福州地鐵攻克世界級穿江難題 4號線金洪區(qū)間左線貫通

地鐵4號線金洪區(qū)間穿江示意圖。

近日，在閩江大道地下30米，盾構(gòu)機刀盤徐徐切削地連墻后破墻而出，刀盤精準進入鋼套筒，標志著福州地鐵4號線金牛山站至洪塘站區(qū)間（簡稱“金洪區(qū)間”）左線盾構(gòu)（上游）順利接收。至此，4號線全線隧道已完成98.8%。

接下來，福州地鐵春節(jié)不停工，120多人將全力攻堅金洪區(qū)間右線隧道（下游）。該隧道全長1185.42米，盾構(gòu)下穿位于洪山橋附近的閩江底兩條地質(zhì)斷裂帶交會處，江面寬約440米，險關(guān)重重。

“金洪區(qū)間過江段涉及27種地層，隧道斷面占21種。施工過程中，由于地質(zhì)復(fù)雜，導(dǎo)致頻繁發(fā)生開挖面坍塌、刀具異常損壞等情況，右線掘進風(fēng)險甚于左線隧道。”上海隧道工程有限公司福州地鐵4號線1標盾構(gòu)總工楊燚說，早在施工前期，中國工程院院士盧耀如等專家就把此處的施工評判為世界級難題。

沖破重大風(fēng)險源

過江段左線貫通

自2021年4月11日左線盾構(gòu)始發(fā)，至2023年1月11日洞通，耗時640天。其中450天攻堅440多米過閩江段施工，施工工效不足1米/天，是在普通地層中日常掘進速度的十分之一。

盾構(gòu)機在上軟下硬的復(fù)合地層中掘進本就艱難，又遇上多處巖脈區(qū)域常產(chǎn)生基巖突起，造成機體刀盤刀具磨損嚴重，不得不頻繁開倉作業(yè)清除石塊、換刀。全過程累計損壞刀具140余把，工人輪班高壓進倉作業(yè)850余次，共打撈石塊900多立方米。

面對“盲盒”一樣的復(fù)雜地質(zhì)，加上閩江暗流翻涌的水文條件，上海隧道工程有限公司福州地鐵4號線1標盾構(gòu)經(jīng)理樊俊松說：“每一天都有可能遇到新問題、新風(fēng)險。大家都如履薄冰，一刻也不敢松懈。”

就在左線接收前20米處，盾構(gòu)機還在下穿附屬風(fēng)亭段突然遭遇長3.8米的輝綠巖孤石。為確保運營中的地鐵5號線和風(fēng)亭安全，施工方及時加注高分子材料，提升正面支護能力，調(diào)整推進參數(shù)，精準控制沉降；同時在風(fēng)亭內(nèi)外加密監(jiān)測巡視頻次，24小時實時監(jiān)測分析數(shù)據(jù)，杜微慎防。經(jīng)過推進班組、監(jiān)測班組、技術(shù)人員兩天兩夜堅守，終于順利“拿下”孤石，風(fēng)亭監(jiān)測沉降控制在1毫米內(nèi)。

此次左線隧道順利貫通，標志著福州地鐵4號線單線全線貫通，為福州地鐵攻克過江和復(fù)雜地質(zhì)難題積累了豐富經(jīng)驗。

施工團隊實時監(jiān)控盾構(gòu)作業(yè)。

三座“大山”擋道

右線施工難度甚于左線

左線接收之際，右線進入新的攻堅階段，右線隧道的難題更加嚴峻。

“雖然兩條隧道相隔僅6米，但由于右線地處兩條地質(zhì)斷裂帶交會處，在地下形成了三座最難啃的、堅硬如鋼又支離破碎的‘大山’。地質(zhì)情況更加惡劣，施工難度更大。”樊俊松說，三大施工難題也給推進施工造成巨大困難。右線盾構(gòu)于2021年10月18日開始過江，經(jīng)過近15個月艱難施工，目前僅推進60米，施工工效急劇下降至4米/月。

重難點一：“碎石帶”導(dǎo)致“腸梗阻”，掘進1米開倉200多次。

據(jù)介紹，去年11月底掘進至563環(huán)時，右線盾構(gòu)正位于兩條地質(zhì)斷裂帶交會處上軟下硬復(fù)合地層，破碎的大石塊不斷掉入泥水倉，導(dǎo)致環(huán)流嚴重堵塞，停滯不前。施工方權(quán)衡各種利弊后，決定聘請專業(yè)開倉隊伍頂著高壓進入盾構(gòu)機氣泡倉清理碎石塊。

工人連續(xù)20天不間斷開倉作業(yè)，掘進1米最多要開倉200多次。在氣泡倉內(nèi)，工人承受著猶如在36米水下深潛的重壓，還要徒手搬運大石塊，每當有掉落的大石塊尺寸大于前閘門無法直接掏出時，還要使用破石工具對石塊進行破碎。他們像“螞蟻搬家”一樣把碎石塊逐步清出，每次開倉用時5小時（1.5小時作業(yè)，3.5小時減壓）僅能清理0.2立方米石塊。在清理出20余立方米石塊后，盾構(gòu)機終于再次加速前進。

