新华社:隧道股份不畏多重难度叠加 全力推进首条公铁合建盾构法隧道

2017-06

在江城武汉,波澜壮阔的长江江底,武汉市的第三条穿越长江的隧道——三阳路长江隧道正在紧张施工中。它全长2590米,直径15.2米,是长江中上游首条超大直径越江隧道,也是国内最大直径、世界首条公铁合建的盾构法隧道。

 

从上海著名国企隧道股份获悉,由其承建的武汉越江隧道,正在全力推进。

在江城武汉,波澜壮阔的长江江底,武汉市的第三条穿越长江的隧道——三阳路长江隧道正在紧张施工中。它全长2590米,直径15.2米,是长江中上游首条超大直径越江隧道,也是国内最大直径、世界首条公铁合建的盾构法隧道。

为保证施工质量,构筑精品放心工程,除自身不断地进行技术攻关外,施工方隧道股份上海隧道还会同建设方一起,邀请业内权威专家考察献计。中国科学院院士孙钧、中国工程院院士钱七虎、中铁六局集团有限公司陈建军、中铁十四局集团大盾构工程有限公司杨明金,以及中国土木工程学会、中国工程机械工业协会等诸多行业专家,先后赴工程实地考察。

世界级的高难度挑战

三阳路长江隧道工程是国内在建的最大直径盾构隧道,其采用的“巨无霸”盾构直径达15.76米,是现役世界第三大、中国大陆直径最大的盾构机,超过5层楼高。

同时,长江武汉段的水文、地质条件复杂,遭遇高石英含量的砂层、大粘度砂质泥岩和砾岩层,且隧道段长江水位落差达10米以上,隧道建设条件极为困难。孙钧院士和钱七虎院士均表示,超大直径隧道在如此复杂的复合地层中施工是“世界级难题”。

为推进三阳路长江隧道建设,项目引进了两台目前世界上最先进的盾构机,装备制造方、全球最大的盾构机制造商——德国海瑞克集团表示,“地层的复杂性,对直径超大的盾构来说挑战尤为突出”,“大断面盾构,跨越多层次的地层,对于盾构设计、施工来说都是难题。”面对复杂的地质情况,项目遍布欧洲、亚洲、美洲以及澳大利亚的海瑞克集团也直言挑战巨大。

“钻石层”的硬考验

三阳路隧道轴线所在地层,粉细砂层中石英含量高达70%,而石英晶体是自然界中硬度仅次于钻石的天然矿产。岩层中还含有大量由石英岩、石灰岩等硬质岩石组成的大直径骨架颗粒,最大直径可达20cm左右。更为艰难的是,盾构开挖面内的岩面最高达到了12.6米,也就是说盾构刀盘直接面对这些“钻石层”及不规则分布的“钻石颗粒”。而且,它们占据了整个开挖面积的80%。

“刀盘断面较大,分散在整个刀盘上每个轨迹的刀具相对较少,边缘刀具一分钟要跑超过70米”。如此大断面且“硬碰硬”的“亲密接触”,使采用高硬度和高耐磨的硬质合金材质制成的盾构刀具,也损耗严重。

为了加快施工效率,高耗磨损的刀具就要更换。在高水压的江底,更换刀具是一项大工程。“巨无霸”共配置常压可更换的先行刀79把,刮刀52把;带压可更换的刮刀160把,铲刀6组78个。常压换刀空间狭小,需人工攀爬长达8米、近三层楼高的直梯抵至刀臂底部,先拆后装,换好一把刀要花费整整4个小时。而带压换刀则更加困难,需要专业潜水员带压出仓,所承受的压力值相当于在48米的水深下进行作业。

自始发以来,两台盾构已更换刀具1000多把,隧道每推进40米就要停机更换一次。

“年糕团”的软折磨

江底两台“巨无霸”不止受到硬的考验,还要遭受软的“折磨”。复合地层中的强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩,粘土矿物含量高,黏性极大。它们组成的“年糕团”,极易造成盾构机刀盘开口的堵塞,导致刀盘频繁结泥饼。刀盘结了泥饼,就好似锐利的刀锋糊上了面团,再坚硬的刀具也无处着力。这严重阻挠了盾构机的正常掘进。

复合地层下的盾构机刀盘刀具配置本就非常困难,因为想要找到一种同时适配多种土层的刀具,几乎是不可能的。对同时面临“钻石层”和“年糕团”双重考验的三阳路长江隧道来说,其建设难度指数更是叠加式增长。

顶尖团队誓守建设一线

三阳路隧道建设团队此前曾参与过长江、钱塘江、甬江及珠海海域等诸多复杂地质和水文条件下的大直径隧道建设,拥有过硬的专业技术和丰富的建设经验,堪称行业内的“顶尖团队”。

正是这样一只队伍,始终坚守在隧道建设一线,争分夺秒、攻坚克难。

此前,为了让隧道早日贯通,三阳路长江隧道项目部300多名工作人员,在整个春节期间一天都没有休息过,每天“两班倒”,在隧道里一待就是12个小时。 “2017年对于7号线来说是很关键的一年,全体人员都做好了‘撸起袖子拼命干’的准备。”

目前,在经过多轮的专家调研、考察和论证后,三阳路后续施工已总结出一套针对性的解决方案,重点着眼于刀具切削效率提升和刀盘泥饼防治两个方面。一是根据不同复杂地层的特性,系统性、阶段性地优化刀盘刀具配置,提高刀具耐磨性,并通过增加先行刀、刮刀两个层次刀具的高差,科学提高切削效率。另一方面,科学采用相关物理及化学方法,如在泥水中添加离散剂等,从源头上消除泥饼或有效减低泥饼的形成。同时,通过增大中心冲洗泵功率及增加中心区域冲刷刀筒的数量,改善刀盘中心无开口区域的泥水携渣能力,有效减低刀盘正面泥饼的形成。

“长期摸爬滚打的一线建设经验,加上行业专家的可行性建议,对‘啃’下这块硬骨头,我们有更多的自信和底气。”隧道股份上海隧道现场技术人员表示,为早日实现全线贯通,项目部上下已卯足干劲,做好了排除万难的准备。

据预测,三阳路长江隧道建成后,单是下层地铁7号线日均可运送的过江客流都可达到25万人次,相当于20至30条常规公交线路的过江客流量,将进一步有效缓解武汉的过江交通压力,为江城武汉再添一条“过江巨龙”。