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北京也有河,好像叫護城河,偌大一個紫禁城里都要有一條環境的河,圓明園、頤和園都有,可見“無河不成宮”啊。
上海也有河――蘇州河、黃浦江,現在說起黃浦江來總覺得有股濃濃的情,特別是去年世博會開園那天,宋祖英演唱了一首由周杰倫作詞曲的《黃浦江深》,很有情意,我非常喜歡。“周杰倫是個才子。”我們生物老師說的。黃浦江在中華民族沉淪的那段時期,似乎有著另類的顏色,有歷史的飄渺,也有藝術的痕跡。而且,黃浦江的周邊比如說陸家嘴、外灘這些,都是上海的文化中心、商業中心,可見河水具有怎樣的凝聚力!
遵義的中心“丁字口”也是河,其中當地年長點的人們都知道有一條很古老的橋――獅子橋,和盧溝橋頗為相似,但是,現在你再也看不到上面神態各異的獅子了,他們早已消失在歷史中,只留下坑坑洼洼的石樁。
貴陽也有河,所謂的甲秀樓不也是河的文化產物嗎?
張家界,說實話,對于我這樣生長在大山里的孩子來說不怎么迷人,反而是累人,但是那兒也有河――澧水河。湖南的河還有很多,湘江、瀏陽河等。
重慶的夜景很美,尤其都是依江的景觀。嘉陵江給了這座城市無盡的生命力與夜間的活力,重慶的美還在于它用江所詮釋出來的現代美。
關鍵詞:板樁碼頭;加固;減壓平臺;渣土轉運
前言
上海在上世紀90年代建設了一批小規模的內陸板樁碼頭,主要用于木材、棉花等散貨的轉運,而由于產業轉型,原先的運營模式也發生了改變。目前上海地區由于城市化發展,周邊已經沒有渣土傾倒場所,而大規模的土建又造成了大量的建筑渣土,主要靠船只外運至江蘇指定棄泥地,而做渣土轉運也變成這些碼頭運營轉變的主要方向。
1 板樁碼頭加固改造方法
板樁碼頭技術改造的主要途徑可以從以下五個方面考慮:(1)墻前新建結構如承臺、墩臺,將原碼頭作為直立駁岸使用。(2)調整、加密或新設拉桿和錨碇結構。(3)加固或置換墻前土層、提高土抗力。(4)在墻后設置型結構如半遮簾樁、全遮簾樁、減壓平臺,調整或減少墻后土壓力的大小及分布。(5)加固地基,改善后方填料性質,減少土壓力。
2 工程實例
2.1 工程概況
本段黃浦江防汛墻始建設于1972年,1994年對防汛墻前沿改擴建,新建了板樁碼頭,碼頭長度約70m。2002年,《黃浦江干流新增防洪工程A2標》對防汛墻進行了翻新加固,形成了兩級防汛墻體系。
碼頭現因業務逐漸轉向土方、渣土駁運方面,計劃在距碼頭后新建一處臨時渣土中轉池,為了確保防汛墻的使用安全,XX公司委托我院對該段碼頭進行方案論證。
2.2 工程現狀
本段黃浦江防汛墻為兩級擋墻式防汛體系,前沿第一級防汛墻為單錨板樁式碼頭防汛墻,擋墻頂高程4.80m;碼頭后35~45m為第二級防汛墻,擋墻為“L”型鋼筋混凝土結構,與防汛鋼閘門組成后防汛體系,墻頂高程為5.80m。
碼頭始建之初為停泊60T級內陸船只的錨碇板樁結構碼頭,具體結構如下:
駁岸采用鋼筋混凝土板樁結構,胸墻為現澆鋼筋混凝土結構,錨定設施采用現澆帶水平導梁連續錨碇板結構,墻前采用鋼護舷,系船柱為50KN。由于錨碇板前土質較差,因此錨碇板前設拋石棱體,拉桿采用Φ50鋼棒,拉桿間距1200mm或1300mm,預制板樁按兩短一長間隔施打,長板樁長15m,短板樁13m。碼頭面采用料石鋪砌20cm,下墊黃沙墊層5cm,20cm級配碎石鋪底。
板樁后沿陸域形成方法,采用回填法,板樁后填土分層夯實,分層厚度不大于30cm,錨碇板下基床石料需級配良好,錨碇板前塊石要求理砌,拋理石料從岸側向江進行,盡量將淤泥擠掉。
原碼頭設計高水位3.37m,設計低水位1.30m,碼頭泥面高程-1.00m,設計荷載:結構物自重,均載20KN/m2,流動荷載8t起重機,30t汽車,經復核,原碼頭整體穩定安全系數為1.533,滿足規范規定。
2.3 加固方法
