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近日,備受關注的福州地鐵4號線后通段傳來喜訊,洪塘站至金牛山站區間(以下簡稱“洪金區間”)右線盾構已順利穿過地底第二座“大山”,右線盾構掘進總體進度突破64%,意味著距離4號線后通段全線貫通又邁進了重要一步。
洪金區間過江段位于兩條地質斷裂帶交會處,右線隧道(下游)全長1185.42米,需穿越地下三座堅硬如鋼又支離破碎的“大山”,涉及27種地層,21種隧道斷面,共66種地質組合形式,地質條件十分復雜,是國內罕見的高難度盾構區間,該處施工被中國工程院盧耀如院士稱為世界級的施工難題。
福州地鐵4號線洪金區間
江面6次出現冒泡險情
工人們431個日夜輪班作業
據上海隧道工程有限公司福州地鐵4號線1標盾構經理徐征杰介紹,洪金區間右線隧道穿越的第二座地下“大山”處于兩條斷裂帶交會處最中心區域,盾構施工難度極高。
“這里地層的巖石異常破碎,盾構刀盤剛開始切削巖石,就發生大量碎石垮塌掉入開挖倉內堵塞環流,砸傷盾構機刀具和攪拌棒等部件,造成盾構機趴窩,無法前進。再加上斷面內有輝綠巖脈的侵入,正面巖層嚴重風化,巖層自穩能力差,遇水軟化極易形成大泥團塌落,堵塞盾構機的前閘門造成停機。長時間停機會導致盾構機頂部出現空洞,嚴重時與江水發生連通,引發江面冒泡險情。”徐征杰說,在第二座山掘進期間共出現6次江面冒泡險情,如果處置不得當將導致盾構機受困,江水回灌入隧道,造成危害全線網運營線路的嚴重后果。
復雜的施工現場
為有效應對風險,防止險情惡化,福州地鐵建立盾構施工風險專班,并邀請專家精準“把脈問診”,先后組織召開國內知名盾構專家咨詢會25次,綜合分析后最終采用先進行“泥水倉填倉+江面注漿加固”,再帶壓開倉清理砂漿及垮塌大石塊的方案處置險情。同時,在盾構機上方江面設置應急救援船巡視江面情況,加強數據監測,為盾構施工保駕護航。
據統計,6次江面冒泡險情處置時長達431天,江面注漿量達4650余立方米,帶壓清理砂漿和大石塊共780余次。
工作人員查看各類數據
工人頂著水下36米高壓
徒手清理大石塊500余方
“洪金區間的難,還主要在于極端艱苦的施工環境。”徐征杰介紹說,當大量的大石塊掉入盾構機開挖倉堵塞環流影響掘進,就只能讓工人開倉進行清理。
工人們要承受著在36米水下深潛的重壓,徒手搬運大石塊,每當石塊尺寸大于前閘門無法直接掏出時,還要使用液壓鎬等工具對石塊進行破碎,再化整為零“螞蟻搬家”式地把碎石塊逐步清出。
由于每班次帶壓進倉僅容3人,時長5小時,扣除作業前升壓1.5小時、出倉前降壓2.5小時,有效作業時間僅1小時,僅能挖出0.1~0.2立方米石塊。為了保障人員安全,在倉外,還需準備一位醫師、安排應急隊伍待命,持續向倉內輸送新鮮空氣,隨時以防不測。
在右線穿越第二座“大山”期間,共開倉2300余倉,清理大石塊550立方米。
盾構刀具更換損傷近40把
單環加入新漿達800方
巖層強度高也是此次盾構面臨的又一大難題,該區間巖層最高強度達162MPa,相當于普通水泥路面強度的5倍,且開挖面巖層犬牙交錯,推進中刀具磨損嚴重,還屢次發生磕碰撞傷的損壞情況,導致盾構機掘進參數多次發生異常,推進工效急劇下降。
施工單位多次安排工人帶壓開倉檢查,并在破碎帶地層創新建泥膜工藝,帶壓更換損傷刀具近40把。由于上軟下硬復合地層異常復雜多變,施工單位每推進0.5米,即跟進分析出渣渣樣,結合地層變化動態調整推進參數,并組織工程師深入分析研究,精細化管控。
此外,洪金區間盾構采用的是泥水盾構機,該類盾構機出渣方式為泥水循環攜帶式出渣,泥漿指標(黏度、比重)的高低直接影響著出渣的順暢性,由于第二座山巖石地層自身無造漿能力,盾構推進會導致循環泥漿指標越來越低,排渣越來越不暢,石塊滯排。施工方通過人工拌制高指標新漿加入泥水循環系統中提高指標,最為艱難時期單環加入新漿達800立方米,施工成本極大增加。
即將攻堅第三座“大山”
力爭4號線后通段早日開通運營
“洪金區間右線隧道距離貫通整體還剩余416.4米,其中江底第三座硬巖‘大山’有上軟下硬段31.2米,全斷面巖段78米。”據上海隧道工程有限公司福州地鐵4號線1標盾構總工楊燚介紹,第三座“大山“較第二座大山更接近河床,與閩江河水水力聯系更為緊密,全斷面巖中滲水量達30立方米/小時,本段巖層施工風險極大。后續施工中仍將面對圍巖軟硬嚴重不均、地層穩定性差易坍塌、刀具磨損嚴重、大石塊滯排、江面冒頂等風險。
根據最新進展,右線盾構機即將于1月底開始進入第三座“大山”。為此,福州地鐵多次組織施工單位認真總結施工經驗,結合專家意見提前對第三座“大山”破碎帶地層進行江面注漿加固。近日,在進山前停機全面檢查更換刀具,全面維保盾構機各重要系統,落實關鍵崗位作業人員,充分儲備盾構刀具、新漿材料等備件,蓄勢待發,向第三座地下硬巖大山發起總攻,力爭早日實現4號線后通段順利開通運營。
據了解,后通段還剩下半洲站、建新站、洪塘站、金牛山站等4個車站,主體結構施工已全部完成。目前盾構區間僅剩余洪金區間右線正進行施工建設,其余工程已基本完成。待右線貫通以后,還要進行區間聯絡通道、金牛山站附屬結構、鋪軌、機電設備的安裝和調試、裝飾裝修、接觸網等施工,并逐步開展后續相關驗收工作。