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1、大型非开挖技术在综合管廊中的应用综述,根据国务院办公厅关于推进城市地下综 合管廊建设的指导意见(国办发201561 号)，及6月17日住建部推进城市地下综合管廊 建设的专题会议精神：“要求坚决落实管线全部入廊的要求，绝 不能一边建设地下综合管廊，一边在管廊外埋设 管线”。,国务院文件,建设部 规范,日本共同沟实施法,台湾共同管道法,按照国外综合管廊的发展规律：共同沟立 法、地下管线强制入廊，是未来的趋势所向。,引言-综合管廊主干线与非开挖技术,1,引言-综合管廊主干线与非开挖技术,参考国外成熟的共同沟建设经验：在大中型城市，地下空间资源普遍 紧张，很难在浅层满足综合管廊主干线的空间需求，经综合
2、考虑，常选用 大型非开挖技术实施城市主干线及特殊节点部位。以国内一线城市为例：本人于2008年在上海参与建设了一条6200的 城市地下电缆主干线。由于上海市区的地下浅层均已被地铁、原水箱涵等 占用，而新建的高压主干线，不再允许以架空方式进入上海主城区（政策 变化，正如即将到来的管线强制入廊）。业主不得不采用盾构、顶管等非 开挖技术，来实施这条500KV电缆主线管沟。,2,引言-综合管廊主干线与非开挖技术,管沟必须建，浅层没空间，怎么办？最终，本工程基坑挖深达 28.5m，还需盾构出洞即大坡度下行，才能确保避开运营中的地铁隧道。工程全线不算其他的构筑物，仅下穿地铁，就多达12次。10年之后的今天
3、，上海地铁线路本身已 普遍叠交，地下空间资源更加稀缺，可以预 见，这条电缆主干网如现在才上马，其成本 还将大幅增加。因此，无论是国外还是国内，大型非开 挖技术，都不会缺席综合管廊主干线的建设。而且，早实施比晚实施更节省业主的投资。,3,“量身定制”-异形盾构/顶管优化截面型式，提升管沟空间利用率“积小成大”-MMB工法”小型盾构搭积木，筑超大管沟结构“超前支护”-管幕工法管排互锁，成就短距离曲线管沟,“金蝉脱壳”-DAPPI工法无接收井条件下完成管沟的互联互通“窥天利器”-各种竖向掘进机 管沟各类出入口的非开挖解决方案“出入自如”-GPST工法把始发/接收井全省掉？可行！,目录-大型非开挖技术
4、与综合管廊主干线,4,一、“量身定制”-异形盾构/顶管,“量身定制”-异形盾构/顶管优化截面型式，提升管沟空间利用率长久以来，由于圆形易于切削，结构受力体系合 理，盾构及顶管大多为圆形截面，采用其他截面形状 的盾构/顶管，均被称为异形。然而，从综合管廊的使用功能来分析，圆形截面 空间利用率低，浪费地下净高资源，不一定是最经济 合理的选择。此时，根据综合管廊的空间需求，可适 当优化盾构/顶管的截面型式，以提升管沟的空间利 用率。,5,1.多圆盾构与DOT盾构,在众多接近矩形的异形断面工法中，最早 仍利用圆形盾构的优点，以双圆及各类并列圆 形为主，之后衍生出DOT盾构（轮幅形切削器，同步控制相互不
5、接触）的概念。,多圆盾构即保留了圆形截面的优点，又能 实现接近于矩形的利用空间，获得了较快的推 广。但是，由于多圆盾构接缝处存在海鸥型凹 槽，易产生背土导致地表隆起，因此对沉降控 制技术的掌握提出了较高的要求。,DOT盾构,双圆盾构,三圆盾构,一、“量身定制”-异形盾构/顶管,6,日本有明北地区供应管道共同沟建设工程,采用9.35m15.86m横向二连型DOT盾构机，建设 的综合管廊工程，也是迄今为止的DOT工法实绩中最大 直径的盾构机。,我公司实施的双圆盾构隧道,中国最早应用，是我公司2004年承建的上海地铁8 号线2标工程，本台盾构成功建造出6.3m*10.9m的地下 空间，共掘进11.6
6、公里。,一、“量身定制”-异形盾构/顶管,7,2.(类)矩形顶管,为了减少背土效应，并让隧道断面更有利于管沟空 间的充分利用，矩形及类矩形的掘进机随后迅猛发展。,3.09m4.29m 矩形顶管,名古屋市北区共同沟安装隧洞工程,一、“量身定制”-异形盾构/顶管,8,我公司1995年开始研究矩形顶管技术，一直领先于国内，紧随世界先进水平。2005年起，上海 建工、中铁二局等也开始采用矩形顶管施工，此工法开始大面积推广。（以下均为我公司业绩）,1995年/2.5m2.5m我公司首发实验的 可变网格式顶管机,1999年推出3.8m3.8m 组合刀盘式矩形顶管机,2003年推出6m4m 偏心多轴式矩形顶
