中国中铁隧道股份有限公司

走大直径盾构隧道施工专业化道路之穿江越海

上一期小编带大家回顾了历史以来公司所承建的大直径盾构隧道工程。本期《穿江越海》专题将从武汉长江隧道、南水北调中线穿黄隧洞、广深港高铁狮子洋隧道、台山核电取水隧洞四个大直径盾构隧道工程说起,向大家展示企业在水下大直径盾构隧道领域内所创造的辉煌成绩。

水下大直径盾构隧道作为大盾构隧道的重要组成部分,代表了当前隧道施工行业的前沿水平。中国水下大直径盾构隧道,起始于1996年的上海延安东路南线越江隧道。2004年“万里长江第一隧”——武汉长江隧道的修建则将中国的水下大直径盾构隧道带入世界领先行列。

据有关资料显示,截至2018年年底,长江(包含其上游的沱沱河、通天河、金沙江)上已建和在建桥梁共100多座。但在2008年之前,没有一座过江隧道/洞。

2007年12月2日凌晨,这一刻必将载入中国隧道建设史。在攻克复杂地质条件、长距离江底掘进、大断面水下作业、高水压江底施工等困难后,中铁隧道股份的建设者们驾驶着“长江一号”大直径泥水平衡盾构机顺利穿越长江,实现了中国隧道工程史上大直径盾构首穿长江的壮举。

为了这一历史性的穿越,中铁隧道股份的建设者们在施工一线奋斗了1000多个日夜,克服了一个个世界级水下隧道施工难题,实现了安全、高效穿越长江的目标。

武汉长江段平均水深50余米,水越深就意味着水压越大,水压越大则隧道越容易变形,同时对正在掘进的盾构也会造成巨大风险,所以在武汉长江隧道的修建过程中,高水压施工是最大的难点。面对最大水压0.6兆帕的施工环境,中铁隧道股份在施工过程中采取多种措施,确保主轴承和盾尾密封防水性能。

同时,在中国工程院院士及国内相关科研机构、高校的支持下,立足施工现场进行大直径、大幅宽、高性能混凝土管片研究应用。随着新材料、新工艺的应用,隧道管片抗变形、抗渗漏和使用寿命均有显著提高。此外,武汉长江隧道在高水压带压进仓作业技术方面也取得了重大突破,实现国内第一次自主在4.5bar压力下带压进仓作业。

长距离复杂地质水下掘进,也是施工的一大风险。在武汉长江隧道的修建过程中,中铁隧道股份通过严格控制掘进参数,加强地质监测,创新施工工艺,优化施工衔接,并在国内率先引入工程施工远程监控系统等措施,成功穿越了长江武汉段江底淤泥质黏土、粉细沙、上软下硬地层,创造了大直径泥水平衡盾构机在高水压、强透水、软硬不均的复杂地质条件下,一次性掘进穿越长江的先例。

2008年12月29日,这条可抗6级地震和300年一遇洪水,设计使用年限100年的隧道通车使用。它的建成,完善了长江交通构架,开创了江上架桥、江面行船、江底通隧的三维立体交通新格局。

继武汉长江隧道之后,中铁隧道股份承建了“万古黄河第一隧”——南水北调中线穿黄工程。2009年12月22日10时28分,在攻克无数困难之后,由中铁隧道股份建设者驾驶的“穿越号”盾构机独头掘进至黄河南岸竖井,实现了首次穿越黄河的壮举。

据有关资料显示,截止2018年年底,黄河上一共有21座大桥。2010年之前,也没有一座过河隧道/洞。

南水北调中线穿黄工程总长19.3公里,其中穿黄隧洞全长4250米,施工过程中盾构需一次性洞穿黄河。作为南水北调中线的控制性工程,它有着国内施工难度最大的地下连续墙、国内最深的自凝灰浆墙及3450米盾构独头掘进。由于是第一次穿越黄河,没有任何相关工程施工经验可资借鉴。为顺利推进工程建设,中铁隧道股份组建了由中国工程院院士在内的科研顾问小组,为项目施工提供技术支持,从地连墙施工、始发井施工到盾构始发、掘进和接收,全过程进行技术指导,确保了安全顺利穿越母亲河——黄河。

