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

1佛莞城際鐵路為了盡快建立中國廣東省的聯(lián)系渠道，開放珠江東西兩岸的重要快速河流通道，實現(xiàn)珠江三角洲都市圈“一小時”的目標，世界上最大的水電工程節(jié)點隧道是佛東莞鐵路開通的獅子洋隧道。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,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隧道地質條件佛莞城際鐵路FGZH-3標獅子洋隧道全長6476.4m,平面布置見圖1。隧道最大埋深約64m,最大水深17m,為單洞雙線隧道。全線采用雙塊式無砟道床,管片內徑12m、外徑13.1m,環(huán)寬2m,厚550mm,每環(huán)9塊。獅子洋隧道區(qū)間地質復雜,地面以下40m范圍內以淤泥和砂層為主,40m以下以石英砂巖和泥質板巖為主。明挖隧道區(qū)間均位于淤泥和砂層中;盾構區(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合地層,在國內城際鐵路尚屬第一次。隧道地質剖面見圖2。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13.61m。盾構整機長137m,質量約3500t,其中主機(含刀盤)長14.4m,質量約2500t。主驅動總功率為4900kW,最大掘進速度為40mm/min,最大推力約22萬4320kN,額定轉矩2萬3289kN·m,最大進漿流量為2700m3工程困難和解決方案3.1工程管理方面1)軟弱地層大直徑盾構端頭加固問題。盾構始發(fā)端頭地質主要為淤泥層、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8m。盾構掘進過程中易出現(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。盾構隧道到達端最淺覆土埋深僅約4m,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(qū)間隧道穿越1處破碎帶、2個斷層,總長度424m,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。盾構穿越獅子洋長度為1780m,水壓較大,對盾構主軸承密封、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盾構穿越破碎帶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(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(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)隧道頂部設計標高,計算設定泥水壓力值,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(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(tài),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設置反力架體系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(yè)帶來的風險。2)始發(fā)延伸導軌。由于主機質量為2500t,盾構在空推過程中,最大懸臂長度達2.5m,為防止“栽頭”,在洞門圈內設置5條1m長導軌。該導軌由10cm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(fā)中,既可以根據(jù)監(jiān)測情況調整推力,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(yōu)化傳統(tǒng)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施工期間和施工期間5.1施工期間該工程自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項目進度截至2017年8月3日5.2.1箱涵沖壓2.1)盾構掘進及管片安裝完成1070雙延米(535環(huán)),剩余3830雙延米(1915環(huán));箱涵拼裝累計完成512節(jié),剩余1938節(jié)。2)廣州側明挖暗埋段完成250m,剩余130m。5.2.2東莞廳施工1)東莞側明挖暗埋段完成245m,剩余55m。5.2.3生產(chǎn)管道和箱銷管片累計生產(chǎn)1606環(huán),剩余844環(huán);箱涵累