Investigación y aplicación de máquinas perforadoras para pasajes subterráneos rectangulares del metro urbano.
Palabras clave: Aplicación de proyectos piloto en el diseño de máquinas hincadoras de tubos para túneles rectangulares en el tráfico subterráneo urbano
La velocidad de desarrollo de la construcción urbana es cada vez más rápida, y el papel de El transporte en la construcción y el desarrollo urbano tiene un papel más destacado. Con el desarrollo y la construcción, las ciudades necesitan resolver más pasos peatonales subterráneos, como túneles peatonales que cruzan las calles en la entrada y salida de las estaciones de metro, túneles subterráneos para tuberías subterráneas urbanas, etc. El rectángulo es el más económico. Por tanto, la investigación y aplicación de tuneladoras subterráneas rectangulares para el tráfico urbano es muy necesaria.
1. Desarrollo y aplicación de túneles rectangulares El túnel escudo más antiguo del mundo es el túnel Highway Bridge en Londres, Inglaterra, que se construyó en 1826. Su sección de túnel es rectangular de 11.4 MX 6.8 metros. Debido a excavaciones manuales y accidentes por inundaciones durante la construcción, en 2018 se excavó el túnel rectangular de 458 metros de largo.
Desde la década de 1970, con el desarrollo de la economía, la tecnología de construcción de máquinas de escudos ha dado un nuevo salto. Especialmente en Japón, la demanda de desarrollo y utilización del espacio subterráneo ha promovido un mayor desarrollo de la tecnología de túneles escudo. Después de la generación del acero en la década de 1980, los países de todo el mundo desencadenaron un auge en el desarrollo de máquinas perforadoras de escudo con secciones de formas especiales, y sucesivamente llevaron a cabo investigaciones experimentales y aplicaciones de ingeniería de máquinas perforadoras de escudo para túneles rectangulares, túneles ovalados, túneles dobles túneles circulares y túneles multicirculares. Del análisis de las funciones de uso de los túneles, se encuentra que las formas de la sección transversal de los túneles peatonales de tráfico urbano, los túneles subterráneos y los túneles de metro son las más adecuadas y económicas, por lo que el redesarrollo y la aplicación de máquinas perforadoras de escudo rectangulares. es de gran importancia.
Japón ha llevado a cabo investigaciones sobre el método de construcción de escudos rectangulares de sección grande, que resuelve principalmente la construcción de pasos inferiores a través de vías férreas. Se ensamblan los segmentos de tubería de acero y luego se vierte el revestimiento de concreto. El suelo de cobertura más superficial para la construcción del túnel de escudo fue de sólo 3 m. + En 0981, Nagoya y Tokio utilizaron escudos rectangulares excavados a mano de 4,29 mx 3,09 m para cavar dos trincheras idénticas, de 534 m y 298 m de largo. Nagoya también utilizó 5,23 mx 4,38 m excavados a mano. escudos rectangulares. Se excavó un túnel rectangular con una longitud de 374 m mediante túneles de escudo rectangular. En resumen, la aplicación de la tecnología de túneles rectangulares y túneles de escudo rectangular está en auge, las ventajas se reflejan cada vez más y la tecnología se está volviendo cada vez más madura.
El Instituto de Investigación de Tecnología de Construcción de Túneles de Shanghai comenzó la investigación sobre túneles rectangulares en 1995 y completó el diseño de la máquina de elevación de tubería rectangular de rejilla variable de 2,5 mx 2,5 m, el plan de ingeniería de prueba de túnel rectangular y el diseño de ingeniería en 1995. En abril de 1999, la máquina elevadora de tubos EPB con cabezal cortador rectangular de 3,8 mx 3,8 m desarrollada por el Instituto de Investigación de Tecnología de Construcción de Túneles de Shanghai se utilizó para la construcción del pasaje rectangular en la entrada y salida de la Línea 3 del Metro de Shanghai. El túnel rectangular comenzó a mediados de abril y el segundo proyecto del túnel rectangular se completó a principios de junio. La calidad del proyecto es excelente y durante la construcción se garantizó el funcionamiento normal del túnel de la carretera este de Shanghai Yan'an y la seguridad del oleoducto subterráneo de la carretera Lujiazui. El primer túnel escudo rectangular de mi país completó la promoción de dos túneles en solo 40 días. La investigación, promoción y aplicación de túneles rectangulares fue un éxito.
