近日，全市各大重點項目開足馬力緊鑼密鼓施工，建設(shè)現(xiàn)場呈現(xiàn)一派繁忙景象。記者在濟(jì)南黃崗路穿黃隧道施工現(xiàn)場了解到，黃河北岸工作井及機(jī)架段、南岸工作井及明挖暗埋主體結(jié)構(gòu)已完成施工，目前正在進(jìn)行北岸立交段橋梁施工及南岸匝道段主體結(jié)構(gòu)施工。在濟(jì)南黃河之畔的地下30米處，隨著“山河號”——世界最大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)管片的不斷拼裝，黃崗路穿黃隧道已掘進(jìn)700余環(huán)，計劃今年年底實現(xiàn)隧道貫通。
迎難而上，直面挑戰(zhàn)
濟(jì)南黃崗路穿黃隧道工程由濟(jì)南城市建設(shè)集團(tuán)負(fù)責(zé)投資、建設(shè)、運營，于2022年12月開工。工程南起藍(lán)翔中路，終點與在建G309互通立交相銜接，全長約5755米，設(shè)計時速60公里。
眾所周知，黃河是地上懸河，河床高出地表4-6米，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。黃崗路穿黃隧道工程建設(shè)需要先后下穿黃河兩岸大堤及黃河，在掘進(jìn)過程中，對沉降控制要求高，盾構(gòu)穿越面臨多種風(fēng)險。同時，工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)工序多、作業(yè)空間狹小、工序交叉復(fù)雜、體量超大，施工難度可想而知。
隧道的設(shè)計方案為雙向6車道，單洞雙層，與常規(guī)隧道相比，既解決雙向車輛通行問題又節(jié)省了城市地下空間，節(jié)約投資約15%。此外，隧道將凈空標(biāo)準(zhǔn)提高至4.2米，可以滿足公交、消防、管理及救援等特殊車輛的通過要求，極大提高隧道通行能力。實現(xiàn)這一設(shè)計方案，在施工中盾構(gòu)需要特大的斷面，而開挖直徑的增大，也會帶來盾構(gòu)始發(fā)、掘進(jìn)、接收施工參數(shù)控制風(fēng)險大，對掘進(jìn)姿態(tài)要求很高。
建設(shè)單位采用最大直徑泥水平衡盾構(gòu)形式穿越黃河懸河段，其中盾構(gòu)段長3290米，管片外徑為16.8米，盾構(gòu)機(jī)開挖直徑17.5米，開挖斷面面積達(dá)240平方米。盾構(gòu)將長距離穿越疊合地層，最深覆土厚度達(dá)49.2米，最大水土壓力6.3巴，是世界最大直徑水下盾構(gòu)隧道。隧道建設(shè)通過多項技術(shù)創(chuàng)新，成功解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工難題，提升了隧道的安全性和耐久性，為類似工程提供了寶貴經(jīng)驗，也進(jìn)一步提升了我國盾構(gòu)隧道建造能力和技術(shù)水平。
“山河號”驚艷登場
謀定而后動，不打無準(zhǔn)備之仗。有了優(yōu)良的設(shè)計方案，再加上精密的設(shè)備和高效的團(tuán)隊，進(jìn)一步保障了工程建設(shè)的質(zhì)量和安全。為保證盾構(gòu)施工安全高效，建設(shè)單位為隧道量身打造“山河號”盾構(gòu)機(jī)。盾構(gòu)機(jī)總長163米、重達(dá)5200噸、裝機(jī)總功率12580千瓦，裝配各類刀具306把，其中57把可實現(xiàn)滾刀齒刀互換，刀盤開口率53%，最大限度滿足掘進(jìn)所面對的復(fù)雜地層。2024年5月19日盾構(gòu)機(jī)下線，9月1日掘進(jìn)始發(fā)，協(xié)同一支經(jīng)驗豐富、技術(shù)水平高、凝聚力強(qiáng)的團(tuán)隊，為工程建設(shè)保駕護(hù)航。
盾構(gòu)過程中，在保證機(jī)組大直徑面的同時，還需要精準(zhǔn)計算盾構(gòu)機(jī)的切口壓力，保持盾構(gòu)機(jī)和土體壓力平衡。每掘進(jìn)一環(huán)，都要根據(jù)地層覆土厚度、土質(zhì)、土容重、水厚度、水容重等多個參數(shù)，進(jìn)行精密計算。
項目部還在現(xiàn)場建設(shè)了一條超大直徑盾構(gòu)管片自動化生產(chǎn)流水線，引進(jìn)智慧管控工法，創(chuàng)建BIM 協(xié)同管理平臺，打造5.0版超大直徑盾構(gòu)管片綠色智能生產(chǎn)線，實現(xiàn)了管片預(yù)制的智慧化生產(chǎn)。
