¿Investigación y aplicación de perforadoras para pasajes subterráneos rectangulares del metro urbano?

Este artículo se centra en la investigación y aplicación del Instituto de Investigación de Tecnología de Construcción de Túneles de Shanghai en máquinas perforadoras de pasajes subterráneos rectangulares y túneles rectangulares para el tráfico urbano. Proporciona referencia para la investigación, diseño y construcción de túneles de sección transversal de formas especiales.

Palabras clave: Aplicación de proyecto de prueba intermedia de diseño de máquina elevadora de tubos de túnel rectangular de tráfico subterráneo urbano

La construcción urbana se está desarrollando a una velocidad cada vez mayor y el papel del transporte en la construcción y el desarrollo urbanos se ha vuelto más prominente. El avance del desarrollo y la construcción requiere que las ciudades resuelvan 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 y otros proyectos de túneles subterráneos que son los más económicos. . Por tanto, la investigación y aplicación de máquinas perforadoras para pasajes subterráneos rectangulares en el tráfico urbano es muy necesaria.

1. Desarrollo y aplicación de túneles rectangulares. El túnel escudo más antiguo del mundo fue el túnel público que cruza el Támesis en Londres, Inglaterra, que fue construido en 1826. Su sección de túnel es rectangular de 11,4mx6,8m. Debido a la excavación manual y a accidentes por inundaciones durante la construcción, el túnel rectangular de 458 m de longitud tardó 18 años en completarse.

Desde la década de 1970, con el desarrollo de la economía, la tecnología de construcción de máquinas perforadoras de escudos ha dado un nuevo salto. Especialmente en Japón, la demanda por el 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, en todo el mundo se produjo un auge en el desarrollo de máquinas perforadoras de escudo con secciones de formas especiales. Se llevaron a cabo sucesivamente investigaciones experimentales sobre máquinas perforadoras de escudo y tecnologías de construcción para túneles rectangulares, túneles ovalados y dobles circulares. túneles y túneles multicirculares y aplicaciones de ingeniería. Al analizar las funciones de uso de los túneles, la forma de sección transversal rectangular de los túneles peatonales de tráfico urbano, túneles subterráneos y túneles de metro es la más adecuada y económica. Por lo tanto, la reinvestigación, el desarrollo y la aplicación de las máquinas perforadoras de escudo rectangulares son de gran importancia. significado.

Japón ha llevado a cabo investigaciones sobre el método de construcción de túneles de escudo rectangulares de gran sección, que resuelven principalmente la construcción de proyectos de pasos elevados bajo el tráfico de vías férreas. Utiliza segmentos de tubos de acero para ensamblar y luego verter revestimientos de concreto. El suelo de cobertura más superficial para la construcción del túnel de protección es de sólo 3 m. En 1981, Nagoya y Tokio utilizaron un escudo rectangular excavado a mano de 4,29 mx 3,09 m para cavar dos trincheras de 534 m y 298 m de largo. Nagoya también utiliza un escudo rectangular excavado a mano de 5,23 mx 4,38 m para cavar un túnel rectangular de 374 m de largo. En resumen, la aplicación de la tecnología de túnel rectangular y escudo rectangular está en auge, sus ventajas se reflejan cada vez más y su tecnología es 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 una máquina de elevación de tubos rectangulares de rejilla variable de 2,5 mx 2,5 m y un proyecto de prueba de túnel rectangular en 1995. Programa y diseño de ingeniería. En abril de 1999, la máquina de elevación de tubería de equilibrio de presión de tierra con cabezal de corte rectangular de 3,8 mx 3,8 m desarrollada independientemente por el Instituto de Investigación de Tecnología de Construcción de Túneles de Shanghai se utilizó para la construcción del pasaje rectangular en la entrada número 5 de la Línea 3 del Metro de Shanghai. El proyecto del 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 durante la construcción, el funcionamiento normal del túnel Yan'an East Road en Shanghai. del oleoducto subterráneo de Lujiazui Road. La primera construcción nacional de un túnel escudo rectangular tardó sólo 40 días en completar el avance de dos túneles. La investigación, promoción y aplicación de túneles rectangulares fueron exitosas.