7、管,2008年推出6.9m4.2m 三刀盘组合式矩形顶管,一、“量身定制”-异形盾构/顶管,9,2012年推出6.9m4.2m 行星刀盘式矩形顶管,一、“量身定制”-异形盾构/顶管,10,2014年，借助我司超大型全断面异形隧道掘进装备的研制超大型全断面矩形顶管掘进施工关键技术研究 的平台，我公司为郑州下穿中州大道工程，定制了世界最大的10.4m7.5m矩形顶管。,11,3.(类)矩形盾构,習志野市菊田川2号幹線管渠工程,3.984.38泥土加压式矩形盾构,12,一、“按需定型”-异形盾构/顶管,2015年，我公司在设计施工总承包项目宁波轨交TJ3111标，为业主量身定做了世界最大的11.83
8、m*7.27m土压平衡类矩形盾构，,13,除了以上为轨道交通定制的B型机，我司还为综合管 廊、地下通道开发了市政通用A型机：矩形顶管盾构一体 机，相关的课题也已通过科研论证。下一步，我公司将根 据业主需求量身定制。,B型机隧道施工,A型机,一、“量身定制”-异形盾构/顶管,矩形顶管盾构一体机（市政通用A型机）,14,二、“积小成大”-MMB工法”,“积小成大”-MMB工法”小型盾构搭积木，筑超大管沟结构虽然盾构掘进机的最大断面记录一直在刷 新，使得许多超深超大的地下空间得以实现，但是，必然有一个平衡点，会导致更大的单体 掘进机在经济方面没有优势，在小半径转弯方 面难以满足。此时，可以转换思路，
9、利用小型矩形盾构 组合，来构筑大断面管沟结构，即MMB工法。,15,二、“积小成大”-MMB工法”,MMB工法的施工流程：典型案例：东京都中央区银座某处地下空间开发项目，周边环境极其复杂，工程难度非常大，因 此选用MMB工法作为非开挖施工方案，周边沉降被 控制在最小限度。,1.小矩形盾构挖掘,2.依次完成外轮廓,4.滑动钢板连接处临时挡土,3.连接部位止水注浆,5.连接部位开挖、连接,6.连接部后浇钢筋砼结构,16,二、“积小成大”-MMB工法”,7.养护合格、空间开挖,8.完成后续内壁施工,外轮廓钢壳采用槽钢等通用钢材，经济性优越。连接部位的钢壳外预留了挡土用的滑动钢板。采用同步壁后注浆方式
10、，有效防止地基变位。可满足转弯半径仅80m的小曲线施工。,MMB工法的工艺特点：,17,二、“积小成大”-MMB工法”,小身材,MMB工法对业主有利的优点：浅覆土下也能进行施工。收放临时设备的用地面积小。对地面交通的影响控制在最小范围。小矩形盾构，让用地宽度最小化。通过调整隧道间的连接尺寸，能应对 地面的扩大缩小及曲线部的施工。大幅度减少不良土的发生。,大作为,18,三、“超前支护”-管幕工法+,“超前支护”-管幕工法+管排互锁，成就短距离曲线管沟大口径的盾构优点很多，目前已得到广 泛应用，但是对于距离较短的地下空间开发，如综合管廊过街、运管中心及地下变电站等 功能性的局部大空间，虽然由于各种
11、客观因 素无法明挖施工，但出于经济方面的考虑，大盾构显然不是最佳选择。目前，通过技术改良，各种“管幕法+”，正变得越来越有竞争力。,管幕工法的核心，是在始发坑与接收坑之 间，以单管顶进为基础，各管间依靠注入止水 剂的锁扣相接，形成封闭或半封闭空间，起到 超前支护的效果。,19,三、“超前支护”-管幕工法,然而，若仅采用常规的管幕工法实施大 断面地下空间，地基加固的量将非常大，而 且由于较难保证钢管的扰度和止水，难以满 足市中心较高的沉降控制要求。因此，“管幕+预筑”，“管幕+冻结”，“管幕+箱涵推进”就成了新的选择。1.管幕+预筑（即“新管幕法”）新管幕法所顶钢管均为大直径钢管，以 便在施工后
