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中国铁路世纪隧道——广深港高速铁路狮子洋隧道

发布时间:2014-06-12       信息来源:

20065月,广深港高铁狮子洋隧道开工建设,标志着广深港高铁广深段全线控制工程狮子洋隧道正式动工兴建。狮子洋隧道于虎门大桥上游10km处穿越珠江出海口,隧道全长10800m,盾构段总长9340m,盾构隧道内径9.8m、外径10.8m。分别在进口(广州端)和出口(东莞端)各设置一工作井,采用四台泥水平衡式盾构施工,左右线各两台,分别从进口工作井和出口工作井始发,在江底地中对接,洞内解体。狮子洋隧道是国内第一条铁路水下盾构隧道,由于行车速度高、水下盾构隧道长度大、水压力高、地质条件复杂多变、防灾救援技术新等特点,被国内工程界专家誉为“中国铁路世纪隧道”。

如何穿越珠江出海口,是广深港高铁广深段建设面临最大的难题,铁道部多次组织专家进行研究论证,通过多次对比论证,最后选定了在虎门大桥上游10km处的隧道穿越珠江出海口的狮子洋隧道方案。

狮子洋隧道处于珠江出海口,隧道从两端地面的淤泥质土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂等软土地层逐渐进入全~弱风化泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、砂砾岩等基岩地层,其中约72.8%的隧道位于全~弱风化的基岩地层中。隧道两端采用20‰的坡度以尽量减少盾构穿越软硬不均地层的掘进长度,在基岩地层以较小坡度顺接,并在江中设置最低点,隧道最低点轨面距百年一遇高潮位约64.7m,隧道承受最大外水压力约67m

狮子洋隧道是国内第一条铁路水下盾构隧道,具有鲜明的特点,具体主要为:

1、行车速度高:隧道设计行车速度350km/h,是世界上行车速度目标值最高的隧道。世界上已开工建设或建成的高速铁路水下盾构隧道很少,最著名的是荷兰绿色心脏隧道(14.5m2004年建成),其设计行车速度为300km/h

2、水下盾构隧道长度大:每孔隧道长度10800m,其中盾构段长度达9340m,是国内最长的水下盾构隧道。

3、水压力高:隧道承受最大水压达6.7bar,是国内目前水压最高的盾构隧道;

4、地质条件复杂多变:隧道通过地层主要为素填土、淤泥质土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂、全风化-弱风化泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、砂砾岩。盾构隧道大部分处于强~弱风化砂岩和砂砾岩中,部分地段位于淤泥质土、粉质粘土及粉细砂中,盾构隧道所穿越的基岩的最大单轴抗压强度为82.8MPa,基岩层的渗透系数达6.4×10-4m/s,基岩的石英含量最高达55.2%,岩石地层的粘粉粒(≤75μm)含量为26.155.3%。盾构穿越基岩(W2)、半岩半土、第四系覆盖物地层的长度分别占掘进长度的72.8%13.2%14.0%。每台盾构均需穿越软土、粉细砂、半岩半土、全断面基岩和基岩风化槽,穿越地层变化大,是国内地层强度差别最大的大直径盾构隧道。从大直径泥水平衡盾构穿越全断面基岩看,国内以往没有,国外也仅有马来西亚的Smart隧道(12.8m,穿越石灰岩地层,2000年建成)。

5、施工技术复杂,在国内首次采用了盾构相向施工、地中对接、洞内解体施工技术。以往国内没有地中对接的工程实例,国外也仅日本有少数几例,但其地质条件与本隧道差别大,如何确保地中对接的施工安全、施工精度以及对接段的结构与防水处理是工程的难题。

6、环境保护要求严:隧道进出口位于规划城市区域,对洞口微气压波峰值控制严格。隧道洞口位于规划的城区,如何缓解隧道的气动效应,提高乘车舒适度,降低微气压波对洞口周边环境的影响,需要进行创新研究。

