泥漿沉淀池

 

　　盾構(gòu)機在2000多米長的掘進(jìn)區(qū)間，不僅要在全斷面卵石層中前行，還要下穿近600米寬的洛河底部，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及面臨的一系列施工難題可謂“世界級”。

 

　　今天，走進(jìn)施工現(xiàn)場，帶您了解盾構(gòu)機如何下穿洛河“潛水游”，并為您解答相關(guān)疑惑。

 

盾構(gòu)機主控室

 

　　地鐵2號線文博廣場站至九都西路站盾構(gòu)區(qū)間為東西雙洞雙線，西線長2017米，東線長2031米，其中約600米為下穿洛河段，是洛陽市首個下穿洛河的市政交通工程。

 

　　今年3月16日，“牡丹19號”盾構(gòu)機始發(fā)，按東線施工方案，先由地鐵2號線文博廣場站掘進(jìn)至牡丹橋南區(qū)間風(fēng)井；在風(fēng)井進(jìn)行下穿洛河前的維修和保養(yǎng)后，再下穿洛河進(jìn)入春園西路；最后抵達(dá)地鐵2號線九都西路站。隨后始發(fā)的“牡丹20號”盾構(gòu)機將承擔(dān)西線工程掘進(jìn)任務(wù)。

 

　　在施工現(xiàn)場，伴隨著被抽出的地下卵石撞擊泥水循環(huán)管內(nèi)壁的刺耳響聲，“牡丹19號”在安全掘進(jìn)數(shù)十米后繼續(xù)向前，在其內(nèi)部工作的十余名技術(shù)人員各司其職，密切關(guān)注電腦屏幕上的各項數(shù)據(jù)。

 

　　負(fù)責(zé)盾構(gòu)施工的中鐵隧道集團(tuán)項目總工程師王云峰說，為保證工程安全、高效推進(jìn)，技術(shù)人員兩班倒，24小時不間斷施工，由專人送餐到崗。前期掘進(jìn)已積累了大量實操經(jīng)驗，目前東線盾構(gòu)機掘進(jìn)效率穩(wěn)步提升，西線盾構(gòu)機整裝待發(fā)。

 

 

　　“河底泥土松軟，盾構(gòu)機掘進(jìn)速度應(yīng)該比在其他地方快吧？”如果您這么想，那就錯了，因為洛河下并非泥土層，而是富水卵石層，盾構(gòu)機穿行其中，困難重重。

 

　　王云峰說，從前期地質(zhì)調(diào)查結(jié)果來看，地鐵2號線文博廣場站至九都西路站盾構(gòu)區(qū)間地層為卵石層、黃土狀粉質(zhì)黏土、淤泥、雜填土地層。盾構(gòu)機在2000多米長的掘進(jìn)區(qū)間，不僅要在全斷面卵石層中前行，還要下穿近600米寬的洛河底部。

 

　　“下穿洛河施工區(qū)域卵石含量高，最大粒徑可達(dá)70厘米。同時，下穿洛河的雙隧道頂部距河床底面最小距離為13.1米，最大距離為16.4米。”王云峰說，這意味著盾構(gòu)機要始終穿行于高水壓、大粒徑、高硬度、高含量的卵石層中，不僅掘進(jìn)速度比在泥土層中慢得多，施工難度也大得多。

 

工人在“牡丹19號”內(nèi)部工作

 

　　03 多重不利因素疊加下穿洛河難度“世界級”

 

　　2016年5月9日，國內(nèi)首個地鐵隧道下穿黃河工程——蘭州軌道交通1號線穿黃盾構(gòu)隧道貫通。這條700多米長、修了兩年半的穿黃隧道，因地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、開鑿過程艱辛，其成功貫通被中國工程院院士錢七虎稱為攻克“世界級施工難題”。洛河與黃河蘭州段的地質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，都是全斷面卵石層，因此洛陽地鐵2號線下穿洛河段施工復(fù)雜程度與蘭州軌道交通1號線穿黃盾構(gòu)隧道高度相似，施工難度不在其下。

 

　　“單從大粒徑卵石含量、卵石層滲透系數(shù)兩方面對比，難度就可見一二。”王云峰說，下穿洛河施工層中粒徑大于60毫米的卵石含量比蘭州軌道交通1號線穿黃盾構(gòu)隧道的大粒徑卵石含量高出14.99%。卵石層滲透系數(shù)為140米/天，是蘭州工程的2.5倍多，打個不恰當(dāng)?shù)谋确?，就是把一桶水倒進(jìn)卵石層，一天能往下滲140米。滲透系數(shù)越大，卵石層的透水性越強，盾構(gòu)機穿行其中，難度又增加了一重。這些不利因素疊加，不僅加大了施工難度，而且容易引發(fā)難以預(yù)知的難題，如盾構(gòu)機漏漿失壓、擊穿河床、河水倒灌、刀盤卡死等。

 

 

