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DOT盾构技术在上海轨道交通项目的应用
Bob Chow *
中国上海隧道工程股份有限公司,大连路118号,上海200082
摘要:
本文讲述了DOT盾构隧道(DOT盾构工法)施工技术的特点和研究,以DOT盾构隧道在上海轨道交通项目为例,将复杂的技术和知识应用到软土盾构隧道进行了总结,并为DOT隧道盾构技术在未来广泛应用于盾构隧道创建了一个坚实的基础。
关键词: DOT盾构工法;盾构;隧道施工。

上海轨道交通项目在三个隧道段上(从开鲁路站到嫩江路站,嫩江路站到翔殷路站, 翔殷路站到黄兴绿地站,见图1)使用DOT盾构挖掘。DOT盾构将两个圆形切削器横向装配在同一个平面内的左右两侧组成盾构机。这两个刀头采用轮辐式加劲肋,并且就像两个齿轮在一个平面上工作。在同步控制下,这些两个刀头在相反方向上以相同的速度旋转,维持一个固定的相位角,以防止头部碰撞(Koyama, 2003)。
图1 上海城际快速轨道交通线网规划

DOT盾构隧道的横截面具有一个优化的最小截面面积,能够最有效地利用地下空间。与一个圆形盾构隧道相比,DOT盾构隧道可通过窄小的地下空间,并对邻近建筑物影响很小(Sterling, 1992; Moriya, 2000)。此外,对于DOT盾构来说两个圆形盾构隧道的截面之间的通道共同封闭的,因此,消除了施工过程的风险。
DOT盾构隧道的起源可追溯到1981年,当时在日本作为一个基本专利被申请。该专利于1987年注册,横向DOT盾构隧道在同一年进行地下试验。 1988年,竖向DOT盾构隧道试验也在地下进行。在日本54号国道上建设的Hiromiosa隧道上,一个由IHI设计和制造的竖径6090毫米、横径1069毫米的DOT盾构,被用来建造了世界上第一个DOT盾构隧道,(Moriya, 2000)。
2002年,上海隧道工程股份有限公司(STEC)引进了DOT盾构,并成功应用于上海轨道交通系统的建设中。


DOT盾构段的结构测试
1998年,上海隧道工程股份有限公司制作了比例为1:3的模型段,并对组件在跨节点错缝的条件下进行了结构环测试,分别为(图2);随后,以1:1的比例进行结构环测试,2002年10月(图3)。模型段的理论变形分析在施工阶段进行。 2002年12月,上海隧道工程股份有限公司和轨道交通设计研究院以1:1的比例制作了DOT盾构隧道管片,并在管片衬砌结构上28个装载点进行了结构测试。
图2 结构试验段(1:3)
图3 结构试验段(1:1)

2003年10月,上海隧道工程股份有限公司进行了结构地下试验的动态加载一个DOT盾构隧道段(图4)。在组装过程中DOT盾构隧道段的载荷分析基于以下几点:
(A)DOT盾构隧道管片在组装过程中的动态应力观察。
(B)DOT盾构段隧道管片环形成的初期和后期阶段的应力重分布。
(C) 各种结构内部应力的影响(如屏蔽的推力和盾尾注浆)。
(D)管片衬砌结构的破坏因素。

DOT盾构隧道管片上的应力
(1)在组装过程中分散的片段管片的应力水平高于一个圆形段。
(2)DOT盾构隧道管片组装要比圆形盾构隧道段复杂得多。顶部的 Y形管片连接处将有一个相当大的变形,可能会导致直立的中间立柱承受极端的压力,在不采取措施的情况下甚至可能导致直立的立柱损坏。

项目概况
该DOT盾构隧道总长2688米,最大坡度28%,最小平面曲率R =495米,-12米。隧道经过的主要土层是:灰色粘质粉砂,灰色砂质粉土和灰色淤泥质粘土(图5)。
咸茵路站黄鑫路站
(1)平面视图
咸茵路站黄鑫路站
(2)地质剖面图
1混合填土 2棕黄色粉质粘土 3 灰色粉质砂粘土 4灰砂淤泥 5 灰色粉质泥 6 灰色粘土
7 灰色粉质粘土和砂粘土 8 灰绿色粉砂质黏土

图5 隧道平面图和剖面图
隧道的横截面
管片错缝拼接形成隧道环,在轴向和环向之间的连接采用预埋粒状的铸铁短螺栓,螺栓的大小是M27,接缝防水采用亲水橡胶防水条。
如图6所示,每个环由11个管片,其中有8曲线段(A),一个大的Y形段(B),一个小的Y形链段(C),和一个支柱段(图6)。盾构段管片环的内径是5700毫米,外径是6300毫米,环宽度1200
毫米,两个环的中心之间的距离是4600毫米。

图6 隧道横截面
DOT盾构
在这个项目中应用IHI(日本)设计和制造,上海隧道工程股份有限公司
组装的直径6520毫米、宽11120毫米的泥浆注入与土压平衡的DOT盾构。其主要技术的数据示于表1,其结构