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福州地铁攻克世界级穿江难题 4号线金洪区间左线贯通
2023-01-18 10:32:56来源:福州晚报编辑:陈洪亮责编:胡晓萌

  原标题:福州地铁攻克世界级穿江难题 4号线金洪区间左线贯通 右线难度甚于左线,下穿地质断裂带交会处,1个月仅能掘进4米

福州地铁攻克世界级穿江难题 4号线金洪区间左线贯通

地铁4号线金洪区间穿江示意图。

  近日,在闽江大道地下30米,盾构机刀盘徐徐切削地连墙后破墙而出,刀盘精准进入钢套筒,标志着福州地铁4号线金牛山站至洪塘站区间(简称“金洪区间”)左线盾构(上游)顺利接收。至此,4号线全线隧道已完成98.8%。

  接下来,福州地铁春节不停工,120多人将全力攻坚金洪区间右线隧道(下游)。该隧道全长1185.42米,盾构下穿位于洪山桥附近的闽江底两条地质断裂带交会处,江面宽约440米,险关重重。

  “金洪区间过江段涉及27种地层,隧道断面占21种。施工过程中,由于地质复杂,导致频繁发生开挖面坍塌、刀具异常损坏等情况,右线掘进风险甚于左线隧道。”上海隧道工程有限公司福州地铁4号线1标盾构总工杨燚说,早在施工前期,中国工程院院士卢耀如等专家就把此处的施工评判为世界级难题。

  冲破重大风险源 过江段左线贯通

  自2021年4月11日左线盾构始发,至2023年1月11日洞通,耗时640天。其中450天攻坚440多米过闽江段施工,施工工效不足1米/天,是在普通地层中日常掘进速度的十分之一。

  盾构机在上软下硬的复合地层中掘进本就艰难,又遇上多处岩脉区域常产生基岩突起,造成机体刀盘刀具磨损严重,不得不频繁开仓作业清除石块、换刀。全过程累计损坏刀具140余把,工人轮班高压进仓作业850余次,共打捞石块900多立方米。

  面对“盲盒”一样的复杂地质,加上闽江暗流翻涌的水文条件,上海隧道工程有限公司福州地铁4号线1标盾构经理樊俊松说:“每一天都有可能遇到新问题、新风险。大家都如履薄冰,一刻也不敢松懈。”

  就在左线接收前20米处,盾构机还在下穿附属风亭段突然遭遇长3.8米的辉绿岩孤石。为确保运营中的地铁5号线和风亭安全,施工方及时加注高分子材料,提升正面支护能力,调整推进参数,精准控制沉降;同时在风亭内外加密监测巡视频次,24小时实时监测分析数据,杜微慎防。经过推进班组、监测班组、技术人员两天两夜坚守,终于顺利“拿下”孤石,风亭监测沉降控制在1毫米内。

  此次左线隧道顺利贯通,标志着福州地铁4号线单线全线贯通,为福州地铁攻克过江和复杂地质难题积累了丰富经验。

福州地铁攻克世界级穿江难题 4号线金洪区间左线贯通

施工团队实时监控盾构作业。

  三座“大山”挡道 右线施工难度甚于左线

福州地铁攻克世界级穿江难题 4号线金洪区间左线贯通

盾构机刀盘精准进入钢套筒。

  左线接收之际,右线进入新的攻坚阶段,右线隧道的难题更加严峻。

  “虽然两条隧道相隔仅6米,但由于右线地处两条地质断裂带交会处,在地下形成了三座最难啃的、坚硬如钢又支离破碎的‘大山’。地质情况更加恶劣,施工难度更大。”樊俊松说,三大施工难题也给推进施工造成巨大困难。右线盾构于2021年10月18日开始过江,经过近15个月艰难施工,目前仅推进60米,施工工效急剧下降至4米/月。

  重难点一:“碎石带”导致“肠梗阻”,掘进1米开仓200多次。

  据介绍,去年11月底掘进至563环时,右线盾构正位于两条地质断裂带交会处上软下硬复合地层,破碎的大石块不断掉入泥水仓,导致环流严重堵塞,停滞不前。施工方权衡各种利弊后,决定聘请专业开仓队伍顶着高压进入盾构机气泡仓清理碎石块。

