狮⼦洋隧道是⼴深港⾼铁穿越狮⼦洋海域的关键⼯程，被誉为“中国世纪铁路隧道”。⼯程⾯临⾏车速度快、掘进距离长、地层复杂多变、盾构地中对接、⽔压⼒⼤、安全标准⾼等6⼤世界级技术挑战。通过系统创新，成功解决了多项难题，总体达到国际领先⽔平。主要技术指标与技术特征：（1）是世界⾏车速 度最⾼的⽔下隧道。（2）是国内最长的⽔下隧道和世界长度第⼆的⽔下盾构隧道。（3）是国内⾸座铁路⽔下隧道。（4）在国内⾸次进⾏盾构地中对接。（5）世界上⾸次采⽤⼤直径复合式泥⽔盾构穿越⽔下全断⾯基岩及风化槽。（6）是当时国内⽔压⼒最⾼的盾构隧道。（7）开发了世界⾸个双孔单线⾼铁隧道洞⼝缓冲结构。（8）建⽴了国内⾸个⽔下隧道紧急救援站。（9）单台盾构最⼤掘进长度5200m，是国内在复合地层中⼀次掘进最长的隧道。 该隧道获2011年度国家科技进步⼆等奖1项，获得中国铁道建筑总公司和中国铁道⼯程总公司科技进步特等奖各1项、省部级科技进步⼀等奖7项、省部级优秀⼯程设计⼀等奖1项；各类知识产权25项（发明专利11项、省部级⼯法10项），并获2015年国家优质⼯程奖和菲迪克（FIDIC）2015年优秀⼯程奖。
本项⽬从2004年开始研究，历经数年联合攻关，系统解决了盾构地中对接、隧道空⽓动⼒学效应、隧道埋深、防灾疏散、结构设计、⼟岩复合地层盾构装备与长距离掘进、同步施⼯等⼀系列技术难题，形成了成套创新技术。
狮⼦洋隧道⼯程平⾯图
狮⼦洋隧道⼯程纵断⾯图
主要创新点⼀：开发了盾构地中对接技术、⾼速铁路双孔单线隧道净空⾯积优化与⽓动效应缓解技术、基岩覆盖厚度设计技术、特长⽔下铁路隧道紧急救援站技术，解决了深⽔、宽海域下特长隧道的总体设计难题，实现了⼯程施⼯与运营风险、⼯期风险、造价等因素的合理平衡与综合优化。
1．盾构地中对接技术
盾构隧道⼀般采⽤从⼀个⼯作井始发到另外⼀个⼯作井接收的施⼯⽅式，特长隧道需设置多个⼯作井分段掘进。狮⼦洋隧道最⼤⽔深
27m，⽔域宽度6100m，采⽤4台盾构掘进，在国内⾸次开发了盾构地中对接技术，取消了隧道洞⾝⼆处临⽔超深竖井，降低了造价，显
27m，⽔域宽度6100m，采⽤4台盾构掘进，在国内⾸次开发了盾构地中对接技术，取消了隧道洞⾝⼆处临⽔超深竖井，降低了造价，显著提⾼了⼯期可靠性：当⼀台盾构发⽣故障停⽌掘进时，可利⽤另⼀台盾构完成剩余段施⼯（实际施⼯中也确实发⽣了此类事件）。
在对接技术⽅⾯，世界⾸次采⽤两台盾构⼑盘直接接触的对接⽅式，重点解决了对接段结构设计、对接测量、围岩注浆⽌⽔、⽆盾壳段⽌⽔、管⽚防松弛、⼩空间⼤构件拆除作业等难题。实现了贯通误差横向⼩于25mm、⾼程⼩于20mm的良好指标，保证了⾼速铁路线型。
盾构地中对接图
2．隧道净空⾯积优化与洞⼝缓冲结构技术
根据国内现⾏规范，时速350km的单线隧道净空有效⾯积不⼩于70m2。这是针对最不利隧道长度提出的。本项⽬⾸次对时速350km双孔单线特长⾼速铁路隧道进⾏了系统的⽓动效应研究，提出了隧道净空有效⾯积不⼩于65m2、局部双层衬砌段不⼩于60m2的设计标准，有效减少了隧道净空⾯积与隧道直径；开发了世界⾸个双孔单线隧道洞⼝缓冲结构，有效控制了微压波对洞⼝环境的影响。所开发的缓冲结构为：在列车⼊⼝段和出⼝段分别设置8个和6个⼤⼩、间距各不相同的开⼝，缓冲段长分别为100m和220m。联调联试结果表明，列车以320km/h速度通过时，各项⽓动效应指标均满⾜技术要求。
三维⽹格划分
洞⼝缓冲结构
3．基岩覆盖厚度设计技术
