南京长江隧道设计与施工

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1、南京长江隧道设计与施工南京长江隧道设计与施工 项目背景项目背景一一. .项目背景项目背景 南京长江隧道是南京市 “井字加 一环”快速路系统跨江成环的重要一环”快速路系统跨江成环的重要 组成部分，是“全面达小康、建设 新南京、实施跨江发展战略”的标 志性基础设施，被江苏省2006年重志性基础设施，被江苏省2006年重 点投资计划列为重点工程。 本项目为中铁建投资的BOT项目。本项目为中铁建投资的BOT项目。 建设期为4年、特许经营期30年。 已于年 月 日建成通车已于2010年5月1日建成通车 长江隧道的地理位置长江隧道的地理位置 南京长江大桥南京长江大桥 南京长江二南京长江二桥桥南京长江二南京

2、长江二桥桥 南京长江四桥南京长江四桥 纬三路过江隧道纬三路过江隧道 南京长江三桥南京长江三桥 南京长江隧道南京长江隧道 京沪高速铁路大京沪高速铁路大桥桥 建设环境建设环境建设环境建设环境二二、建设环境建设环境二二、建设环境建设环境 自然地理自然地理隧址为长江河床及高河漫滩隧址为长江河床及高河漫滩地形地形?自然地理自然地理：隧址为长江河床及高河漫滩隧址为长江河床及高河漫滩，地形地形 开阔平坦。开阔平坦。 ?工程地质工程地质上部上部地地层主要为第四系全新统冲积层主要为第四系全新统冲积?工程地质工程地质：上部上部地地层主要为第四系全新统冲积层主要为第四系全新统冲积 层层, 深部为白垩系岩层，地层起伏

3、不大。深部为白垩系岩层，地层起伏不大。 ?水文地质水文地质：地表水为长江水系地表水为长江水系，地下水为孔隙地下水为孔隙?水文地质水文地质：地表水为长江水系地表水为长江水系，地下水为孔隙地下水为孔隙 水及裂隙水，对混凝土、钢筋无腐蚀性。水及裂隙水，对混凝土、钢筋无腐蚀性。 ?地震基本烈度地震基本烈度：VII度度 。地震基本烈度地震基本烈度：V 度度 ?航运航道：长江南京水道为常年主航道，隧 址处航宽 航运航道：长江南京水道为常年主航道，隧 址处航宽4801000m，水深约，水深约11m 。 ?河床演变：最大冲刷深度约河床演变：最大冲刷深度约9m，深槽的摆幅 为 ，深槽的摆幅 为150160m。

4、?防洪等级：长江大堤为级堤防。防洪等级：长江大堤为级堤防。 三三三三设计概况设计概况设计概况设计概况三三三三. . . . 设计概况设计概况设计概况设计概况 1、主要设计参数：、主要设计参数： 道路全长：道路全长：5.853 km 道路等级：城市快速路，双向道路等级：城市快速路，双向6车道 车道设置： 车道 车道设置：3.5m23.75m，高高4.5m 设计车速：设计车速：80 km/h 车辆荷载：城车辆荷载：城-A级级 抗震设计：抗震设计：100年一遇超越概率年一遇超越概率10% 人防等级：人防等级：6级级 防洪设计：按防洪设计：按100年一遇水位设计 结构安全等级：一级，重要性系数 年一遇

5、水位设计 结构安全等级：一级，重要性系数1.1 设计年限：设计年限：100年年 盾构隧道盾构隧道 隧道建筑长度隧道建筑长度隧道建筑长度隧道建筑长度其中盾构段其中盾构段其中盾构段其中盾构段隧道建筑长度隧道建筑长度隧道建筑长度隧道建筑长度3790m3790m，其中盾构段其中盾构段，其中盾构段其中盾构段3020m3020m， 盾构隧道内径盾构隧道内径 ， 盾构隧道内径盾构隧道内径13.30m13.30m、外径、外径、外径、外径14.50m14.50m。 ?2线路平面设计 浦口区浦口区浦口区浦口区 ?2、线路平面设计 梅子洲梅子洲梅子洲梅子洲 浦口区浦口区浦口区浦口区 梅子洲梅子洲梅子洲梅子洲 南京市

