世界最大水下城際鐵路盾構(gòu)隧道
——佛莞城際鐵路獅子洋隧道

工程介紹視頻

1 工程意義

為盡快建立中國廣東省中、東部城市區(qū)聯(lián)系通道，打通珠江東西兩岸重要快速直達過江通道，實現(xiàn)珠三角都市圈“一小時”通達目標，世界最大水下城際鐵路盾構(gòu)隧道——佛莞城際鐵路獅子洋隧道開工建設(shè)。

佛莞城際鐵路西起廣佛環(huán)線廣州南站，向東下穿珠江獅子洋后進入東莞境內(nèi)，終點為穗莞深線望洪站，其中獅子洋隧道為全線的控制性工程。該線路的建成，將極大地促進珠三角地區(qū)重要城市之間的互通互聯(lián)，為該地區(qū)成為國家21世紀海上絲綢之路(“一帶一路”戰(zhàn)略)注入更加強大的發(fā)展引擎。

2 工程概況

佛莞城際鐵路FGZH-3標獅子洋隧道全長6 476.4 m，平面布置見圖1。隧道最大埋深約64 m，最大水深17 m，為單洞雙線隧道。全線采用雙塊式無砟道床，管片內(nèi)徑12 m、外徑13.1 m，環(huán)寬2 m，厚550 mm，每環(huán)9塊。

圖1 獅子洋隧道平面示意圖(單位： m)

獅子洋隧道區(qū)間地質(zhì)復(fù)雜,地面以下40 m范圍內(nèi)以淤泥和砂層為主，40 m以下以石英砂巖和泥質(zhì)板巖為主。明挖隧道區(qū)間均位于淤泥和砂層中；盾構(gòu)區(qū)間長距離穿越典型的軟弱破碎地層、含水軟巖、軟硬不均混合地層等特殊地段復(fù)合地層，在國內(nèi)城際鐵路尚屬第一次。隧道地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 獅子洋隧道地質(zhì)剖面

該工程配備1臺具備常壓換刀功能的大直徑泥水盾構(gòu)，開挖直徑為13.61 m。盾構(gòu)整機長137 m，質(zhì)量約3 500 t,其中主機(含刀盤)長14.4 m，質(zhì)量約2 500 t。主驅(qū)動總功率為4 900 kW，最大掘進速度為40 mm/min,最大推力約22萬4 320 kN，額定轉(zhuǎn)矩2萬3 289 kN·m，最大進漿流量為2 700 m3/h,最大排漿流量為2 900 m3/h，選用DN500 mm泥漿管。

3 工程難點及解決方案

3.1 工程難點

1)軟弱地層大直徑盾構(gòu)端頭加固問題。盾構(gòu)始發(fā)端頭地質(zhì)主要為淤泥層、砂層，地基承載力低，穩(wěn)定性差，且覆土厚度均小于1倍洞徑，最小覆土厚度僅約8 m。盾構(gòu)掘進過程中易出現(xiàn)“栽頭”、地面冒漿和地表沉降超限等問題。

2)淺覆土施工掘進控制問題。盾構(gòu)隧道到達端最淺覆土埋深僅約4 m，不足1倍洞徑，存在盾構(gòu)冒頂、上浮風險。

3)盾構(gòu)大件吊裝控制問題。在大直徑盾構(gòu)分塊組裝施工組織、地表承載力、拼裝精度和過程安全管控等方面都存在極大的考驗。

4)盾構(gòu)穿越破碎帶問題。盾構(gòu)區(qū)間隧道穿越1處破碎帶、2個斷層，總長度424 m，在掘進過程中極易出現(xiàn)堵艙、滯排等問題。

5)長距離穿越獅子洋、水壓高、局部地層透水性強造成施工風險大問題。盾構(gòu)穿越獅子洋長度為 1 780 m，水壓較大，對盾構(gòu)主軸承密封、尾刷、油脂注入系統(tǒng)、加泥系統(tǒng)要求高。若掘進控制不當，極有可能造成隧道與江水貫通，存在極大的施工風險。

3.2 解決方案

1)始發(fā)端頭采取“滿堂旋噴加固+素墻+水平注漿+降水井”方案進行施作，確保盾構(gòu)始發(fā)期間洞門掌子面穩(wěn)定。

2)出洞段淺埋段采用砂袋壓重加固抗浮方案，防止盾構(gòu)上浮、冒頂。嚴格控制盾構(gòu)總推力、推進速度、排泥量等主要掘進參數(shù)，減少泥水壓力波動，采用低速均勻掘進，避免對土體產(chǎn)生大的擾動，同時加強泥漿管理和出土量監(jiān)控，防止超挖和欠挖。

3)盾構(gòu)組裝前提前對吊裝區(qū)域進行加固，履帶吊行走區(qū)域墊設(shè)鋼板，加強地表監(jiān)測。組裝過程中通過細化施作步驟及操作指令、明確領(lǐng)導帶班制度、加強現(xiàn)場監(jiān)督管理等一系列措施，確保組裝安全、質(zhì)量及效率。