在原板樁后增設兩排灌注樁,灌注樁直徑φ600mm,樁底高程-10.6m,考慮到原拋石菱體的分布位置,第一排局距板樁5m,第二排與第一排間距2.9m,灌注樁橫向間距2.5m。原碼頭導梁鑿出鋼筋與新底板主筋焊接,重新澆筑底板結構,底板寬9.4m,承臺底標高2.25m;挖斗機履帶外輪廓寬度為3.19m,尾部凈高1.1m,工作回轉半徑2.94m,考慮挖機作業便利性,碼頭擋墻內側4.5m范圍內為履帶式挖斗機通道,擋墻后4.5~9.4m為渣土池。通過樁基將上部荷載傳遞至較好的持力層,減少碼頭后方土壓力,保護現有錨桿結構。
2.4 計算結果
本段碼頭增建臨時渣土中轉池后,其原有的裝卸作業流程也隨之發生了改變,因此本次對防汛設施影響的安全論證分別從施工期和使用期的不同工況對板樁碼頭的安全進行復核計算。
碼頭的安全主要從護岸的整體穩定和碼頭自身的結構穩定兩方面進行分析。
本次復核只針對后方設有臨時渣土中轉池的碼頭,其余岸段使用條件沒有發生變化。
2.4.1 碼頭泥面高程復核
本工程碼頭吃水深度按500噸復核,根據《內河通航標準》(GB50139-2004),500噸級船只吃水深度為1.6m,本段黃浦江為Ⅰ級航道,富裕水深為0.4~0.5m,則航道水深應為2.0~2.1m;本段黃浦江最低通航水位為1.13m,而碼頭設計泥面高程為-1.00m,1.13+1.00=2.13m,滿足500噸級船只停靠要求。
2.4.2 整體穩定計算
加固結構整體穩定分別按施工期、使用期基本和特殊工況進行復核,工程整體穩定復核計算條件如表1:
安全系數根據《黃浦江防汛墻工程設計技術規定》(試行),施工期及正常使用狀況安全系數1.375,地震期系數1.05。原報告復核結果如表2:
碼頭(防汛墻)加固結構在運行期、施工期及地震工況下的整體穩定均可滿足規范要求。
2.4.3 結構安全計算
結構計算工況選擇使用期設計低水位最不利組合工況(見表3):
結構水平位移分別按考慮錨桿作用和不考慮錨桿作用進行復核。經計算,考慮錨桿作用時,承臺底水平位移基本滿足行業要求;不考慮錨桿作用時,承臺底水平位移不滿足行業要求。因此錨碇板結構不能解除,應保留原有拉桿,形成高樁承臺加拉桿的復合結構。表4 承臺水平位移計算結果
板樁到錨碇板容許最短距離為14.79m,現有15m錨桿長度滿足要求,不必對錨碇板前被動土壓力進行折減。
碼頭經加固后,場地上部荷載通過樁基傳遞到較好的持力層,經計算,樁基承載力滿足設計規范要求:
通過對加固后的板樁碼頭復核計算,碼頭整體穩定、錨碇板穩定、碼頭板樁入土深度、錨桿直徑、承臺水平位移等均能夠滿足規范要求。
2.5 方案小結
通過對工程設計方案、施工等基本資料的收集,通過經驗公式計算并分析,本工程對碼頭加固后(防汛墻)分析結論如下:(1)碼頭前沿泥面滿足500噸船舶停靠吃水深度要求。(2)碼頭(防汛墻)結構經加固后在運行期、施工期及地震工況下的整體穩定均可滿足規范要求。在使用期設計低水位最不利組合工況,錨碇板穩定,碼頭板樁入土深度,板樁位移等能夠滿足規范標準,錨桿直徑滿足規范要求,能夠保證防汛安全。
參考文獻
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關鍵詞:進出長江口航道 船舶操縱 安全
筆者于2011年6月18日套派接任藍海合作輪船長,藍海合作:總長:199.99M, 型寬:32.26M, 型深:18.00M, 總噸:33511T,凈噸:18766T,夏季滿載載重量57772.4T,滿載吃水:12.50M, 自重:10379T,主機功率8510KW。11月18日因公司需要調離該輪,該輪主要執行華東線的煤炭運輸任務,因而多次進出長江口北槽航道或出口航行南曹航道,現就長江口航道航行的安全操縱談談自己的看法。
1.VHF守聽
從長江口錨地到瀏河口長江NO1燈浮,應注意不同的航段使用不同的交管頻道守聽并及時轉換。駕駛臺值班可進行明確的分工,由值班駕駛員負責06CH和守聽交管工作頻道并負責船與船之間的溝通與聯系,當交管中心對本船的操縱提出質疑并呼叫本船時,由于交管工作頻道十分繁忙,須用簡短明晰的語言進行交流,船長可馬上接聽并將自己的操縱意圖報告交管中心,以便得到交管中心的理解,避免因誤會而被開罰單。