重難點二：巖層成漿能力嚴重不足，導(dǎo)致盾構(gòu)“血栓”。

由于右線過江段巖石地層本身沒有成漿條件，自盾構(gòu)機掘進至巖石地層以來，泥水循環(huán)系統(tǒng)的泥漿指標不斷下降，進而造成泥漿攜渣能力降低，盾構(gòu)機刀盤切削下來的石塊帶不出來，滯留在泥水倉和氣泡倉內(nèi)堵塞環(huán)流。這好比人體血液循環(huán)系統(tǒng)中出現(xiàn)血栓，導(dǎo)致血液循環(huán)受阻，整個機體也因此停擺。

重難點三：超硬巖層和孤石頻繁“磕牙”，稍有不慎就會“頭破血流”。

從勘測地質(zhì)圖紙可以看到，右線盾構(gòu)途經(jīng)路線的混合地質(zhì)更為復(fù)雜，上軟下硬的地質(zhì)范圍更廣，孤石出現(xiàn)得更頻繁，這是右線進度滯后于左線許多的原因。由于巖石段地層石塊最高強度達161MPa，平均強度也有90MPa，相當于水泥馬路的三四倍，嶙峋交錯且堅硬的破碎地層常常會磨損刀盤上的刀具，使得盾構(gòu)機的“牙齒”處于亞健康狀態(tài)，破巖能力大打折扣。

“先是磨‘牙’，然后就是‘牙床’，再進一步就是‘頭破血流’了。”樊俊松介紹，刀具發(fā)生磨損如果不及時處理，會導(dǎo)致刀盤受損，水下維修及加固難度極大，嚴重的將危害整個盾構(gòu)機和隧道的安全。

除了上述重難點外，下穿既有建筑、下穿重要管線、下穿江河、穿越復(fù)合地層及全斷面硬巖地層和孤石等盾構(gòu)施工所能遇到的問題，幾乎都在地鐵4號線金洪區(qū)間右線過江段出現(xiàn)。

盾構(gòu)機刀盤精準進入鋼套筒。

十八般武藝上陣

破解各項難題

預(yù)知風(fēng)險點后，為了克服難題，福州地鐵采取了優(yōu)化推進參數(shù)、動態(tài)調(diào)整盾構(gòu)正面壓力、加大盾構(gòu)機各密封油脂注入量、江面注漿加固破碎地層、江面應(yīng)急船跟機巡視、在泥水循環(huán)系統(tǒng)中加入高分子材料、主動開倉檢查更換刀具及清理大石塊、加強設(shè)備檢查維護保養(yǎng)等手段，全力保障穿江安全、高效、順利。

亮點一：國內(nèi)首次應(yīng)用，500噸位大船如“醫(yī)”隨形。

據(jù)介紹，由于洪山橋段閩江常年水流湍急，紊流帶來的漩渦足以讓鵝毛沉底，每日兩次潮汐漲落水位差高達5米，不同時段潮汐更是變化莫測，水文條件可與海上作業(yè)相提并論。為提前加固江底地質(zhì)、做足應(yīng)急救援的準備，福州地鐵首次使用江面隨行的大型施工保障船。

這艘500噸位的船寬11米、長60米，通常應(yīng)用于海上作業(yè)，用于過江盾構(gòu)施工在國內(nèi)是首次。這艘大船對過江盾構(gòu)來說，好比一個隨身醫(yī)護。樊俊松說：“如果把過江隧道看作一條脊柱，這船能夠給骨節(jié)斷裂的地方做注入骨髓泥的手術(shù)，將碎塊狀的石頭固結(jié)起來，穩(wěn)定開挖地層，讓盾構(gòu)走到那些地方的時候更安全。”盾構(gòu)過江過程中，這艘船也作為應(yīng)急救援船全程跟班保駕，在江面巡視，守護江底盾構(gòu)安全掘進。

亮點二：高分子材料不間斷“輸血”。

針對巖石地層無造漿能力問題，福州地鐵立即決定啟動新漿拌制系統(tǒng)，使用優(yōu)質(zhì)高分子材料每天不停歇拌制高黏度新漿加入泥水循環(huán)系統(tǒng)，每環(huán)加入新漿高達150立方米。雖然施工成本大大增加，但在一股股“新鮮血液”的注入下，終于保障盾構(gòu)機可以再度前進。

亮點三：創(chuàng)新建泥膜工藝，保障開倉作業(yè)順利。

針對巖石地層刀具磨損嚴重的問題，施工團隊主動出擊，根據(jù)推進參數(shù)提前預(yù)判刀具狀態(tài)，每推進3米就主動開倉進泥水倉檢查更換刀具。由于破碎帶地層帶壓開倉保氣困難，施工團隊還創(chuàng)新建泥膜工藝，成功在破碎帶地層4次建立優(yōu)質(zhì)泥膜并帶壓進入泥水倉作業(yè)，提高開倉作業(yè)效率，保障施工安全。

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地鐵4號線最新進展

地鐵4號線一期工程設(shè)23個車站，起于半洲站，途經(jīng)金山、鼓樓、晉安、倉山片區(qū)，終于帝封江站。

截至目前，全線車站主體結(jié)構(gòu)已封頂，盾構(gòu)區(qū)間除金洪區(qū)間右線過江段外已全部貫通，全線隧道進度98.8%，鋪軌進度約96%，機電安裝及裝修施工進度約90%。電客車目前已到場17列，其中10列已完成動態(tài)調(diào)試。（記者 趙錚艷/文 陳暖/攝）