《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《莞惠城际铁路隧道及地下工程修建关键技术》​

本期项目简介

完成单位: 中铁工程设计咨询集团有限公司

主要完成人: 蒋小锐、 孟超、 黄杰、 殷文华、 骆展鹏、 牛洪强、 彭斌、 贾小波、 周金录、赵巧兰、 王继山、 邬泽、 刘冰、 张恒睿、 路晓林

项目简介

　　(一)项目背景

　　莞惠城际铁路是珠三角城际轨道交通线网的重要线路,是我国第一条设计速度目标值为200km/h的城际铁路,设计正线全长99郾841km,设地下站10座,隧道4座。线路穿梭于东莞市和惠州市的核心区,沿线建设环境及工程水文地质极其复杂,相关隧道及地下工程下穿大量建筑物、铁路、市政道路桥梁、地下市政管线及东江、惠州西湖等地表水体,并采用明挖、暗挖及盾构等工法施工,堪称中国城际铁路建设的工程地质和施工工法博物馆,其中松山湖隧道为全线工期控制工程,全长38郾813km,为全国最长的城际铁路隧道,也是我国城际铁路隧道建设中具有里程碑意义的工程。

　　项目设计阶段尚无时速200km城际铁路设计标准,课题组面对技术标准不完善,工程沿线周边环境、地质情况复杂,穿越大量既有构筑物,隧道及地下车站施工难度较大等挑战,结合广泛的国内外基础调研、理论研究、数值仿真分析、现场测试、专家论证等多种手段,开展了莞惠城际铁路隧道及地下工程修建关键技术研究,研究成果为工程方案制定提供了措施建议和理论支撑,为相关标准制定提供了重要数据和宝贵经验。

　　(二)技术概况

　　本项目开展了城际铁路空气动力学效应及隧道适宜断面研究,探明了城际铁路空气动力学效应,提出了莞惠城际铁路隧道内轮廓、屏蔽门风压、竖井设置及气动效应控制等的设计标准;研发了浅埋大跨暗挖城际铁路地下车站修建技术,探明了不同工法下浅埋大跨重叠隧道群的结构受力特征及围岩变形规律,提出了施工工法,明确了支护结构,提出了地表沉降动态注浆的控制方法,实现了上部地表沉降变形实时可控的目标;提出了上软下硬复合地层盾构机的选型原则及盾构掘进参数的设计方法,研发了复合地层盾构隧道纠偏加固方法和姿态控制技术,制定了复合地层泥膜保压施工工法,开发了城市建筑密集区盾构隧道可视化施工管理平台,形成了城市建筑密集区上软下硬复合地层盾构隧道风险控制技术。

　　(三)适用范围

　　课题研究成果适用于城际铁路工程中基于空气动力学效应的隧道参数设计,浅埋大跨暗挖地下车站修建,以及盾构隧道下穿城市建筑密集区上软下硬复合地层的风险控制等。

　　(四)获奖情况

　　成果荣获2020年中国交通运输协会科学技术奖二等奖。

项目创新点

　　(1)探明了城际铁路空气动力学效应并拟定了隧道断面。通过对时速160km、200km城际列车空气动力学效应的数值模拟和研究,探明了城际铁路区间隧道和车站内气动压力的分布规律,提出了莞惠城际铁路隧道内轮廓、屏蔽门风压、竖井设置及气动效应控制等设计标准,为制定《城际铁路设计规范》提供了依据。

　　(2)研发了浅埋大跨暗挖城际铁路地下车站修建技术。探明了浅埋大跨重叠隧道群的结构受力特征及围岩变形规律,创立了“先下后上、先边后中冶的施工工法和“刚柔并济、变形可控冶的复合式衬砌结构,形成了浅埋大跨暗挖城际铁路地下车站修建技术。

　　(3)研发了盾构隧道下穿城市建筑密集区上软下硬复合地层风险控制技术。提出了上软下硬复合地层盾构机的选型原则和盾构掘进参数的设计方法,研发了复合地层盾构隧道纠偏加固方法和姿态控制技术,创立了复合地层泥膜保压施工工法,开发了城市建筑密集区盾构隧道可视化施工管理平台,形成了城市建筑密集区上软下硬复合地层盾构隧道风险控制技术。

同类项目比较

与同类项目相比, 本项目的技术优势如表 1所示。

应用案例

　　(一)城际铁路空气动力学效应及隧道断面研究

　　研究成果成功应用于莞惠城际铁路隧道(如东江隧道)内轮廓、屏蔽门风压、竖井设置及气动效应控制等的拟定及设计之中,成功解决了莞惠城际铁路隧道列车气动效应问题。

　　此外,基于该研究成果,原铁道部工程设计鉴定中心针对珠三角城际铁路隧道列车气动效应问题,明确了城际铁路内轮廓拟定的主要原则,并拟定了明挖法、盾构法及矿山法等不同工法隧道的内轮廓,为《城际铁路设计规范》的制定提供了坚实基础。

　　(二)浅埋大跨暗挖城际铁路地下车站修建技术

　　该技术成功应用于莞惠城际铁路东莞东城南站的修建。东城南站为地下岛式车站,车站总长266m,站台层跨度30郾5m,均采用暗挖法施工,车站拱顶覆土厚度仅为8m,为浅埋大跨重叠隧道,群洞效应明显,结构受力复杂,施工难度大。通过浅埋大跨暗挖城际铁路地下车站修建技术的成功应用,该复杂地下车站结构的修建问题及地层变形的控制问题都得到了很好解决。

　　(三)城市建筑密集区上软下硬复合地层盾构隧道风险控制技术

　　该技术成功应用于莞惠城际铁路松山湖隧道盾构段,该段采用两台渍8郾8m土压平衡式盾构机施工,掘进过程中遇到富水软弱地层、上软下硬、全坚硬岩、孤石、漂石、砂层等不良地层,施工难度大。同时,隧道下穿区域建筑物覆盖率达90%以上,多为老龄浅基民居,安全风险高。该技术的成功应用有效解决了松山湖隧道建设过程中面临的上述不良地质、复杂周边环境以及变形控制等技术难题,确保了隧道的如期贯通。

社会效益与经济效益

　　(一)社会效益

　　项目研究成果在珠三角城际铁路莞惠、广清、新白广等项目中成功应用,建设过程中,受到了各级领导高度关注,多次视察莞惠城际铁路建设情况。项目建成后,作为首条时速200公里、具备自动驾驶功能的城际铁路,多省发展改革委、铁路建设单位、地铁建设单位组织多次现场观摩交流,受到社会各界的高度关注和良好评价。项目的建成,进一步完善了“大湾区冶轨道交通网。

　　(二)经济效益

　　采用课题研究成果中提出的车站施工方法与顺序、隧道下穿施工控制和加固措施、考虑气动效应的隧道结构和车站附属设施设计参数与数值建议,保证了施工方案的可行性,降低了施工费用,加快了施工进度,实现了良好的经济效益。