2.重點航段的安全操縱
(1)長江口錨地附近:從南方或北方港口裝貨進長江,在抵達錨地之前應及時與聯系進港時間,(重載進口一般要求申請在吳淞管制時間進口為好,因為非管制時間經常回遇到長江口急退水而致船速太慢,達不到吳淞交管中心要求的10節以上的速度)進入報告線時要使用VHF08CH向吳淞交管中心報告動態或申請錨地拋錨,進港時應提前15分鐘向交管中心起錨,起錨后向交管中心報告并服從交管中心的指揮把船駛近長江口燈船,在錨地航行應與其他起錨進口船保持聯系,以掌握他船的動態,控制好自己的速度,以便按交管中心規定的管制時間抵達北槽航道的D3浮。
(2)長江口燈船附近進出口,長江口燈船附近通航密度大,橫交船多,操縱難度大,應特別謹慎地駕駛,控制好船速,保持與他船的聯系,要嚴格遵守分道通航制,充分了解來船的動態以確定本船的操縱措施,確認安全時應馬上全速前進列隊進槽,進槽后應及時調整流壓,以確保船舶順著航道的右側行使。出口時可于D10浮下線在航道的南側行使,但應注意在D4浮附近上下引水員的船舶加強聯系,協調避讓行動,以策安全。
(3)圓圓沙警戒區附近,圓圓沙燈船附近是進出南北槽船舶的交匯處,通航密度大,交通十分繁忙。因而駛近圓圓沙燈船時應蜜切注意南槽方向的進口船,同時也要十分注意前方進口船的速度,如前方船舶慢車應馬上降速并將我方的降速動作告訴后面的進口大船,以保持適當的安全距離,同時也避免與前面進口的船形成追越局面,要注意小船穿越航道延伸段搶頭,有時由于小船的速度太慢又要強行搶頭而不得不大幅度降低船速,而船速太慢又會造成后面進口大船操縱困難而招來譴責聲,因而,如因避讓須大幅降速時應提早通知后面的進口船,以免造成緊迫危險。所以,船舶在通過圓圓沙燈船附近時,應保持高度的警戒,控制好船速,觀前顧后,在確保安全時適當加車盡快通過。從圓圓沙燈船到長江NO1浮,吃水大于或等于7米的大型船舶,應順著航道的延伸段的船舶總流向,以小于12節的速度行使。
(4)吳淞口附近,該航段與進出黃浦江的船舶形成多個方向的交叉對遇,局面復雜,應很好地控制好船速,進口接近NO61浮時應保持高度警惕,注意有些進黃浦江的小船在此處悄無聲息地突然向左轉向搶頭,因而在不具備追越他們的情況下勿跟得太近,留有足夠的安全距離并做好隨時操縱的準備;另外,進江的大型船舶大多安排在NO69浮附近上引水或更換引水并持續降速,此時應與前后的船舶保持好溝通與聯系,控制好船速,與他船保持有足夠的安全距離,同時,要注意因船速降低時水流對船舶的嚴重影響,及時調整流壓,保持船位在航道延伸段的右側行使;在NO64浮附近則應注意從黃浦江出口的上水進江小船向右搶頭,小船太多時應將船速減到能維持舵效的最小速度并鳴笛警告,以策安全;出口至NO66浮前應細心觀察前方進黃浦江及從錨地起錨穿越航道的船舶,保持06CH的聯系暢通;如遇初漲水則有大量小船乘潮進江橫越船頭,也應將船速減到能維持舵效的最小速度并鳴笛警告,當有較大空檔時應毫不猶豫地快車通過。因為06CH較為繁忙,小船太多與其聯系容易發生誤會,往往會錯失通過他們船頭的機會,將自己置于危險當中。
3.追越
警戒區內追越他船(大船)會被交管中心以違章行為開出罰單,因而在決定追越前船時應根據本船位置到進入警戒區的距離及兩船的相對速度,判斷是否在進入警戒區前完成超越,如不能則應放棄,以免造成在警戒區為避免追越他船而采用急停急退車而造成船舶操縱上的困難。因追越他船而進入分隔帶時在完成超越后應馬上離開分隔帶,追越時切勿出現三船并駕齊驅的局面。
4.及時調整航行計劃
關鍵詞:世博軸 江水源熱泵系統 地源熱泵系統 自動控制系統
中圖分類號:TU831.3+5 文獻標識碼: A
引言
隨著我國經濟文化的不斷發展,世博會的開展也是如火如荼。而世博會的開展需要依托一定的建筑物和相關的系統才能正常運行。上海世博會中最大的單體建筑就是世博軸,世博軸的重要性是不可言喻的,世博會的各個展館和公共場合都與其息息相關,密不可分。而世博軸的江水源熱泵系統、地源熱泵系統以及自動控制系統的綜合應用,充分體現出了世博會的節能、環保以及生態等方面的特征。所以我們很有必要對世博軸的江水源熱泵系統、地源熱泵系統以及自動控制系統的應用情況進行研究。
