世界最大水下城際鐵路盾構隧道
——佛莞城際鐵路獅子洋隧道

世界最大水下城際鐵路盾構隧道
——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、東部城市區聯系通道，打通珠江東西兩岸重要快速直達過江通道，實現珠三角都市圈“一小時”通達目標，世界最大水下城際鐵路盾構隧道——佛莞城際鐵路獅子洋隧道開工建設。

佛莞城際鐵路西起廣佛環線廣州南站，向東下穿珠江獅子洋后進入東莞境內，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重要城市之間的互通互聯，為該地區成為國家21世紀海上絲綢之路(“一帶一路”戰略)注入更加強大的發展引擎。

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，管片內徑12 m、外徑13.1 m，環寬2 m，厚550 mm，每環9塊。

圖1 獅子洋隧道平面示意圖(單位： m)

獅子洋隧道區間地質復雜,地面以下40 m范圍內以淤泥和砂層為主，40 m以下以石英砂巖和泥質板巖為主。明挖隧道區間均位于淤泥和砂層中；盾構區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合地層，在國內城際鐵路尚屬第一次。隧道地質剖面見圖2。

圖2 獅子洋隧道地質剖面

該工程配備1臺具備常壓換刀功能的大直徑泥水盾構，開挖直徑為13.61 m。盾構整機長137 m，質量約3 500 t,其中主機(含刀盤)長14.4 m，質量約2 500 t。主驅動總功率為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端頭加固問題。盾構始發端頭地質主要為淤泥層、砂層，地基承載力低，穩定性差，且覆土厚度均小于1倍洞徑，最小覆土厚度僅約8 m。盾構掘進過程中易出現“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，存在盾構冒頂、上浮風險。

3)盾構大件吊裝控制問題。在大直徑盾構分塊組裝施工組織、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)盾構穿越破碎帶問題。盾構區間隧道穿越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。盾構穿越獅子洋長度為 1 780 m，水壓較大，對盾構主軸承密封、尾刷、油脂注入系統、加泥系統要求高。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，確保盾構始發期間洞門掌子面穩定。

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

3)盾構組裝前提前對吊裝區域進行加固，履帶吊行走區域墊設鋼板，加強地表監測。組裝過程中通過細化施作步驟及操作指令、明確領導帶班制度、加強現場監督管理等一系列措施，確保組裝安全、質量及效率。

4)針對盾構穿越破碎帶問題，制定以下應對措施： ①盾構設計超前地質預報功能，提前探明斷層破碎帶情況，為掘進參數的選擇與施工控制提供參考依據。②施工中實時監測江水水位，根據隧道頂部設計標高，計算設定泥水壓力值，同時根據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在盾構進入破碎帶前，選擇合適位置進行刀盤、刀具等艙內設備的檢修，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，制定應急措施及預案，提前完成演練工作，確保風險可控。

5)盾構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定值，防止泥水壓力過高或過低造成塌陷發生江水倒灌的風險。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在盾構掘進過程中，保證盾尾油脂注入量，控制好盾構姿態，嚴禁進行較大趨勢掘進，嚴控管片拼裝平整度。⑤做好應急預案準備及應急演練工作。

4 工程主要技術創新

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

2)始發延伸導軌。由于主機質量為2 500 t，盾構在空推過程中，最大懸臂長度達2.5 m,為防止 “栽頭”，在洞門圈內設置5條1 m長導軌。該導軌由10 cm厚鋼板加工而成，通過8.8級螺栓與主體結構植筋連接。

3)反力架軸力計。將基坑支護用的軸力計運用到盾構始發中，既可以根據監測情況調整推力，保證反力系統穩定，又可以根據受力穩定情況，確定拆除負環管片的時間。

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

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，確保盾構高效、順利掘進。

6)同步注漿工藝改進。優化傳統注漿工藝,從注漿漿液配比、原材料質量、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 廣州側施工

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

2)廣州側明挖暗埋段完成250 m，剩余130 m。

5.2.2 東莞側施工

1)東莞側明挖暗埋段完成245 m，剩余55 m。

2)東莞側明挖U型槽完成220 m，剩余30 m。

5.2.3 管片及箱涵生產

管片累計生產1 606環，剩余844環；箱涵累計生產1 347節，剩余1 103節。

6 工程參建單位

建設單位： 廣東珠三角城際軌道交通有限公司。

設計單位： 中鐵第四勘察設計院集團有限公司。

施工單位： 中鐵隧道集團有限公司。

監理單位： 中鐵一院集團南方工程咨詢監理有限公司。

7 供稿人

中鐵隧道股份有限公司： 李政。