狮⼦洋主河床段软弱地层覆盖厚度较薄，⽆法满⾜隧道埋置要求，需将隧道埋置于基岩内。对于⽔下盾构隧道在基岩中的合理埋置深度，世界上不仅案例极少，也没有技术标准。英法海峡隧道选择在透⽔性极弱的泥灰岩中穿越，避免了地下⽔对施⼯安全的不利影响。本⼯程主河床段主要穿越风化泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、砂砾岩，基岩⾯起伏⼤，透⽔性中等～强，合理选择埋深与施⼯安全、结构受⼒、防⽔设计、运营能耗等密切相关。
与矿⼭法隧道不同，盾构法隧道管⽚⼀旦脱出盾尾，即可对地层形成“刚性”⽀护，埋深越⼤，围岩松弛荷载趋于稳定，但⽔压⼒和形变压⼒随之增⼤（或需要更⼤的超挖），且不利于运营节能；⽽埋深减⼩，则对进舱作业（如⼑具更换）的安全极为不利。本项⽬提出了基于隧道荷载与施⼯安全控制要求的盾构法⽔下隧道基岩覆盖厚度的选择原则与计算⽅法，保证了施⼯安全，减少了隧道埋深和⽔压⼒，利于运营节能。所提出的基岩合理覆盖厚度选择原则是：满⾜“施⼯进舱作业安全”，且松弛压⼒与形变压⼒之和相对较⼩。经分析计算，本项⽬合理的基岩覆盖厚度为15m。
4．特长⽔下⾼速铁路隧道⽕灾烟⽓导流与紧急救援站技术
我国缺少⾼速铁路隧道⽕灾规模和⽔下铁路隧道防灾疏散的相关规定。本项⽬在对动车组车体结构、内装材料、旅客⾏李调查的基础上，通过模型试验，⾸次提出了“动车组⽕灾热释放功率为15MW”的结论。
⾸次针对动车组开展了⼈员疏散数值模拟、问卷调查及现场试验，获得了不同的⽕源位置、⼈员载荷、疏散⼝间距等情况下⼈员疏散速率及疏散时间等参数，构建了基于⽕场环境⼈员⾏为特征和动车组⼈员疏散模型，获得了横通道设计参数及安全疏散时间，为⽕灾疏散设计提供了重要依据。由于⽔下隧道为凹形纵坡，如着⽕列车失去动⼒，在重⼒作⽤下滑⾏⾄最低点段停靠的概率最⼤。据此，设置了国内第⼀个⽔下隧道紧急救援站，救援站内的横通道间距为300m（其余地段横通道间距为500m），并设置⽔消防系统，实现了重点地段重点设防和防灾措施效率的最⼤化。这些技术成果已纳⼊正在全⾯修编的《铁路隧道防灾疏散救援⼯程设计规范》。
⽔下疏散救援站
主要创新点⼆：研制了我国⾸台⼤直径盾构机，建⽴了复合式盾构掘进技术体系，开发了内部结构同步施⼯技术，攻克了⼤直径盾构长距离连续穿越软⼟、砂层、岩⽯风化层、破碎带和硬岩地层的技术难题和同步施⼯难题，实现了我国⽔下盾构隧道修建长度的⼤幅突破。
1．复合式⼑盘与⼑具配置技术
狮⼦洋隧道是我国⾸次采⽤⼤直径盾构在⾼⽔压下穿越⼟岩复合地层，结合其特点，研究了不同⼑具组合⽅式的地层适应性及风险，研制了国内⾸台⼤直径复合式泥⽔平衡盾构机及复合式⼑盘与⼑具配置⽅案：采⽤开挖直径11.182m的复合式泥⽔平衡盾构，⾯板式⼑盘
（开⼝率31%），软弱地层以刮⼑和重型撕裂⼑开挖为主、基岩地层以滚⼑开挖为主（滚⼑间距88mm），可根据地质条件变化进⾏重型撕裂⼑与滚⼑互换。实践表明，该技术⽅案合理可⾏，4台盾构平均进度指标达到了138.9⽶/⽉。
2．复合地层盾构掘进技术
我国采⽤盾构机穿越全断⾯软弱地层的经验多，但缺少⼤直径盾构穿越软硬不均地层和岩层的经验。在软硬不均（上软下硬、左软右硬等）地层段，⼑盘受⼒不均，⼑具偏磨，容易偏离设计轴线；在岩层破
碎带，盾构机容易受困；在全断⾯岩层段，泥⽔舱内泥⽔容易与盾尾地下⽔贯通，严重影响注浆质量与管⽚拼装成型质量。为此，通过合理进⾏地层加固、动态控制千⽄顶推⼒与盾尾间隙、组合使⽤惰性砂浆与双液浆等措施，建⽴了复合式盾构掘进技术体系，保证了掘进安全与质量。