2. Investigación sobre tuneladora subterránea rectangular para tráfico urbano 2.1 El área de uso efectiva de la sección rectangular es más de un 20% mayor que la de la sección circular. Los cruces de peatones en el tráfico urbano requieren profundidad, por lo que los túneles rectangulares pueden cumplir mejor con los requisitos de construcción de los cruces de peatones.
Con cada vez más entradas y salidas a las estaciones de metro, nuestro país también desarrollará tuberías subterráneas urbanas en la misma zanja. Este proyecto de túnel subterráneo es el más económico, por lo que la investigación y aplicación de túneles rectangulares puede realizarse directamente. servir Satisface las necesidades de la construcción de ingeniería y tiene amplias perspectivas de aplicación.
2.2 Métodos de investigación para túneles rectangulares El estudio de viabilidad de los túneles rectangulares La ruta técnica de Li Quhe es la siguiente:
(1) Digestión y absorción de escudos rectangulares extranjeros y proyectos de túneles rectangulares;< /p >
(2) Concepción y diseño del proyecto de prueba de elevación de tubos rectangulares;
(3) Comparación técnica y económica de modelos de máquinas perforadoras de elevación de tubos rectangulares, diseño y selección de modelos de máquinas;
(4) Desarrollo de una máquina elevadora de tubos rectangulares para pruebas e ingeniería. Máquina elevadora de tubos rectangulares basada en una máquina de prueba.
(5) A través de pruebas estructurales, las juntas de tuberías rectangulares de hormigón armado pueden comprender la estructura; la distribución de tensiones proporciona una base para mejorar la optimización del diseño de los nodos de tuberías;
(6) A través del proyecto de prueba del túnel rectangular de 2,5 mx 2,5 m, comprender los parámetros de construcción y dominar las reglas de elevación de túnel rectangular, y proporcionar aplicación de ingeniería Proporcionar la base;
(7) Diseñar planes de aplicación de ingeniería y construcción, completar aplicaciones de ingeniería y estudiar métodos de construcción.
2.3 Desarrollo de una máquina elevadora de tubos rectangulares Se eligió esta solución porque la máquina elevadora de tubos rectangulares de formato de rejilla variable tiene las ventajas de un procesamiento relativamente simple, un bajo costo y una instalación rápida, y también puede usarse en experimentos. Obtenga datos valiosos.
2.3.1 Principio de diseño de I+D La máquina perforadora de tubería de rejilla rectangular utiliza la rejilla para cortar el suelo y bloquear el suelo en la superficie de excavación, evitando eficazmente que el suelo del frente colapse. Se utiliza excavación manual. método. El cabezal de la máquina es empujado hacia adelante por el gato principal. El cabezal de la máquina está dividido en dos secciones, conectadas por un cilindro corrector en el medio. Hay dispositivos de corrección de rotación en ambos lados de la carcasa, y el anillo de muesca está equipado con una muesca de ángulo variable, que puede realizar una cierta cantidad de sobreexcavación, lo que es beneficioso para el control de actitud del cabezal de la máquina y garantiza que la desviación del eje del túnel esté dentro del rango de diseño.
La rejilla contiene cuatro rejillas variables que ajustan la cantidad de tierra que ingresa por la parte delantera de la nariz, lo que ayuda a controlar la estabilidad del suelo por delante.
2.3.2 Situación de diseño básico Para garantizar que haya un cierto espacio entre la sección de la tubería y el suelo, que sea propicio para formar un anillo con el suelo, el tamaño de la sección transversal de la máquina La cabeza está diseñada para ser más grande que el tamaño de la sección transversal de la sección de tubería. La máquina principal de la máquina elevadora de tubos se puede dividir en dos secciones, conectadas por un cilindro corrector en el medio. El sello entre las secciones delantera y trasera adopta un sello de labio y un anillo de goma de soporte, y el anillo de muesca está equipado con una muesca de ángulo variable. La rejilla está equipada con una rejilla variable con relación de apertura ajustable y dispositivos de corrección de rotación están instalados en ambos lados de la carcasa. Este dispositivo controla la postura de la nariz.
