國內最大直徑、世界首條公鐵合建盾構法隧道——武漢三陽路隧道正在全力推進
2017-07-11 上海隧道工程 盾構時代
在江城武漢，波瀾壯闊的長江江底，國內最大直徑、世界首條公鐵合建盾構法隧道——武漢三陽路隧道正在全力推進。這條全長2.59公里的隧道，不僅直徑問鼎世界三甲，且同時面臨長江區段水位落差10米以上，高石英含量砂層、強風化泥質粉砂巖“鉆石層”、“粘土層”復雜土層混合的水文、地質多重“險點疊加”，被中國工程院院士孫均、錢七虎同時譽為一道隧道施工領域的“世界級難題”。
然而，卻在“鉆石層”混合“年糕團”的復雜地層中，在長江水面下幾十米深處迎難而上，突破重重難關，全力以赴破解著這道由地球開出的“世紀難題”。
世界級的高難度挑戰
三陽路長江隧道工程是國內在建的最大直徑盾構隧道，其采用的“巨無霸”盾構直徑達15.76米，是現役世界第三大、中國大陸直徑最大的盾構機，超過5層樓高。
同時，長江武漢段的水文、地質條件復雜，遭遇高石英含量的砂層、大粘度砂質泥巖和礫巖層，且隧道段長江水位落差達10米以上，隧道建設條件極為困難。孫鈞院士和錢七虎院士均表示，超大直徑隧道在如此復雜的復合地層中施工是“世界級難題”。
為推進三陽路長江隧道建設，項目引進了兩臺目前世界上最先進的盾構機，裝備制造方、全球最大的盾構機制造商——德國海瑞克集團表示，“地層的復雜性，對直徑超大的盾構來說挑戰尤為突出”，“大斷面盾構，跨越多層次的地層，對于盾構設計、施工來說都是難題。”面對復雜的地質情況，項目遍布歐洲、亞洲、美洲以及澳大利亞的海瑞克集團也直言挑戰巨大。
“鉆石層”的硬考驗
三陽路隧道軸線所在地層，粉細砂層中石英含量高達70%，而石英晶體是自然界中硬度僅次于鉆石的天然礦產。巖層中還含有大量由石英巖、石灰巖等硬質巖石組成的大直徑骨架顆粒，最大直徑可達20cm左右。更為艱難的是，盾構開挖面內的巖面最高達到了12.6米，也就是說盾構刀盤直接面對這些“鉆石層”及不規則分布的“鉆石顆粒”。而且，它們占據了整個開挖面積的80%。
“刀盤斷面較大，分散在整個刀盤上每個軌跡的刀具相對較少，邊緣刀具一分鐘要跑超過70米”。如此大斷面且“硬碰硬”的“親密接觸”，使采用高硬度和高耐磨的硬質合金材質制成的盾構刀具，也損耗嚴重。
為了加快施工效率，高耗磨損的刀具就要更換。在高水壓的江底，更換刀具是一項大工程?！熬逕o霸”共配置常壓可更換的先行刀79把，刮刀52把；帶壓可更換的刮刀160把，鏟刀6組78個。常壓換刀空間狹小，需人工攀爬長達8米、近三層樓高的直梯抵至刀臂底部，先拆后裝，換好一把刀要花費整整4個小時。而帶壓換刀則更加困難，需要專業潛水員帶壓出倉，所承受的壓力值相當于在48米的水深下進行作業。
自始發以來，兩臺盾構已更換刀具1000多把，隧道每推進40米就要停機更換一次。
“年糕團”的軟折磨
江底兩臺“巨無霸”不止受到硬的考驗，還要遭受軟的“折磨”。復合地層中的強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖，粘土礦物含量高，黏性極大。它們組成的“年糕團”，極易造成盾構機刀盤開口的堵塞，導致刀盤頻繁結泥餅。刀盤結了泥餅，就好似銳利的刀鋒糊上了面團，再堅硬的刀具也無處著力。這嚴重阻撓了盾構機的正常掘進。
復合地層下的盾構機刀盤刀具配置本就非常困難，因為想要找到一種同時適配多種土層的刀具，幾乎是不可能的。對同時面臨“鉆石層”和“年糕團”雙重考驗的三陽路長江隧道來說，其建設難度指數更是疊加式增長。
頂尖團隊誓守建設一線
三陽路隧道建設團隊此前曾參與過長江、錢塘江、甬江及珠海海域等諸多復雜地質和水文條件下的大直徑隧道建設，擁有過硬的專業技術和豐富的建設經驗，堪稱行業內的“頂尖團隊”。
正是這樣一只隊伍，始終堅守在隧道建設一線，爭分奪秒、攻堅克難。
此前，為了讓隧道早日貫通，三陽路長江隧道項目部300多名工作人員，在整個春節期間一天都沒有休息過，每天“兩班倒”，在隧道里一待就是12個小時。 “2017年對于7號線來說是很關鍵的一年，全體人員都做好了‘擼起袖子拼命干’的準備?！?/span>
目前，在經過多輪的專家調研、考察和論證后，三陽路后續施工已總結出一套針對性的解決方案，重點著眼于刀具切削效率提升和刀盤泥餅防治兩個方面。一是根據不同復雜地層的特性，系統性、階段性地優化刀盤刀具配置，提高刀具耐磨性，并通過增加先行刀、刮刀兩個層次刀具的高差，科學提高切削效率。另一方面，科學采用相關物理及化學方法，如在泥水中添加離散劑等，從源頭上消除泥餅或有效減低泥餅的形成。同時，通過增大中心沖洗泵功率及增加中心區域沖刷刀筒的數量，改善刀盤中心無開口區域的泥水攜渣能力，有效減低刀盤正面泥餅的形成。
“長期摸爬滾打的一線建設經驗，加上行業專家的可行性建議，對‘啃’下這塊硬骨頭，我們有更多的自信和底氣。”隧道股份上海隧道現場技術人員表示，為早日實現全線貫通，項目部上下已卯足干勁，做好了排除萬難的準備。
據預測，三陽路長江隧道建成后,單是下層地鐵7號線日均可運送的過江客流都可達到25萬人次，相當于20至30條常規公交線路的過江客流量，將進一步有效緩解武漢的過江交通壓力，為江城武漢再添一條“過江巨龍”。