6、区南京市区南京市区南京市区南京市区南京市区南京市区南京市区 ?线路平面线路平面：两个平面曲线两个平面曲线，半径分别为半径分别为2500m和和2750m。?线路平面线路平面：两个平面曲线两个平面曲线，半径分别为半径分别为2500m和和2750m。 ?盾构段线间距：盾构段线间距：30m 3、线路纵断面图设计线路纵断面图设计3、线路纵断面图设计线路纵断面图设计 施工期隧道覆土按不小于1D控制，困难地段不 小于0 7D运营阶段按最大冲刷包络线满足小于0.7D；运营阶段按最大冲刷包络线，满足 抗浮要求控制。 最大纵坡4%，困难地段不超过4.5%。最大纵坡4%，困难地段不超过4.5%。 ?4 4盾构隧道横

7、断面设计盾构隧道横断面设计?4 4盾构隧道横断面设计盾构隧道横断面设计?4 4、盾构隧道横断面设计盾构隧道横断面设计?4 4、盾构隧道横断面设计盾构隧道横断面设计 ?横断面布置 隧道横断面由车道板分 为上下两层，上层为行 车道层，下层为服务层。 5 5管片设计管片设计?5 5、管片设计管片设计 管片环宽2米、 厚60cm；设计 为双面楔形通 用环(楔形量 48)分块48mm)；分块 为7+2+1；采 用1/2错缝拼装用1/2错缝拼装， 斜向插入的直 螺栓连接；砼螺栓连接；砼 强度C60、抗 渗标号S12。 米米 四、工程特点和难点四、工程特点和难点四、工程特点和难点四、工程特点和难点 3020

8、3020米米 5.5米5.5米 60米60米 10.8米10.8米 南京长江隧道是世界瞩目的越江工程，是一个高风险、 高挑战性的技术难题。其技术特点可以用六个字概括：高挑战性的技术难题其技术特点可用个字概括 “大大”“”“高高”“”“强强”“”“薄薄”“”“长长”“”“杂杂” ?“大“大”：即盾构直径超大。盾构机直径 14 93米是世界上直径最大的盾构之 南南南南 14.93米，是世界上直径最大的盾构之一。 ?“高高”：最大水土压力高达6.5bar，目前在 同类盾构隧道中水土压力最高 南京南京南京南京 同类盾构隧道中水土压力最高； ?“强强”：穿越的地层主要为渗透系数很高 的强透水层占隧道总长

9、的87% 京京长长江京江京长长江江 的强透水层，占隧道总长的87%。 ?“薄薄”：江底冲槽段约150米覆土厚度不足 1倍洞径 最小埋深仅10 8米（0 72D)始发 江江隧隧江江隧隧 1倍洞径,最小埋深仅10.8米（0.72D)；始发 段埋深仅5.5米(不足0.4倍D)。 “长长”地层对刀具的磨损系数高盾构 道道技技道道技技 ?“长长”：地层对刀具的磨损系数高，盾构 在数十米深的水下穿越、检修困难，连续 掘进长度3000多米 技技术术特技特技术术特特 掘进长度3000多米。 ?“险险”：隧道穿越粉土、粉细砂、砾砂、 卵石和强风化岩层地质条件异常复杂 特点特点特点特点 卵石和强风化岩层，地质条件

10、异常复杂， 且存在不明障碍物的风险。 点点点点 五五、盾构施工盾构施工五五、盾构施工盾构施工 ?1.盾构机刀盘及刀具配置：盾构机刀盘及刀具配置： ?盾构刀盘形式为辐条面板式开挖直径?盾构刀盘形式为辐条面板式，开挖直径 为14.93m，由6个辐条和6块三角形面板 组成；开口宽度60cm开口率约30组成；开口宽度60cm、开口率约30。 ?刀盘上安装了7把中心刮刀；辐条安装有 16把先行刀182把刮刀（其中 71把可16把先行刀、182把刮刀（其中 71把可 常压更换， 其余为固定刮刀）、 12把 边缘铲刀和6把边缘小铲刀；仿形刀2把边缘铲刀和6把边缘小铲刀；仿形刀2把。 ?主开挖刀采用220mm

11、宽重型刮刀宽度，共 38个开挖轨迹开挖轨迹间距20038个开挖轨迹，开挖轨迹间距200mm。 ?先行刀突出刀盘面板的高度为250mm；其先行刀突出刀面板的高度为；其 他刀具一律为200mm。 中心刀7把中心刀7把 边缘铲刀12把边缘铲刀12把 小铲刀6把小铲刀6把 固定刮刀111把固定刮刀111把 可常压更换 刮刀71把 可常压更换 刮刀71把 先行刀16把先行刀16把 常压常压常压常压 换刀换刀换刀换刀 的功的功的功的功的功的功的功的功 能和能和能和能和 刀闸刀闸刀闸刀闸 能和能和能和能和 构造构造构造构造 刀盘辐臂刀盘辐臂刀盘辐臂刀盘辐臂 常压换刀常压换刀常压换刀常压换刀常压换刀常压换刀常