12、期，直接将拟建结构物外轮廓，施作于所顶钢管内。,以功效来比较：老管幕法的作用类似于矿 山法开挖中的管棚，一般只作临时支撑用。而 新管幕法则能直接预筑永久性结构(这一点与 MMB工法类似)。最简单的就像下图这样：,20,三、“超前支护”-管幕工法,新管幕法在超大断面的广泛推广是90年代末期 从韩国开始的，其成熟的标志就是著名的首尔9号线 923车站，获得了2009年ICE（英国土木工程师学会）“文莱奖”。,首尔923车站管幕技术示意图,2010年，国内的沈阳地铁也首次成系 统的应用新管幕法构筑地铁车站（新乐遗 址站），效果良好。新管幕法无论截面大 小，都有一定的适用性，可以在综合管廊 中予以推广
13、。,21,三、“超前支护”-管幕工法,2.管幕+冻结,管幕的主要作用是挡土和防水，一般 在土质较差水压较高的地质条件下，实施 曲线管幕，风险会比较高。而冻结法的优势正在于此，市政中应 用最广的莫过于各种联络通道，效果很好。因此，将两种工艺结合起来优势互补，就衍生出“管幕冻结法”：把冻结管布置 在钢管幕内，使之形成冻土帷幕，以达到 止水的目的，构筑超大型的“联络通道”。,然而，管幕冻结法不同于常规冻结，其冻结管 并不与土体直接接触。因此，其成败的关键在于，如何确保冻结，同时防止冻胀造成浅覆土隆起。目前的解决办法是：设计三套管路作为不同的用途，圆形冷冻 管和异形冷冻管确保冻 结并抵御冻土弱化，限
14、位管必要时开启热盐水 以抵御冻胀。,22,目前，大型管幕冰冻法正在港珠澳大桥珠海连接线，拱北隧道中进行首次应用。,23,三、“超前支护”-管幕工法,3.管幕+箱涵推进,我公司用此工法，在饱和含水软土中施工的上海 北虹路地道工程，获得2006年“国际非开挖协会金奖”,由于综合管廊的现行规范要求，天然 气、热力，高压电缆，雨污水等常需要布 置独立的舱室（个别城市的管廊断面已达 到5仓），因此管廊的净高虽然不大，但 净跨却常常很大。此时，采用我公司获得的国家级工法“大断面管幕-箱涵推进工法”，有较大 优势。,24,跨度达34.2米，高度7.85m（跨高比超4倍）的北虹路地道,三、“超前支护”-管幕工
15、法,管幕-箱涵推进法有以下优点：对地表影响小，能进行浅覆土施工；不依赖于长距离水平土体加固。跨度再大也不会出现支撑不及时的 暴露工况，有利于避免事故、控制 地表沉降。内部结构在推进平台上整体现浇，既免于吊装，且质量有保证。,25,四、“金蝉脱壳”-DAPPI工法,“金蝉脱壳”-DAPPI工法无接收井条件下完成管沟的互联互通随着综合管廊理念的逐步推广，以地下管线为 纽带，共同沟与相邻的高楼大厦、停车场、地下商 场、市政设施以及平行管沟间，互联互通的需求与 日俱增。,天津于家堡金融区地下共同沟一期工程剖面示意图,本人负责建设的天津于家堡地下共同沟一期工 程，即与金融区内各地下空间实现互联互通。通过
16、 支沟连接，从共同沟内可以直接走入到自贸区环球 购地下商业街，各大楼宇，甚至于家堡高铁站。,26,那么问题来了，要与新建管廊互 联互通的地下空间，大多是已建建筑，没有设置接收井的条件，掘进机完成 互通管沟后如何全身而退？,DAPPI盾构机可动式辐条及机身剖面,DAPPI工法，即可快速且经济的，将掘进装置从掘 进机外壳拔出，并方便再次安装以掘进新的线路。,27,四、“金蝉脱壳”-DAPPI工法,1.掘进至联通口（洞口范围提前改良地基）,DAPPI工法的施工流程：,2.刀盘辐条缩径,3.部分设备拆除,4.掘进装置拔出、撤离,5.洞门凿除，浇筑联络结构,28,四、“金蝉脱壳”-DAPPI工法,另外，
17、DAPPI工法的作用，还可用于复杂的清障工况：通过前面5步，可快速处置难以从地面处理的地下障碍物，之后又可很快复装掘进机，并恢 复掘进。,6.掘进装置重新装入,8.再掘进，到达,7.部分设备重新安装，刀盘辐条扩径,29,五、“窥天利器”-各种竖向掘进机,“窥天利器”-各种竖向盾构/顶管 管沟各种竖井的非开挖解决方案1）“竖.横式”球体盾构克服了没有接收井的问题，那么在工期紧 张，场地较小，基坑太深的情况下，不挖工作 井是否可行，答案是可以。球体盾构由大盾构、球体、小盾构等部件 组成，大盾构内藏一个球体，球体内藏一个无 尾板可以伸缩的小盾构。,30,1.竖向掘进姿态,2.横向掘进姿态,“竖.横式