2. Investigación sobre máquinas perforadoras para pasajes subterráneos rectangulares en el tráfico urbano 2.1 En comparación con la sección transversal circular del túnel rectangular económico aplicado en túneles rectangulares, su área de uso efectivo es más de 20 veces mayor. del circular. Los pasajes peatonales de tráfico urbano requieren poca profundidad de enterramiento, por lo que los túneles rectangulares pueden cumplir mejor con los requisitos de construcción de los pasajes peatonales.

Los pasos peatonales transversales de tráfico urbano se utilizan cada vez más como entradas y salidas de las estaciones de metro, y en nuestro país también se desarrollarán tuberías subterráneas urbanas. Este tipo de proyecto de túneles subterráneos es el más económico en forma rectangular. túneles tan rectangulares La investigación y la aplicación pueden satisfacer directamente las necesidades de la construcción de ingeniería y tener amplias perspectivas de aplicación.

2.2 Métodos de investigación para túneles rectangulares Las rutas técnicas y de investigación de viabilidad para túneles rectangulares son las siguientes:

(1) Digerir y absorber proyectos de túneles rectangulares y escudos rectangulares relacionados con el extranjero

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(2) Concepto y diseño del proyecto de prueba de elevación de tubos rectangulares

(3) Comparación técnica y económica de modelos de máquinas de elevación de tubos rectangulares, diseño y selección de modelos; > p>

(4) Desarrollo de una máquina de elevación de tubos rectangulares para pruebas y una máquina de elevación de tubos rectangulares para uso en ingeniería basada en la máquina de pruebas

(5) Comprender la estructura de los tubos rectangulares reforzados; secciones de tuberías de concreto a través de pruebas estructurales La distribución de fuerzas proporciona una base para mejorar el diseño de la sección de tubería y la optimización del diseño de la sección;

(6) A través del proyecto de prueba del túnel rectangular de 2,5 mx 2,5 m, comprenda los parámetros de construcción y domine las reglas de elevación de túneles rectangulares y proporcionar una base para aplicaciones de ingeniería;

(7) Llevar a cabo el diseño del esquema de aplicaciones de ingeniería y el diseño de construcción, completar aplicaciones de ingeniería y realizar investigaciones sobre métodos de construcción.

2.3 Desarrollo de la máquina elevadora de tubos rectangulares Dado que la máquina elevadora de tubos rectangulares de rejilla variable tiene las ventajas de un procesamiento relativamente simple, bajo costo y una puesta en marcha rápida, también puede obtener varios datos valiosos durante la prueba. entonces se eligió esta opción.

2.3.1 I+D y principios de diseño La máquina elevadora de tubos de rejilla rectangular utiliza una rejilla para cortar el suelo y bloquear el suelo en la superficie de excavación para evitar eficazmente que el suelo frontal se derrumbe. Se excava mediante excavación manual. método. Es impulsado por el gato principal para mover el cabezal de la máquina hacia adelante. El cabezal de la máquina está dividido en dos secciones, la delantera y la trasera, que están conectadas por un cilindro corrector en el medio. Los dispositivos de corrección están instalados en ambos lados de la carcasa. y se instala una muesca de ángulo variable en el anillo de la muesca, que puede realizar una cierta cantidad de sobrepaso. La excavación es beneficiosa 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 pueden ajustar la cantidad de tierra que ingresa al frente del cabezal de la máquina, lo cual es beneficioso para controlar la estabilidad del suelo delantero.

2.3.2 Situación básica de diseño Para garantizar que haya un cierto espacio entre la sección de la tubería y el suelo, que conduzca a la formación de un anillo por el lodo, el tamaño de la sección transversal de el cabezal de la máquina está diseñado 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, la delantera y la trasera, conectadas por un cilindro corrector de desviación 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 cortado está equipado con un corte de ángulo variable. La rejilla está equipada con una rejilla variable que puede ajustar la relación de apertura y se instalan dispositivos de corrección en ambos lados de la carcasa. El dispositivo anterior puede controlar la actitud del morro del avión.

