首创“矿山+盾构”组合工法厦门地铁3号线过海段隧道昨贯通

来源:厦门日报 2020-09-27 08:53 http://www.mnw.cn/

　　昨日，厦门地铁3号线最重要、难度最大的控制性工程——过海段隧道顺利贯通。

　　地铁3号线连接着陆上的厦门岛和翔安区，需要修建6500米左右的过海隧道，这个距离步行走完最快也需一小时，而飞驰的地铁列车仅需4分半钟即可通过。为了打通这6500米的过海隧道，数以千计的建设者，用了1700多个日日夜夜，历时4年9个月，在历史的年轮留下一段艰辛而又充满荣光的印迹。

　　这段6500米的工程中穿插着多个险情:国内罕见的海底风化槽天险、没有可借鉴的施工法等，犹如一只只挡在轨道交通建设者们面前的“拦路虎”。今年初，一场突如其来的疫情，更是向轨道交通建设者们发起严峻的挑战。那么，轨道交通建设者们是如何应对这些挑战、征服这些“拦路虎”呢？本报记者多次深入海底隧道，采访参建人员，为您揭秘。

　　难点:地质复杂多变工法设计难

　　破解:国内首创“矿山+盾构”组合工法

　　地铁3号线过海段海域段区间长约4公里，存在多个风化槽、风化囊、基岩突起等地质现象，地质勘察整整用了一年半的时间才完成。不少参与勘察的专家说，地铁3号线过海段堪称是国内地质情况最复杂的海底地铁隧道。据业内人士透露，当年修建翔安隧道时，选址就是现在地铁3号线过海段的位置，但受制于当时的技术水平等其他原因，所以翔安隧道另择别处。而等到要修建地铁3号线过海段时，已经没有其他路线可供选择，建设者们只能迎难而上。

　　“正是因为地质复杂多变，仅用一种工法难以应对，且风险极大，所以最后选择‘矿山+盾构’的组合工法，将两种工法的优势相结合，更好地控制风险。可以说，全国首条工法组合施工海底隧道是被复杂地质‘逼’出来的。”厦门市地铁办副主任刘海天向记者介绍，靠岛内侧的2.6公里海域段微风化花岗岩多，采用矿山法施工，靠岛外侧1.4公里软弱地层多，采用泥水盾构法施工。

　　难点:风化槽众多施工风险大

　　破解:注入特制双液浆运用先进设备

　　全长约2.6公里(双线5.2公里)的矿山法海域段，分布着大小不均的9条风化槽，总长达1.2公里，占比高达23%。风化槽是海底岩层因风化作用形成的深坑，它竖直地嵌入岩层，形成全强风化带。

　　“风化槽如同外脆内软的夹心饼干，不动它时，它结构稳定，一旦有外力轻轻一碰，就有可能破碎。而且风化槽与海水相连，极易产生涌水突泥及坍塌，风险极大。”厦门轨道交通集团建设分公司副总工程师刘典基说，受风化槽影响，矿山法隧道施工每月只能掘进大约130米，而随着工程进度的推进，施工难度越来越大，到贯通前的几个月，每月掘进不足13米，施工过程如履薄冰。

　　为了穿越“夹心饼干”般的风化槽，工程人员用水泥浆和水玻璃配置出特殊的双液浆，注入风化槽断面内，挤走里面的水分，将“夹心饼干”固结成较硬的“巧克力”，再用炸药炸碎，进行开挖。面对过海段最长的一条长达290米的风化槽，工人们用16个注浆开挖循环的施工工艺，花费13个月才最终攻克。值得一提的是，为确保注浆质量和工程安全，项目还增设了地质分析会、注浆方案确认会、注浆效果验收会等机制，由建设、施工、监理、设计、勘察等五方主体共同严格把关。

　　为合理统筹工期、加快施工进度，项目团队发挥才智，采取“长隧短打”的方式，巧妙地新增副联通道和接应端作业面，将2.6公里的隧道开挖分解成若干个小项目，施工高峰期有11个开挖作业面之多。同时，中铁隧道局还投入三臂凿岩台车、钻注一体机、湿喷机械手等先进的机械设备，有效降低施工风险，提高施工效率和质量。

　　难点:岩石裂隙水量大可灌满近三个筼筜湖

　　破解:配备大功率设备疏堵结合

　　过海段隧道上方除了覆土层外，就是海水，水头压力最深可达80米，相当于隧道每平方米承受40辆小汽车的压力。在开挖过程中，岩石裂隙中的海水(裂隙水)会源源不断喷入隧道内，特别是局部硬岩中的裂隙水发育地段，钻孔单孔涌水喷射距离可达20米，每小时的水量可达250立方米，相当于2个小时可灌满1个游泳池。

　　对付裂隙水，既要堵，也要疏。堵用的是注浆堵水，疏则依靠水泵抽水。据统计，海底隧道开挖至今，关键线路因出水注浆堵水87次，一次注浆堵水时间一般要3天至27天，工期受影响391天，而施工现场更是随处可见水泵一天24小时不停抽水。

