福州地鐵攻克世界級(jí)穿江難題 4號(hào)線金洪區(qū)間左線貫通

地鐵4號(hào)線金洪區(qū)間穿江示意圖。

近日，在閩江大道地下30米，盾構(gòu)機(jī)刀盤徐徐切削地連墻后破墻而出，刀盤精準(zhǔn)進(jìn)入鋼套筒，標(biāo)志著福州地鐵4號(hào)線金牛山站至洪塘站區(qū)間（簡(jiǎn)稱“金洪區(qū)間”）左線盾構(gòu)（上游）順利接收。至此，4號(hào)線全線隧道已完成98.8%。

接下來(lái)，福州地鐵春節(jié)不停工，120多人將全力攻堅(jiān)金洪區(qū)間右線隧道（下游）。該隧道全長(zhǎng)1185.42米，盾構(gòu)下穿位于洪山橋附近的閩江底兩條地質(zhì)斷裂帶交會(huì)處，江面寬約440米，險(xiǎn)關(guān)重重。

“金洪區(qū)間過(guò)江段涉及27種地層，隧道斷面占21種。施工過(guò)程中，由于地質(zhì)復(fù)雜，導(dǎo)致頻繁發(fā)生開(kāi)挖面坍塌、刀具異常損壞等情況，右線掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)甚于左線隧道。”上海隧道工程有限公司福州地鐵4號(hào)線1標(biāo)盾構(gòu)總工楊燚說(shuō)，早在施工前期，中國(guó)工程院院士盧耀如等專家就把此處的施工評(píng)判為世界級(jí)難題。

沖破重大風(fēng)險(xiǎn)源

過(guò)江段左線貫通

自2021年4月11日左線盾構(gòu)始發(fā)，至2023年1月11日洞通，耗時(shí)640天。其中450天攻堅(jiān)440多米過(guò)閩江段施工，施工工效不足1米/天，是在普通地層中日常掘進(jìn)速度的十分之一。

盾構(gòu)機(jī)在上軟下硬的復(fù)合地層中掘進(jìn)本就艱難，又遇上多處巖脈區(qū)域常產(chǎn)生基巖突起，造成機(jī)體刀盤刀具磨損嚴(yán)重，不得不頻繁開(kāi)倉(cāng)作業(yè)清除石塊、換刀。全過(guò)程累計(jì)損壞刀具140余把，工人輪班高壓進(jìn)倉(cāng)作業(yè)850余次，共打撈石塊900多立方米。

面對(duì)“盲盒”一樣的復(fù)雜地質(zhì)，加上閩江暗流翻涌的水文條件，上海隧道工程有限公司福州地鐵4號(hào)線1標(biāo)盾構(gòu)經(jīng)理樊俊松說(shuō)：“每一天都有可能遇到新問(wèn)題、新風(fēng)險(xiǎn)。大家都如履薄冰，一刻也不敢松懈。”

就在左線接收前20米處，盾構(gòu)機(jī)還在下穿附屬風(fēng)亭段突然遭遇長(zhǎng)3.8米的輝綠巖孤石。為確保運(yùn)營(yíng)中的地鐵5號(hào)線和風(fēng)亭安全，施工方及時(shí)加注高分子材料，提升正面支護(hù)能力，調(diào)整推進(jìn)參數(shù)，精準(zhǔn)控制沉降；同時(shí)在風(fēng)亭內(nèi)外加密監(jiān)測(cè)巡視頻次，24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)，杜微慎防。經(jīng)過(guò)推進(jìn)班組、監(jiān)測(cè)班組、技術(shù)人員兩天兩夜堅(jiān)守，終于順利“拿下”孤石，風(fēng)亭監(jiān)測(cè)沉降控制在1毫米內(nèi)。

此次左線隧道順利貫通，標(biāo)志著福州地鐵4號(hào)線單線全線貫通，為福州地鐵攻克過(guò)江和復(fù)雜地質(zhì)難題積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。

施工團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控盾構(gòu)作業(yè)。

三座“大山”擋道

右線施工難度甚于左線

左線接收之際，右線進(jìn)入新的攻堅(jiān)階段，右線隧道的難題更加嚴(yán)峻。

“雖然兩條隧道相隔僅6米，但由于右線地處兩條地質(zhì)斷裂帶交會(huì)處，在地下形成了三座最難啃的、堅(jiān)硬如鋼又支離破碎的‘大山’。地質(zhì)情況更加惡劣，施工難度更大。”樊俊松說(shuō)，三大施工難題也給推進(jìn)施工造成巨大困難。右線盾構(gòu)于2021年10月18日開(kāi)始過(guò)江，經(jīng)過(guò)近15個(gè)月艱難施工，目前僅推進(jìn)60米，施工工效急劇下降至4米/月。