3．长距离掘进盾构设备维护技术
狮⼦洋隧道单台盾构最⼤掘进长度为5200m，是国内⼤直径盾构⾸次穿越⼟岩复合地层。在复合地层中进⾏长距离掘进，必须解决盾尾刷更换、⼑盘磨损修复和⼑具更换难题。
施⼯中对盾尾刷磨损原因进⾏了分析，提出了“控姿态，防意外，管油脂，重注浆，备应急”盾尾管理⽅针，减少了盾尾刷更换次数，并开发了⾼⽔压条件下盾尾刷更换技术。
与软弱地层中掘进不同，在岩⽯地层中掘进时，⼑盘⼑具磨损快，进舱作业量⼤，但开挖⾯的稳定性较好，为此⾸次开发了“减压限排进舱作业”技术（⽤于岩层稳定性较差的地段）和“常压开舱作业”技术。该技术显著降低了进舱作业的压⼒。
4．内部结构、横通道与盾构掘进同步施⼯技术
对于直径11m级的盾构隧道，受空间制约，国内外均是隧道贯通后再施⼯内部结构和横通道。狮⼦洋隧道长度⼤、⼯期紧，为保证⼯期，开发了⼤直径泥⽔盾构掘进与⼆衬平⾏施⼯、盾构隧道破碎地层横通
道施⼯、盾构掘进与底纵梁同步施⼯等多种专利、⼯法，实现了盾构掘进与内部结构、横通道的同步施⼯，缩短⼯期约6个⽉。
盾构机⼑盘照⽚
排⽔进舱照⽚
主要创新点三：创⽴了复合地层⽔下盾构隧道结构选型⽅法和结构空间化设计⽅法，解决了结构设计、软弱地层列车振动响应控制等难题，实现了⾼速铁路⾼平顺和舒适稳定运⾏。
1．结构选型⽅法与结构设计技术
⾼速铁路⽔下盾构隧道需考虑⽕灾、撞击、爆炸等意外荷载对结构的影响。在基岩段，围岩具有⼀定⾃稳性，局部结构破坏不会引发整体垮塌事故；⽽在软弱地层段，局部结构破坏则可能引发砂⼟⼤量涌⼊隧道甚⾄发⽣结构整体垮塌事故。本项⽬⾸次提出了基于围岩稳定性与结构抗灾可靠性相匹配的结构选型⽅法，并采⽤风险分析的⽅法，提出隧道结构选型⽅案为：在软弱地层段采⽤“管⽚+混凝⼟内衬”的双层衬砌结构，基岩段采⽤单层管⽚衬砌。
结构原型试验图
双层结构计算模型
综合减振计算模型
针对国内交通盾构隧道⾸次采⽤双层衬砌结构，通过理论分析、模型试验、原型试验和现场测试，探明了其受⼒特征，提出了其计算模式，并优化了结构。双层衬砌采⽤半叠合结构⽅式，管⽚厚50cm，内衬厚25cm（仅内侧配置钢筋⽹），通过螺栓⼿孔设置内衬与管⽚的连接钢筋。该⽅式可以保证后期变化荷载作⽤下，管⽚与内衬共同受⼒，且⽤钢量少。
2．结构空间化设计⽅法与列车振动响应控制技术
盾构隧道采⽤管⽚拼装式衬砌，⼀般按平⾯应变问题处理。在软弱及软硬不均地层段，列车振动作⽤容易导致不均匀沉降，影响⾏车安全。所开发的盾构隧道结构空间化设计⽅法为：采⽤双层衬砌，并利⽤隧底填充混凝⼟设置钢筋混凝⼟纵梁，形成“管⽚+内衬+隧底纵梁”的空间结构体系，从⽽提⾼结构刚度，减少地层动应⼒与软⼟沉陷。该空间结构与常规单层衬砌结构相⽐，将隧底地层动剪应⼒与抗液化剪应⼒的⽐值从0.74降低到0.42，并降低竖向振动加速度35%以上，因动循环荷载产⽣的软⼟塑性变形⼩于20mm，保证了地层稳定性与轨道平顺性。
综合对⽐表明，狮⼦洋隧道建设条件复杂，技术难度⼤。本项⽬成果在诸多⽅⾯取得重⼤突破，总体达到国际领先⽔平，所建成的狮⼦洋隧道被称为“⾼铁技术与现代盾构技术完美结合的代表作”，极⼤推进了本领域科技进步，并为今后隧道向更长更⼤⽔深发展奠定了坚实基础。
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