簡(jiǎn)介：

DPLEX盾構(gòu)法是應(yīng)用具有平行連桿式開(kāi)挖機(jī)構(gòu)的盾構(gòu)施工各種斷面形式（矩形、橢圓形等）的隧道。應(yīng)用DPLEX盾構(gòu)法的管片應(yīng)具有一個(gè)合理的橫形斷面，即通過(guò)具有不同曲率分塊拼接在一起形成圓弧矩形。此報(bào)告簡(jiǎn)述了DPLEX盾構(gòu)開(kāi)發(fā)過(guò)程中盾構(gòu)和管片試驗(yàn)結(jié)果。

1． 前言

近年來(lái)，為了有效地應(yīng)用市區(qū)人口稠密地區(qū)的地下空間，需要發(fā)展一種新型盾構(gòu)施工法，使盾構(gòu)開(kāi)挖隧道斷面接近實(shí)際使用合理斷面形狀。而DPLEX盾構(gòu)法已經(jīng)發(fā)明并得到發(fā)展以滿足工程需要。

DPLEX盾構(gòu)能開(kāi)挖任何形狀斷面的隧道，它是通過(guò)一種獨(dú)特的開(kāi)挖機(jī)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)挖的，開(kāi)挖面配有與開(kāi)挖隧道斷面相同形狀的刀盤(pán)，這種刀盤(pán)由平行連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這就可以開(kāi)挖各種斷面（矩形、橢圓形等）的隧道，開(kāi)挖面由開(kāi)挖下的土壓進(jìn)行支護(hù)。

為了檢驗(yàn)盾構(gòu)開(kāi)挖機(jī)構(gòu)和開(kāi)挖面支護(hù)等功能，制造了一臺(tái)矩形斷面（1.04m×1.35m）試驗(yàn)盾構(gòu)，對(duì)砂、礫石、密實(shí)砂層等模擬土體進(jìn)行開(kāi)挖。

已制造好的用于DPLEX盾構(gòu)法管片的斷面形狀是具有不同曲率半徑的圓弧矩形，這種圓弧矩形優(yōu)于方形或長(zhǎng)方形，因?yàn)榍罢吣軠p小作用在跨度中心以及轉(zhuǎn)角上的彎矩。為了進(jìn)一步證實(shí)管片環(huán)的能力和對(duì)管片設(shè)計(jì)有充分的根據(jù)，已生產(chǎn)一環(huán) 3×3.3m的管片環(huán)并進(jìn)行整環(huán)負(fù)荷試驗(yàn)。

2．DPLEX盾構(gòu)開(kāi)發(fā)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

用于試驗(yàn)的盾構(gòu)，各種模擬土體已備好在土箱中，用以進(jìn)行開(kāi)挖以檢測(cè)開(kāi)挖性能、開(kāi)挖面穩(wěn)定情況等。

已備好的四種模擬土體分別為細(xì)砂、密實(shí)砂、礫石以及含有鵝卵石的礫石。試驗(yàn)盾構(gòu)的技術(shù)參數(shù)和試驗(yàn)土箱全貌。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 刀盤(pán)扭矩

在細(xì)砂和礫石中，刀盤(pán)扭矩約為0.5~0.7tf-m，在密實(shí)砂層中刀盤(pán)扭矩約為0.6~0.75tf-m。開(kāi)挖速度為1.5cm/min。

在含有卵石的砂礫層中，當(dāng)?shù)侗P(pán)遇到卵石時(shí)，最大扭矩要超值，雖然后來(lái)停下了，但通過(guò)刀盤(pán)反轉(zhuǎn)又可重新進(jìn)行開(kāi)挖。在沒(méi)有遇到卵石時(shí)，如在砂層中一樣，刀盤(pán)扭矩約為0.6tf-m。開(kāi)挖速度平均為0.75cm/min。

2.2.2 開(kāi)挖控制

在砂與礫石兩種土層中，開(kāi)挖土砂可通過(guò)注入溶劑使其成為泥漿土，同時(shí)通過(guò)裝在刀盤(pán)后的攪拌葉板使其攪拌均勻。另外盾構(gòu)開(kāi)挖時(shí)泥漿土的壓力要保持常值。

2.2.3 盾構(gòu)位置控制

在任何模擬土體中，對(duì)盾構(gòu)傾斜和旋轉(zhuǎn)均忽略不計(jì)。

2.2.4 排土情況

在砂和礫石層中，排出泥漿土坍落度為7～14cm，濕度為27～29％。

在含有卵石的礫石層中，大約每立方米含有直徑約為110mm卵石130塊左右，其中30~40％被攪拌葉板和土艙擋板粉碎。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果摘要

試驗(yàn)結(jié)果可概括為以下2點(diǎn)：

1. DPLEX盾構(gòu)的平行連桿開(kāi)挖機(jī)構(gòu)能安全有效地應(yīng)用于各種類型土層。除外，開(kāi)挖土層需要的扭矩相對(duì)小一些。

2. 在砂和礫石土層中，從開(kāi)挖土的混合和開(kāi)挖面穩(wěn)定的控制來(lái)看，DPLEX盾構(gòu)的性能可與圓形泥漿土壓盾構(gòu)相比。

試驗(yàn)結(jié)果表明，DPLEX盾構(gòu)投入實(shí)際使用是毫無(wú)問(wèn)題的。

3． 圓弧矩形管片環(huán)開(kāi)發(fā)試驗(yàn)

