狮子洋隧道,位于中国广东省珠江三角洲地区,是一座连接广州市与东莞市的海底隧道,位于狮子洋海域,为广深港高速铁路组成部分。
建设历程
2000年,《珠三角经济区城际快速轨道交通线网规划》预审稿出台,拟建番禺—虎门(经珠江口狮子洋)铁路。
2006年5月,狮子洋隧道开工建设。
2007年11月9日,广深港客运专线SDⅢ标狮子洋隧道“跨越号”盾构机始发。
2008年1月15日,中国盾构专家对狮子洋隧道进行风险评估。同年4月16日至5月11日,狮子洋隧道盾构机仅用26天时间通过全线最大风险点小虎沥水道。始发两个月后右线连续推进800米,穿越深水、淤泥、浅覆盖层。同年5月11日至6月20日,狮子洋隧道取得日掘进22米、月掘进480米的施工记录。
2010年12月8日,狮子洋隧道左线掘进4140米后,实现盾构机江中对接。
2011年3月11日,狮子洋隧道右线实现盾构机江中对接,隧道双向贯通。6月15日至7月4日,狮子洋隧道进入运行前联调联试阶段。12月26日,狮子洋隧道通车运营。
交通区位
狮子洋隧道位于中国广东省珠江三角洲平原、广州市南沙区
庆盛站和东莞市
虎门站之间,地处珠江入海口
狮子洋海域内,盾构隧道由西向东依次下穿小虎沥、沙仔沥和狮子洋水道;距离下游
虎门大桥约10千米。
建筑设计
建筑结构
狮子洋隧道为一座海底水下特长隧道,为双孔洞单线铁路隧道,两隧道之间共设23个联络通道。主体结构为盾构管片隧道,并设计一道整体性较强的二次衬砌,在软土地层段隧道下部的铺底采用了钢筋混凝土纵梁方式,以规避隧道结构变形引起的纵向与横向轨道沉降差,同时减轻列车振动传递到隧道外周对地层影响。为控制管片接缝的变位,管片连接采用斜螺栓连接。
建筑参数
狮子洋隧道全长10.8千米,其中隧道长度10490米(明挖暗埋段1150米),引道敞开段310米,盾构段长9.34千米。隧道左线5550米(盾构段4750米)、右线5250米(盾构段4450米)。盾构隧道最大纵坡20‰、最小纵坡‰3;最大覆土52.3米,最小覆土7.8米;河道内最小覆土8.7米。盾构隧道内径9.8米、外径10.8米,管片厚度500毫米、宽度2米。双洞线间距为17~23米,洞内铁路铺设无碴轨道,设计速度350千米/小时。
狮子洋隧道可满足“抗震抗火抗暴抗洪”要求;抗震设计可抗7级强震,抗爆可抵御5公斤炸药的冲击;抗洪设计可满足300年一遇洪水水位下,河道的冲刷变形对隧道的影响。防水采用双道密封条,可以防渗防漏,满足100年耐久性要求。
建筑设施
狮子洋隧道内最低处设有废水泵房,排除消防废水、冲洗废水和结构渗漏水。隧道两端洞口处设置雨水泵房,排除下雨时截留的隧道上游之水。消防栓灭火系统,接入隧道两侧消防水池,隧道工作井内设有消防水泵,搭配水喷雾灭火系统。隧道内设有19条逃生横通道,可有效应对火灾、火车意外撞击等事故发生时人员的安全撤离。
2019年9月3日,狮子洋隧道完成5G覆盖工程,可为旅客提供5G网络信号服务。
运营情况
广深港高速铁路开通运营后,接近每5分钟就有一趟列车从狮子洋隧道通过。
建设成果
技术难题
狮子洋隧道项目面临水下高铁行车速度等级高、掘进距离长、地层复杂多变(国内首次大直径盾构连续穿越软弱地层、土岩复合地层、基岩及其破碎带)、水压力大、安全标准严(高速、高密度、大客流、水下,世界首次)等重大技术难题,为中国国内首次在软硬不均和岩层中采用大直径泥水盾构长距离掘进。
狮子洋隧道穿越珠江入海口和主航道的狮子洋。狮子洋水面宽3300米,主航道宽约700米,最大水深26.6米,设计水压0.67兆帕,隧道下穿3条海洋水系,水下工程占总量的70%以上。其中,途经500米宽小虎沥水道,水深7米,隧道顶距水底仅7至9米,全部为淤泥。两台直径11.182米的泥水加压平衡盾构机各施工4.89千米和4.69千米,掘进期间需实施水下带压开仓换刀工作。
