武汉长江公铁隧道攻克世界级难度,突破“年糕团”与“钻石层”

2018-09-30 22:26 来源: 长江日报
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  武汉长江公铁隧道
  长江日报融媒体9月30日讯(记者张晟) 这是世界上首条公铁合建的盾构法隧道,武汉长江公铁隧道开工伊始就持续受到社会各界关注。2016年的国庆节期间,中央电视台《超级工程Ⅱ》纪录片第一集《中国路》就曾重点介绍过这一工程,并获得了海内外观众和网友的高度肯定。
  然而,世界级的工程也对应着世界级的难度:总重量4400吨左右的盾构机,全长达到了创纪录的167米;隧道断面达到195平方米,是2号线隧道的6倍多;隧道挖掘出来的土方有100多万立方米,出土量相当于建造一座上海金茂大厦的建筑体量;1360米长的“泥岩+砾岩”复合地质让盾构机举步维艰,最慢时掘进速度仅为每天1环,长度只有2米……
  为了保质保量建成这一工程,武汉地铁集团的建设者们攻克了4大难点,突破了复合地质的难题,上演了一幕幕值得武汉城市建设史永远铭记的画面。
  地质博物馆上开掘越江隧道
  全球首次分离始发盾构机
  武汉地铁集团有关负责人说,在推进武汉长江公铁隧道建设时,可以说能遇到的困难都遇到了,“总结说来就是,盾构机又大又重,运输困难;盾构机在地下被迫进行二次始发;基坑深度达到44.1米,地下水压巨大;地质复杂换刀频率超乎想象”。
  直径达15.76米,重量达4400吨,越江隧道的两台过江盾构机是名副其实的世界级“大块头”。2014年1月,这两台盾构机的生产订单下到了德国,经过定制生产再运送到武汉,前后花去2年时间。来到武汉时,盾构机被拆分成了一个个拱形部件。武汉地铁集团有关负责人说,从德国运至上海,再从上海来到武汉,两个“大块头”都是坐船而来。从码头运往市中心,其进城线路也是多部门协作才定下来的。
  “因为盾构机是‘三超’运输。”上述负责人说,“这‘三超’是指超高、超宽、超重,因此必须要精心选择运输线路,要不路上被电线杆等阻挡,根本送不到工地上来。为此,多个部门对运输线路进行反复选择、论证,最终才保证盾构机安全抵达。”
  然而,盾构机始发后又遇到了新问题。原来,整个盾构机全长167米,包括前方15.7米长的盾体和后面共6节、150多米长的车架。这么长的盾构机若整体始发将有两个困难:其一,安放如此大的盾构机,对基坑深度和长度都要求太高,现实中的施工场地不具备条件;其二,如果把167米长的整个盾构机完整始发,需要修建加长加大的场地,会增加几千万元的成本投入。
  技术人员们决定创新性采用“盾构分离始发技术”,让一部分盾构设备先忙起来,随着再拼接剩余部分,保证施工效率,并因此完成了全世界范围内第一次采用分离始发的方式。
  由于盾构机本身超大、超长,与盾构机相匹配的基坑也是国内同等规模断面中开挖深度最深的基坑,达到了44.1米。这也造成盾构机底部水土压力相当大。
  “又是第一次遇到。”项目部有关负责人表示,44.1米深处盾构施工,极大地提升了工程风险。与此同时,始发的盾构机姿势是一个下坡的形态,也会造成水土压力上下不一,密封牢固度受到影响。一旦对盾构机掌控不好,可能会发生“栽头”的情况。
  为了解决上述问题,工程人员针对性地做了一系列的工作,在始发掘进中,技术人员也以“如履薄冰”的谨慎态度,监控每一个数据,对每一个可能出现的危险点都反复论证和预判,把风险控制在最低点,确保盾构机始发后的绝对安全。
  武汉相对于国内外其他城市,地质条件显得特别复杂,也被形容为“地质博物馆”:软的、硬的、稀的、稠的什么都有,山体、溶洞、湖区、大江、大河一个不少。地下施工难度大,风险高。大武汉地下情况之复杂,曾被专家认定为“不适宜修地铁的城市”。
  针对江底“年糕团”与“钻石层”复合地质,技术人员们还对刀盘进行了改良,改变了刀具切削的原设计理念,效率大大提高。
  全世界都没见过的突发情况在这里出现了
  提升施工安全系数推动工程建设


  武汉长江公铁隧道剖面图
  武汉长江公铁隧道建设中所遇到的一些突发情况也是“从来没有碰到过的”。
  2017年8月11日,盾构机正像往常一样在长江江底掘进,突然,现场工人们听到了很大的水响声。
  怎么会有水声?到底出了什么事?
  情急之下,在无法第一时间确认问题源头时,工人们在30秒内立刻关闭了盾构机仓门,将盾构机刀盘及其后的法兰罐与后方隧道隔离。
  让人惊出一身冷汗的是,其后的48秒内,整个345立方米大的法兰罐就被长江的水和砂灌满。
  “要不是仓门关闭及时,后果就不堪设想了。好在我们现场处置很快,没有形成不可控的局面。”项目部负责人说。
  在接下来的3天时间里,潜水员多次进入法兰罐排摸,最终找到了原因:原来,坚硬的砾岩层在盾构机刮刀强大压力的作用下产生了反作用力,并将刮刀刀桶螺栓拉断,导致刀桶直接被弹回法兰罐内,此时盾构机上就出现了一个窟窿,江水、江砂立刻通过这个洞进入盾构机的法兰罐。
  “这是在全世界盾构工程中也从未遇到过的突发情况。那么大的盾构机,怎么可能会被石头打掉刀桶?但长江下方复杂的地质情况,就让这绝对不可能发生的情况发生了。”武汉地铁集团二级项目经理倪正茂说。
  最终,局面被完全控制,脱落的刀桶重新被固定,法兰罐内的江水和江砂也被及时清运掉,盾构机恢复了正常的工作。吃一堑长一智,考虑到江底砾岩硬度超普通混凝土三四倍,为了不再让这种突发情况发生,盾构机每推进5环,工作人员就要检查一次刮刀刀桶螺栓。
  经过反复研究,技术人员想到在刮刀后方加一层保护罩,哪怕再一次刮刀螺栓断裂,刀桶反弹后被保护罩挡住,也不会完全弹退至法兰罐内并在盾构机上形成一个窟窿。
  说干就干!保护罩很快被安装上去,并很快显示出了其威力。2018年1月12日,左线隧道施工过程中,再次出现刮刀螺栓断裂的情况。可由于安装了保护罩,刀桶未全部弹出,没有造成法兰罐浸没的情况,保护罩的实用性得到了证实,仅用了4个小时,技术人员就恢复盾构施工,将工程风险成功化解。
  不仅如此,项目部还在法兰罐前安排了专人值守,同时,法兰罐内也安装了摄像头,盾构操作室及中央监控室能够实时了解到法兰罐内的情况,这样能在第一时间了解到法兰罐内情况,并及时做出反应,处置可能发生的风险。同时,在制定处理方案时,技术人员也能够通过录像回放,清楚看到整个事情发生的全过程,这就能便于找到原因,指导解决方案的制定。
  【编辑:符樱】
  (作者:张晟)
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