18、”球体盾构，首次运用于东京都足 立区下水道工程，从地面往下掘出竖井，并从任 意深度转向，用小盾构掘进横向隧道，直至进入 接收井。优点：1、比最紧凑的工作井仍节省占地40-50。2、比工作井施工时间更省。3、比深基坑更施工更安全。,五、“窥天利器”-各种竖向掘进机,31,球体盾构的这些优点很突出，但对于城市综 合管廊，工作井的优化并非是最迫切的问题，关 键在于如何实现数量庞大的中间竖井。根据右图城市综合管廊工程技术规范节 选，综合管廊每个舱室隔200米左右，就必须布置 通往地面的各种出口。球体盾构是无法实施如此多竖井的。,管廊规范,五、“窥天利器”-各种竖向掘进机,32,此法将管涵顶升处结构，设
19、计为预留顶升口的 复合管片，取水口方管节从帽盖处破壳而出，向上 逐节顶升，最终完成竖井取水。至今，已采用此法 从隧道内安全顶升了数百个取/排水口竖井。,顶升处预留顶升口的复合管片,2）“垂直顶升”竖井1974年，我公司在上海金山石化首创了垂直顶 升取/排水口的工艺，获得了美国土木工程师协会 的“格瑞芬德奖”，以及国家科技进步二等奖。,五、“窥天利器”-各种竖向掘进机,33,垂直顶升法发明之前，全球类似工程均采用 围堰筑岛或水中沉井等，工期长且受风浪影响大 的工法，改用此法后，取排水口的施工风险下降 了几个档次，工程造价却减少了80 以上。,2010年，我公司在上海青草沙隧道穿 越长江后，从隧道
20、内垂直顶升4根长达41米,的850竖井出地面。,但是，由于此法顶管机械为极其简约的“宜 家”风格，不能用于周边保护要求高的复杂环境。否则，需选用带切削刀盘的竖向盾构/顶管机。,五、“窥天利器”-各种竖向掘进机,34,竖向盾构机,为了在任意位置完成任意数量的竖井，可采用玻璃纤维钢筋砼等特殊材料，制成 带预留顶升口的管片，以取代盾构机内预 留盾构头（球体盾构/茎盾构），或复合钢 管片帽盖（垂直顶升法）。装上洞口装置后，按竖向功能优化设 计后的竖向盾构/顶管(带切削刀盘)，就能 直接切削出洞了。,3）竖向盾构/顶管（带切削刀盘）,预留顶升口,洞口止水装置,五、“窥天利器”-各种竖向掘进机,35,竖向
21、掘进机能确保向上掘进过程中，对周边环境 的扰动能满足严苛的要求，还能同步或多次实施多条 竖管，完全胜任综合管廊规范对各种出地口需求。,五、“窥天利器”-各种竖向掘进机,36,六、“出入自如”-GPST工法,“出入自如”-GPST工法始发/接收井全想省掉？没问题！传统的非开挖隧道，为满足设备始发和接收的要求，施工前一般要施作工作井和接收井基坑。深大的工作井施工，需占用大面积的施工场地，带来 了建筑物动拆迁、地面交通中断、费用高等一系列问题。而目前许多综合管廊，两端为浅埋，中间一段因为各种复杂的环境条件，不得不采用深埋隧 道。此时，从综合管廊自身的使用功能考虑，是无需设置庞大的工作井及接收井结构的
22、。那么，既然自身无需求，可否不设工作井及接收井呢？,37,六、“出入自如”-GPST工法,地面出入式盾构法隧道新技术（GPST工法）2016年4月，荣获上海市科技进步一等奖，我公司研发的“地面出入 式盾构法隧道新技术”(GPST工法)，是解决上述问题的有效途径。GPST工法，是指盾构从地 表始发，可以在浅覆土条件下 掘进，最后在目标地点从地表 到达。,B.地面到达,A.地面始发,38,六、“出入自如”-GPST工法,GPST新技术突破了传统盾构法隧道施工对 最小覆土深度的限制，实现了地下隧道与浅地 层结构直接连接的一体化设计与施工。利用盾构掘进取代了暗埋段明挖施工：施工场地与开挖方量均可减少50 以上；降低了搬拆迁和对周围环境的影响；,以浅埋导坑取代了深大工作井：不仅可减少施工风险和开挖方量，也缩短 了建设工期，经济与社会效益显着。,39,GPST专用盾构机,六、“出入自如”-GPST工法,B.地面到达,A.地面始发,应用示范由我公司承建的南京机场线秣陵站将军路站，为避免对周边居民和管线的大规模拆迁，成 功运用GPST工法，直接从地面始发和到达，安全和质量均有保障，相关线路已于2014年开通运营。,隧道变形控制在4以内；隧道轴线控制在50mm；隧道未发现渗漏现象。,40,
