世界最大水下城际铁路盾构隧道——佛莞城际铁路狮子洋隧道

世界最大水下城际铁路盾构隧道
——佛莞城际铁路狮子洋隧道

工程介绍视频

1 工程意义

为尽快建立中国广东省中、东部城市区联系通道，打通珠江东西两岸重要快速直达过江通道，实现珠三角都市圈“一小时”通达目标，世界最大水下城际铁路盾构隧道——佛莞城际铁路狮子洋隧道开工建设。

佛莞城际铁路西起广佛环线广州南站，向东下穿珠江狮子洋后进入东莞境内，终点为穗莞深线望洪站，其中狮子洋隧道为全线的控制性工程。该线路的建成，将极大地促进珠三角地区重要城市之间的互通互联，为该地区成为国家21世纪海上丝绸之路(“一带一路”战略)注入更加强大的发展引擎。

2 工程概况

佛莞城际铁路FGZH-3标狮子洋隧道全长6 476.4 m，平面布置见图1。隧道最大埋深约64 m，最大水深17 m，为单洞双线隧道。全线采用双块式无砟道床，管片内径12 m、外径13.1 m，环宽2 m，厚550 mm，每环9块。

图1 狮子洋隧道平面示意图(单位： m)

狮子洋隧道区间地质复杂,地面以下40 m范围内以淤泥和砂层为主，40 m以下以石英砂岩和泥质板岩为主。明挖隧道区间均位于淤泥和砂层中；盾构区间长距离穿越典型的软弱破碎地层、含水软岩、软硬不均混合地层等特殊地段复合地层，在国内城际铁路尚属第一次。隧道地质剖面见图2。

图2 狮子洋隧道地质剖面

该工程配备1台具备常压换刀功能的大直径泥水盾构，开挖直径为13.61 m。盾构整机长137 m，质量约3 500 t,其中主机(含刀盘)长14.4 m，质量约2 500 t。主驱动总功率为4 900 kW，最大掘进速度为40 mm/min,最大推力约22万4 320 kN，额定转矩2万3 289 kN·m，最大进浆流量为2 700 m3/h,最大排浆流量为2 900 m3/h，选用DN500 mm泥浆管。

3 工程难点及解决方案

3.1 工程难点

1)软弱地层大直径盾构端头加固问题。盾构始发端头地质主要为淤泥层、砂层，地基承载力低，稳定性差，且覆土厚度均小于1倍洞径，最小覆土厚度仅约8 m。盾构掘进过程中易出现“栽头”、地面冒浆和地表沉降超限等问题。

2)浅覆土施工掘进控制问题。盾构隧道到达端最浅覆土埋深仅约4 m，不足1倍洞径，存在盾构冒顶、上浮风险。

3)盾构大件吊装控制问题。在大直径盾构分块组装施工组织、地表承载力、拼装精度和过程安全管控等方面都存在极大的考验。

4)盾构穿越破碎带问题。盾构区间隧道穿越1处破碎带、2个断层，总长度424 m，在掘进过程中极易出现堵舱、滞排等问题。

5)长距离穿越狮子洋、水压高、局部地层透水性强造成施工风险大问题。盾构穿越狮子洋长度为 1 780 m，水压较大，对盾构主轴承密封、尾刷、油脂注入系统、加泥系统要求高。若掘进控制不当，极有可能造成隧道与江水贯通，存在极大的施工风险。

3.2 解决方案

1)始发端头采取“满堂旋喷加固+素墙+水平注浆+降水井”方案进行施作，确保盾构始发期间洞门掌子面稳定。

2)出洞段浅埋段采用砂袋压重加固抗浮方案，防止盾构上浮、冒顶。严格控制盾构总推力、推进速度、排泥量等主要掘进参数，减少泥水压力波动，采用低速均匀掘进，避免对土体产生大的扰动，同时加强泥浆管理和出土量监控，防止超挖和欠挖。

3)盾构组装前提前对吊装区域进行加固，履带吊行走区域垫设钢板，加强地表监测。组装过程中通过细化施作步骤及操作指令、明确领导带班制度、加强现场监督管理等一系列措施，确保组装安全、质量及效率。

