隧道穿黃紅砂巖難題成功實(shí)施破解
2016-04-05
兩大世界性難題
難題一：“從目前掌握的技術(shù)資料看，蘭州的地質(zhì)條件是中國(guó)乃至世界最復(fù)雜、最不利的卵石地層，卵石含量極高、石英含量極高，水壓大，采砂區(qū)、地勘孔不確定性高，特別是下穿黃河段風(fēng)險(xiǎn)極大，要面臨盾構(gòu)機(jī)在黃河河床高壓條件下更換刀具等諸多難題?！敝袊?guó)工程院院士錢(qián)七虎說(shuō)。
難題二：“不遇水堅(jiān)硬無(wú)比，小型挖機(jī)根本挖不動(dòng)，遇水后迅速液化變成稀泥，基坑內(nèi)滲水嚴(yán)重。這就是紅砂巖的特性?！必?fù)責(zé)蘭州軌道交通1號(hào)線一期工程盤(pán)旋路至五里鋪區(qū)間盾構(gòu)施工的中鐵一局項(xiàng)目總經(jīng)理魯佩林說(shuō)。
多方攜手破解紅砂巖地質(zhì)難題
采訪中記者了解到，1號(hào)線一期工程多個(gè)車(chē)站及區(qū)間需在紅砂巖底層下施工，其中，五里鋪站、五里鋪至蘭州大學(xué)區(qū)間、蘭州大學(xué)站、蘭州大學(xué)至東方紅廣場(chǎng)區(qū)間、東方紅廣場(chǎng)站為受紅砂巖底層影響最為嚴(yán)重的車(chē)站和區(qū)間。
2015年7月，在五里鋪車(chē)站深基坑施工現(xiàn)場(chǎng)，未受地下水浸泡的紅砂巖地層首次露出了它堅(jiān)硬的外表，中鐵港航局項(xiàng)目部的工程師們第一次面露難色。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目部化驗(yàn)室取樣后發(fā)現(xiàn)，該地層紅砂巖硬度與花崗巖相當(dāng)?！斑@么高的硬度，以普通深基坑的施工方法肯定不行。”負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)施工的工作人員回憶起當(dāng)時(shí)的場(chǎng)景說(shuō)。
經(jīng)過(guò)商討，項(xiàng)目部立即改變施工方法，采取先碎后挖的施工工藝，并加大在機(jī)械設(shè)備和專(zhuān)業(yè)人員方面的投入。一寸寸硬如巖石的紅砂巖被清理出基坑，工程師們的眉頭逐漸舒展。
隨著基坑深度的加深，新的問(wèn)題又來(lái)了。
“紅砂巖層下遇水，所有現(xiàn)場(chǎng)人員及設(shè)備后退至安全區(qū)域，砼噴隊(duì)參照應(yīng)急方案，向基坑側(cè)墻注漿，應(yīng)急人員進(jìn)場(chǎng)，對(duì)底層下富水區(qū)域進(jìn)行抽水作業(yè)?！绷璩苛泓c(diǎn)，剛剛結(jié)束夜間巡查的五里鋪車(chē)站總工程師盛其林焦急地對(duì)著手中的對(duì)講機(jī)大喊著，基坑西段南側(cè)出現(xiàn)了涌水涌砂情況。
“側(cè)墻外地層穩(wěn)定?！薄皣鷵跬獾讓臃€(wěn)定?！薄凹t砂巖地層下富水區(qū)域水位正在下降。”一條條回饋信息讓現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮員壓力稍減，20分鐘后，險(xiǎn)情被工程師們逐一排除。
“蘭州的紅砂巖層遇水易融化、易膨脹、流塑性強(qiáng)，大型機(jī)械垂直作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，作業(yè)流程應(yīng)該是先放坡作業(yè)，再進(jìn)行注漿作業(yè)對(duì)涌水點(diǎn)進(jìn)行封堵，最后土方開(kāi)挖。”險(xiǎn)情排除后，工程師們開(kāi)始了對(duì)施工方案的調(diào)整，經(jīng)過(guò)一夜商討，新的施工方案終于確定。一個(gè)月后，“金城12號(hào)”土壓平衡盾構(gòu)機(jī)緩緩啟動(dòng)，由中鐵一局項(xiàng)目負(fù)責(zé)施工的盤(pán)旋路至五里鋪區(qū)間開(kāi)始盾構(gòu)掘進(jìn)。
2015年9月初，市委組織部邀請(qǐng)中國(guó)工程院院士錢(qián)七虎，西安理工大學(xué)副校長(zhǎng)李言來(lái)蘭，針對(duì)紅砂巖地層下的深基坑和盾構(gòu)施工問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)。在兩個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)走訪調(diào)研后，兩位專(zhuān)家與參建單位各專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人從一摞摞的材料數(shù)據(jù)中尋找著破解地質(zhì)難題的蛛絲馬跡。80歲高齡的錢(qián)院士邊記錄所反映的困難和問(wèn)題，邊與大家研討?！翱v觀現(xiàn)有的地質(zhì)資料，蘭州的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件在世界范圍內(nèi)都是最復(fù)雜、最不利的，在沒(méi)有其他經(jīng)驗(yàn)借鑒的前提下，蘭州軌道交通的參建單位能把問(wèn)題控制在現(xiàn)有的程度已經(jīng)很不容易了?！?br />
