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厦门地铁建设者善于攻坚 国内首创20多项新技术

来源:888贵宾会 发布日期:2019-11-18 09:59 浏览次数:
【地铁2号线海底隧道全长2784米】
●施工方法:泥水平衡盾构法
●项目特点:(1)国内首条海底盾构地铁隧道,海底穿过18种不同地质,其复杂程度,超越以往水下隧道工程;
(2)国内首创新技术、新工艺20多项,其中9项技术成果已申报国家技术专利。
【地铁3号线过海段全长4898米】
●施工方法:矿山法、盾构法
●项目特点:(1)厦门本岛至翔安片区的快速跨海连接通道;
(2)海域矿山法段全长约2600米,分布着大小不均的9条风化槽,总长度占比高达23%——这一比例远远高于当年的厦门翔安海底隧道,在同类型海底隧道中也十分罕见。
 
地铁3号线过海区间施工现场。(本报记者王协云摄)
厦门网讯(厦门日报记者陈运军殷磊吴海奎林施赟通讯员李琳朱俊博)修建地铁不容易,在海底修地铁,更是难上加难。厦门本岛中心与岛外各组团之间有海域和山体组成的自然隔断,修建跨海地铁,是厦门实现跨岛发展的必然选择。
按照近期建设规划,厦门共有三条跨海地铁,分别是地铁1号线、2号线、3号线,构建三向出岛的轨道交通骨架网络。其中,2号线、3号线过海段均是海底隧道。海底地质复杂,施工难度空前。特别是2号线,它是国内首条海底盾构地铁隧道,是迄今为止厦门地铁建设进程中最难啃的“硬骨头”。不过,工程人员凭着智慧和毅力,啃下了一块块“硬骨头”,创造了国内地铁修建史上的多个第一。
中国工程院钱七虎院士对2号线工程给出了这样的评价:“在极端复杂的地质条件下,采用的不良地质处理、设备选型、参数配置和施工技术方案总体合理,掘进效率总体处于较高水平。”2号线过海段共采用了新技术、新工艺20多项,9项技术成果已申报国家技术专利,为今后海底隧道建设积累了宝贵经验,储备了重大关键技术。
【为海底“体检”】
在航道“空窗期”钻探加密补勘查清“漏网”孤石
 
地铁2号线铺轨现场。(本报记者王协云摄)
如果把开挖海底隧道比作一场大型“手术”的话,那么,“术前”要对海底做全面而又细致的“体检”,掌握海底的地形地貌、地质情况,从而确定“手术”方案。
据介绍,地铁2号线、3号线过海段的勘查,都经历了初勘、详勘和加密补充勘查等三个阶段。
相比于陆上勘查,海上勘查难度要高很多,需要借助大型工程船舶搭建钻探平台,勘查期间,还要克服海上风浪、潮汐等带来的影响。更难的是,地铁2号线海上钻探位于西海域,是厦门最繁忙的海上运输区域,特别是3月-10月期间,航道中航行的船舶更是星罗棋布,而钻探要在繁忙的海运时刻表中“见缝插针”。为了求得一个短暂的“空窗期”钻探施工时间,建设单位每周都需召集海事、航道、港口、码头等17个部门开展协调会。这样的会议召开不下10次,各方耐心细致配合,最终完成了全部航道钻孔的钻探。
在地铁2号线过海段勘查期间,工程人员共完成海上钻孔236个,钻探长度达9000余米,另外还完成了47.5公里的海上地震勘探工作,为设计方案及施工方法的选择提供了翔实的地质依据。由于西海域段主要底层为花岗岩,风化后的土层中普遍残留孤石。为进一步查清“漏网”孤石,工程人员还进行了加密补充勘查。
“体检报告”也能为“手术”方案的选择提供依据。比如,地铁2号线隧道穿越的海底区域有18种不同地质,不稳定的软硬岩石纵横交错——在这样的地质条件下,用传统爆破的方法极有可能发生透水坍塌事故,最终选择了风险相对较低、对环境影响较小的泥水平衡盾构法。而地铁3号线过海段,有两段区域地质情况差异明显,地质较硬的用了矿山法,地质较软的则用了盾构法。
【突破“孤石群”】
用泥浆特制保护膜在“地质博物馆”里填补岩石缝隙
 