  工人连续20天不间断开仓作业,掘进1米最多要开仓200多次。在气泡仓内,工人承受着犹如在36米水下深潜的重压,还要徒手搬运大石块,每当有掉落的大石块尺寸大于前闸门无法直接掏出时,还要使用破石工具对石块进行破碎。他们像“蚂蚁搬家”一样把碎石块逐步清出,每次开仓用时5小时(1.5小时作业,3.5小时减压)仅能清理0.2立方米石块。在清理出20余立方米石块后,盾构机终于再次加速前进。

  重难点二:岩层成浆能力严重不足,导致盾构“血栓”。

  由于右线过江段岩石地层本身没有成浆条件,自盾构机掘进至岩石地层以来,泥水循环系统的泥浆指标不断下降,进而造成泥浆携渣能力降低,盾构机刀盘切削下来的石块带不出来,滞留在泥水仓和气泡仓内堵塞环流。这好比人体血液循环系统中出现血栓,导致血液循环受阻,整个机体也因此停摆。

  重难点三:超硬岩层和孤石频繁“磕牙”,稍有不慎就会“头破血流”。

  从勘测地质图纸可以看到,右线盾构途经路线的混合地质更为复杂,上软下硬的地质范围更广,孤石出现得更频繁,这是右线进度滞后于左线许多的原因。由于岩石段地层石块最高强度达161MPa,平均强度也有90MPa,相当于水泥马路的三四倍,嶙峋交错且坚硬的破碎地层常常会磨损刀盘上的刀具,使得盾构机的“牙齿”处于亚健康状态,破岩能力大打折扣。

  “先是磨‘牙’,然后就是‘牙床’,再进一步就是‘头破血流’了。”樊俊松介绍,刀具发生磨损如果不及时处理,会导致刀盘受损,水下维修及加固难度极大,严重的将危害整个盾构机和隧道的安全。

  除了上述重难点外,下穿既有建筑、下穿重要管线、下穿江河、穿越复合地层及全断面硬岩地层和孤石等盾构施工所能遇到的问题,几乎都在地铁4号线金洪区间右线过江段出现。

  十八般武艺上阵 破解各项难题

  预知风险点后,为了克服难题,福州地铁采取了优化推进参数、动态调整盾构正面压力、加大盾构机各密封油脂注入量、江面注浆加固破碎地层、江面应急船跟机巡视、在泥水循环系统中加入高分子材料、主动开仓检查更换刀具及清理大石块、加强设备检查维护保养等手段,全力保障穿江安全、高效、顺利。

  亮点一:国内首次应用,500吨位大船如“医”随形。

  据介绍,由于洪山桥段闽江常年水流湍急,紊流带来的漩涡足以让鹅毛沉底,每日两次潮汐涨落水位差高达5米,不同时段潮汐更是变化莫测,水文条件可与海上作业相提并论。为提前加固江底地质、做足应急救援的准备,福州地铁首次使用江面随行的大型施工保障船。

  这艘500吨位的船宽11米、长60米,通常应用于海上作业,用于过江盾构施工在国内是首次。这艘大船对过江盾构来说,好比一个随身医护。樊俊松说:“如果把过江隧道看作一条脊柱,这船能够给骨节断裂的地方做注入骨髓泥的手术,将碎块状的石头固结起来,稳定开挖地层,让盾构走到那些地方的时候更安全。”盾构过江过程中,这艘船也作为应急救援船全程跟班保驾,在江面巡视,守护江底盾构安全掘进。

  亮点二:高分子材料不间断“输血”。

  针对岩石地层无造浆能力问题,福州地铁立即决定启动新浆拌制系统,使用优质高分子材料每天不停歇拌制高黏度新浆加入泥水循环系统,每环加入新浆高达150立方米。虽然施工成本大大增加,但在一股股“新鲜血液”的注入下,终于保障盾构机可以再度前进。

  亮点三:创新建泥膜工艺,保障开仓作业顺利。

  针对岩石地层刀具磨损严重的问题,施工团队主动出击,根据推进参数提前预判刀具状态,每推进3米就主动开仓进泥水仓检查更换刀具。由于破碎带地层带压开仓保气困难,施工团队还创新建泥膜工艺,成功在破碎带地层4次建立优质泥膜并带压进入泥水仓作业,提高开仓作业效率,保障施工安全。(记者 赵铮艳 陈暖)

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