一、工程概況
1、建筑概況
世博軸是上海世博會最大的單體建筑,南起耀華路,北至黃浦江臨江平臺,是聯系各軌道交通、磁懸浮車站的主要通道,與中國館、聯合展館、演藝中心、公共活動中心合成為世博軸園區內核心部位的一軸四館,是世博會入園主要通道,并集交通集散、商業旅游等功能于一體。世博軸南北長約1000m,東西寬80-110m,地下地上各二層,建筑膜頂高度約22m,基地面積約130000m2,總建筑面積約248000m2,建筑采用南北貫通的玻璃頂棚和中間通向地下室的玻璃陽光谷,以環保、節能的理念為世博人流提供了舒適的入園環境,又以輕盈、挺直的新型結構形象成為世博園區內的一大標志性建筑。
2、空調系統概況
世博軸采用江水源+地源熱泵的復合式冷熱源中央空調系統,利用江水和土壤作為熱泵系統的熱源或熱匯。江水源系統采用直接式系統,通過抽取黃浦江江水與熱泵機組和離心冷水機組進行換熱,江水源系統機房位于世博軸地下二層最北端,配置5臺螺桿式熱泵機組和3臺離心式冷水機組;地源熱泵系統通過與埋設在基礎下灌注樁內的換熱管與熱泵機組進行換熱,沿南北方向布置3個地源熱泵機房,其中北、中區機房配置三臺地源熱泵機組,南區配置四臺地源熱泵機組。
江水源機組、地源熱泵機組及其配套水泵多臺組合,大小搭配,既滿足設計負荷需求,又在部分負荷時節能運行。需要制訂一套完備的系統運行策略,以保證整個系統安全、高效的運行,自控系統在本項目中的地位也是舉足輕重的。
二、江水源熱泵系統
世博軸江水源系統是以黃浦江江水為冷熱源的熱泵系統,夏季時它將建筑物中的熱量轉移到江水中,由于江水溫度比用冷卻塔所得的冷卻水溫度低,所以效率較高;冬季時它從水源中提取熱量,由于江水水溫比環境溫度高,效率也比風冷熱泵機組高。世博軸北端距黃浦江邊150米,具備利用江水資源的優越條件。
1、取水量和取水口
江水源熱泵機房位于世博軸地下二層最北端,以減小江水輸送距離,設置一個機房,配置5臺螺桿式熱泵機組和3臺離心式冷水機組。根據世博會會中和會后江水源系統承擔的空調系統負荷計算,江水的取水量分別約為2700m3/h和3500m3/h。世博軸建筑是一個永久性建筑,因此取水水量及取水泵房規模等應按會后長期使用的要求進行設置。再者設計階段的會后空調負荷是依據商業策劃平面計算得出的,而會后商業面積還有可能增加,所以需要根據可能增加的商業建筑面積的最大值來計算,將增加江水取水量約2000m3/h,考慮一定的安全系數后提出江水最大取用量為6000 m3/h,取水口位于退水口上游約200m處。
2、污垢處理
經調研分析,取水口的水質在大部分時段內能滿足系統要求,但懸浮物和濁度指標較難保證,因此,采取了以下措施:在進水管路上設除污格網井;在江水泵的出水管上設置自動反沖洗過濾器;接觸江水的熱泵機組蒸發器和冷凝器以及冷水機組的冷凝器均采用抗腐蝕的銅鎳合金換熱管,熱泵機組換熱管采用光管,采用膠球進行清洗,冷水機組采用高效管,采用管刷進行清洗。另外,系統還設置全自動控制在線檢測加藥裝置,在系統停運時,對機房內江水側水路系統進行閉式循環處理,污水由下水道排出。
江水源側循環泵主要采用一次泵系統,水泵變頻調速,既保證江水供回水總管的資用壓力和水量要求,又達到節能效果。江水源用戶側循環泵采用二次泵變流量系統,分北區、中區、南區三套二級泵變頻水系統,用戶側一次泵為定流量系統,與熱泵機組和冷水機組對應開啟。
三、地源熱泵系統
地源熱泵系統是利用熱泵機組在土壤中蓄存或提取熱量,制取冷熱水為空調服務的系統。地表淺層土壤溫度呈三層分布,地表凍土層附近土壤溫度受室外大氣影響,溫度全年波動大;凍土層以下有一恒溫層,溫度全年基本不變;恒溫層下到地殼深處有一定的正溫度梯度,土壤溫度隨深度緩慢上升。上海地區凍土層較淺,5m以上土壤溫度受室外氣象影響而波動;5m以下到35m處土壤溫度基本恒定,接近全年平均氣溫(15.7℃);35m以下土壤溫度以5℃/100m的溫度梯度上升,地下100m土壤溫度約為19℃。世博軸基地寬闊,作為一棟多層建筑,單位基地面積空調負荷密度不大,十分適宜利用淺層地溫資源。地源熱泵系統主要包括地埋管設計和地埋管聯絡兩個方面,具體表現在:
1、地埋管設計
世博軸共有工程樁和格構樁6000個左右,樁直徑為Φ600~Φ800,樁長25m和40(42)m兩種,樁間距為3.89~5.5m,除樁位密集處部分樁不利用外,其余所有工程樁全部埋設W型換熱管。本工程共埋設5500多跟換熱管,根據熱響應測試報告提供的換熱量數據(排熱量約83W/米埋深、取熱量約62W/米埋深)計算,可提供的夏季工況換熱量約為10500kW;冬季工況換熱量約7900kW。
地埋管散熱器管道采用高密度聚乙烯管(HDPE100),其公稱外徑為25mm,壁厚2.3mm,公稱壓力為1.6MPa。
2、地埋管聯絡
埋管換熱器分散穿越底板,穿出底板后的水平管道敷設于底板上的建筑面層內,進出水管分別接至位于地下二層東西兩側的分、集水器,管路同程布置;在分、集水器的每一路支管上均設有球閥,便于檢查壞管并予以隔離;系統各集水器接出管上均設置平衡閥,以均勻流量分配。
四、自動控制系統
世博軸自控系統通過采用新型的控制技術、合理的邏輯程序、不同策略的組合等技術手段,通過集中的把江水源內熱泵機組、冷水機組、一次水泵、二次水泵、取水泵,以及地源熱泵系統中的熱泵機組和循環泵等設備連接成一個有機整體,實現有機聯動,達到了節能效果,對世博軸綜合體工程空調系統的合理、節能的運行提供了良好的技術手段。針對世博軸四個機房的控制要求和地理分布情況,我們對整個系統工程規劃為1個主站,4個機房設置4個子站。
主站:負責4個機房控制系統的設備控制和數據共享。可以對子站進行設備管理和數據存儲。主站具有最高的管理權限。
子站:負責本機房設備的管理和數據存儲。
結束語
綜上所述,江水源熱泵系統、地源熱泵系統以及自動控制系統在世博軸中得到了很好的應用和發展,很好的踐行了世博會低碳、環保、節能三大理念,為世博會的人流提供了舒適的入園環境。本文通過對江水源熱泵系統、地源熱泵系統以及自動控制系統的介紹和應用,很好的闡述了江水源+地源熱泵的復合式中央空調系統的優勢與特點,更好地促進了三大系統的廣泛應用與發展。
參考文獻:
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關鍵詞:城市交通隧道 網格盾構 土壓盾構 雙圓盾構 泥水盾構 滬崇蘇越江工程
1 前言
上海城市人口1450萬,流動人口300萬,面積6340km2,目前已經成為中國的經濟、貿易、金融、航運中心城市。城市的經濟發展促進城市建設尤其是交通建設的發展,城市地下軌道交通具有快捷、安全的特點。上海城市軌道交通線網規劃17條線路,總長780km,其中地鐵11條線,長度385km。已建3條線,其中地鐵2條線;在建4條線,其中地鐵2條線。地鐵區間隧道總長度達700km(雙線),采用盾構法施工,已建約100km。
黃浦江從東北至西南流經上海城區,把上海分為浦東、浦西2部分,江面寬500m~700m,主航道水深14m~16m。近10年來,浦東的迅速發展促進了越江交通工程建設,采用大直徑盾構建造江底交通隧道已得到廣泛的應用。已建隧道5條,在建隧道4條擬建隧道6條。
上海地層為第四紀沉積層,其中0~40m深度內均為軟弱地層,主要為粘土、粉質粘土、淤泥質粘土、淤泥質粉質粘土、粉砂土等,這類土顆粒微細、固結度低,具有高容水性、高壓縮性、易塑流等特性。在該類地層中進行盾構隧道掘進施工,開挖面穩定和控制周圍地層的變形沉降十分困難。
上海地區盾構隧道技術的應用,始于1965年,近40年來,尤其是近10年來,盾構隧道技術廣泛用于地鐵隧道、越江公路隧道和其它市政公用隧道。本文就上海城市交通隧道盾構施工技術的發展和現狀,作一個回顧和綜述。
2 網絡擠壓盾構掘進技術的開發和隧道工程應用