7、防灾救援技术新:在隧道最低点前后设置了国内第一个水下防灾救援定点;对于两端处于软弱地层中的盾构隧道段,在国内首次采用了双层衬砌结构进行防火防撞处理。

狮子洋隧道的建设单位是广深港客运专线有限责任企业,设计单位是中铁第四勘察设计院。进口的施工单位是中铁十二局集团企业,出口的施工单位是中铁隧道局集团企业。监理单位是由华南铁路建设监理企业、铁四院监理企业、铁二院监理企业和德国沃森企业共同组建的监理联合体。各参建单位充分认识到工程的复杂性和重要性,组建了有着高超管理能力和技术水平管理团队,以高标准、严要求、讲科学、不懈怠的理念推进狮子洋隧道建设。参建单位围绕“在勇于跨越中追求卓越,打造世界一流的水下铁路隧道”的总目标,贯彻“动态、精细、诚信、和谐”的管理思想,制定了超前的管理思路,全盘筹划,精打细算,对可能出现的问题进行详细预测、分析,制定出预案和解决方案。对于施工的实行环节,要求每个工序都不折不扣实行到位。在施工过程中,以卓越理念为引领,敢于创新,积极探索,精益求精,强力推进项目管理水平上台阶。各参建单位认真贯彻落实铁道部标准化管理的要求,以“高标准、讲科学、不懈怠,抓源头、抓过程、抓细节”为基本理念,以工程安全、质量为核心,以机械化、工厂化、专业化、信息化为支撑手段,推动项目管理走向“精细化”,

20065月进场施工,中铁隧道局集团企业左线隧道盾构于200711月始发,中铁十二局集团企业左线隧道盾构于20088月始发;中铁十二局集团企业右线隧道盾构于20082月始发,中铁隧道局集团企业右线隧道盾构20084月于始发。

穿越狮子洋海底破碎带是狮子洋隧道顺利掘进的关键,而此项难题在国内尚属首例,没有成功经验可以借鉴。参建单位科学制定施工方案,为施工工艺的选择提供了良好依据。为避免刀盘上方坍塌,采用泥膜护壁工艺,在保证地层的自稳和气密性后,进行气压开仓换刀、更换尾刷;通过不断摸索,大胆尝试在盾构掘进中添加高分子聚合物、膨润土和对管片进行二次注浆封堵隧道后方来水等方法,止住了喷涌;采用TRT 6000、相邻隧道钻孔取芯等超前地质预报。对破碎带地质进行分析、总结,并及时调整掘进参数,为盾构顺利掘进提供了详细的地质资料;采用激光自动导向系统,配合人工测量,保持盾构机姿态和隧道线型控制;确保了软硬不均地层条件下掘进的顺利推进;同时,加强同步注浆、二次补充注浆施工研究,研制并实施了抗水分散型同步注浆浆液,有效填充了管片背后的空隙,大大减少了二次注浆量,使左右线盾构掘进安全通过了江底破碎带。与此同时,加大了对盾构机及后配套的维修、保养;并采购了一批适合不同地层的刀具和刀圈,进一步优化掘进参数,加强环流保证出碴顺畅,提高掘进速度,以减少换刀频次和开仓的风险。通过超前预防来化解施工风险,针对风险源都制定了相应对应急救援预案,并定期组织演练,盾构隧道施工中曾出现涌泥涌砂、泥浆管爆管、暴雨等险情,由于事先培训及演练充分,险情发生后都得到了有效的处理与控制;以科技攻关带动安全生产,促进工程质量提高,配制出高性能混凝土,在软弱围岩、软硬不均和破碎带等地段进行超前注浆和加固,彻底解决了该类地质条件下普遍存在的管片上浮难题和错台现象;还通过改造盾构部件、优化系统的方法,提高施工效率,据粗略估计,仅中铁隧道局集团对盾构大的系统改进方面就多达上百处,尤其是泥浆循环系统被德国知名盾构厂商海瑞克企业所汲取。

2010128,随着两台直径11.18米的泥水盾构相继掘进到对接里程,高精度的实现了“相向掘进、地中对接”,备受各界瞩目、长愈万米的广深港高铁狮子洋隧道左线胜利贯通。在狮子洋底奋战了惊心动魄的37个月,顺利完成了中国首座铁路水下盾构隧道的贯通。2011311日右线盾构相继掘进到对接里程,也高精度的实现了“相向掘进、地中对接”。

20111226上午1040分,广深港高铁首发列车缓缓驶出深圳北站,以时速300公里速度疾驰,穿越了著名的狮子洋隧道,于1108分安全快捷抵达广州南站。向世人充分展示了中国的隧道建设水平、见证了中国高速铁路的快速发展。

广深港高铁的顺利开通,标志着狮子洋隧道顺利建成投产,狮子洋隧道的建设攻克了诸多技术难题,引领了水下盾构隧道建设的高速发展,实现了水下盾构隧道施工技术的突破,为国内同等地质条件下海底盾构隧道建设积累了宝贵经验。同时大直径隧道泥水平衡盾构掘进与多工序平行施工的创新,对今后泥水平衡盾构隧道的同步施工在施工技术方案、组织管理和设备配备都有着一定的借鉴意义,同时对于同类大断面盾构施工隧道建设有着较为普遍的适应性。

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