為保證盾構(gòu)機(jī)安全穿越地上懸河，施工單位聯(lián)合山東大學(xué)，創(chuàng)新研發(fā)“五官一腦”高端智能化盾構(gòu)系統(tǒng)，配備帶壓復(fù)合型刀盤、伸縮式主驅(qū)動、開挖倉伸縮攝像頭等先進(jìn)裝備，搭載超前地質(zhì)預(yù)報、地層特征感知、刀具磨損預(yù)測、氣體環(huán)境監(jiān)測、同步注漿檢測和人工智腦輔助決策支撐等6大系統(tǒng)，盾構(gòu)機(jī)總裝達(dá)到世界先進(jìn)水平。此外，邀請錢七虎等9名院士和10余名行業(yè)專家，為隧道建設(shè)“精準(zhǔn)把脈”，從而大幅降低施工安全風(fēng)險，顯著提升盾構(gòu)裝備智能化水平。
工程建設(shè)從預(yù)期計劃的日掘進(jìn)6環(huán)，突破到實際日掘進(jìn)8-9環(huán)，最高日掘進(jìn)突破18米，最高月進(jìn)尺426米，榮獲山東省深基礎(chǔ)與地下工程協(xié)會2024年度優(yōu)秀工程獎。目前，盾構(gòu)施工效率穩(wěn)定在8-9環(huán)(16-18米)/天，項目已累計掘進(jìn)718環(huán)。
站到最高處，成就“不可能”
去年12月，“山河號”刷新17米級超大直徑盾構(gòu)施工最快世界紀(jì)錄，這是“山河號”的成就，更是山東的驕傲。面對超高難度、超大體量的穿越地上懸河工程，項目部是如何做到的？
“施工中，項目面臨眾多施工難點，為了解決這些問題，項目部多次組織專家技術(shù)團(tuán)隊進(jìn)行科技攻關(guān)，根據(jù)現(xiàn)場情況，對施工方案做出適當(dāng)調(diào)整，還創(chuàng)新了很多解決辦法，確保各工序無縫銜接，提高施工效率。”項目建設(shè)相關(guān)負(fù)責(zé)人張哲介紹。
隧道穿越地上懸河，地層復(fù)雜，其中，針對掘進(jìn)過程中的廢漿處理難題，盾構(gòu)機(jī)配置根據(jù)項目特點在選型階段利用科研攻關(guān)，結(jié)合類似項目施工經(jīng)驗，針對黃河流域大斷面黏土特性，經(jīng)過研究比選，選擇了開口率更大、重量更輕的帶壓刀盤，配備了1750KW 進(jìn)、排漿泵以及直徑600毫米泥漿管路，將泥水循環(huán)流量由3200立方米提升至4500立方米，提高泥水循環(huán)的沖刷能力及攜渣效率。針對鈣質(zhì)結(jié)核地層，在盾構(gòu)機(jī)排漿管路前方安裝一套雙液壓回路采石箱，提高掘進(jìn)期間P2.1泵卡泵清理效率，每天可增加掘進(jìn)時間2.2小時，盾構(gòu)機(jī)的最優(yōu)選型配置為盾構(gòu)高效掘進(jìn)提供了設(shè)備基礎(chǔ)。
自去年9月盾構(gòu)機(jī)始發(fā)以來，掘進(jìn)地層穿越主要以粉質(zhì)黏土為主，夾雜大量鈣質(zhì)結(jié)核、膠結(jié)砂層，掘進(jìn)每環(huán)廢漿量超過1000立方米，廢漿總量達(dá)165萬立方米，針對黃河下游流域超大直徑泥水盾構(gòu)高黏粒含量廢漿處理難題，項目部創(chuàng)新研發(fā)提濃、壓濾措施，最終實現(xiàn)固液分離。“通過創(chuàng)新工藝的應(yīng)用，配置泥水分離設(shè)備+提濃罐+板框壓濾設(shè)備進(jìn)行盾構(gòu)廢漿處理，每日廢漿處理效率提高50%，濾餅的含水率成功降低至30%以下，實現(xiàn)廢棄泥漿高效處理，回水循環(huán)利用零外排，為連續(xù)、快速、綠色高效、環(huán)保掘進(jìn)提供保障。”張哲說。
據(jù)了解，項目還進(jìn)行了多項創(chuàng)新，包括采用大斷面主軸承耐壓密封自動增加備壓、特大斷面盾尾動態(tài)密封控制、特大斷面開挖面穩(wěn)定控制、特大斷面管片上浮控制、特大直徑盾構(gòu)穿越懸河大堤沉降控制、特大斷面盾構(gòu)淺覆土干接收關(guān)鍵、特大直徑盾構(gòu)管片綠色智能生產(chǎn)、盾構(gòu)機(jī)雙管路采石裝置、海量廢棄漿液綠色高效處理、智能感知（超前地質(zhì)預(yù)報、地層特征感知、同步注漿檢測系統(tǒng)）等技術(shù)。此外，隨著水下隧道的發(fā)展，盾構(gòu)隧道管片承受的水壓會越來越高，為提高接縫的防水能力，增強(qiáng)防水設(shè)計的韌性，施工過程實施多重防水措施，使用高防水性能的管片和接縫防水材料，管片外側(cè)采用2道防水集中布置，結(jié)合注漿技術(shù)，確保隧道防水效果。
今年，面對城市發(fā)展的新需求，濟(jì)南城市建設(shè)集團(tuán)繼續(xù)以“項目”為抓手，積極謀劃項目96個，其中省級重點項目11個，涉及市政道路、橋隧工程、基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)園區(qū)多個領(lǐng)域。