El dispositivo de elevación principal consta de 8 cilindros, barra de elevación en forma de U, anillo superior, plataforma de hierro, marco inferior, respaldo de acero, etc. Los 8 cilindros están divididos en dos grupos. Cada grupo de 4 cilindros está apilado simétricamente y fijado con un soporte de estructura dividida. La carrera de trabajo es de 1450 mm. El dispositivo de corrección se utiliza principalmente para controlar la desviación de los ejes izquierdo y derecho y los ejes superior e inferior del cabezal de la máquina. La fuerza de corrección total es de 752 t y el ángulo de corrección es de 2 grados. El sistema de corrección de lechada (lechada de aletas) se utiliza principalmente para corregir la rotación del cabezal de la máquina, y el par de corrección puede alcanzar 210x2-420kn.
2.4 Prueba de ingeniería del túnel rectangular
2.4.1 Descripción general del proyecto de prueba El proyecto de prueba está ubicado en el distrito de Hangtou, condado de Nanhui, Shanghai. La distancia de elevación es de 60 m, la cubierta del suelo. La profundidad es de 6,45 m y el eje de elevación es el norte. Hay un pequeño río a 10 m al lado y una carretera principal de hormigón armado en el sitio a 10 m al sur, como se muestra en la Figura 1. Las capas de suelo atravesadas por la máquina elevadora de tubos incluyen: sección del túnel de tráfico. Este tramo está compuesto por arcilla limosa gris y limo arenoso gris. A través de pruebas de ingeniería se verificó el diseño y selección de la máquina perforadora de tubos rectangulares, juntas de tubos rectangulares, tipos de juntas y tapones de agua. Al recopilar varios parámetros de construcción y registros de condiciones de trabajo, se estudia el método de construcción de elevación de tuberías rectangulares. La prueba de ingeniería completó la investigación experimental clave sobre la tecnología de la máquina perforadora de tubos rectangulares, recopiló información y datos de primera mano y acumuló experiencia práctica en la construcción en la excavación de túneles de sección transversal rectangular.
3. Aplicación de rectángulos en pasajes peatonales subterráneos del metro urbano En febrero de 1998, el equipo de investigación propuso un plan de construcción de tubería rectangular para la entrada y salida número 5 de la estación de metro Lujiazui. Los pasillos de entrada y salida de la estación Lujiazui de la línea 2 del metro de Shanghai deben construirse con dos túneles rectangulares de 62 m con un diámetro interior neto de 3 mx 3 m.
3.1 Desarrollo de la máquina de elevación de tubos de equilibrio de presión de tierra con cabezal de corte combinado La máquina de elevación de tubos de equilibrio de presión de tierra con cabezal de corte combinado de 3,8 mx 3,8 m se basa en el desarrollo y las pruebas exitosas de la máquina de elevación de tubos rectangulares de 2,5 mx 2,5 m. Para el proyecto de paso subterráneo de entrada y salida número 5 de la estación Lujiazui de la Línea 2 del Metro de Shanghai, se combinó la selección de la tuneladora subterránea rectangular 3.1.1 con las condiciones del proyecto y mediante la comparación del programa, teniendo en cuenta la estructura compacta, la buena confiabilidad, Debido a su operación simple y otras características, se acordó que el proyecto utilizará una máquina perforadora de tubería balanceada con presión de tierra y corte de sección completa. La máquina elevadora de tubos equilibrada con presión de tierra con cabezal de corte combinado utiliza un cabezal de corte grande y una cuchilla perfiladora para cortar el suelo. La presión de la tierra del contenedor de tierra se controla ajustando la velocidad de rotación y la velocidad de elevación de la máquina de tornillo para mantener la estabilidad de la superficie de excavación. Para garantizar que haya un cierto espacio entre la sección de tubería y el suelo, lo cual es beneficioso para el collar de lodo, el tamaño de la sección transversal del extremo de la punta está diseñado para que sea mayor que la sección de tubería. (El tamaño de la sección transversal exterior del cabezal de la máquina es de 3,828 mx 3,828 m, y el tamaño de la sección transversal exterior de la junta de la tubería es de 3,8 mx 3,8 m).
