长江隧道，整合利用国内相关科研单位和高校研究机构，分门别类展开各个专题研究。,3、开展的主要研究项目和阶段成果,针对两个方面、六个专题我们开展了一系列课题研究，下面我针对四个主要课题情况向大家介绍
15、如下： 超大断面盾构隧道衬砌结构选型及力学特征研究 超大直径盾构高水压长距离浅覆土条件下掘进施工技术研究 超大直径盾构隧道施工三维数值可视化仿真模拟技术研究 超大直径盾构、超浅覆土始发施工技术研究,3、开展的主要研究项目和阶段成果,3.1超大断面盾构隧道衬砌结构选型及力学特征研究,南京长江隧道穿越软硬程度差异极大的混合地层，隧道顶部与长江最高水位差约60m，隧道施工全过程以及运营阶段必将承受较大的外部荷载(高水压、土压以及其他各种形式的可预见和不可预见的荷载)，同时由于水文及地质原因，作用在盾构隧道衬砌结构上的水土压变化也较大；除施工条件困难外，隧道主体结构体系复杂、未知因素众多，在国内尚无同
16、类水下隧道的结构设计、施工先例，为了确保隧道在施工期间的安全性，在环境保护、建成后的可靠性等诸多方面取得成效，并获得良好的技术经济效益和巨大的综合社会效益，开展其超大断面衬砌结构选型及力学特征试验研究，获取宝贵的第一手原始资料，具有十分重要的现实意义。 管片结构力学行为研究已经列入国家“863”计划研究、示范项目。,基于上述认识，我们在进行管片高性能混凝土配比和施工工艺研究的同时，和项目公司、铁四院、西南交通大学一起， 利用半年的时间，在现场进行管片衬砌结构体原型加载试验，研究管片环结构在通缝与错缝拼装方式下、以及在各种拼装组合方式下的力学行为特征，以此检测结构内力与变形，以及评估配筋设计，寻求相对最优的拼装方式，最后通过破坏试验观察通缝与错缝拼装方式下的破坏特征。,试验内容,（1）组合管片环加载试验（模拟错缝拼装方式）； （2）组合管片环破坏试验； （3）单环管片环加载试验（模拟通缝拼装方式）； （4）单环管片环破坏试验。,试验装置及加载 试验装置采用“多功能盾构隧道结构体原型加载