12、压换刀常压换刀 工作舱工作舱工作舱工作舱 2 2、盾构机始发、盾构机始发、盾构机始发、盾构机始发 37m18m冷冻加固 内衬墙 顶棚加固 全 内衬墙 全 断 面面 加 固 高压旋喷加固 预埋密封钢圈 1.6m 地下连续墙 3 3 一般地段的盾构掘进一般地段的盾构掘进3. 3.一般地段的盾构掘进一般地段的盾构掘进 （1 1）泥水压力泥水压力：）泥水压力泥水压力：（1 1）泥水压力泥水压力：）泥水压力泥水压力： A.A.泥水压力取值的泥水压力取值的一一般原则般原则泥水压力取值的般原则泥水压力取值的般原则 ?切口水压的上、下限值设定值采用的静止 土压力和主动土压力进行控制。 切口水压的上、下限值设定

13、值采用的静止 土压力和主动土压力进行控制。 ?由于本隧道以粉细砂、砾砂地层为主，地 层渗透系数大，透水性强，采取水土分算的 由于本隧道以粉细砂、砾砂地层为主，地 层渗透系数大，透水性强，采取水土分算的 方法进行计算方法进行计算方法进行计算方法进行计算。 ?始发段等其余不透水的淤泥质黏土地层采 用水土合算。 始发段等其余不透水的淤泥质黏土地层采 用水土合算。 ?同时，结合本工程特点及盾构机的特性， 要根据地表监测数据，对理论计算的泥水压 同时，结合本工程特点及盾构机的特性， 要根据地表监测数据，对理论计算的泥水压 力进行适当修正力进行适当修正力进行适当修正力进行适当修正。 （1）泥水压）泥水压力

14、力： B.利用始发段确定泥水压力值B.利用始发段确定泥水压力值 正常压力通过 ?A?B?C?D?E K3+668K3+708 大堤 0.81.5m 池塘 泥水压力上限通过 7.3m 泥水压力上限通过 泥水压力下限通过 4% 位移监测点 地表沉降监测点 ?现场监测现场监测 （1 1）泥水压力：）泥水压力：）泥水压力：）泥水压力： C.主要结论：主要结论： ?当压力设定小于计算下限值，能保持?当压力设定小于计算下限值，能保持 掌子面平衡，但地面沉降量过大，塌陷 风险大；当压力设定大于计算上限值时，风险大；当压力设定大于计算上限值时， 表隆起明显，有击穿迹象。 ?因此，对于地表沉降控制严格的地段?因

15、此，对于地表沉降控制严格的地段 选用上；对于浅覆土且地表沉降控制不 严地段，以下限值控制为宜。严地段，以下限值控制为宜。 ?推进过程中压力波动值控制在20 20kPa以内。20kPa以内。 （2 2）刀盘转速与推进速度）刀盘转速与推进速度）刀盘转速与推进速度）刀盘转速与推进速度 ?本工程使用的盾构机，设计刀盘最大转 速为1 5rpm最大推进速度为4 5cm/min速为1.5rpm，最大推进速度为4.5cm/min。 ?在粉粘土及粉细砂等均匀软弱地层中， 刀盘转速取1 0rpm推进速度约刀盘转速取1.0rpm，推进速度约 34cm/min，充分发挥设备能力，力较高 的掘进速度。的掘进速度。 ?粉

16、细砂、砾砂、圆砾及风化岩混合地层 中，刀盘转速控制在0 8转以内，根据开挖中，刀盘转速控制在0.8转以内，根据开挖 面地质情况，从保护刀具的原则出发，采 用较低的转速和推进速度。 （3 3）泥水管理）泥水管理）泥水管理）泥水管理 盾构掘进施工中，主要的泥浆参数包 括比重粘度含砂率析水量和PH值等括比重、粘度、含砂率、析水量和PH值等 参数。主要控制指标如下： 粘度:1825s粘土及粉砂层中取20s以下粘度:1825s。粘土及粉砂层中取20s以下 比重：选取1.15 1.25g/cm3 含砂量:15 20。含砂量:1520。 析水量:不大于5% PH值PH值：9 10值值 在砾砂、粉砂层中，以调浆为主；在 粘土类地层中，主要采用弃浆加水方法进中，弃 行调配，以保证泥水质量。 （4 4）壁后同步注浆壁后同步注浆）壁后同步注浆壁后同步注浆（4 4）壁后同步注浆壁后同步注浆）壁