3.1.2 Características de la máquina elevadora de tubos rectangular equilibrada con presión de tierra tipo cortador combinado La máquina principal de la máquina elevadora de tubos se puede dividir en dos secciones, conectadas por 16 cilindros correctores en el medio. La junta entre las secciones delantera y trasera utiliza dos anillos de sellado de goma en forma de labio. En el frente, se utiliza una hoja grande y cuatro copiadores para cortar todo el trozo de tierra. Cuando se utiliza un transportador de tornillo para excavación, ajustar la velocidad del transportador de tornillo puede mantener el equilibrio de la presión del suelo en el contenedor de tierra y la estabilidad de la superficie de excavación.
3.2.1 El problema del corte de sección completa de la máquina de elevación de tubos rectangulares. Si solo se utiliza un cabezal de corte grande para el corte giratorio, solo se puede lograr aproximadamente el 90% de la velocidad de corte de la sección. Las esquinas de la sección de vela de la máquina elevadora de tubos rectangulares no se pueden cortar. En vista de las complejas condiciones geológicas, las tuberías y la protección ambiental en el área de Lujiazui, así como el hecho de que el cabezal de la máquina debe pasar a través de la capa de refuerzo SMW al entrar y salir del pozo, se utiliza un cabezal de corte grande para cortar. elimina la mayor parte de la tierra en el frente y una cuchilla copiadora colocada detrás del cabezal cortador corta la suciedad en las cuatro esquinas.
3.2.2 La rotación del cabezal de la máquina elevadora de tubos rectangulares se corrige mediante tecnología de lechada y el disco gira hacia adelante o hacia atrás.
3.2.3 Método de control de la desviación del eje del cabezal de la máquina elevadora de tubos rectangulares De acuerdo con la dirección de desviación del eje y la cantidad de desviación, los cilindros de corrección de desviación se agrupan para controlar la expansión y contracción del. cilindros de modo que las carcasas delantera y trasera formen un ángulo incluido, cambiando así la dirección del cabezal de la máquina logra el propósito de corregir la desviación. Además, el método de corrección de lechada también se puede utilizar para lograr el propósito de la corrección, o se pueden combinar los dos para la corrección.
3.3 Construcción del proyecto del túnel rectangular El proyecto de elevación de tuberías en la entrada número 5 de Lujiazui de la Línea 2 del Metro de Shanghai está ubicado en el Centro Comercial y Financiero de Lujiazui en Pudong. La entrada número 5 es el pozo de origen y la entrada número 4 es el pozo de recepción. Están ubicados en los lados norte y sur de la sección de acceso del túnel de Yan'an East Road, respectivamente. El canal consta de tuberías paralelas, cada una con una tensión de boro de 62,25 metros, un espaciamiento libre de 2,2 metros, una pendiente del 0,2% y un espesor de cubierta promedio de 5,3 metros en la parte superior de las tuberías. Toda la estructura del canal utiliza nodos de tubos rectangulares prefabricados de hormigón armado. Las dimensiones totales de la junta de tubería son 3800x3800, el espesor de la pared es de 40 cm, la longitud de la junta de tubería es de 2 m y el consumo total de juntas de tubería de ingeniería es 64.
3.3.1 El control del eje de elevación de tuberías es un problema importante para la elevación de tuberías rectangulares.
En la construcción normal de gatos para tuberías, se debe prestar gran atención al control del eje del gato. Después de levantar cada sección de tubería, se debe medir y corregir la actitud del cabezal de la máquina. La cantidad de corrección no debe ser demasiado grande para evitar alteraciones significativas en el ángulo de apertura entre el suelo y la sección de tubería.