3.1 整體負(fù)荷試驗(yàn)方法

管片環(huán)（3.3m×3m）橫斷面示于圖6，已拼裝好的2環(huán)管片（1/2+1+1/2）按圖7和照片 2所示方法進(jìn)行整環(huán)負(fù)荷試驗(yàn)。負(fù)荷施加于管片環(huán)4邊跨度中心，考慮到土質(zhì)條件和地層作用負(fù)荷情況，采用如圖8所示形式加荷，管片材質(zhì)為鋼筋混凝土，接頭采用鋼板和螺栓聯(lián)接。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 位移

3.2.2 鋼筋與鋼構(gòu)件變形

按工況3加荷到屈服點(diǎn)時(shí)靠近加荷點(diǎn)p2鋼筋變形，此變形值小于按彈性橫梁RC斷面計(jì)算值。

3.3 整環(huán)試驗(yàn)結(jié)果概括

整理試驗(yàn)結(jié)果可概括如下：

1. 通過(guò)彈性橫梁模式設(shè)計(jì)并考慮到有效的繞曲剛度，實(shí)際位移幾乎與計(jì)算值接近一致，所以用這種設(shè)計(jì)方法去設(shè)計(jì)DPLEX管片是適宜的；

2. 總體看，在鋼筋與鋼構(gòu)件中實(shí)際變形值比計(jì)算值小。另外，在整環(huán)中破裂情況沒(méi)有表現(xiàn)出任何特殊薄弱點(diǎn)，為此可以證實(shí)管片結(jié)構(gòu)在承受到可能載荷是足夠安全的，另外也證實(shí)，采用如圓形盾構(gòu)使用的普通鋼板和螺栓聯(lián)接的結(jié)點(diǎn)是有效的。

4．隧道施工實(shí)例

4.1 工程概況

本工程是建造東京近郊Narashine城區(qū)污水排放控制隧道，該隧道作為天然水污水聯(lián)合排放，意味著隧道底部位置受到一定限制，沿施工線路不很寬暢。另外各種管道和電纜（Ф600mm供水管道、公用電纜等）埋設(shè)于施工隧道上部土層中，因?yàn)橹T多因素湊合在一起，所以DPLEX盾構(gòu)在世界上首次被采用。

本工程采用1臺(tái)DPLEX盾構(gòu)開(kāi)挖2條圓弧矩形斷面隧道（寬4.2m，高3.8m），兩條隧道間距僅為60cm。隧道覆土3～4m，隧道通過(guò)地層是細(xì)砂洪積層，隧道總長(zhǎng)810m，包含一曲線段R=50M， 。

4.2 DPLEX 盾構(gòu)

現(xiàn)在工程中應(yīng)用的DPLEX盾構(gòu)，盾構(gòu)配有一個(gè)由四根垂直驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)子，刀盤(pán)與轉(zhuǎn)子偏心備置，盾構(gòu)通過(guò)刀盤(pán)平行連桿轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)挖的隧道具有圓弧矩形斷面，DPLEX盾構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)示于表3。

4.3 圓弧矩形管片

為用于直線段的混凝土管片（寬度：1.0m）。在曲線段（R=50M）采用鋼支撐。

4.4 盾構(gòu)開(kāi)挖工況

4.4.1 刀盤(pán)扭矩

盾構(gòu)刀盤(pán)扭矩小于相同斷面面積普通圓形盾構(gòu)，然而實(shí)際開(kāi)挖所需扭矩是額定扭矩1/4～1/5

4.4.2 盾構(gòu)千斤頂推力

DPLEX盾構(gòu)千斤頂推力與普通圓形盾構(gòu)相似，實(shí)際開(kāi)挖需要的推力是600～700tf，大約是額定推力的1/3。

4.4.3 旋轉(zhuǎn)控制

如果矩形盾構(gòu)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，將會(huì)使管片拼裝發(fā)生困難，或難以獲得需要的斷面。 在本工程施工中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)校正盾構(gòu)千斤頂和轉(zhuǎn)換刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向。盾構(gòu)的旋轉(zhuǎn)控制在±0.3o以內(nèi)。

4.4.4 土壓力控制

由于施工工地覆土層和土結(jié)構(gòu)關(guān)系，開(kāi)挖時(shí)土壓被控制在0.9～1.4kgf/cm2以內(nèi)，因此地表沉陷大約不超過(guò)10mm。

5． 結(jié)論

由于通過(guò)盾構(gòu)開(kāi)挖試驗(yàn)和管片整環(huán)負(fù)荷試驗(yàn)，實(shí)際應(yīng)用DPLEX盾構(gòu)施工法已獲得基本解決，在Narashino域污水隧道建設(shè)工程中DPLEX盾構(gòu)施工法已被得到采用。盡管在工程中有幾點(diǎn)困難，如隧道的圓弧矩形斷面，覆土線，兩隧道之間間距極小以及曲線推進(jìn)，用DPLEX盾構(gòu)開(kāi)挖隧道對(duì)地面和鄰近房屋均未出現(xiàn)大影響。

基于試驗(yàn)和上述應(yīng)用結(jié)果，作者認(rèn)為DPLEX盾構(gòu)施工法已被確立為盾構(gòu)新施工法，可用于開(kāi)挖任意斷面的隧道，即使含水地層隧道。還證實(shí)這種盾構(gòu)的獨(dú)特的刀盤(pán)系統(tǒng)（偏心多軸盾構(gòu)刀盤(pán)）刀盤(pán)扭矩較小和刀具磨損減小。當(dāng)前應(yīng)對(duì)大斷面DPLEX盾構(gòu)施工法和長(zhǎng)距離隧道施工應(yīng)用進(jìn)行研究，因?yàn)樗诮?jīng)濟(jì)和耐用方面更具優(yōu)越性