El dispositivo de elevación principal consta de 8 cilindros de aceite y gatos de elevación en forma de U, anillos superiores, soportes de hierro, marcos inferiores, respaldos de acero, etc. Los 8 cilindros de aceite se dividen en dos grupos, con 4 unidades. cada uno superpuesto y distribuido simétricamente, y fijado con un soporte de estructura dividida, con una carrera de trabajo de 1450 mm. Cada cilindro se puede controlar de forma independiente. El dispositivo de corrección se utiliza principalmente para controlar la desviación del eje izquierdo y derecho, arriba y abajo 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 placa de aletas) se utiliza principalmente para la corrección después de que gira el cabezal de la máquina. El par de corrección puede alcanzar 210x2-420 kN

2.4 Prueba de ingeniería de túnel rectangular

2.4 .1. Descripción general del proyecto de prueba El proyecto de prueba está ubicado en el área de Hangtou del condado de Nanhui, Shanghai. La distancia de elevación es de 60 m y la profundidad de cobertura del suelo es de 6,45 m. Hay un pequeño río a 10 m al norte del eje de elevación. y 10m al sur se encuentra el camino principal de concreto armado en el sitio, ver Figura 1. Las capas de suelo atravesadas por la máquina de elevación de tubería son: arcilla limosa gris y arcilla limosa gris en las secciones de entrada y salida; y limo arenoso gris en la sección de intervalo, a través de pruebas de ingeniería, se verificó el diseño y la selección de la máquina de elevación de tubería rectangular, la selección de la sección de tubería rectangular, el tipo de junta y el diseño y selección de impermeabilización a través de varios parámetros de construcción recopilados y registros de condiciones de trabajo, la tubería rectangular. Se estudió el método de construcción mediante gato. La prueba de ingeniería completó la investigación experimental sobre la clave técnica de la máquina elevadora 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. La aplicación de rectángulos en los pasajes peatonales subterráneos del metro urbano. En febrero de 1998, el equipo de investigación propuso un plan de construcción de tubería rectangular para el túnel de entrada y salida número 5 de la estación Lujiazui. El pasaje de entrada y salida número 2 de la estación Lujiazui de la Línea 2 del Metro de Shanghai necesita construir dos túneles rectangulares de 62 m de largo con un tamaño neto interno de 3 mx 3 m.

3.1 Desarrollo de la máquina elevadora de tubos de equilibrio de presión de tierra con cabezal de corte combinado de 3,8 mx 3,8 m La máquina de elevación de tubos de equilibrio de presión de tierra con cabezal de corte combinado es la base para el desarrollo y prueba exitosos del tubo rectangular de 2,5 mx 2,5 m. Máquina elevadora fue desarrollada para el proyecto del pasaje subterráneo en la entrada y salida número 5 de la estación Lujiazui de la Línea 2 del Metro de Shanghai.

3.1.1 La selección de la tuneladora subterránea rectangular se basó en las condiciones de ingeniería y mediante la comparación del programa, considerando que el cabezal de corte grande más la cortadora de perfilado tienen las características de estructura compacta, buena confiabilidad y facilidad. operación, se acordó por unanimidad que el proyecto debería construirse utilizando una máquina de corte de tubería balanceada con presión de tierra y corte de sección completa. La máquina elevadora combinada de tubos de equilibrio de presión de tierra con cabezal de corte utiliza un cabezal de corte grande y una cuchilla perfiladora para cortar el suelo. También bloquea el suelo en la superficie de excavación para prevenir eficazmente que el suelo frontal colapse. La velocidad de rotación y la velocidad de elevación de la máquina de tornillo se ajustan para controlar la presión del suelo en el contenedor de tierra para mantener la estabilidad de la superficie de excavación. Para garantizar que haya un cierto espacio entre la sección de la tubería y el suelo, que conduzca a la formación de un anillo por el lodo, el tamaño de la sección transversal del cabezal de la máquina está diseñado para ser mayor que la sección transversal. Tamaño de la sección de la tubería. (El tamaño de la sección transversal exterior del cabezal de la máquina es 3.828mx3.828m, y el tamaño de la sección transversal exterior de la sección de tubería es 3.8mx3.8m).