重難點(diǎn)一：“碎石帶”導(dǎo)致“腸梗阻”，掘進(jìn)1米開(kāi)倉(cāng)200多次。

據(jù)介紹，去年11月底掘進(jìn)至563環(huán)時(shí)，右線盾構(gòu)正位于兩條地質(zhì)斷裂帶交會(huì)處上軟下硬復(fù)合地層，破碎的大石塊不斷掉入泥水倉(cāng)，導(dǎo)致環(huán)流嚴(yán)重堵塞，停滯不前。施工方權(quán)衡各種利弊后，決定聘請(qǐng)專業(yè)開(kāi)倉(cāng)隊(duì)伍頂著高壓進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)氣泡倉(cāng)清理碎石塊。

工人連續(xù)20天不間斷開(kāi)倉(cāng)作業(yè)，掘進(jìn)1米最多要開(kāi)倉(cāng)200多次。在氣泡倉(cāng)內(nèi)，工人承受著猶如在36米水下深潛的重壓，還要徒手搬運(yùn)大石塊，每當(dāng)有掉落的大石塊尺寸大于前閘門無(wú)法直接掏出時(shí)，還要使用破石工具對(duì)石塊進(jìn)行破碎。他們像“螞蟻搬家”一樣把碎石塊逐步清出，每次開(kāi)倉(cāng)用時(shí)5小時(shí)（1.5小時(shí)作業(yè)，3.5小時(shí)減壓）僅能清理0.2立方米石塊。在清理出20余立方米石塊后，盾構(gòu)機(jī)終于再次加速前進(jìn)。

重難點(diǎn)二：巖層成漿能力嚴(yán)重不足，導(dǎo)致盾構(gòu)“血栓”。

由于右線過(guò)江段巖石地層本身沒(méi)有成漿條件，自盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至巖石地層以來(lái)，泥水循環(huán)系統(tǒng)的泥漿指標(biāo)不斷下降，進(jìn)而造成泥漿攜渣能力降低，盾構(gòu)機(jī)刀盤切削下來(lái)的石塊帶不出來(lái)，滯留在泥水倉(cāng)和氣泡倉(cāng)內(nèi)堵塞環(huán)流。這好比人體血液循環(huán)系統(tǒng)中出現(xiàn)血栓，導(dǎo)致血液循環(huán)受阻，整個(gè)機(jī)體也因此停擺。

重難點(diǎn)三：超硬巖層和孤石頻繁“磕牙”，稍有不慎就會(huì)“頭破血流”。

從勘測(cè)地質(zhì)圖紙可以看到，右線盾構(gòu)途經(jīng)路線的混合地質(zhì)更為復(fù)雜，上軟下硬的地質(zhì)范圍更廣，孤石出現(xiàn)得更頻繁，這是右線進(jìn)度滯后于左線許多的原因。由于巖石段地層石塊最高強(qiáng)度達(dá)161MPa，平均強(qiáng)度也有90MPa，相當(dāng)于水泥馬路的三四倍，嶙峋交錯(cuò)且堅(jiān)硬的破碎地層常常會(huì)磨損刀盤上的刀具，使得盾構(gòu)機(jī)的“牙齒”處于亞健康狀態(tài)，破巖能力大打折扣。

“先是磨‘牙’，然后就是‘牙床’，再進(jìn)一步就是‘頭破血流’了。”樊俊松介紹，刀具發(fā)生磨損如果不及時(shí)處理，會(huì)導(dǎo)致刀盤受損，水下維修及加固難度極大，嚴(yán)重的將危害整個(gè)盾構(gòu)機(jī)和隧道的安全。

除了上述重難點(diǎn)外，下穿既有建筑、下穿重要管線、下穿江河、穿越復(fù)合地層及全斷面硬巖地層和孤石等盾構(gòu)施工所能遇到的問(wèn)題，幾乎都在地鐵4號(hào)線金洪區(qū)間右線過(guò)江段出現(xiàn)。