兩位專(zhuān)家針對(duì)紅砂巖地質(zhì)下的軌道交通車(chē)站、隧道施工開(kāi)出了“良方”。兩家施工單位的工程師們根據(jù)專(zhuān)家的建議和前期模擬施工的技術(shù)數(shù)據(jù)，采取超前支護(hù)、超前注漿、穩(wěn)步掘進(jìn)、多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的工序流程，逐步破解了紅砂巖地質(zhì)給施工帶來(lái)的困擾。目前盤(pán)旋路至五里鋪區(qū)間右線已完成雙線貫通，五里鋪車(chē)站已經(jīng)完成主體結(jié)構(gòu)40%以上的施工任務(wù)，爭(zhēng)取年內(nèi)實(shí)現(xiàn)車(chē)站主體封頂。
值得銘記國(guó)內(nèi)首條穿黃地鐵隧道完成
2015年12月31日，是蘭州軌道交通建設(shè)史上一個(gè)值得銘記的日子，迎門(mén)灘至馬灘區(qū)間右線隧道成功穿越黃河。伴隨著盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)，國(guó)內(nèi)首條下穿黃河地鐵隧道工程成功完成。一個(gè)月后，左線隧道掘進(jìn)至黃河南岸河堤，標(biāo)志著該區(qū)間成功實(shí)現(xiàn)雙線隧道穿黃作業(yè)。
從迎門(mén)灘站盾構(gòu)始發(fā)井進(jìn)入迎馬區(qū)間左線隧道，記者沿著搭建在隧道壁上的狹窄施工棧道前行。在經(jīng)過(guò)一段大轉(zhuǎn)彎后，隧道向黃河南岸馬灘站方向延伸。
隨著不斷深入，隧道內(nèi)的溫度越來(lái)越高。記者前行560環(huán)（每環(huán)1.2米）之后，隧道已深入黃河底部。再往里走400多米，施工聲響愈加嘈雜，正在繼續(xù)掘進(jìn)的“金城6號(hào)”泥水平衡盾構(gòu)機(jī)已在眼前。中鐵十六局項(xiàng)目部相關(guān)負(fù)責(zé)人說(shuō)：“左線隧道至此已穿越黃河，盾構(gòu)機(jī)上方即是南濱河路?！?br />
采訪中，記者了解到，地鐵隧道并非完全水平伸展，而是有一個(gè)適度的彎曲，以方便列車(chē)啟動(dòng)提速。“金城6號(hào)”盾構(gòu)機(jī)目前所處的位置，恰好就是彎曲的隧道的最低點(diǎn)。
據(jù)了解，迎門(mén)灘至馬灘區(qū)間右線隧道長(zhǎng)約1906米，左線隧道長(zhǎng)約1908米，其中左、右線下穿黃河段長(zhǎng)度均為404米。2014年11月1日，迎馬區(qū)間正式開(kāi)始施工，由我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)“金城5號(hào)”從黃河北岸迎門(mén)灘站始發(fā)；2015年4月18日，“金城6號(hào)”泥水平衡盾構(gòu)機(jī)同樣從迎門(mén)灘站始發(fā)，向馬灘站方向掘進(jìn)。
說(shuō)起隧道的建設(shè)，中鐵十六局項(xiàng)目總工程師戴兵說(shuō)：“迎馬區(qū)間盾構(gòu)施工需長(zhǎng)距離穿越黃河上游高富水、大粒徑、高硬度砂卵石地層，有大量的漂石存在，盾構(gòu)工法受底層條件與水文條件，以及隧道涌水、涌沙等風(fēng)險(xiǎn)影響，穿黃段盾構(gòu)施工也曾被國(guó)內(nèi)知名專(zhuān)家定義為‘世界性技術(shù)難題’?！?br />
在迎門(mén)灘施工場(chǎng)地大門(mén)的左手邊設(shè)有一個(gè)展架，展架上擺放著盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)挖出來(lái)的卵石以及被卵石擊碎的盾構(gòu)機(jī)刀片、刀頭?！耙环酵晾锏穆咽吭?5%至90%之間，挖出來(lái)的大的卵石粒徑一般在60公分左右?！贝鞅f(shuō)。
盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)到濕地公園水域時(shí)碰到了采砂坑，采砂后留下的巨大沙坑和圍繞在沙坑周?chē)穆咽瘜⒍軜?gòu)機(jī)刀頭卡死?！叭斯呵鍌}(cāng)，為了不影響施工進(jìn)度，只能采取這一措施，也是唯一的措施，我們的工作人員承受著高于大氣壓力兩倍以上的壓強(qiáng)進(jìn)入機(jī)艙，徒手清理卡在刀盤(pán)內(nèi)的卵石。”戴兵說(shuō)，“盾構(gòu)機(jī)在井下掘進(jìn)最快的時(shí)候一天能掘進(jìn)12米，遇到卵石聚集的時(shí)候一天下來(lái)最多掘進(jìn)4.8米。”
經(jīng)過(guò)參建各方的共同努力，“金城5號(hào)”、“金城6號(hào)”泥水平衡盾構(gòu)機(jī)先后下穿銀安路、黃河北岸中間風(fēng)井、北濱河路、濕地公園，繼2015年12月31日“金城5號(hào)”盾構(gòu)機(jī)成功穿越黃河河道后，“金城6號(hào)”盾構(gòu)機(jī)也于今年1月30日順利完成迎馬區(qū)間下穿黃河作業(yè)任務(wù)。至此，迎馬穿黃區(qū)間雙線隧道成功實(shí)現(xiàn)雙線穿越黃河。蘭州晚報(bào)記者杜志超