2.1 Φ5.18m網格擠壓盾構及上海地鐵試驗工程
1964年,上海市決定進行地鐵擴大試驗工程,線路位于衡山路北側,建2條長600m的區間隧道,隧道復土10m,隧道外徑5.6m,內徑5m。隧道掘進施工采用2臺自行設計制造的Φ5.8m網格擠壓盾構,輔以氣壓穩定開挖面土體,于1966年底完成1200m地鐵區間掘進施工,地面沉降達10cm。
2.2 打浦路隧道Φ10.2m網格擠壓盾構掘進施工
1965年,上海第一條穿越黃浦江底的車行隧道――打浦路隧道,全長2761m,主隧道1324m采用Φ10.2m網格擠壓盾構掘進施工,黃浦江約600m,水深16m,見圖1所示。
φ10.2m網格擠壓盾構掘進機是中國第一臺最大直徑的盾構,盾構總推力達7.84×104KN,為穩定開挖面土體,采用氣壓輔助施工方法。盾構穿越的地層為淤泥質粘土和粉砂層,在岸邊采用降水輔助工法和氣壓輔助工法,在江中段采用全氣壓局部擠壓出土法施工。盾構見圖2所示。
圓隧道外徑10m,由8塊鋼筋混凝土管片拼裝而成。管片環寬90cm,厚60cm。管片環向接頭采用雙排鋼螺栓聯接。襯砌接縫防水采用環氧樹脂。打浦路隧道于1970年底建成通車,至今已運營33年。
2.3 延安東路隧道北線Φ11.3m網格擠壓水力出土盾構施工
1983年,位于上海 外灘的延安東路隧道北線工程開工建設,隧道全長2261m,為穿越黃江底的2車道隧道,其中1310m為圓形主隧道,采用盾構法施工,隧道外徑11m,隧道襯砌由8塊高精度鋼筋混凝土管片拼裝而成,管片環寬100cm,厚55cm,接縫防水采用氯丁橡膠防水條。
隧道北線圓形主隧道采用了上海隧道工程公司自行設計研制的φ11.3m網格型水力出土盾構,見圖3所示。在密封艙內采用高壓水槍沖切開挖面,擠壓進網絡的土體,攪拌成泥漿后通過泥漿泵接力輸送,實現了掘進、出土運輸自動化。網格上布有30扇液壓閘門,具有調控進土部位、面積和進土量的作用,可輔助盾構糾偏和地面沉降控制。網格板上還布設了20只鋼弦式土壓計,可隨時監測開挖面各部位的土壓值變化,實現了信息化施工。盾構最大推力可達1.08×105KN。盾構順利穿越江中段淺復土層和浦西500m建筑密集區,保護了沿線的主要建筑物和地下管線。
3 土壓平衡盾構在城市交通隧道工程的應用和發展
3.1 土壓平衡盾構的引進和開發應用
近年來,我國的城市地鐵隧道、市政隧道、水電隧道、公路交通隧道已經越來越多地采用全斷面隧道掘進機施工,其中用得最多的是土壓平衡盾構掘進機。上海、廣州、深圳、南京、北京的地鐵區間隧道已經采用了31臺直徑6.14m~6.34m的土壓平衡盾構,掘進區間隧道總長度達400km。土壓盾構具有機械化程度高、開挖面穩定、掘進速度快、作業安全等優點,在隧道工程中有廣泛的發展前景。
土壓平衡盾構適用于各種粘性地層、砂性地層、砂礫土層。對于風化巖地層、軟土與軟巖的混合地層,可采用復合型的土壓平衡盾構。在砂性、砂礫、軟巖地層采用土壓盾構掘進施工,應在土艙、螺旋輸送機內以及刀盤上注入泥漿或泡沫,以改良土砂的塑流性能。
3.2 Φ6.34m土壓盾構在上海地鐵工程中的應用
1990年,上海地鐵1號線開工建設,雙線區間隧道選用土壓平衡盾構掘進,經國際招標,7臺Φ6.34m土壓盾構由法國FCB公司、上海市隧道工程公司、上海市隧道工程設計院、上海滬東造船廠聯合體中標,利用法國混合貸款1.32億法郎。第1臺Φ6.34m土壓盾構于1991年6月始發推進,7臺盾構掘進總長度17.37km,1993年2月全線貫通,掘進施工期僅20個月,每臺盾構的月掘進長度達200~250m。掘進施工穿越市區建筑群、道路、地下管線等,地面沉降控制達+1cm~-3cm。Φ6.34m土壓平衡盾構見圖4所示,其主要技術性能見表1。
1995年上海地鐵二號線24.12km區間隧道開始掘進施工,地鐵一號線工程所用的7臺Φ6.34m土壓盾構經維修以后,繼續用于二號線區間隧道掘進,同時又從法國FMT公司和上海的聯合體購置2臺土壓盾構,上海隧道工程股份有限公司制造1臺土壓盾構,共計10臺土壓盾構用于隧道施工。
