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狮子洋隧道盾构施工技术

1 工程相关简介

1.1 工程概况

狮子洋隧道广深港铁路客运专线的控制性工程，工程位于珠江入海口、虎门大桥上游，处于线路东涌站～虎门站之间，下穿珠江主航道——狮子洋水道，隧道工程全长10.8km，设计时速350公里，是我国首座水下铁路隧道，同时也是目前国内水深最深、长度最长、标准最高的水下盾构隧道，被誉为“中国铁路的世纪隧道”。

狮子洋隧道分为进口（SDⅡ标）、出口（SDⅢ标）两个标段，盾构隧道投入四台直径Φ11.18m气压调节式泥水平衡盾构机，采用“相向掘进，地下对接，洞内解体”方式组织施工。我中铁隧道集团承担狮子洋隧道出口标段（SDⅢ标）的施工任务，合同总价11.88亿元。

SDⅢ标段工程包括引道敞开段180m，明挖暗埋段长597m，工作井长23m，明挖工程总长800m；盾构段左线长4450m，右线长4750m；另外，还包含敞开段雨棚、设备用房、11处联络通道和泵房等附属工程。左线正线长度5.25km，右线正线长度5.55km。

盾构隧道采用预制拼装式管片衬砌，管片采用“5+2+1”双面楔形通用环管片，错缝拼装。管片内径9.8m、外径10.8m、管片厚度500mm、管片环宽2.0m，楔形量为24mm。盾构隧道以管片自防水为主，接缝采用两道弹性密封止水条防水。

隧道最大纵坡20‰，最小纵坡3‰。盾构隧道最大覆土52.3m，最小覆土7.8m；狮子洋水道最大水深26.4m，水深最大处的隧道覆土26.0m。隧道轨面最低点标高为-60.988m，与百年一遇高潮位的高差约64.2m。

盾构隧道大部分处于微风化泥质粉砂岩、砂岩和砂砾岩中，局部位于淤泥质与粉质黏土中，部分地段穿越软硬不均底层，并通过多处断裂带和风化深槽；穿越基岩的最大单轴抗压强度为82.8MPa，渗透系数达6.4×10-4m/s，石英含量最高达55.2%，岩石地层的黏粉粒（≤75μm）含量达55.3%。地下水主要为第四系地层的孔隙水和白垩系岩层的裂隙水，且具承压性，本标段隧道最大水压为0.67MPa。

本标段工程有工程规模大、设计标准高、涉及工法多、工期紧、工程地质复杂、水压力大、盾构掘进距离长等特点。同时，本工程存在明挖基坑地层软弱、长距离盾构掘进及刀具管理、高水压带压作业以及江底地中盾构对接与拆解等重难点。

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1.2 盾构设备

本工程盾构设备是用于狮子洋隧道的专用复合式泥水盾构，盾构刀盘开挖最大直径11.18m，盾构主机加后配套全长71m，盾构主机长12.43m，总重约1300t；刀盘直径为11.182米，刀盘开口率31%，重约（含刀具）170t。刀具配置：45把单刃正滚刀＋5把单刃边滚刀＋10把中心刀（49、50号刀具在一个轨迹上），共60个刃，正滚刀轨迹间距为100mm，边滚刀轨迹间距从95mm～38mm逐渐减小；另外，还装配了278把切刀、16把刮刀及40把边缘保护刀。 1.3 泥水处理厂

泥水盾构是通过加压泥水来稳定开挖面，并通过泥水循环来携带碴土，达到出碴掘进的目的。现场建造了配套的泥水处理厂，占地面积约10000m2，泥浆处理能力为3000m3/h，为每台盾构机配备一套1500m3/h的泥水处理设备，整个泥水处理厂由泥浆制备系统和泥水分离系统两部分组成。

泥水处理主要分为三步进行分离。分离出的碴土可直接外运，过滤、沉淀后的泥浆经调整后可供盾构机循环使用。 1.4 管片厂

广深港客运专线SDⅢ标工程施工共需管片4600环，钢筋混凝土总立方量约为15万m3。现场自建了日最高生产能力为12环管片的管片厂，共投入6套管片模具，厂房由2跨组成，长100m，每跨宽24m，分为钢筋加工和管片成型两个车间。

在管片车间北侧建有120m3全自动混凝土拌合站一座，为管片生产提供高性能的

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图1 工程位置图

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自拌混凝土。

为加快管片生产进度和保证管片养护质量，管片脱模前采用蒸汽养护，提高脱模强度，并在管片车间东侧建造四个800m2的水养池，满足管片水养14天的要求。

在厂房南侧有管片堆场约25000m2，堆场内地面全部硬化，管片在堆场内采用立放两层的堆放方式，外围增加堆场采用水平堆放方式。

整个管片生产区域规划有完备的运输道路，并配备了相应用途和能力的桥吊、门吊和叉车等，覆盖整个管片厂区，便于管片的生产、养护、堆放、转载和装卸等环节，各种配套设施满足日均生产9环管片的生产能力。 1.5 施工中的关键技术概要

狮子洋隧道的建设充满了曲折和艰辛，但有各级领导、专家的关心和支持，并通过项目上全体人员的攻关和努力，我们克服了许多的技术和管理困难，解决了一个又一个难题。业主又多次调整增加施工任务，左线掘进完成2600环（5200米），右线掘进完成2585环（5170米），每条线都比进口标段多掘进1公里，后面还同步开展了隧底填充、联络通道、嵌缝、二次衬砌和沟槽施工，基本做到了同步进行。目前已成功完成左右线隧道对接拆机工作。

在狮子洋盾构掘进的施工中，大多数管理、技术和施工人员都是第一次接触泥水盾构，而且是大直径泥水盾构掘进复合地层，大直径的泥水盾构与之前的小直径的、或土压平衡盾构在施工理念上有着本质的区别，施工中遇到了很多技术难题，主要包括：大直径泥水盾构始发与负环拼装、软弱地层盾构掘进与管片上浮、软硬不均高粘地层盾构掘进与带压进仓、富水硬岩地层盾构掘进与壁后注浆、岩层破碎带盾构掘进及 “地中对接”技术研究等。

2 大直径泥水盾构始发与负环拼装

盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个重要标志。 大直径泥水盾构施工在洞口始发阶段掘进出问题的概率很高。根据狮子洋隧道两台盾构的始发施工经验，盾构始发的关键技术总结如下： 2.1 本盾构始发的主要特点

①盾构隧道为大直径、高水压、特长水下隧道，盾构开挖直径大于10m； ②始发段地层软弱、地下水位高、水量大、渗透性强，洞顶覆土浅、不足一倍洞径；

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