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全国内陆直径最大盾构机——“和平号”平稳穿越蛇山

全国内陆直径最大盾构机——“和平号”平稳穿越蛇山

发布时间:2022-06-24 08:55 来源:湖北日报

武汉市和平大道南延线(中山路—张之洞路)工程隧道内,施工人员正在对“和平号”盾构机进行检查。

279把刀具切割硬似钻石的岩层,维修时得请专业潜水员戴着呼吸面罩进舱更换;刀盘前进的驱动力相当于280台特斯拉同时开足马力,行进误差却必须控制在毫米级;最难走的区域每走100米就有40米的溶洞,可谓险象环生……

这是武汉市和平大道南延线工程面临的困难。2021年9月10日盾构机“和平号”始发时,该项目曾创下“全国之最”:国内最大单洞双层城市道路隧道、采用内陆最大直径盾构机施工、克服极其复杂的施工环境条件。

6月22日,记者从武汉城建集团获悉,和平大道南延项目盾构工程已完成整体进度的60%,将于今年10月前实现贯通,2023年全线建成通车。

01?盾构现场几乎不见泥点

在该项目工地,乘坐直达电梯来到地下约30米深处,可以看到直径约16米、高近四层楼的隧道已经成型,四壁用浅灰色的管片拼装成一圈圈圆环,往前延伸,如同一条长蛇蜿蜒于地底,一眼望不见头。工人们正在建设中板,将隧道分隔为上下两层车道。

武汉城建集团建设管理有限公司副总经理黄永华介绍,“单洞双层”是指用一台盾构机掘出一条隧道,分为上下双层,均可走车。“本项目上下两层可满足双向六车道通行,规模居全国之最。”为了建成这样的隧道,武汉城建集团特地定制了一台名为“和平号”的盾构机,长136米、重4700吨,开挖直径16.03米,创全国内陆地区盾构机直径之最。

记者注意到,不同于其他盾构机施工现场,这里的环境干净整洁,连泥点也很少见到。“盾构机挖出的泥土、石块都到哪里去了?”

“‘和平号’采用泥水平衡盾构法,挖出来的泥土、石块直接粉碎成泥浆,从这条管道输送出去了。”黄永华指着隧道内两根一米来宽的管道说,一条管道进水,一条管道出浆。这一作业方法不仅让施工现场干净,还提高了作业精细度,因此多用于穿江穿湖及地质条件较为复杂、盾构直径较大的隧道。“其他隧道多采用土压平衡法,挖出来的泥土、石块直接用平板车拖走,所以满是泥泞。”

02?盾构机形如“太空飞船”

在地底乘电瓶车前行约15分钟,方才见到“和平号”,远看如同一艘通体白色的“太空飞船”,航行于漆黑的地底,科技感十足。

武汉城建集团建设管理有限公司一级经理袁亮介绍,“和平号”由四部台车组成。其中一号台车如“龙头”,负责向前掘进;二、三号台车是“龙身”,负责施工,不断从后方运来管片和箱涵,拼装成隧道的外壳和内胆;四号台车是“龙尾”,负责供应水、电、气等。

进入一号台车的头部,只见直径约16米的巨型刀盘,正在22台电驱千斤顶的驱动下缓缓转动。袁亮介绍,刀盘的另一侧装有279把刀具,分为滚刀、刮刀、边刮刀和撕裂刀等不同类型,跟着刀盘旋转,不断将前方地底的岩石刮破、撕裂、剥落。被挖下来的泥土和石块被粉碎成泥浆后运出。然后,盾构机再由边缘56台千斤顶顶推前行,周而复始……

56台千斤顶一同发力,相当于280台特斯拉同时开足马力。而在地底驾驭这样一头“钢铁巨兽”向前行走,精度误差却不能超过50毫米。“整个盾构机前后、四壁都设了激光导向靶,时刻监控方位数据并不断调整参数,确保始终在预定轨道上行进。”

03?维修刀具需专业潜水员上场更换

“和平号”的另一挑战,是要连续穿越石英砂岩、硅质岩、灰岩、泥质砂岩、泥岩、页岩等17种地层,不仅转换频繁,而且其中最硬的石英砂岩强度高达197兆帕,仅次于钻石(200兆帕)。

“这导致盾构机的刀盘、刀具磨损严重,最频繁时几乎一个月就要做一次检修和更换。”黄永华介绍,因“和平号”采用泥水平衡式盾构法,刀盘前方的气压达到4.5个大气压,即正常环境的4.5倍,普通工人根本无法承受。为此,项目部聘请专业潜水员,戴着呼吸面罩才能进舱维修。“进舱时,潜水员要加压十几分钟,出舱作业80分钟后必须返回,并减压2.5小时才能出来。整个过程中,专业医生必须全程待命,危险系数极高。”

此外,“和平号”还要通过一段长约730米的灰岩地段,其岩溶发育强烈,见洞率达到40%以上,相当于每掘进100米就有40米是溶洞。而且该地段地面房屋密集,无法对溶洞进行探测和预处理。“如果盾构机不小心挖进了溶洞里,后果不堪设想。”

为此,“和平号”在国内首次在盾构机上采用超前物探系统和钻注一体式超前地质钻机。掘进时,超前物探系统可以不断发射超声波,检测前方区域的地质状况,一旦发现有溶洞会马上叫停。随后,盾构机头部会伸出钻机,往溶洞里注入混凝土浆,待混凝土将溶洞填满、凝固后,盾构机才在混凝土上继续掘进。

据介绍,该隧道还与已投入运营的武汉地铁5号线平行布设,最小平面投影距离仅10米;隧道下穿武昌古城,沿线500余座老旧民房基础薄弱、自身稳定性差,且不具备地面加固条件。因此,整个项目对盾构施工精度、沉降要求极高,成为国内施工技术含量和难度最大的项目之一。

04?武昌三大主干道有望疏通“肠梗阻”

武昌蛇山位于长江东岸,因绵亘蜿蜒、形如伏蛇而得名。其头临大江,尾插闹市,在中山路截断了和平大道,使其成为“断头路”,导致从中山路到张之洞路必须绕行临江大道,徒增4.1公里车程。和平大道南延线建成后,北接和平大道,南连武金堤路,全长3042.5米,双向六车道,设计时速50公里。届时,车辆走隧道从中山路到张之洞路,5分钟即可直达,可有效缓解武昌东西顺江方向的交通压力。

武汉城建集团建设管理有限公司相关负责人介绍,武汉江南片区的主干道均按东西顺江方向,由北向南平行布设,分别是临江大道、和平大道、友谊大道、团结大道和中北路—中南路。受山水阻隔及城市发展影响,几乎每条道路都存在“肠梗阻”现象。

作为武汉城市建设的平台企业,近年来,武汉城建集团先后承接了临江大道、和平大道和友谊大道三条主干道的改造提升工程,打通“断头路”,并实施快速化改造。“尤其是和平大道北、中、南三段完成建设与改造后,将形成北起东三环、南至武金堤的大通道,成为武汉江南片区首条贯穿市域的主干道。”

据介绍,自2020年9月重组以来,武汉城建集团在基础设施建设领域已累计投资超600亿元,实施道路工程37个,新建、改造城市主干道65公里,建成三环线内微循环路网(次支路)、打通“断头路”18条。


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