于2000年開工興建的上海地鐵明4號工程區間隧道仍將使用這10臺Φ6.34m土壓平衡盾構施工。2001年,向日本三菱重工購置4臺Φ6.34m土壓平衡盾構,共計14臺盾構正在掘進施工。
上海地鐵隧道外徑6.2m,襯砌環由6塊鋼筋混凝土管片拼裝而成,通縫拼裝,環寬100cm,管片厚35cm。見圖5所示,地鐵4號線部分區間隧道管片采用錯縫拼裝,環寬120cm。
上海地鐵2號與1號線垂直相交,盾構從1號線區間隧道下1m穿越,掘進施工中采用地層注漿加固、跟蹤注漿、信息化施工等技術措施,確保1號線地鐵安全運營,沉降控制在2cm以內。地鐵4號線與2號線區間隧道相交,4號線盾構從2號線隧道下1m穿越。Φ6.34m土壓盾構在城市建筑群下穿越,其沉降一般也在4cm以內。盾構平均月推進長度約250m,最快達400m/月。
3.3 雙圓形盾構掘進機的引進和應用
2002年,上海地鐵8號線黃興路至開魯路站三個區間隧道,長度2,688m,采用DOT雙圓盾構隧道工法,并從日本引進2臺Φ6300m×W10900mm的雙圓形土壓盾構掘進機。雙圓盾構見圖所示,其主要技術參數見表2。
雙圓隧道襯砌采用預制鋼筋混凝土管片,錯縫拼裝;每環管片由11塊管片拼裝而成,其中2塊為海鷗形,1塊為柱形。管片厚度30cm,環寬120cm,見圖7所示。
3.4 Φ7.64m土壓盾構掘進外灘觀光隧道
3.4.1 工程概況
上海外灘觀光隧道是我國第一條行人過江專用隧道,是一條連接南京路外灘和陸家嘴東方明珠塔的江底隧道,全長646m,隧道內徑6.76m。隧道內通行一來一往2條觀光車軌道。
外灘觀光隧道于1998年初開工,1999年底建成運營,土建工程包括黃浦江兩岸的2座出入口豎井和一條過江隧道,見圖8所示。隧道位于延安東路隧道北側,并與上海地鐵二號線2條過江區間隧道在江底交叉。隧道穿越的主要地層為粘土、粉質粘土、淤泥質粘土和砂質粉土。
隧道襯砌環由6塊鋼筋混凝土管片拼裝而成,管片設計強度C50,抗滲等級S8,環寬120cm,厚35cm。管片接縫防水采用EPDM多孔橡膠止水帶,管片背面涂防水層。
3.4.2
φ7.65m土壓平衡盾構掘進施工
隧道掘進采用φ7.65m土壓平衡盾構,見圖9所示。盾構大刀盤切削土體,為幅條式結構。盾構長8.935m,中間有較接裝置,易于糾偏施工。盾構最大推力5.2×104KN。盾構密閉艙內充滿切削土砂,通過直徑900mm的螺雙輸送機排土,通過推進速度、螺旋機轉速、排土量來控制密閉艙土壓,使之與開挖面水壓力平衡。盾構掘進速度為0~4cm/min。
盾構于1998年11月始發推進,隧道縱坡達4.8%,;平曲線最小半徑為400m,均為國內越江盾構隧道之最。盾構初推段100m內進行了土體變形、土應力、孔隙水壓的監測,反饋盾構施工,調整盾構施工參數,控制施工軸線和地表沉降。盾構掘進的平均速度達8m/d,646m隧道共花費3個月的時間完成,工程質量優良。
3.5 3.8m×3.8m矩形土壓盾構掘進地鐵過街人行地道
常用的盾構隧道掘進機為圓形,主要是圓形結構受力合理,圓形掘進機施工摩阻力小,即使機頭旋轉也影響小。但是圓形隧道往往斷面空間利用率低,尤其在人行地道和在行隧道工程中,矩形、橢圓型、馬蹄形、雙圓形和多圓形斷面更為合理。日本80年代開發應用了矩形隧道,在90年代開發應用了任意截面盾構和多圓盾構,并完成了多項人行隧道、公路隧道、鐵路隧道、地鐵隧道、排水隧道、市政共同溝隧道等,使異形盾構技術日益成熟,異形斷面隧道工程日益增多。
我國于1995年開始研究矩形隧道技術,1996年研制1臺2.5m×2.5m可變網格矩形頂管掘進機,頂進矩形隧道60m,解決了推進軸線控制、糾偏技術、深降控制、隧道結構等技術難題。1999年5月,上海地鐵二號線陸家嘴路站62m過街人行地道采用矩形頂管掘進機施工,研制1臺3.8m×3.8m組合刀盤矩形頂管掘進機,具有全斷面切削和土壓平衡功能,螺旋輸送機出土,掘進機的主要工作參數見表3,矩形頂管掘進機見圖10。
