攻克软弱地基与地下障碍：日本大阪世博会铁路延伸工程中的创新施工技术
发布时间:2024-08-24
小编语：2025日本大阪世博会将于大阪湾的人工岛——梦洲地区展开。目前，作为通往该博览会会场的关键交通枢纽，铁路线的延伸工程正在积极规划与实施中。承担临港铁路•北港科技港线项目的大林组，在应对软弱地基处理、填海造地区域地下障碍物等复杂地质条件的同时，正稳步推进车站结构及隧道工程的建设工作，一起来了解一下。
大阪市自2000年起开始推进延伸铁路连接咲洲至梦洲的规划。2009年，连接两岛的海底公铁隧道——“梦咲隧道”建设完成，但仅公路部分通车运营。随着2017年“梦洲城市建设构想”、2018年大阪•关西世博会的申办成功，以及综合型度假区（IR）计划的推进，铁路整备计划得以重新启动。
本次施工的宇宙广场站至梦洲站区间全长约为3.4km，其中包含约2.3km的梦咲隧道（海底隧道）在内的道路与铁路一体化结构已于2000年至2009年间建成。剩余未建设的约1.1km线路中，梦洲站及其南侧渡线的380m采用明挖法施工；从明挖隧道段至已建成的梦咲隧道主体之间的约760m线路段采用盾构法施工。施工地点位于填海造陆形成的人工岛内，施工过程中需特别考虑填海地层特有的工程条件。大阪北港科技港线是一条起始于宇宙广场站，依次经过梦洲站、舞洲站，最终到达大阪市此花区的临港铁路线路采用盾构法施工上行、下行2条线路；采用明挖法施工车站段
施工区域的地层主要由建设工程挖掘产生的渣土、大阪港及河道疏浚产生的砂土作为填埋材料构成。自填埋后经过20年左右，地基经历了压密沉降过程，内部排水基本完成。但该地基仍属于人工地基，相较于自然沉积地基其结构极其软弱。为有效控制挡土墙变形，设计时将挡土墙的入土深度延伸至填海地基下方的冲积黏性土层，直至触及旧海底面以下的预定深度。此外，为了提升被挡土墙所包围的开挖底面的稳定性，采用了水泥浆与开挖渣土混合搅拌的地基加固技术。
在明挖施工过程中，为了防止土体崩塌，采用了TRD（Trench cutting Re-mixing Deep wall）工法来构建挡土墙。低净空TRD设备
TRD工法施工的地下连续墙形状
在本次工程中，填埋场地内残留的大量塑料排水板PBD（Plastic Board Drain）的处理是施工过程中的首要考虑因素。由于PBD的布置间隔为1.3～1.8m，其拆除作业成为了明挖施工以及盾构隧道施工中的共同关键挑战。填埋场地内残留的PBD
为此，TRD设备的切割箱特别安装了一种专用的爪型部件，旨在施工地下连续墙的同时，能够有效地抓住并提升PBD，进而将其从地层中排出。
搭载爪型部件的TRD切割箱
提升排出的PBD
车站明挖段采用TRD工法修建的挡土墙
在盾构施工过程中，主要面临的地下障碍物包括PBD（塑料排水板）、锁扣钢管桩和岩块。2台φ6.95m盾构机分布施工上行、下行线隧道。盾构机前端安装一种“推出式PBD切割专用刀具”，减少了刀具在正常掘进过程中的磨损。在刀盘全断面上布置了专门用于切削钢材的特殊刀具，该刀具从盾构机中心向外周方向逐渐切削钢材，直接切削了锁扣钢管桩。盾构机刀盘上布置了切割PBD专用伸缩刀具（左）和切割锁扣钢管桩专用刀具（右图)存在地下障碍物的区域①始发段：挡土墙（盾构机可直接切削）；②内护岸的钢板桩；③到达段：梦咲隧道施工残留的锁扣钢管桩除此之外，采用了无轴带式螺旋输送机，该设备设计用于回收直径达60cm的岩块。在实际施工操作中，成功排出了直径接近30cm的岩块。
盾构机切削排出的锁扣钢管桩切削碎片
盾构机纵断面图
作为日本大阪世博会的配套基础设施建设，本工程中明挖隧道段的施工于2020年7月启动，截至目前，主体结构已基本完成。盾构隧道段的掘进工作始于2022年7月，并于2023年5月成功贯通。
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