3.1.2 Características de la máquina elevadora de tubos rectangular equilibrada con presión de tierra tipo cabezal de corte combinado La máquina principal de la máquina elevadora de tubos se puede dividir en dos secciones, delantera y trasera, conectadas por 16 cilindros correctores de desviación en el medio. El sello entre las secciones delantera y trasera adopta dos anillos de sellado de goma en forma de labio. En la parte delantera, un gran cabezal de corte y cuatro cuchillas perfiladoras cortan el suelo en secciones completas. El suelo se excava mediante el transportador de tornillo. Ajustar la velocidad del transportador de tornillo puede mantener el equilibrio de la presión del suelo en el contenedor de tierra y mantener la estabilidad de la superficie de excavación.

3.2.1 Problemas con el llenado. -corte de secciones de máquinas de elevación de tubos rectangulares para elevación de tubos rectangulares. Si la máquina solo tiene un cabezal de corte grande para corte giratorio, solo puede lograr una tasa de corte de sección transversal de aproximadamente el 90%, y las cuatro esquinas de la sección de vela del tubo superior rectangular no se puede cortar. En vista de las complejas condiciones geológicas, las tuberías, la protección ambiental y la necesidad de cruzar la capa de refuerzo SMW cuando el cabezal de la máquina entra y sale del pozo en el área de Lujiazui, se utiliza un cabezal de corte grande para cortar la mayor parte del suelo frontal y un Se utiliza una cuchilla perfiladora colocada en la parte posterior del cabezal de corte para cortar el suelo en las cuatro esquinas.

3.2.2 El problema de la rotación del cabezal de la máquina elevadora de tubos rectangulares Para el fenómeno de rotación del cabezal. En la máquina elevadora de tubos rectangulares, se utilizan medidas de tecnología de corrección de lechada para girar el disco hacia adelante o hacia atrás. El método de corrección se puede lograr girando.

3.2.3 Método para controlar la desviación del eje del cabezal de la máquina de elevación de tubos rectangulares De acuerdo con la dirección de desviación del eje y la cantidad de desviación, se agrupan los cilindros de corrección de desviación y se controla la expansión y contracción de los cilindros. de modo que las carcasas delantera y trasera formen un ángulo incluido cambiando así la dirección del cabezal de la máquina para lograr el propósito de corregir la desviación. Además, también se puede utilizar lechada para corregir la desviación, o se pueden combinar ambas para corregirla.

3.3 Construcción del proyecto del túnel rectangular El proyecto de elevación de tubería en la entrada Lujiazui No. 5 de la Línea 2 del Metro de Shanghai está ubicado en el Distrito del Centro Comercial y Financiero de Lujiazui en Pudong. La entrada y salida número 5 es el pozo de inicio, y la entrada y salida número 4 es el pozo de recepción. Las ubicaciones están ubicadas en los lados norte y sur de la sección de acceso al túnel de Yan'an East Road. El canal está compuesto por tuberías paralelas con una tensión de boro de 62,25 m cada una. El espacio neto entre las dos tuberías es de 2,2 m, la pendiente de la tubería es de 0,2 y el espesor promedio de la capa de suelo en la parte superior de la tubería es de aproximadamente 5,3 m. La estructura del canal está formada íntegramente por tramos prefabricados de tubos rectangulares de hormigón armado. Las dimensiones totales de la sección de tubería son 3 800 x 3 800, el espesor de la pared es de 40 cm y la longitud de la sección de tubería es de 2 m. El número total de secciones de tubería en el proyecto es 64 secciones.

3.3.1 Control del eje de elevación El control del eje es un problema importante en la elevación de tuberías rectangulares. Durante el proceso normal de construcción del gato de tubería, se debe prestar mucha atención al control del eje del gato. Después de completar el levantamiento de cada sección de tubería, se debe medir la actitud del cabezal de la máquina y se debe corregir la desviación. La cantidad de corrección no debe ser demasiado grande para evitar grandes perturbaciones en el suelo y angulación entre las secciones de tubería.

