隧道穿黃紅砂巖難題成功實施破解
2016-04-05
兩大世界性難題
難題一：“從目前掌握的技術資料看，蘭州的地質條件是中國乃至世界最復雜、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險極大，要面臨盾構機在黃河河床高壓條件下更換刀具等諸多難題?！敝袊こ淘涸菏垮X七虎說。
難題二：“不遇水堅硬無比，小型挖機根本挖不動，遇水后迅速液化變成稀泥，基坑內滲水嚴重。這就是紅砂巖的特性。”負責蘭州軌道交通1號線一期工程盤旋路至五里鋪區(qū)間盾構施工的中鐵一局項目總經理魯佩林說。
多方攜手破解紅砂巖地質難題
采訪中記者了解到，1號線一期工程多個車站及區(qū)間需在紅砂巖底層下施工，其中，五里鋪站、五里鋪至蘭州大學區(qū)間、蘭州大學站、蘭州大學至東方紅廣場區(qū)間、東方紅廣場站為受紅砂巖底層影響最為嚴重的車站和區(qū)間。
2015年7月，在五里鋪車站深基坑施工現(xiàn)場，未受地下水浸泡的紅砂巖地層首次露出了它堅硬的外表，中鐵港航局項目部的工程師們第一次面露難色。經過項目部化驗室取樣后發(fā)現(xiàn)，該地層紅砂巖硬度與花崗巖相當?！斑@么高的硬度，以普通深基坑的施工方法肯定不行?！必撠煬F(xiàn)場施工的工作人員回憶起當時的場景說。
經過商討，項目部立即改變施工方法，采取先碎后挖的施工工藝，并加大在機械設備和專業(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，新的問題又來了。
“紅砂巖層下遇水，所有現(xiàn)場人員及設備后退至安全區(qū)域，砼噴隊參照應急方案，向基坑側墻注漿，應急人員進場，對底層下富水區(qū)域進行抽水作業(yè)?！绷璩苛泓c，剛剛結束夜間巡查的五里鋪車站總工程師盛其林焦急地對著手中的對講機大喊著，基坑西段南側出現(xiàn)了涌水涌砂情況。
“側墻外地層穩(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?！币粭l條回饋信息讓現(xiàn)場應急指揮員壓力稍減，20分鐘后，險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，大型機械垂直作業(yè)風險高，作業(yè)流程應該是先放坡作業(yè)，再進行注漿作業(yè)對涌水點進行封堵，最后土方開挖?！彪U情排除后，工程師們開始了對施工方案的調整，經過一夜商討，新的施工方案終于確定。一個月后，“金城12號”土壓平衡盾構機緩緩啟動，由中鐵一局項目負責施工的盤旋路至五里鋪區(qū)間開始盾構掘進。
2015年9月初，市委組織部邀請中國工程院院士錢七虎，西安理工大學副校長李言來蘭，針對紅砂巖地層下的深基坑和盾構施工問題進行指導。在兩個施工現(xiàn)場走訪調研后，兩位專家與參建單位各專業(yè)負責人從一摞摞的材料數(shù)據(jù)中尋找著破解地質難題的蛛絲馬跡。80歲高齡的錢院士邊記錄所反映的困難和問題，邊與大家研討。“縱觀現(xiàn)有的地質資料，蘭州的地質結構、地質條件在世界范圍內都是最復雜、最不利的，在沒有其他經驗借鑒的前提下，蘭州軌道交通的參建單位能把問題控制在現(xiàn)有的程度已經很不容易了?！?br />
兩位專家針對紅砂巖地質下的軌道交通車站、隧道施工開出了“良方”。兩家施工單位的工程師們根據(jù)專家的建議和前期模擬施工的技術數(shù)據(jù)，采取超前支護、超前注漿、穩(wěn)步掘進、多點監(jiān)測的工序流程，逐步破解了紅砂巖地質給施工帶來的困擾。目前盤旋路至五里鋪區(qū)間右線已完成雙線貫通，五里鋪車站已經完成主體結構40%以上的施工任務，爭取年內實現(xiàn)車站主體封頂。
值得銘記國內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史上一個值得銘記的日子，迎門灘至馬灘區(qū)間右線隧道成功穿越黃河。伴隨著盾構機的掘進，國內首條下穿黃河地鐵隧道工程成功完成。一個月后，左線隧道掘進至黃河南岸河堤，標志著該區(qū)間成功實現(xiàn)雙線隧道穿黃作業(yè)。
從迎門灘站盾構始發(fā)井進入迎馬區(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。在經過一段大轉彎后，隧道向黃河南岸馬灘站方向延伸。
隨著不斷深入，隧道內的溫度越來越高。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)掘進的“金城6號”泥水平衡盾構機已在眼前。中鐵十六局項目部相關負責人說：“左線隧道至此已穿越黃河，盾構機上方即是南濱河路。”
采訪中，記者了解到，地鐵隧道并非完全水平伸展，而是有一個適度的彎曲，以方便列車啟動提速?！敖鸪?號”盾構機目前所處的位置，恰好就是彎曲的隧道的最低點。
據(jù)了解，迎門灘至馬灘區(qū)間右線隧道長約1906米，左線隧道長約1908米，其中左、右線下穿黃河段長度均為404米。2014年11月1日，迎馬區(qū)間正式開始施工，由我國自主研發(fā)生產的泥水平衡盾構機“金城5號”從黃河北岸迎門灘站始發(fā)；2015年4月18日，“金城6號”泥水平衡盾構機同樣從迎門灘站始發(fā)，向馬灘站方向掘進。
說起隧道的建設，中鐵十六局項目總工程師戴兵說：“迎馬區(qū)間盾構施工需長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，盾構工法受底層條件與水文條件，以及隧道涌水、涌沙等風險影響，穿黃段盾構施工也曾被國內知名專家定義為‘世界性技術難題’?！?br />
在迎門灘施工場地大門的左手邊設有一個展架，展架上擺放著盾構機掘進時挖出來的卵石以及被卵石擊碎的盾構機刀片、刀頭?！耙环酵晾锏穆咽吭?5%至90%之間，挖出來的大的卵石粒徑一般在60公分左右?！贝鞅f。
盾構機掘進到濕地公園水域時碰到了采砂坑，采砂后留下的巨大沙坑和圍繞在沙坑周圍的卵石將盾構機刀頭卡死?！叭斯呵鍌}，為了不影響施工進度，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進入機艙，徒手清理卡在刀盤內的卵石?！贝鞅f，“盾構機在井下掘進最快的時候一天能掘進12米，遇到卵石聚集的時候一天下來最多掘進4.8米?！?br />
經過參建各方的共同努力，“金城5號”、“金城6號”泥水平衡盾構機先后下穿銀安路、黃河北岸中間風井、北濱河路、濕地公園，繼2015年12月31日“金城5號”盾構機成功穿越黃河河道后，“金城6號”盾構機也于今年1月30日順利完成迎馬區(qū)間下穿黃河作業(yè)任務。至此，迎馬穿黃區(qū)間雙線隧道成功實現(xiàn)雙線穿越黃河。蘭州晚報記者杜志超
