地鐵2號線過海隧道昨掘進施工將從海滄挖到東渡
2016-01-30
地鐵2號線過海隧道工程示意圖。（廈門軌道交通集團提供）
位于海滄大道的地鐵2號線施工現(xiàn)常（林廣明攝）
廈門網(wǎng)-廈門日報訊（記者殷磊郭瑜芬通訊員李琳）盾構(gòu)機緩緩向前推進，頭部的刀盤也轉(zhuǎn)動起來。昨日上午10時30分，廈門地鐵2號線過海隧道施工的首臺盾構(gòu)機在海滄大道站始發(fā)，標志著廈門地鐵2號線正式展開過海隧道的掘進施工，這條過海隧道預計將于2017年底貫通。這是國內(nèi)首次在地鐵海底隧道施工中，采用盾構(gòu)法掘進。
地鐵2號線是廈門地鐵交通線網(wǎng)中的中心放射骨干線，主要承擔本島與海滄城區(qū)間跨海交通功能，全長41.5公里，設32個車站，均為地下站。地鐵2號線施工的最大難點就在于工程需要穿越廈門本島與海滄區(qū)之間的海域。過海隧道西起海滄大道站，東至東渡路站，全長2.8公里，是地鐵2號線一期項目的控制性節(jié)點工程。作為地鐵過海隧道施工盾構(gòu)機首發(fā)站點的海滄大道站，在2014年底正式動工，圍護結(jié)構(gòu)施工后，開始了地鐵車站的基坑開挖工作及主體結(jié)構(gòu)施工。目前，海滄大道站主體施工已基本完成。
結(jié)合過海隧道所處的地層條件，經(jīng)多次研究論證，建設單位提出了“盾構(gòu)法＋礦山法”的組合施工方案，為確保隧道的建成質(zhì)量，礦山法段只是作為初期的支護。也就是說，這項工程主要是靠盾構(gòu)機這種大型高科技設備，在海底切削、吞吐土方、泥渣并通過管片支護掘進隧道。相比其他施工法，盾構(gòu)法作業(yè)自動化程度高，施工速度快，可以一次成洞，對周邊的影響小，更加安全環(huán)保。地鐵2號線過海隧道成為國內(nèi)首個采用盾構(gòu)法施工的過海地鐵隧道，隧道的挖掘?qū)B門城市交通主骨架的形成關系重大，并且開創(chuàng)了我國地鐵海底盾構(gòu)施工的先河。
解密
盾構(gòu)機如何掘進過海隧道？
1
如何減少海底聯(lián)絡通道滲水出現(xiàn)？
把海底土體
變成凍土
地鐵隧道需要建設聯(lián)絡通道，地鐵運營期間特殊工況下（如列車阻塞、火災等），人員可通過聯(lián)絡通道疏散至另外一條安全隧道。2號線的過海段左、右線隧道間設置了4座聯(lián)絡通道。其中1座位于海底中-微風化地層中，3座聯(lián)絡通道地處海底全強風化地層中，全強風化地層中聯(lián)絡通道常規(guī)開挖容易發(fā)生坍塌。要想工程安全施工，就需要在開挖前對地層進行加固處理。
廈門軌道交通集團邀請盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室開展研究，提出了海底凍結(jié)法，即通過冷凍方法將土體變成凍土，有效減少滲漏、涌水出現(xiàn)，這種“海域環(huán)境凍結(jié)施工”的做法在國內(nèi)尚屬首次。海水的冰點比淡水低，但不同含鹽量的海水冰點又各不相同，在實際施工時難度會更大。因此，在施工時，要隨時監(jiān)控土體的冷凍速度和厚度、凍土平均溫度等參數(shù)。
2
如何避免兩種工法隧道接縫處海水倒灌？
鉆進密封盒
避開風險
地鐵2號線過海隧道施工區(qū)域在靠近廈門島的一側(cè)分布有變質(zhì)石英砂巖，十分堅硬，對盾構(gòu)機的刀具磨損會非常嚴重，盾構(gòu)施工難度大。為此，建設單位提出了先從陸地上通過礦山法掘開一條隧道，穿過變質(zhì)石英砂巖，然后在海底迎接從海滄穿海而來的盾構(gòu)機。兩者在海底對接時風險極大，一旦處理不當，就可能導致海水或者土體從兩種工法隧道接縫處倒灌涌進隧道內(nèi)。
經(jīng)過反復研究論證，建設者們想出了辦法。他們在對接處先制作一個密封的“盒子”，當盾構(gòu)機掘進對接處時，先把盾構(gòu)機安全送入“盒子”，再在另一頭打開“盒子”，讓盾構(gòu)機順利進入到礦山法隧道口。這樣就可以有效屏蔽風險。
3
如何在海底實現(xiàn)通風換氣？
在大兔嶼上
修建風道
地下隧道需要通風換氣，因此要修建風道。修建風道對于地鐵過海隧道卻是個難題:地鐵2號線過海隧道長2.8公里，根據(jù)建設標準，每1.8公里就應該修建一個風道，這意味著過海段的風道必須修建在海面上，同時穿過三十多米深的海水，與隧道準確對接。工程師們巧妙利用大兔嶼修建風道——地鐵2號線過海隧道剛好從大兔嶼下通過。根據(jù)方案，大兔嶼上修建的風道豎井深度達32米，豎井完工后還需暗挖通道至過海隧道。臨海施工難度大，且大兔嶼為孤島，無進出通道。為此，施工單位搭設了450米的臨時鋼棧橋，解決島上施工所需的機械設備和材料問題；嚴格把控豎井施工的精度與進度，同時加強地面及圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測等措施來應對風險。
4
如何在海底換設備？
專業(yè)人員
深潛換設備
盾構(gòu)機掘進雖然速度快，安全性高，但是負責切削土體的刀盤不可避免地會出現(xiàn)磨損，使用一段時間后就需要進行更換。記者了解到，這個工程預計需要在海底更換刀盤約20次，要根據(jù)不同的水壓，調(diào)整好盾構(gòu)機刀盤倉壓力，請專業(yè)人員穿戴潛水設施，乘坐高壓倉，進入盾構(gòu)機刀盤倉進行作業(yè)，為了確保安全，一般選擇在地質(zhì)穩(wěn)定地段進行換刀，隨時監(jiān)控倉內(nèi)壓力。
（本報記者殷磊郭瑜芬通訊員李琳）
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塊頭大本領強
過海隧道盾構(gòu)機由德國海瑞克公司設計制造，是兩臺型號為S-991、S-992的泥水平衡式盾構(gòu)機，2015年3月在廣東省的工廠里進行生產(chǎn)組裝。11月來到海滄并完成下線，12月在海滄大道站開始工地組裝作業(yè)。
它整機長約104米，重760噸，最大推進速度為50毫米/分鐘，相當于每小時最快向前挖掘3米，遠比挖掘隧道的其他方法快，是個本領高強的大塊頭，將承擔起過海段隧道的主要掘進施工任務。盾構(gòu)機開挖的泥渣采用壓濾處理，實現(xiàn)“零污染”。