3.3.2 Protección ambiental y control de hundimientos El proyecto pasará por Lujiazui Road, la sección de acceso a Pudong del túnel de Yan'an East Road y tuberías como tuberías de suministro de agua, tuberías de gas, tuberías de agua de lluvia, tuberías de alcantarillado, líneas telefónicas locales y líneas eléctricas. La distancia libre entre la parte superior de la tubería y la parte inferior de la tubería de aguas residuales central 450, la tubería de agua de lluvia mediana 1000 y la pequeña 800 es de 1 m, y la distancia libre desde la parte inferior de la estructura de la sección de acceso al túnel de Yan'an East Road es 1.564 m, ver Figura 5. Durante el hincado El control del hundimiento del terreno y la protección ambiental durante el proceso serán extremadamente importantes.

Cuando el método de elevación de tubería provoca el asentamiento de la superficie alrededor del túnel, se utiliza un dispositivo de cuchilla perfiladora para cortar el suelo dentro de las cuatro esquinas muertas de la máquina de elevación de tubería rectangular y se utiliza un cabezal de corte grande para cortar completamente la tierra. en el frente. Configure el monitoreo de asentamientos, la retroalimentación de datos, ajuste los parámetros de construcción e implemente una construcción informatizada.

Al controlar bien el hundimiento del terreno, se ha formado y logrado la protección del medio ambiente. Sin embargo, este proyecto propone controlar la cantidad de asentamiento de la sección de acceso al túnel de Yan'an East Road entre 10 mm y -30 mm. Por lo tanto, se deben tomar medidas de garantía para controlar el asentamiento y garantizar la seguridad de la sección de acceso al túnel en condiciones específicas.

3.3.3 Tecnología de control durante el levantamiento de una máquina de elevación de tubos rectangulares (1) Controlar estrictamente los parámetros de construcción del levantamiento de tuberías para evitar la sobreexcavación; (2) Controlar estrictamente la cantidad de corrección de elevación de tuberías, y " El principio de "corrección diligente y corrección lenta" se utiliza para controlar la línea de elevación durante todo el proceso de elevación (3) La velocidad de elevación no debe exceder Shaanxi, trate de lograr una construcción equilibrada y controle la velocidad de elevación a aproximadamente 15 mm/. mín.

(4) Durante la construcción del gato, se debe garantizar una lechada continua y uniforme para que los espacios existentes en el edificio se puedan llenar rápidamente para garantizar la estabilidad del suelo sobre la tubería del gato.

(5) Para superar el fenómeno del "retroceso del suelo", además de inyectar lodo tixotrópico en el cabezal de la máquina con sobrepresión para evitar el fenómeno del "retroceso del suelo" en el cabezal de la máquina, se deben tomar medidas especiales Durante el proceso de elevación, la parte superior de la sección de tubería en la sección de salida se inyecta para llenar los espacios de construcción causados ​​por la "tierra" en la sección de tubería en cualquier momento.

(6) Monitorear y controlar el “hundimiento” o “levantamiento” de la altura de la tubería construida en la parte trasera del cabezal de la máquina de elevación de tuberías. Cuando la tubería se hunde gravemente, se debe aplicar lechada en el fondo en la parte que se hunde para evitar el hundimiento del suelo.

4 Conclusión

El túnel de protección rectangular es una nueva tecnología de túnel de protección desarrollada y aplicada en el extranjero en la década de 1990 debido a su gran tasa de utilización de sección transversal, su cobertura de suelo poco profunda y su baja densidad. costo de construcción, Ventajas: Esta tecnología se puede utilizar en túneles peatonales de tráfico urbano, túneles para vehículos, zanjas de tuberías subterráneas, proyectos de tuberías de drenaje y desvío de agua. El éxito de la prueba de ingeniería del túnel rectangular indica que la aplicación de esta tecnología en nuestro país ha entrado en una etapa inicial sustancial. Llena el vacío en la tecnología de construcción de hincado de tuberías rectangulares de nuestro país, proporciona una base de diseño y experiencia en construcción para la aplicación de ingeniería. de esta tecnología, y seguramente tendrá amplias perspectivas de aplicación.

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