狮子洋隧道途经软硬交错的复合岩层,沿线存在软岩、硬岩、泥夹石和浅埋、高水压、强渗水等高风险地质灾害。地层主要为泥质粉砂岩、砂岩,多处为断裂带和风化深槽,容易对刀盘造成磨损。隧道建设期间,超浅埋段不冷冻条件下始发、穿越小虎沥水道、带压开仓换刀、江中对接为“不可接受风险”或重大风险级别。
狮子洋隧道主体结构属于暗挖工程,采用“相向掘进、地中对接、洞内解体”施工方式。隧道线路两端进口和出口处各设置一工作井,左右线各采用2台、共4台直径11.18米大断面泥水盾构机掘进,分别从进口工作井和出口工作井的超浅埋段始发,在江底地中对接,洞内解体。盾构机穿越狮子洋海底破碎带时,采用泥模护壁工艺,进行气压开舱换刀、更换尾刷,避免上方坍塌;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形控制;通过同步注浆、二次补充注浆,有效填充管片背后空隙。
狮子洋隧道建设中,首创减压限排换刀技术,在渗透性较大的破碎地层中,按照流固耦合理论,通过密闭舱内排水减压,从而建立较低气压稳定工作面进仓作业的方法,减压率达到了34.4%。
狮子洋隧道引道结构属于明挖工程,防水部分采用预铺反粘法。
1、创建了高速铁路水下盾构隧道结构体系与设计方法。
建立了单、双层衬砌相结合、分别适应软土、土岩复合地层、岩层的高速铁路水下盾构隧道结构体系及内衬设计方法,开发了可有效控制软土沉降的“管片+内衬+隧底纵梁”新型空间结构及其设计方法,提出了考虑施工效应的荷载计算方法,解决了高速铁路水下盾构隧道结构安全保障、轨道平顺性控制难题。
2、突破了以“盾构地中对接”新技术为核心,适应长距离、高水压、严重软硬不均地层盾构施工的关键技术与装备。
开发了盾构地中对接技术,解决了深水、宽海域下隧道修建难题;突破了复合地层铁路盾构隧道掘进、结构稳定控制、内部结构同步施工等关键技术,研制了中国首台大直径泥水平衡盾构机,攻克了大直径盾构长距离连续穿越软土、砂层、岩层及其破碎带的技术难题。
3、创新了高速铁路特长双孔水下隧道运营控制关键技术。
建立了350千米/小时特长双孔隧道净空标准,开发了世界首个双孔单线隧道洞口缓冲结构;提出了动车组火灾热释放功率标准,首次建立了双孔隧道水下紧急救援站,保证了高速铁路水下隧道运营舒适、环保、安全。
狮子洋隧道项目,创下了盾构机对向施工、在水下60米深处精确对接的世界纪录。
科研成果
截至2018年,狮子洋隧道项目获发明专利12项,实用新型专利10项,软件著作权1项,省部级工法9项,出版专著2部、行业规范1项,发表论文62篇。
2018年1月8日,《高速铁路狮子洋水下隧道工程成套技术》获2017年度国家科学技术进步奖二等奖。
荣誉表彰
狮子洋隧道项目获菲迪克优秀工程奖、国家优质工程奖和第十四届詹天佑奖。
在第七届中国项目管理大会上,狮子洋隧道项目被评为“2008年国际项目管理(中国)大奖”金奖。
价值意义
狮子洋隧道项目科研成果整体应用于广深港高铁狮子洋隧道,节省投资2.77亿元。
狮子洋隧道项目成果打破了中国铁路“遇水架桥”的常规思维,实现高铁水下盾构隧道从无到有的突破,被称为“世界高速铁路隧道修建技术的里程碑”。成果推广应用于全国各地共250余千米的复合地层盾构隧道,取得显著的经济效益和社会效益。极大发展了高速铁路修建技术和现代盾构技术,总体达到国际先进水平,多项关键技术达到国际领先水平,极大推进了本领域的科技进步,并为更长、更大水深隧道的建设奠定了基础。(国家铁路局、中国铁道建筑有限公司 评)