10月30日,濟南黃河渡口旁,「泰山號」盾構機巨大刀盤破土而出,「萬裡黃河第一隧」濟南黃河隧道工程東線隧道率先貫通。這標誌著我國在建的最大直徑公軌合建盾構隧道取得重大進展,是人類歷史上首次穿越地上「懸河」。
「君不見,黃河之水『天上流』」
黃河攜帶著大量泥沙,到出海前不斷放緩、沉積,形成了地上懸河。在濟南濼口段,河床高出南岸天橋區地面5米,最大洪水位高出11.62米。
「萬裡黃河第一隧」濟南黃河隧道位於濟南城市中軸線上,全長4760米,其中盾構段長2519米,南接主城區濟濼路,北連新舊動能轉換先行區。
中鐵十四局集團項目部盾構經理董冰介紹,隧道採用兩臺開挖直徑達15.76米的超大直徑泥水平衡盾構機施工,管片外徑15.2米,隧道最低點位於河床下54米,最大水土壓力6.5巴,施工風險高。
待隧道建成後,「君不見,黃河之水『天上流』」,人們行駛其中,根本感受不到頭頂就是奔騰不息的黃河。
和堅石硬碰硬,巧吃「年糕」
掘進過程中,有最長1000米區間為鈣質結核「密集區」,最硬巖石強度達到45兆帕,相當於高鐵橋墩鋼筋混凝土的強度。最難的一次,26個小時只掘進了2米,取出58塊堅硬的石頭。
複雜的地質導致盾構機刀具嚴重磨損,刀齒崩斷,換刀作業頻次高,難度大。同時,大塊鈣質結核堵塞格柵,造成了泥水循環系統排漿困難,嚴重時可導致停機、管道被磨穿。
項目部改用新型成型管道,輪換管道提高使用壽命,在易磨管道位置提前焊接鋼板打「補丁」,和堅石硬碰硬,順利通過難關。
這段黃河下地層主要為粉質黏土層,盾構機刀盤易結泥餅,就像吃年糕粘牙一樣難以甩脫。
項目部技術人員研發應用「超大直徑泥水盾構廢棄泥漿環保處理及資源化關鍵技術」「高粘粒地層超大直徑泥水盾構防結泥餅技術」,針對黃河隧道地層特點,制定刀盤結泥餅判斷及位置檢測方法,研發一套泥餅形成的預測軟體,解決「粘牙」問題。
採用盾構法穿越「江河湖海城」,本身就是對環境影響最小的施工方式之一。「萬裡黃河第一隧」設計為雙管雙層公軌合建隧道,上層為公路雙向6車道,下層為軌道交通以及管線和逃生通道,實現了一次穿越黃河的利用率最大化,極大降低了對環境的影響。
市民福音,4分鐘「穿越黃河」
自2019年12月隧道東線正式盾構掘進以來,項目部充分發揮在水下大盾構施工領域核心技術優勢,在院士專家團隊指導下,依託大數據、BIM和物聯網技術,對隧道遇到的複雜難題進行了專項科研攻關。
穿越過程中,中鐵十四局集團李海振創新工作室已形成「超大直徑泥水平衡盾構穿黃施工掘進關鍵技術研究」等成果18項,報審專利13項,進一步提升了我國盾構隧道建造能力和技術水平。
歷時11個月,濟南黃河隧道東線順利貫通。目前西線隧道正按照計劃順利掘進,預計春節前貫通。
據介紹,這項工程是山東省新舊動能轉換標誌性工程,隧道計劃於2021年10月建成通車。屆時,濟南市民開車通過水下隧道,最快4分多鐘即可「穿越黃河」,比繞道濟南黃河大橋節約近一個小時,將打破黃河天塹對濟南城市發展的制約。