3.3.2 Protección ambiental y control de hundimientos Este proyecto pasará por la sección de acceso a Pudong de la carretera Lujiazui y el túnel de la carretera este de Yan'an, así como tuberías de agua, tuberías de gas, tuberías de agua de lluvia y tuberías de alcantarillado. , líneas telefónicas locales, líneas eléctricas y otras tuberías. Entre ellos, la distancia libre entre la parte superior de la tubería y la tubería de aguas residuales del medio 450, la parte inferior de los túneles del medio 1000 y R, y la pequeña tubería de agua de lluvia 800 es de 1 m, y la distancia libre entre la parte superior de la tubería y el La parte inferior de la estructura de la sección de acceso al túnel de Yan'an East Road es de 1,564 m, como se muestra en la Figura 5. Durante el proceso de elevación, es muy importante controlar el hundimiento del terreno e implementar la protección ambiental.
Cuando el método de elevación de tubería causa asentamiento del suelo alrededor del túnel, se utiliza un dispositivo de cuchilla perfiladora: corte el suelo en las cuatro esquinas muertas de la máquina de elevación de tubería rectangular y use un cabezal de corte grande para cortar toda la suelo al frente. Configure el monitoreo de asentamientos, la retroalimentación de datos, ajuste los parámetros de construcción e implemente una construcción basada en información.
El control del hundimiento del terreno realmente ha formado y logrado la protección del medio ambiente. Sin embargo, el asentamiento de la sección de acceso del túnel de Yan'an East Road en este proyecto se controla entre 10 mm y -30 mm. Bajo ciertas condiciones, se deben tomar medidas de garantía para controlar el asentamiento y garantizar la seguridad del acceso al túnel. sección.
3.3.3 Tecnología de control de la máquina de elevación de tuberías rectangulares (1) Controlar estrictamente los parámetros de construcción de elevación de tuberías para evitar la sobreexcavación; (2) Controlar estrictamente la corrección de la desviación de elevación de tuberías e implementar "desviaciones correctas diligentemente" lentamente; Principio de "corrección"; (3) La velocidad de elevación no debe ser demasiado alta. Intente lograr una construcción equilibrada y la velocidad de elevación debe controlarse en aproximadamente 15 mm/min.
(4) Durante la construcción del gato, se debe garantizar una lechada continua y uniforme para llenar rápidamente los huecos en el edificio y garantizar la estabilidad del suelo sobre la tubería del gato.
(5) Para superar el fenómeno de "retorno de tierra", además de inyectar lodo tixotrópico a sobrepresión en el cabezal de la máquina para evitar el fenómeno de "retorno de tierra" en el cabezal de la máquina, también es necesario insertar la tubería en la sección de salida durante el proceso de elevación. La parte superior de la junta se inyecta especialmente con lechada para llenar los espacios de construcción causados por el "retorno de tierra" en cualquier momento.
(6) Supervise el "hundimiento" o la "flotación" de la elevación de la tubería detrás del cabezal de la máquina de elevación de tuberías. Cuando la tubería se hunde gravemente, se debe realizar lechada en la parte inferior de la parte hundida para evitar que el suelo se hunda.
4 Conclusión
El túnel de escudo rectangular es una nueva tecnología de túnel de escudo desarrollada y aplicada en el extranjero en la década de 1990. Esta tecnología tiene las ventajas de una gran utilización de secciones transversales, una cobertura de suelo poco profunda y un bajo costo. Puede usarse en túneles para peatones de tráfico urbano, túneles para vehículos, tuberías subterráneas y proyectos de tuberías de drenaje y desviación de agua. El éxito de la prueba de ingeniería del túnel rectangular marca que la aplicación de esta tecnología en nuestro país ha entrado en una etapa inicial sustancial, llenando el vacío en la tecnología de construcción de hincado de tuberías rectangulares de nuestro país, proporcionando una base de diseño y experiencia en construcción para la aplicación de ingeniería de esta tecnología y tendrá amplias perspectivas de aplicación.
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