2019年5月28日,地铁3号线岛内段最长矿山隧道顺利贯通。(资料图/本报记者王协云摄)
厦门地铁2号线穿越的海底隧道全长2784米,仅仅3分钟的车程,可打通这条隧道却整整花了将近4年的时间。这是我国首条开工建设的海底盾构地铁隧道,它要穿越的海底区域,位于太平洋火山地震带,共有18种不同地质,可以说是“地质博物馆”,其地质结构复杂程度,超越以往所有的水下隧道工程项目。
在这样的地质条件下,施工方采用了更为保险的泥水盾构施工法。庞大的盾构机在厦门海底像“钢铁蚯蚓”一样,刀盘的刀头旋转削切下施工区域前的岩土,再通过管道注入泥浆,让泥浆携带岩土输送到地面上来。盾构机不怕整块的坚硬岩石,也不怕松软的沙土,最怕的就是软硬混在一起的孤石群。
地铁2号线过海段盾构机在海底行进到600米时,意外发生了——盾构机被卡在孤石群,怎么也往前推进不了。唯一的方法是工人进入到盾构机的前端,手动清理卡在刀盘中的孤石。由于盾构前端区域气压非常高,其工作难度之大超乎想象,全国仅有几百人拥有从事这项高危工作的资质。
工作人员人工清理孤石时,新的意外又出现了:施工区域的海底正在漏气,一旦气体不断泄漏,前舱随时可能发生岩土坍塌甚至海水倒灌的灾难性后果。如何堵住岩石之间缝隙造成的漏气?为了破解难题,建设方请来了国内顶尖专家。科研团队经过上百次的试验,研制出一种特制的泥浆,将其注入开挖区域,让泥浆在开挖区域形成一层保护膜,以此堵住漏点。通过实地测试,这层泥膜确实有效填补了开挖区岩石的缝隙。
经过100多天的不懈努力,危机解除了,抢修人员可以再次进入开挖区清理孤石。被困在海底的盾构机终于突破了13.5米宽的孤石群,继续向海底掘进。
据统计,在1000多个日夜的施工期内,厦门地铁2号线跨海段建设团队打败了一只又一只“拦路虎”:整条跨海隧道累计带压进舱3475次,人工清理孤石1000多立方米,海上爆破处理孤石2519立方米,海底破碎地层土体加固64916立方米,海底换刀712把……这在国内隧道施工史上罕见。
地铁2号线过海段项目实现了国内首次海上孤石及基岩凸起处理,国内首次海底冷冻法施工,采用衡盾泥保压等国内首创新技术、新工艺20多项——其中9项技术成果已申报国家技术专利,这为今后海底隧道建设积累了宝贵经验,储备了重大关键技术。
【攻克风化槽】
外脆内软如“夹心饼干” 注射双液浆固化后再炸碎一次爆破仅能开挖0.5米
 
地铁3号线风化槽施工。(中铁隧道局集团供图)
医生在给病人动手术时,最怕动脉破裂,导致大出血,修建海底隧道也是如此。海底隧道上方和海水直接相连,水头压力最大可达80米,相当于隧道每平方米承受40辆小汽车的压力,一旦发生塌方,海水涌入,沙石俱下,将造成灾难性后果。
地铁3号线海域矿山法段全长约2600米,分布着大小不均的9条风化槽,总长度占比高达23%。这一比例远远高于当年的厦门翔安海底隧道,在同类型海底隧道中也是十分罕见。这些风化槽段,如同外脆内软的“夹心饼干”,两边坚硬的岩石裹着含水、破碎、夹泥的软岩,与海水相连——不动它时,结构稳定,一旦有外力轻轻一捏,就有可能破碎,给工程带来了巨大安全隐患和施工风险。
为解决风化深槽对施工造成的影响,工程人员通过超前地质预报准确掌握地质情况,同时采用了提前注射双液浆的方式。双浆液为水泥浆和水玻璃配比而成的,凝结快了,喷头容易堵塞,凝结慢了,堵水效果不明显。注浆完,风化槽被固结后,再进行爆破开挖。爆破时,更要小心翼翼,精确使用炸药,一次爆破仅能开挖0.5米,其风险犹如在“刀尖上跳舞”。
右线F1风化深槽长达290米,是地铁3号线海域矿山法段最长的、地质条件最差、施工风险最高的风化深槽,涌水、渗水、掉块次数最多。为了“消灭”它,工程人员用了13个月,共计16个注浆开挖循环,2019年9月25日,这段风化槽成功贯通,为隧道全线贯通奠定了坚实基础。
据介绍,地铁3号线过海段矿山法段项目共需爆破8500余次,共需雷管59万余发。
【解疑】
 
市民乘地铁1号线可欣赏跨海段美景。(资料图/本报记者黄少毅摄)
●问题一:为什么地铁1号线采用高架桥方式过海,而2号线、3号线却用海底隧道?
地铁1号线,从高崎到杏林过海段,正好跟集杏海堤线路基本重合,建设方在海堤开口改造工程进行前就做了预留工作,架设高架桥,从而节约成本、降低风险,同时,打造出“海景地铁”,让旅途更精彩。而地铁2号线和3号线没有这个“先天条件”,且位于主航道、白海豚保护区等,通过前期方案比选,更适合建海底隧道,且地质条件、技术条件也允许。
●问题二:水越深水压越大,那海水会把地铁隧道压塌吗?
地铁2号线过海段最深位于海平面60米以下,受到的海水压力确实大,相当于一个指甲盖大小的地方,要承受住6公斤的压力。不过,海底隧道的设计是符合安全要求的,首先,选择围岩条件比较好的地方下穿;其次,隧道的形状是圆形的,可以很好地分散压力;再次,隧道管片或者衬砌都是用比较好的钢筋混凝土,结实耐用,而且做了严格的防水处理,所以,安全是有保障的。
●问题三:海底隧道如何通风?
地下隧道需要通风换气,因此要修建风道。地铁2号线过海段正好经过海上的小岛——大兔屿,工程师们巧妙利用大兔屿修建竖井作为风道。地铁3号线过海段则利用施工斜井作为风道。隧道上方每隔一段距离,就安装有风扇,可以把新鲜的空气“接力”传送到隧道内。