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可变密度盾构在香港沙田中环线浅埋隧道工程中的应用(上):挑战篇

     发布:2019/1/2   浏览:+ 放大字体 | - 减小字体

摘 要:作为连接新界与港岛的关键轨交线,香港沙田中环线工程中的东部下行浅埋隧道在施工中存在着超浅覆土,地质复杂,穿越城市密集区等诸多挑战,为了解决这一难题,建设中采用了香港首台可变密度盾构。曾化解吉隆坡喀斯特地层难题的“神器”这次如何应对香港的挑战?小编将分两期为大家进行深入解读,本期就先跟随小编了解一下工程中的挑战吧!

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。

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