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    廈門地鐵建設者善于攻堅 國內首創20多項新技術

    來源:廈門日報 發布日期:2019-11-18 09:59 瀏覽次數:
    【地鐵2號線海底隧道全長2784米】
    ●施工方法:泥水平衡盾構法
    ●項目特點:(1)國內首條海底盾構地鐵隧道,海底穿過18種不同地質,其復雜程度,超越以往水下隧道工程;
    (2)國內首創新技術、新工藝20多項,其中9項技術成果已申報國家技術專利。
    【地鐵3號線過海段全長4898米】
    ●施工方法:礦山法、盾構法
    ●項目特點:(1)廈門本島至翔安片區的快速跨海連接通道;
    (2)海域礦山法段全長約2600米,分布著大小不均的9條風化槽,總長度占比高達23%——這一比例遠遠高于當年的廈門翔安海底隧道,在同類型海底隧道中也十分罕見。
     
    地鐵3號線過海區間施工現場。(本報記者王協云攝)
    廈門網訊(廈門日報記者陳運軍殷磊吳??质┶S通訊員李琳朱俊博)修建地鐵不容易,在海底修地鐵,更是難上加難。廈門本島中心與島外各組團之間有海域和山體組成的自然隔斷,修建跨海地鐵,是廈門實現跨島發展的必然選擇。
    按照近期建設規劃,廈門共有三條跨海地鐵,分別是地鐵1號線、2號線、3號線,構建三向出島的軌道交通骨架網絡。其中,2號線、3號線過海段均是海底隧道。海底地質復雜,施工難度空前。特別是2號線,它是國內首條海底盾構地鐵隧道,是迄今為止廈門地鐵建設進程中最難啃的“硬骨頭”。不過,工程人員憑著智慧和毅力,啃下了一塊塊“硬骨頭”,創造了國內地鐵修建史上的多個第一。
    中國工程院錢七虎院士對2號線工程給出了這樣的評價:“在極端復雜的地質條件下,采用的不良地質處理、設備選型、參數配置和施工技術方案總體合理,掘進效率總體處于較高水平。”2號線過海段共采用了新技術、新工藝20多項,9項技術成果已申報國家技術專利,為今后海底隧道建設積累了寶貴經驗,儲備了重大關鍵技術。
    【為海底“體檢”】
    在航道“空窗期”鉆探加密補勘查清“漏網”孤石
     
    地鐵2號線鋪軌現場。(本報記者王協云攝)
    如果把開挖海底隧道比作一場大型“手術”的話,那么,“術前”要對海底做全面而又細致的“體檢”,掌握海底的地形地貌、地質情況,從而確定“手術”方案。
    據介紹,地鐵2號線、3號線過海段的勘查,都經歷了初勘、詳勘和加密補充勘查等三個階段。
    相比于陸上勘查,海上勘查難度要高很多,需要借助大型工程船舶搭建鉆探平臺,勘查期間,還要克服海上風浪、潮汐等帶來的影響。更難的是,地鐵2號線海上鉆探位于西海域,是廈門最繁忙的海上運輸區域,特別是3月-10月期間,航道中航行的船舶更是星羅棋布,而鉆探要在繁忙的海運時刻表中“見縫插針”。為了求得一個短暫的“空窗期”鉆探施工時間,建設單位每周都需召集海事、航道、港口、碼頭等17個部門開展協調會。這樣的會議召開不下10次,各方耐心細致配合,最終完成了全部航道鉆孔的鉆探。
    在地鐵2號線過海段勘查期間,工程人員共完成海上鉆孔236個,鉆探長度達9000余米,另外還完成了47.5公里的海上地震勘探工作,為設計方案及施工方法的選擇提供了翔實的地質依據。由于西海域段主要底層為花崗巖,風化后的土層中普遍殘留孤石。為進一步查清“漏網”孤石,工程人員還進行了加密補充勘查。
    “體檢報告”也能為“手術”方案的選擇提供依據。比如,地鐵2號線隧道穿越的海底區域有18種不同地質,不穩定的軟硬巖石縱橫交錯——在這樣的地質條件下,用傳統爆破的方法極有可能發生透水坍塌事故,最終選擇了風險相對較低、對環境影響較小的泥水平衡盾構法。而地鐵3號線過海段,有兩段區域地質情況差異明顯,地質較硬的用了礦山法,地質較軟的則用了盾構法。
    【突破“孤石群”】
    用泥漿特制保護膜在“地質博物館”里填補巖石縫隙
     