4 大直徑泥水加壓盾構掘進越江公路隧道施工
4.1 延安東路隧道南線Φ11.22m泥水加壓盾構掘進施工
1995年,為發展浦東建設需要,上海延安東路隧道南線開工建設,為縮短工期和保護隧道沿線建筑物的需求,引進日本三菱重工制造的Φ11.22m泥水加壓盾構。盾構本體示意見圖11。
隧道南線1300m圓形主隧道采用日本三菱重工制造的φ11.22m泥水加壓盾構掘進施工,盾構本體示意見圖5。盾構采用刀盤切削,總推力達1.12×105KN,刀盤扭矩4635kn·m,最大掘進速度46mm/min。盾構密封艙充滿壓力泥漿與開挖面水土壓保持平衡,并在開挖面形成泥膜,起到穩定的作用。盾構設有掘進管理、泥水輸送、泥水分離和盾尾同步雙液注漿系統。掘進管理和姿態自動計測系統能及時反映盾構掘進施工的幾十項參數,便于準確設定和調整各類參數。
4.2 大連路隧道Φ11.22m泥水加壓盾構掘進施工
上海大連路隧道全長2565m,為2來2去的兩條雙車道隧道,工程總投資16.55億元。工程于2001年5月25日開工,合同工期28個月。隧道平、剖面見圖12所示。
圓形主長1263m,采用2臺Φ11.22m泥水加壓盾構同時掘進施工。隧道襯砌結構在延安東路隧道工程的基礎上進行了優化改良,拼裝形式由通縫改為錯縫,管片厚度從55cm改為48cm,環寬由100cm增大為150cm,管片分塊由8塊增為9塊,管片連接螺栓由直螺栓改為彎螺栓,螺栓手孔改小,管片形式由箱形改為平板型。隧道襯砌結構見圖13。
泥水加壓盾構的泥水輸送和泥水處理是盾構施工的重要組成部分,公司自選研究設計制造了適應上海軟土地層的泥水分離系統,見圖14所示。
盾構進出洞土體加固全部采用凍結法。
西線隧道于2002年3月28日始發推進,至9月20日隧道貫通,工期6個月。東線隧道于6月18日 發推進,至12月底隧道貫通。盾構掘進速度平均為8m/d,最快為15m/d。兩條隧道最小間距為6m。
大連路隧道于2003年9月建成通車,總工期僅28個月,是上海越江公路隧道建設周期最短的。
4.3 上海越江交通工程的發展
2001年底,復興東路隧道工程開工建設,為2條3車道隧道,隧道外徑11m,分為上下兩層,是我國第一條雙層隧道,全長2785m。2條1215m主隧道于2003年2月和5月先后始發推進,于11月隧道貫通。
2003年6月,翔殷路隧道工程開工建設,為2條2車道隧道,隧道全長2597m,隧道外徑11.36m,內徑10.2m,是目前車道最寬的盾構隧道,設計車速可達80km/h。
正在設計中的越江隧道有軍工路隧道和上中路隧道(中環線配套工程),正在規劃中的越江隧道有長江西路、新建路、人民路、耀華路等4處。
長江口越江通道工程是連接上海-崇明-江蘇北部的重要交通工程,位于長江口,從上海浦東-橫沙島-崇明島-南通,采用橋隧結合的工程方案,全長68km,為3來3去6車道,設計車速100km/h。其中浦東5號溝至橫沙島穿越長江南港,采用盾構隧道施工,全長約8.5km,隧道外徑15.2m。橫沙島至崇明島越江北港,采用橋梁施工,全長9.54km。見圖15所示。直徑Φ15.2m的盾構隧道,目前是世界上最大直徑的盾構隧道,隧道斷面見圖16。
5 結語
上海城市交通隧道工程的發展提高了盾構隧道技術的水平。從最初的網格擠壓盾構,發展到目前的土壓平衡盾構和泥水加壓盾構,盾構機向機械化、自動化、信息化發展,掘進速度快,盾構開挖面穩定,地面沉降控制好,環境影響小。盾構襯砌不斷改進和優化。盾構與隧道技術正在向大深度、大直徑、長距離掘進發展。雙圓隧道、矩形隧道技術也得到應用。隨著上海城市交通隧道工程建設的不斷發展,盾構隧道技術水平將進一步的發展和提高。
參考文獻
1、 傅德明、楊國祥. 《上海地區越江交通盾構施工技術綜述》. “國際隧道研討會暨公路建設技術交流大會論文集”. 人民交通出版社. 2002.10
2、 傅德明. 《土壓盾構掘進機在我國隧道工程中的應用和發展》. “第三屆海峽兩巖隧道與地下工程學術與技術研討會”. 成都. 2002.8