在穿黄隧洞的建设过程中,中铁隧道股份创造了多个“全国第一”“国内之最”。

穿黄隧洞竖井深76.6米,外径21米,内径18米,其地下连续墙结构为国内最深。

穿黄隧洞施工中采用液压双轮铣槽机,一期槽与二期槽间采用铣接头连接属国内首创。

穿黄隧道采用直径9米、整机长80米、重1166吨的泥水加压平衡式盾构机,从深达50米、高水压的圆形竖井内进行始发,在国内属首次。

一条黄河隧,承载的是一代中国隧道工人的梦想与希望,它的贯通为国内在复杂水下地质条件下大直径盾构隧道的修建积累了宝贵的施工经验,该隧洞被中国工程院院士王梦恕等誉为世界先进工程。

越海隧道作为隧道及地下工程的“明珠”,以风险大、技术难、成本高著称,能够独立进行海底隧道施工的国家屈指可数。矿山法、沉管法、掘进机法是当前海底隧道施工的三种主流工法。根相关资料显示,目前全世界已建成和计划建设的海底隧道有20多条,大多属于矿山法隧道,只有英吉利海峡隧道、东京湾海底隧道等少数海底隧道采用掘进机法进行施工。在掘进机法海底隧道中大直径盾构海底隧道又属高风险、高难度项目,在这一方面目前我国处于世界先进行列,其代表性的工程有广深港狮子洋隧道、台山核电取水隧洞等工程。

2011年12月26日10点40分,G6126次列车缓缓驶出深圳北站,标志着广深港高铁广深段正式开通运营,从此深圳进入高铁时代。广深港高铁是我国中长期铁路网规划的“北京—广州—深圳—香港”高铁的重要组成部分,其中由中铁隧道股份承建的狮子洋隧道是该线路的关键性控制工程。

广深港高铁狮子洋隧道是我国首条水下铁路盾构隧道,也是世界上通行速度最快的水下铁路隧道。隧道全长10.8公里,设计时速350公里。施工过程中,中铁隧道股份使用直径11.18米的大直径泥水平衡盾构机进行施工,并在国内首次采用“相向掘进、水下对接、洞内解体”的工法,实现了盾构水下对接,水下解体的隧道施工先例。

据中铁隧道股份技术人员介绍:在广深港高铁狮子洋隧道之前,水下隧道施工采用的是独头一次性掘进工法,但长距离水下穿越狮子洋存在很大施工风险,为了提高狮子洋隧道施工安全,提升项目施工效率,建设者创造性地采用“相向掘进、水下对接、洞内解体”的工法。在施工过程中,建设者还攻克了带压进仓、长距离复杂地质水下掘进、盾构施工防渗漏等难题为国内同类型地质条件下海底大直径盾构掘进施工积累了宝贵经验。

广深港高铁狮子洋隧道建成后不论其长度、直径还是时速目标值,均可以比肩英吉利海峡隧道、东京湾海底隧道等世界先进的海底隧道。项目工程荣获了国际项目管理(中国)金奖、国际项目管理大奖银奖、国家优质工程奖、中国土木工程詹天佑奖等大奖。根据项目施工总结出的“跨江越海大断面暗挖隧道修建关键技术与应用”还荣获了2016年度国家科学技术进步奖二等奖。

在中国海底隧道建设史中,中铁隧道股份还承建了国内首条海底大直径盾构隧洞——广东台山核电站1、2号机组海域工程取水隧洞。该工程施工使用一台开挖直径9.03米的泥水平衡盾构进行施工,攻克了海底特硬地层及孤石群这一泥水平衡盾构施工难题,掌握了长距离海底盾构掘进、带压进舱换刀等泥水盾构施工关键技术,并创造了单日掘进40.5米、月掘进844.5米的大断面泥水盾构施工全国纪录。工程提前128天贯通,顺利通过核电站国际标杆建设7级验收。

此外,中铁隧道股份还承建了杭州地铁1号线三期工程过江隧道(隧道长度2962.6米、盾构机直径11.65米)、衡阳合江套湘江隧道(隧道长度1872米、盾构机直径11.65米)、杭州沿江大道运河隧道(隧道长度550米、盾构机直径11.68米)、杭州庆春路过钱塘江隧道(隧道长度1766米、盾构机直径11.68米)、长沙南湖路湘江隧道(隧道长度1347米、盾构机直径11.68米)、长株潭城际铁路湘江隧道(隧道长度4839米、盾构机直径9.33米)、嵊泗至定海公路普陀鲁家峙至东港公路工程过海隧道(海底段盾构隧道长度785米、盾构机直径11.68米)、珠三角水资源配置工程土建B3标(过江段隧洞长度6621米、盾构机直径8.63米)、杭州香积寺路西延工程(过江段隧洞长度1190米、盾构机直径11.65米)。

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