    2019年5月28日,地鐵3號線島內段最長礦山隧道順利貫通。(資料圖/本報記者王協云攝)
    廈門地鐵2號線穿越的海底隧道全長2784米,僅僅3分鐘的車程,可打通這條隧道卻整整花了將近4年的時間。這是我國首條開工建設的海底盾構地鐵隧道,它要穿越的海底區域,位于太平洋火山地震帶,共有18種不同地質,可以說是“地質博物館”,其地質結構復雜程度,超越以往所有的水下隧道工程項目。
    在這樣的地質條件下,施工方采用了更為保險的泥水盾構施工法。龐大的盾構機在廈門海底像“鋼鐵蚯蚓”一樣,刀盤的刀頭旋轉削切下施工區域前的巖土,再通過管道注入泥漿,讓泥漿攜帶巖土輸送到地面上來。盾構機不怕整塊的堅硬巖石,也不怕松軟的沙土,最怕的就是軟硬混在一起的孤石群。
    地鐵2號線過海段盾構機在海底行進到600米時,意外發生了——盾構機被卡在孤石群,怎么也往前推進不了。唯一的方法是工人進入到盾構機的前端,手動清理卡在刀盤中的孤石。由于盾構前端區域氣壓非常高,其工作難度之大超乎想象,全國僅有幾百人擁有從事這項高危工作的資質。
    工作人員人工清理孤石時,新的意外又出現了:施工區域的海底正在漏氣,一旦氣體不斷泄漏,前艙隨時可能發生巖土坍塌甚至海水倒灌的災難性后果。如何堵住巖石之間縫隙造成的漏氣?為了破解難題,建設方請來了國內頂尖專家??蒲袌F隊經過上百次的試驗,研制出一種特制的泥漿,將其注入開挖區域,讓泥漿在開挖區域形成一層保護膜,以此堵住漏點。通過實地測試,這層泥膜確實有效填補了開挖區巖石的縫隙。
    經過100多天的不懈努力,危機解除了,搶修人員可以再次進入開挖區清理孤石。被困在海底的盾構機終于突破了13.5米寬的孤石群,繼續向海底掘進。
    據統計,在1000多個日夜的施工期內,廈門地鐵2號線跨海段建設團隊打敗了一只又一只“攔路虎”:整條跨海隧道累計帶壓進艙3475次,人工清理孤石1000多立方米,海上爆破處理孤石2519立方米,海底破碎地層土體加固64916立方米,海底換刀712把……這在國內隧道施工史上罕見。
    地鐵2號線過海段項目實現了國內首次海上孤石及基巖凸起處理,國內首次海底冷凍法施工,采用衡盾泥保壓等國內首創新技術、新工藝20多項——其中9項技術成果已申報國家技術專利,這為今后海底隧道建設積累了寶貴經驗,儲備了重大關鍵技術。
    【攻克風化槽】
    外脆內軟如“夾心餅干” 注射雙液漿固化后再炸碎一次爆破僅能開挖0.5米
     
    地鐵3號線風化槽施工。(中鐵隧道局集團供圖)
    醫生在給病人動手術時,最怕動脈破裂,導致大出血,修建海底隧道也是如此。海底隧道上方和海水直接相連,水頭壓力最大可達80米,相當于隧道每平方米承受40輛小汽車的壓力,一旦發生塌方,海水涌入,沙石俱下,將造成災難性后果。
    地鐵3號線海域礦山法段全長約2600米,分布著大小不均的9條風化槽,總長度占比高達23%。這一比例遠遠高于當年的廈門翔安海底隧道,在同類型海底隧道中也是十分罕見。這些風化槽段,如同外脆內軟的“夾心餅干”,兩邊堅硬的巖石裹著含水、破碎、夾泥的軟巖,與海水相連——不動它時,結構穩定,一旦有外力輕輕一捏,就有可能破碎,給工程帶來了巨大安全隱患和施工風險。
    為解決風化深槽對施工造成的影響,工程人員通過超前地質預報準確掌握地質情況,同時采用了提前注射雙液漿的方式。雙漿液為水泥漿和水玻璃配比而成的,凝結快了,噴頭容易堵塞,凝結慢了,堵水效果不明顯。注漿完,風化槽被固結后,再進行爆破開挖。爆破時,更要小心翼翼,精確使用炸藥,一次爆破僅能開挖0.5米,其風險猶如在“刀尖上跳舞”。
    右線F1風化深槽長達290米,是地鐵3號線海域礦山法段最長的、地質條件最差、施工風險最高的風化深槽,涌水、滲水、掉塊次數最多。為了“消滅”它,工程人員用了13個月,共計16個注漿開挖循環,2019年9月25日,這段風化槽成功貫通,為隧道全線貫通奠定了堅實基礎。
    據介紹,地鐵3號線過海段礦山法段項目共需爆破8500余次,共需雷管59萬余發。
    【解疑】
     
    市民乘地鐵1號線可欣賞跨海段美景。(資料圖/本報記者黃少毅攝)
    ●問題一:為什么地鐵1號線采用高架橋方式過海,而2號線、3號線卻用海底隧道?
    地鐵1號線,從高崎到杏林過海段,正好跟集杏海堤線路基本重合,建設方在海堤開口改造工程進行前就做了預留工作,架設高架橋,從而節約成本、降低風險,同時,打造出“海景地鐵”,讓旅途更精彩。而地鐵2號線和3號線沒有這個“先天條件”,且位于主航道、白海豚保護區等,通過前期方案比選,更適合建海底隧道,且地質條件、技術條件也允許。
    ●問題二:水越深水壓越大,那海水會把地鐵隧道壓塌嗎?
    地鐵2號線過海段最深位于海平面60米以下,受到的海水壓力確實大,相當于一個指甲蓋大小的地方,要承受住6公斤的壓力。不過,海底隧道的設計是符合安全要求的,首先,選擇圍巖條件比較好的地方下穿;其次,隧道的形狀是圓形的,可以很好地分散壓力;再次,隧道管片或者襯砌都是用比較好的鋼筋混凝土,結實耐用,而且做了嚴格的防水處理,所以,安全是有保障的。
    ●問題三:海底隧道如何通風?
    地下隧道需要通風換氣,因此要修建風道。地鐵2號線過海段正好經過海上的小島——大兔嶼,工程師們巧妙利用大兔嶼修建豎井作為風道。地鐵3號線過海段則利用施工斜井作為風道。隧道上方每隔一段距離,就安裝有風扇,可以把新鮮的空氣“接力”傳送到隧道內。

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