盾構(gòu)機(jī)刀盤精準(zhǔn)進(jìn)入鋼套筒。

十八般武藝上陣

破解各項(xiàng)難題

預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)后，為了克服難題，福州地鐵采取了優(yōu)化推進(jìn)參數(shù)、動(dòng)態(tài)調(diào)整盾構(gòu)正面壓力、加大盾構(gòu)機(jī)各密封油脂注入量、江面注漿加固破碎地層、江面應(yīng)急船跟機(jī)巡視、在泥水循環(huán)系統(tǒng)中加入高分子材料、主動(dòng)開(kāi)倉(cāng)檢查更換刀具及清理大石塊、加強(qiáng)設(shè)備檢查維護(hù)保養(yǎng)等手段，全力保障穿江安全、高效、順利。

亮點(diǎn)一：國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用，500噸位大船如“醫(yī)”隨形。

據(jù)介紹，由于洪山橋段閩江常年水流湍急，紊流帶來(lái)的漩渦足以讓鵝毛沉底，每日兩次潮汐漲落水位差高達(dá)5米，不同時(shí)段潮汐更是變化莫測(cè)，水文條件可與海上作業(yè)相提并論。為提前加固江底地質(zhì)、做足應(yīng)急救援的準(zhǔn)備，福州地鐵首次使用江面隨行的大型施工保障船。

這艘500噸位的船寬11米、長(zhǎng)60米，通常應(yīng)用于海上作業(yè)，用于過(guò)江盾構(gòu)施工在國(guó)內(nèi)是首次。這艘大船對(duì)過(guò)江盾構(gòu)來(lái)說(shuō)，好比一個(gè)隨身醫(yī)護(hù)。樊俊松說(shuō)：“如果把過(guò)江隧道看作一條脊柱，這船能夠給骨節(jié)斷裂的地方做注入骨髓泥的手術(shù)，將碎塊狀的石頭固結(jié)起來(lái)，穩(wěn)定開(kāi)挖地層，讓盾構(gòu)走到那些地方的時(shí)候更安全。”盾構(gòu)過(guò)江過(guò)程中，這艘船也作為應(yīng)急救援船全程跟班保駕，在江面巡視，守護(hù)江底盾構(gòu)安全掘進(jìn)。

亮點(diǎn)二：高分子材料不間斷“輸血”。

針對(duì)巖石地層無(wú)造漿能力問(wèn)題，福州地鐵立即決定啟動(dòng)新漿拌制系統(tǒng)，使用優(yōu)質(zhì)高分子材料每天不停歇拌制高黏度新漿加入泥水循環(huán)系統(tǒng)，每環(huán)加入新漿高達(dá)150立方米。雖然施工成本大大增加，但在一股股“新鮮血液”的注入下，終于保障盾構(gòu)機(jī)可以再度前進(jìn)。

亮點(diǎn)三：創(chuàng)新建泥膜工藝，保障開(kāi)倉(cāng)作業(yè)順利。

針對(duì)巖石地層刀具磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，施工團(tuán)隊(duì)主動(dòng)出擊，根據(jù)推進(jìn)參數(shù)提前預(yù)判刀具狀態(tài)，每推進(jìn)3米就主動(dòng)開(kāi)倉(cāng)進(jìn)泥水倉(cāng)檢查更換刀具。由于破碎帶地層帶壓開(kāi)倉(cāng)保氣困難，施工團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新建泥膜工藝，成功在破碎帶地層4次建立優(yōu)質(zhì)泥膜并帶壓進(jìn)入泥水倉(cāng)作業(yè)，提高開(kāi)倉(cāng)作業(yè)效率，保障施工安全。

□相關(guān)鏈接

地鐵4號(hào)線最新進(jìn)展

地鐵4號(hào)線一期工程設(shè)23個(gè)車站，起于半洲站，途經(jīng)金山、鼓樓、晉安、倉(cāng)山片區(qū)，終于帝封江站。

截至目前，全線車站主體結(jié)構(gòu)已封頂，盾構(gòu)區(qū)間除金洪區(qū)間右線過(guò)江段外已全部貫通，全線隧道進(jìn)度98.8%，鋪軌進(jìn)度約96%，機(jī)電安裝及裝修施工進(jìn)度約90%。電客車目前已到場(chǎng)17列，其中10列已完成動(dòng)態(tài)調(diào)試。（記者 趙錚艷/文 陳暖/攝）