近日,十四局承建的兰州轨道交通1号线项目世纪大道至中间风井区间穿黄隧道左线主体结构建设完成。
2016年5月9日,由十四局承建的国内首条穿黄地铁盾构隧道贯通,标志着国内隧道建设史上第一个穿越黄河的地铁盾构隧道记录的诞生。时间再回溯到工程建设期,这段乘坐地铁半分钟就可通过的隧道,足修建了两年半的时间。
兰州轨道交通1号线穿黄区间位于黄河上游兰州段主河道,地处七里河断陷盆地内,施工中屡屡遭遇强透水、高水压、大粒径、高硬度、非均质、弱胶结的砂卵石地层。这段长达700多米的轨道交通穿黄隧道曾被中国工程院院士钱七虎称为“世界级施工难题”。
兰州轨道交通1号线一期工程东起兰州市城关区东岗镇,西至兰州市西固区陈官营,正线长26.78千米,于2014年初开工建设,由于地质结构复杂,开凿过程艰辛异常。根据线路规划,分别在奥体中心至世纪大道、迎门滩至马滩区间单线四次下穿通过黄河,区间长度分别为991米和1908米,属国内首个地铁隧道穿越黄河的工程。
根据目前统计,国内已穿越黄河的隧道工程有6个,分别为西气东输三次穿越黄河(宁夏中卫、山西永和县、河南郑州)工程、南水北调中线穿黄隧道工程(河南郑州)、兰州轨道交通1号线二次穿越黄河(甘肃兰州)工程。主要施工方法为钻爆法、顶管法和盾构法。兰州轨道交通1号线是国内目前唯一一条具备交通功能的黄河隧道。
兰州地铁项目负责人、十四局集团2017年度十大杰出青年吴遁介绍:“黄河地下卵石地层,卵砾石含量高,粒径大,卵石强度高达200兆帕,在施工过程中,盾构机始终穿行于高水压、大粒径、高硬度、高含量砂卵石地层的施工环境中,面临着盾构机漏浆失压、击穿河床、河水倒灌、刀盘卡死、排浆不畅、磨损严重等巨大风险。”
为了控制好黄河下方隧道的一系列问题,项目部先后组织了数十次专家论证会,2015年以来,钱七虎等专家学者多次来现场指导帮助。
结合黄河兰州段特有的地质状况,项目部对盾构机的配置、选型、掘进参数等一一进行分析论证,并对掘进过程中可能出现刀盘卡死、滞排等现象制定相应措施,有针对性地对掘进参数、土仓压力、泥浆比重及同步注浆进行调整和改进,优化盾构施工工艺,克服了卵石含量高、粒径大、强透水地层盾构施工的世界性难题。
穿黄施工技术课题依托的兰州地铁项目是中国铁建股份公司重难点项目,盾构穿黄施工需穿越强透水、无胶结、大粒径松散卵石地层,卵石含量高达81.95%,掌子面土体极易坍塌导致刀盘卡死。课题组通过试验研究,采取往土仓内注入高浓度膨润土和压缩空气,从而提高土仓整体压力,保持掌子面稳定,并通过回缩千斤顶和铰接油缸,迫使盾构机整体回缩,使刀盘掌子面脱离松散土体,顺利的解决了刀盘卡死故障。
另外该地层卵石孔隙比及渗透系数极大,水头压力高达3.0Bar,常规泥膜建造方式无法实现压气进仓作业,工程创新地采用了新型衡盾泥材料,通过盾尾止水环施作、盾体包裹、填仓渣土置换、分级保压、浆气置换、气体保压六个步骤,实现了掌子面松散土体衡盾泥材料高压渗透劈裂,形成了耐久稳定无渗水且气密性良好的泥墙,顺利解决了该地层压气作业困难这一巨大难题。
2017年7月7日上午,中国岩石力学与工程学会在北京组织科技成果鉴定会,对十四局集团有限公司主持完成的“强透水、大粒径卵石地层土压、泥水盾构组合穿越黄河综合施工技术”科研成果进行了鉴定,鉴定此项成果达到国际领先水平。
项目部在施工中没发生一起安全事故,没出现一次河床塌陷和河底冒顶险情,创造了最高日进尺15.6米,最高月进尺225米的好成绩,成型隧道无一处渗漏水现象,管片拼装、地表沉降均严格控制在允许范围之内。
工程建设中,中铁十四局还与中南大学、兰州交通大学组织了科研立项,根据施工具体实际,发表技术论文11篇,其中1篇被EI收录;发明专利6项。其中通过多次配比试验得出的“卵砾石地层泥水盾构泥浆配比工艺”具有良好的携渣性能和经济性。一个个技术难题的解决,为母亲河隧道及全线的贯通提供了保障。
路虽远,行则将至。回首这条艰难的、用智慧铺就的“穿黄”之路,黄河区间的地铁隧道贯通,填补了业内领域的空白,同时形成了一整套泥水盾构在高压富水、大粒径、高含量卵石层中的设计施工技术,获得了一整套宝贵的技术参数,为后续国内同类工程积累了宝贵的经验,也牢牢锁定中铁十四局在水下隧道领域的领先地位。
兰州穿黄地铁的成功贯通意义重大。兰州地铁1号线的建设拓展了兰州的发展空间,助推了兰州经济的发展,更是400多万兰州人民心之所向。将来,随着兰州轨道交通5条线的相继建成,兰州将跨入一个新的时代,兰州这颗“一带一路”明珠会更加璀璨。