　　回忆起2019年12月19日那次涌水险情，刘典基至今仍心有余悸。当天，隧道右线爆破后在扒渣过程中，不仅出现涌水，还有掉块现象，一天的水量就达2.6万立方米，超过2.6万吨。“那时候真的是跟时间赛跑，哪怕晚一秒，隧道都可能被淹掉，造成灾难性后果。”刘典基说，抢险人员拼命抽水、堵水，并及时启用7000多立方米的一级水仓，用了8天左右才把涌水控制住。

　　据统计，从2018至2020年矿山法隧道开挖过程中，共抽排了1000万立方米的裂隙水，这些水量可灌满将近三个筼筜湖。

　　难点:狭窄闷热潮湿施工人多车多

　　破解:用冰块降温专人指挥交通

　　施工高峰期时，最多有上千名工人在隧道内作业。而施工中的海底隧道，狭窄、闷热、潮湿、海水腐蚀性强，空气不流通，这些不利条件，都极大考验着施工人员的体力和意志。

　　“夏天隧道里最高温度能达到四五十摄氏度，冬天最低温度也有28摄氏度。”厦门轨道集团工区项目经理邱林枫说，为了降温，夏天一天最多要用掉50吨的冰块来进行洞内降温。即便如此，他每天上班依然要准备三套衣服，“每进隧道一次，衣服都要湿透。”

　　隧道内的施工车辆交通组织也是大的考验。邱林枫介绍说，施工斜井为正线矿山段唯一运输通道(单车道)，每天进出洞车辆高达约500车次，533米的斜井及584米V字形的副联通道坡度达12%，长距离、大坡度、多工作面高频率运输易发生车辆溜车事故。

　　“哪些车辆先下，哪些后下，隧道内还有多少车辆，交通调度员都要心中有数。”邱林枫说，狭长的隧道，要保证车辆有序通行，可以说是螺蛳壳里做道场，经验成熟的交通调度员就是“红绿灯”，在他们的调度下，隧道内交通总体顺畅。

　　难点:孤石群长200米盾构机换刀难

　　破解:人工带压进仓盾构机洞内解体

　　全长约1.4公里(双线约2.8公里)的地铁3号线盾构法海域段，同样面临着复杂的地质条件，在施工过程中，没有成熟的经验可借鉴。彼时，国内首条海底盾构地铁隧道——厦门地铁2号线过海段也还在施工中。

　　盾构机不怕整块的坚硬岩石，也不怕松软的沙土，最怕的就是软硬混在一起的孤石群，容易把盾构机的刀具给卡住甚至磨坏，造成盾构机无法工作，而地铁3号线过海段恰恰就有不少孤石群。这时，就需要人工清理孤石或者更换刀具。

　　由于盾构前端区域气压非常高，人工进仓工作难度之大超乎想象，全国仅有几百人拥有从事这项高危工作的资质。超高压条件下更换磨损的刀具作业是3号线过海盾构掘进施工中遇到的最大挑战。其中一次，施工人员实施了高达5.38个标准大气压条件下的非饱和气压换刀作业，创造了过海泥水盾构掘进施工国内最新纪录。整个施工过程中，施工人员累计带压进舱1100多次，海底换刀37把。

　　盾构机只能前进，不能后退。盾构作业结束后，如何把重达数十吨、零部件上万个的盾构机拆解掉，也是一大难题。2018年7月13日，深埋在海平面下60米的右线盾构机，按预期目标抵达至工法交接点。一个月后，盾构机完成拆解，创造了30天完成“过海段洞内盾构机弃壳解体”的国内新纪录。2019年1月，施工人员仅用时21天，就完成左线盾构机弃壳解体，再次刷新无洞室海底隧道内拆机的国内最快纪录。

　　据介绍，在3号线过海段盾构法施工过程中，厦门轨道集团和中国中铁先后创新了“近海域全断面砂层盾构始发”“非饱和气压换刀”“洞内盾构机弃壳解体”“海域全风化花岗岩地层冻结施工联络通道”等多个工艺工法，攻克长约200米孤石群、全断面砂层、风化深槽、上软下硬等复杂地层条件下掘进，强度高达204兆帕全断面花岗岩地层长距离穿越，高水压环境下盾构密封等多项施工难题，实现了行业多项技术零的突破。

　　地质勘察

　　前后花费一年半时间

　　堪称国内地质情况

　　最复杂的海底地铁隧道

　　矿山法

　　施工亮点

　　●分布着大小不均的9条风化槽，工程人员用水泥浆和水玻璃配置出特殊的双液浆注入风化槽断面内，再用炸药炸碎，进行开挖。

　　●投入三臂凿岩台车、钻注一体机、湿喷机械手等先进机械设备。

　　●从2018至2020年，共抽排1000万立方米的裂隙水，这些水可灌满将近三个筼筜湖。

　　泥水盾构法

　　施工亮点

　　●施工人员实施高达5.38个标准大气压条件下的非饱和气压换刀作业，创造了过海泥水盾构掘进施工国内最新纪录。