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“黄河号”盾构机水下穿黄要解决六大难题,盾构机是专门定制的

2019-11-29 11:22:38| 查看: 4531|

摘要: 9月20日上午,济南黄河隧道“黄河号”盾构机启动正式掘进,这将是黄河沿线首个超大直径盾构机下穿黄河作业。中铁十四局济南黄河隧道项目相关负责人介绍,济南黄河隧道面临盾构开挖断面大、掘进距离长、浅覆土、深 ...

9月20日上午,济南黄河隧道“黄河”盾构机正式启动,这将是第一台沿黄河穿越黄河的超大直径盾构机。作为中国目前正在建设的最大的公共铁路隧道,这条隧道也被称为“黄河第一隧道”由于没有可借鉴的先例,该项目也面临许多施工困难。

中铁十四局济南黄河隧道工程相关负责人介绍,济南黄河隧道面临盾构开挖断面大、开挖距离长、浅覆土、深基坑、水压高、地质条件复杂多变等一系列技术问题。穿越地层主要为粘土和粉质粘土,土壤粘度高,易造成刀具磨损、刀齿断裂和刀头泥饼,大量废泥浆易堵塞吸口。本工程穿越南北两岸的低矮房屋和堤防,绕行高速公路桥桩最小净距为5.3米,沉降控制严格。施工现场地下水丰富,水位高。基坑深35米,宽50米。箱涵同步施工,精度高,施工风险大,难度大。此外,沿线还有重要的水源保护区,对环境保护和绿色施工要求很高。

记者从现场采访中了解到,超大直径盾构隧道首次穿越地面悬河,施工风险高。万里黄河从河南到其出口逐渐形成地上悬河。济南罗口段河床比南岸天桥区高出5米。最高洪水位高11.62米。隧道的最低点在河床以下54米。最大水土压力为7.5巴。施工风险很高。

第二,盾构机穿过钙质结核层很长一段距离,导致刀具磨损严重。据了解,屏蔽段的埋深为26.3-65.6米。盾构管片主要穿过4-10层粉质粘土,其中7-10层为可塑-硬塑,含有10-20%的钙质结核,局部富集,同时砂层中含有少量砂岩。钙质结核地层盾构掘进过程中,容易造成刀具磨损和刀齿断裂。核直径大的钙质结核容易造成栅口堵塞,排浆困难。

第三,隧道穿过完全破碎的粉土,使得盾构施工困难。据报道,本工程穿越的地层主要为粘土和粉质粘土层,细颗粒含量高。盾构在完全破碎的粉质粘土层中掘进会增加泥浆重量并产生大量废泥浆。土壤粘性高,刀头易形成泥饼,排泥口易堵塞。

第四,π箱涵首次用于公共铁路盾构隧道同步施工,施工控制难度大。盾构隧道设计为双管双层隧道。上层为双向车道的市政公路,下层为轨道交通预留工程。隧道管片组装完成后,安装π型箱涵,现场浇筑侧箱涵。本工程π型箱涵尺寸为5.42米×6米×2米,这是我国首次超π型箱涵采用同步安装技术,面临预制、吊装、运输、安装等一系列难题。受公共轨道交通的限制,盾构掘进姿态和箱涵安装精度特别高,是工程建设面临的主要问题。

第五,地面悬河附近超深基坑施工难度大,风险大。济南黄河隧道工程位于一流的黄河阶地。该场地地下水丰富,地下水位高。基坑开挖深度达35米,宽度达50米。它是济南地区开挖深度和宽度最大的基坑。没有工程类比经验,存在基坑涌水、支护失稳等风险。地下连续墙最大深度为60米,吊装风险高,施工难度大。

第六,隧道穿越沿线许多建(构)筑物,需要高度沉降控制。该工程穿越确山地区的低层住宅和黄河北岸的大堤。城市周围横向高速桥梁桩之间的最小净距为5.3米。南岸靠近主干道和居民区。沉降控制是工程的重点。

据了解,目前,项目建设方已经针对项目的难点给出了一些对策。针对钙质结核层造成刀具磨损大的问题,选择合适的刀盘设计和刀具配置,最大限度地减少换刀频率,实现安全高效的换刀操作,这是盾构施工的关键,也是工期控制的难点。对于全破碎粉质粘土层影响掘进的难题,本工程的重点是选择合适的泥水处理设备和工艺,提高泥水处理效率,选择合适的刀盘开度和冲刷系统。

据报道,为了克服这些困难,中铁十四局项目组对盾构机的选型进行了优化,并与济南城建集团联合建造了两台超大直径泥水平衡盾构机。"这是中国最先进的盾构机."中铁十四局济南黄河隧道工程局盾构工区副经理田兆平介绍。

盾构机总长166米,总重量4000吨,总装机功率8688千瓦,最大推力199504千牛顿。刀盘的直径相当于5层楼高。刀盘主传动的核心是14个变频电机,总功率为4900千瓦。

对于粉质粘土层,刀盘设计开度为46%,刀盘开挖面应更加冲刷。配备可伸缩主驱动和常压换刀盘,增加冲洗设施。同时,盾构机还配备箱涵起重机,同时进行预制箱涵施工。

田兆平说,为了防止地面下沉、隆起等变形,盾构管片和原土必须同步注浆填死。“我们一边推一边注入水泥浆,这是由盾构机完成的。混合在地面上的砂浆被泵送到盾构机,盾构机有一个特殊的泵。泵被送至屏蔽尾部的后部,最后流到管段的外部。”

(齐雷云,齐鲁晚报,齐鲁一点记者,王黄)

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