4)針對盾構(gòu)穿越破碎帶問題，制定以下應(yīng)對措施： ①盾構(gòu)設(shè)計超前地質(zhì)預(yù)報功能，提前探明斷層破碎帶情況，為掘進參數(shù)的選擇與施工控制提供參考依據(jù)。②施工中實時監(jiān)測江水水位，根據(jù)隧道頂部設(shè)計標高，計算設(shè)定泥水壓力值，同時根據(jù)管片安裝或停機維修時間的氣墊艙液位變化對壓力進行修正。③在盾構(gòu)進入破碎帶前，選擇合適位置進行刀盤、刀具等艙內(nèi)設(shè)備的檢修，對刀具進行全盤更換。④砂漿采用抗分散型水泥漿，加強同步注漿效果。盾構(gòu)通過后，及時進行二次補充注漿。⑤對施工風險進行辨識、評估、分析，制定應(yīng)急措施及預(yù)案，提前完成演練工作，確保風險可控。

5)盾構(gòu)長距離穿越獅子洋時，采取以下措施： ①進一步查明江中段地層情況，計算準確的泥水壓力設(shè)定值，防止泥水壓力過高或過低造成塌陷發(fā)生江水倒灌的風險。②掘進前制定合理的掘進方案和報警值，掘進過程中加強掘進管理，遇到問題及時停機處理，杜絕盲目掘進、冒險掘進。③穿越獅子洋前對設(shè)備提前進行檢修，并做好易損配件的備置工作，特別是對盾尾刷要進行檢查，必要時進行更換處理。④在盾構(gòu)掘進過程中，保證盾尾油脂注入量，控制好盾構(gòu)姿態(tài)，嚴禁進行較大趨勢掘進，嚴控管片拼裝平整度。⑤做好應(yīng)急預(yù)案準備及應(yīng)急演練工作。

4 工程主要技術(shù)創(chuàng)新

1)常壓換刀刀盤。該工程盾構(gòu)采用常壓換刀刀盤，可在常壓條件下對35把滾刀、48把刮刀進行更換，避免帶壓進艙作業(yè)帶來的風險。

2)始發(fā)延伸導軌。由于主機質(zhì)量為2 500 t，盾構(gòu)在空推過程中，最大懸臂長度達2.5 m,為防止 “栽頭”，在洞門圈內(nèi)設(shè)置5條1 m長導軌。該導軌由10 cm厚鋼板加工而成，通過8.8級螺栓與主體結(jié)構(gòu)植筋連接。

3)反力架軸力計。將基坑支護用的軸力計運用到盾構(gòu)始發(fā)中，既可以根據(jù)監(jiān)測情況調(diào)整推力，保證反力系統(tǒng)穩(wěn)定，又可以根據(jù)受力穩(wěn)定情況，確定拆除負環(huán)管片的時間。

4)泥漿管環(huán)縫滾焊機。自行設(shè)計的泥漿管環(huán)縫滾焊機，既能確保鋼管環(huán)縫焊接的速度，又能保證焊縫的焊接質(zhì)量。

5)激光顆粒分析儀。該工程引進了顆粒分析儀，以顆粒分析為手段，對泥漿分離機和離心機的效果進行評估，有利于指導泥漿管理，大大提高泥漿的性能，確保盾構(gòu)高效、順利掘進。

6)同步注漿工藝改進。優(yōu)化傳統(tǒng)注漿工藝,從注漿漿液配比、原材料質(zhì)量、機具配置、拌制方式、漿液指標的過程管理到最終注入整個工序等方面進行改進，有效保證成型隧道的管片質(zhì)量。

5 工期及工程進度

5.1 工期

該工程自2015年1月1日開工，計劃于2019年5月30日竣工，工期共計53個月。

5.2 工程進度(截至2017年8月3日)

5.2.1 廣州側(cè)施工

1)盾構(gòu)掘進及管片安裝完成1 070雙延米(535環(huán))，剩余3 830雙延米(1 915環(huán))；箱涵拼裝累計完成512節(jié)，剩余1 938節(jié)。

2)廣州側(cè)明挖暗埋段完成250 m，剩余130 m。

5.2.2 東莞側(cè)施工

1)東莞側(cè)明挖暗埋段完成245 m，剩余55 m。

2)東莞側(cè)明挖U型槽完成220 m，剩余30 m。

5.2.3 管片及箱涵生產(chǎn)

管片累計生產(chǎn)1 606環(huán)，剩余844環(huán)；箱涵累計生產(chǎn)1 347節(jié)，剩余1 103節(jié)。

6 工程參建單位

建設(shè)單位： 廣東珠三角城際軌道交通有限公司。

設(shè)計單位： 中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司。

施工單位： 中鐵隧道集團有限公司。

監(jiān)理單位： 中鐵一院集團南方工程咨詢監(jiān)理有限公司。

7 供稿人

中鐵隧道股份有限公司： 李政。