　　針對洛河及兩岸特殊的地質(zhì)水文情況，中鐵隧道集團(tuán)專門打造了2臺泥水平衡盾構(gòu)機——“牡丹19號”“牡丹20號”，這在河南省市政建設(shè)領(lǐng)域尚屬首次應(yīng)用。

 

　　與洛陽市地鐵建設(shè)此前使用的土壓平衡盾構(gòu)機不同，泥水平衡盾構(gòu)機是通過加壓泥漿來穩(wěn)定作業(yè)面的。盾構(gòu)機刀盤后有一個密封隔板，將盾構(gòu)機前體分為兩個艙室即泥水艙和氣墊艙。特制的泥漿經(jīng)管道壓入泥水艙，待泥漿充滿整個泥水艙后，通過氣墊艙內(nèi)保壓系統(tǒng)對泥水艙內(nèi)的泥漿進(jìn)行加壓，形成泥水壓力室。被刀盤切削打碎的土砂石料與泥漿混合，通過管道輸送到地面的分離設(shè)備，泥漿可重復(fù)利用。

 

　　“泥水平衡盾構(gòu)機適用于地下水壓大、土體滲透系數(shù)大的地質(zhì)狀況，可以精確控制作業(yè)面的壓力，減小地層沉降。”王云峰介紹，“牡丹19號”和“牡丹20號”均全長103米，每臺重達(dá)500噸，開挖直徑為6.5米。

 

 

　　由于洛河水量豐富，卵石層滲透系數(shù)大，河床以下地層幾乎全是卵石，這給施工帶來許多技術(shù)難題，主要體現(xiàn)在三個方面，這也是大家疑問的集中點。

 

　　1. 穿越卵石層盾構(gòu)機會被“噎”住嗎？盾構(gòu)機在卵石層中掘進(jìn)，能應(yīng)付得了數(shù)不盡的卵石嗎？會不會被大個兒卵石“噎”住，動彈不得？

 

　　“會，不過我們有應(yīng)對方案。”技術(shù)人員指著工地上一堆西瓜大小的卵石說，這些都是盾構(gòu)機在掘進(jìn)中，卡在刀盤和泥水艙泥漿門處的石頭。因掘進(jìn)地層中存在很多大粒徑卵石，一旦發(fā)生瞬時堵塞，可能導(dǎo)致盾構(gòu)機氣墊艙內(nèi)格柵處堆積大量卵石，進(jìn)而造成盾構(gòu)機刀盤被卡、卵石滯排等問題。

 

　　為解決該問題，技術(shù)人員可沒少想辦法：對刀盤進(jìn)行加寬、加入耐磨合金，讓大粒徑卵石在刀盤處就盡可能地被切削；給盾構(gòu)機配置破碎機，對大粒徑卵石進(jìn)行破碎；在刀盤后設(shè)置攪拌棒，緩解泥漿門堵塞情況；增加多個采石箱，進(jìn)一步過濾進(jìn)入排漿管內(nèi)的卵石。

 

　　2. 盾構(gòu)機用的泥漿有啥不一樣？

 

　　下穿洛河期間，“牡丹19號”“牡丹20號”將在河床以下十幾米深的富水卵石層中前行約600米，掘進(jìn)中一旦出現(xiàn)泥漿“逃逸”、泥膜難形成等問題，可能導(dǎo)致地層坍塌、刀盤和盾構(gòu)機被卡等后果。

 

　　什么是泥膜？技術(shù)人員解釋，泥膜是盾構(gòu)機與作業(yè)面之間形成的泥漿包裹層，作用在于維持作業(yè)面穩(wěn)定，防止作業(yè)面坍塌。泥膜能否形成，是盾構(gòu)機能否順利掘進(jìn)的關(guān)鍵，而泥漿配比，是泥膜能否形成的關(guān)鍵，也是決定泥漿攜砂能力的關(guān)鍵。

 

　　為保證泥膜順利形成，技術(shù)人員不僅要保證作業(yè)面壓力平衡，還在盾構(gòu)泥水處理場設(shè)置了專用制漿設(shè)備，采用黏土、膨潤土及其他添加劑，研制出符合洛河卵石層特性的泥漿。

 

　　3. 盾構(gòu)機“牙口”咋樣？

 

　　“牡丹19號”“牡丹20號”下穿洛河期間，還要面臨一個難題，那就是刀盤磨損后，不具備進(jìn)艙更換的條件。

 

　　為減輕盾構(gòu)機在卵石層掘進(jìn)中刀盤磨損，技術(shù)人員通過取樣分析，詳細(xì)掌握了卵石層的特性及卵石分布規(guī)律，用加寬、加入合金等方法，增強了刀盤的耐磨度；安裝磨損檢測裝置，可對面板磨損、刮刀磨損進(jìn)行監(jiān)測；在刀具配置上，以滾刀為主，降低刀具在切削過程中與卵石碰撞導(dǎo)致的崩齒、掉刀風(fēng)險；在盾構(gòu)機上增設(shè)碎石機，隨時對出漿口進(jìn)行疏通，防止卵石堵塞出漿口……相當(dāng)于給盾構(gòu)機裝上了“鐵齒銅牙”。