4)针对盾构穿越破碎带问题，制定以下应对措施： ①盾构设计超前地质预报功能，提前探明断层破碎带情况，为掘进参数的选择与施工控制提供参考依据。②施工中实时监测江水水位，根据隧道顶部设计标高，计算设定泥水压力值，同时根据管片安装或停机维修时间的气垫舱液位变化对压力进行修正。③在盾构进入破碎带前，选择合适位置进行刀盘、刀具等舱内设备的检修，对刀具进行全盘更换。④砂浆采用抗分散型水泥浆，加强同步注浆效果。盾构通过后，及时进行二次补充注浆。⑤对施工风险进行辨识、评估、分析，制定应急措施及预案，提前完成演练工作，确保风险可控。

5)盾构长距离穿越狮子洋时，采取以下措施： ①进一步查明江中段地层情况，计算准确的泥水压力设定值，防止泥水压力过高或过低造成塌陷发生江水倒灌的风险。②掘进前制定合理的掘进方案和报警值，掘进过程中加强掘进管理，遇到问题及时停机处理，杜绝盲目掘进、冒险掘进。③穿越狮子洋前对设备提前进行检修，并做好易损配件的备置工作，特别是对盾尾刷要进行检查，必要时进行更换处理。④在盾构掘进过程中，保证盾尾油脂注入量，控制好盾构姿态，严禁进行较大趋势掘进，严控管片拼装平整度。⑤做好应急预案准备及应急演练工作。

4 工程主要技术创新

1)常压换刀刀盘。该工程盾构采用常压换刀刀盘，可在常压条件下对35把滚刀、48把刮刀进行更换，避免带压进舱作业带来的风险。

2)始发延伸导轨。由于主机质量为2 500 t，盾构在空推过程中，最大悬臂长度达2.5 m,为防止 “栽头”，在洞门圈内设置5条1 m长导轨。该导轨由10 cm厚钢板加工而成，通过8.8级螺栓与主体结构植筋连接。

3)反力架轴力计。将基坑支护用的轴力计运用到盾构始发中，既可以根据监测情况调整推力，保证反力系统稳定，又可以根据受力稳定情况，确定拆除负环管片的时间。

4)泥浆管环缝滚焊机。自行设计的泥浆管环缝滚焊机，既能确保钢管环缝焊接的速度，又能保证焊缝的焊接质量。

5)激光颗粒分析仪。该工程引进了颗粒分析仪，以颗粒分析为手段，对泥浆分离机和离心机的效果进行评估，有利于指导泥浆管理，大大提高泥浆的性能，确保盾构高效、顺利掘进。

6)同步注浆工艺改进。优化传统注浆工艺,从注浆浆液配比、原材料质量、机具配置、拌制方式、浆液指标的过程管理到最终注入整个工序等方面进行改进，有效保证成型隧道的管片质量。

5 工期及工程进度

5.1 工期

该工程自2015年1月1日开工，计划于2019年5月30日竣工，工期共计53个月。

5.2 工程进度(截至2017年8月3日)

5.2.1 广州侧施工

1)盾构掘进及管片安装完成1 070双延米(535环)，剩余3 830双延米(1 915环)；箱涵拼装累计完成512节，剩余1 938节。

2)广州侧明挖暗埋段完成250 m，剩余130 m。

5.2.2 东莞侧施工

1)东莞侧明挖暗埋段完成245 m，剩余55 m。

2)东莞侧明挖U型槽完成220 m，剩余30 m。

5.2.3 管片及箱涵生产

管片累计生产1 606环，剩余844环；箱涵累计生产1 347节，剩余1 103节。

6 工程参建单位

建设单位： 广东珠三角城际轨道交通有限公司。

设计单位： 中铁第四勘察设计院集团有限公司。

施工单位： 中铁隧道集团有限公司。

监理单位： 中铁一院集团南方工程咨询监理有限公司。

7 供稿人

中铁隧道股份有限公司： 李政。