工程概况
沙田中环线(SCL)工程连接新界与港岛,包括大围至红磡段与红磡至金钟段两部分,其中红磡至金钟段是东铁线的延伸,长约6km,以红磡站为起点,穿越维多利亚港并延伸至港岛金钟换乘站。
工程中的1128标建设涉及铜锣湾避风塘与金钟地铁站之间,湾仔密集城区下的两条双管隧道。其中,南通风大楼(SOV)至金钟隧道(红磡至金钟段的一部分)区间的建设内容包括总长2.3km(开挖直径7.45m,长度分别在470m至678m之间)的双管隧道,通风建筑物和附属工程。东部隧道设在SOV大楼和未来的會展站之间;西部隧道则从Fenwick码头紧急出口(展览中心对面)通往金钟站。
作为密集城区下的轨交线路,工程从线路到地质都存在着诸多挑战,给建设工法与设备选型提出了较高的要求:
挑战1:密集城区
项目要求会展站设置换乘,因此两条东部隧道将呈上下排列,东部下行隧道穿越香港岛湾仔城市密集区,呈东西走向,穿越上世纪60至70年代建造的填海区。
1945年至2009年间该区域开垦情况
红线表示未来路线与会展站位置
隧道将在施工中穿越道路结构,管线与敏感区域,包括:
■ 告士打道(公路)
■ 香港海底隧道匝道
■ 公路天桥及人行桥
■ 开放中的湾仔体育场
■ 下水管道及排水渠
不同颜色显示了各种类型的敏感区域
挑战2:工程地质
东部下行隧道沿线穿越及其复杂的地层剖面,分为三层,由下至上分别为:
■ 下层地质由细、中细与中度九龙花岗岩/全风化花岗岩组成,位于地表以下约20-30m处;
■ 中层为沙质至黏土质冲积层以及不同厚度的海相沉积物;
■ 上层的填土区内则包含钢筋混凝土、砖块、塑料、木材、钢筋以及之前作为临时或永久海堤的碎石。
而隧道线路本身则可分为三个不同的地质区域:
■ 起始120m将在硬岩中掘进,随后进入长90m的硬岩与全风化花岗岩到较软弱的冲积层的过渡段;
■ 随后470m将在较软的开阔地层中掘进,主要穿越冲积层,黏土质和沙质海洋沉积物层以及填土层;
■ 最后90m则将穿越包含碎石的粉质细砂层。
隧道沿线的最浅覆土不足盾构直径长度,并且在某些位置,盾构需要在极软土层中穿越在运营建筑物,最小距离不到1m。
隧道沿线的地质与各种障碍物
挑战3:盾构选型
工程中三段较深隧道使用混合式盾构掘进;东部下层浅埋隧道最初计划采用土压平衡盾构掘进,避免混合式盾构可能出现的浆液喷涌风险。然而,使用土压平衡盾构存在以下缺陷:
■ 地质条件复杂,覆土有限,在填土区易遭遇意外障碍,土压平衡盾构可能由于支护不足而导致崩塌或严重沉降;
■ 使用土压平衡盾构的其他风险还包括泡沫喷涌,高压开舱,弃土处理水分含量无法低于25%标准等缺陷。
工程在香港首次使用了可变密度盾构,用于1128标东部下层浅埋隧道的掘进:
可变密度盾构
工程建设方联合海瑞克完善改进了吉隆坡KV地铁线的可变密度盾构概念,并针对1128标进行了专门的开发与改制。
工程中使用的可变密度盾构
可变密度盾构结合了混合式盾构与土压平衡盾构的优点,使用不同密度的浆液来支护并稳定开挖面。该设备配备了混合盾构的气包,可精确调节开挖压力。工程实际施工中,可变密度使用了三种不同的开挖模式:
■ 低密度模式:使用1.05-1.20t/m3浆液;
■ 高密度模式,使用密度不超过1.50t/m3的浆液;
■ 使用更高密度浆液时则切换至EPB模式,并调节泡沫,安装传送带进行排土。
风险管理
工程在设计阶段对其内在风险进行了评估,其中多个施工事件的初始风险评级为“高”,包括:
■ 开挖面坍塌
■ 浆液喷涌
■ 超挖
■ 填土区刀盘阻塞
■ 未清除障碍物导致的刀盘阻塞
相同压力下不同密度的泥浆喷涌风险变化
工程在建设阶段推行了实时风险登记制,细致审查施工中的每一项风险,并且进一步确定其他风险。同时,建设方同样规划了相应的缓解措施,在隧道掘进的过程中逐步实施,以将风险降低至可接受水平,包括:
■ 清理与移除地层中残留的钢质桩基与障碍物;
■ 采用临时钢结构加固建筑桩基;
■ 隧道沿线的建筑桩基上增设液压千斤顶;
■ 地层预处理;
■ 使用经验丰富的盾构操作人员;
■ 严格的盾构选型设计;
■ 与地方当局协调各种应急预案。