攻克世界级施工技术难题填补国内地铁下穿黄河技术空白 地铁1号线成功四穿黄河

图为已贯通的“穿黄”隧道

    国内城市轨道交通首次下穿黄河

    兰州轨道交通1号线一期工程西起兰州市西固区陈官营，东至城关区东岗镇,线路长约26公里，全部为地下线，总投资198.16亿元，其中，深安大桥南至兰州城市学院（省科技馆）盾构穿黄区间、兰州海关至马滩盾构穿黄区间为全线施工难度最大、安全风险系数最大、施工工艺最为复杂的区间隧道。穿黄隧道主体结构均位于黄河河面下40余米，河床下23米至26米之间，地质、水文条件复杂，其中河床下卵石含量高达81.95%，卵石强度高达200兆帕，再加上黄河卵石地层结构松散，透水性强，在掘进过程中，极易出现河床坍塌，甚至冒顶透水等重大风险。尤其是黄河中上游地区，此类大埋深、高水压、多漂石的水下作业虽有诸多施工方案，但仅有理论支撑，并无实际施工经验可借鉴，同时，黄河中上游地区因受到数百年来地下结构变化、地层自身运动等原因，导致穿越长江、淮河、大型湖泊及近海的施工工艺无法直接使用，因此盾构穿越黄河施工被称之为“从零开始的工程”。

    2014年11月1日至2015年9月21日，“金城5号”“金城4号”“金城6号”泥水平衡盾构机相继始发，这是兰州轨道交通建设者们在做好充足准备后，开始不能出错的首次尝试。

    攻克世界级施工技术难题

    2015年9月7日，由中央组织部组织的“一带一路”建设高层次专家甘肃咨询服务活动走进兰州，中国工程院院士、我国防护工程及地下工程知名专家钱七虎，西安理工大学副校长李言等轨道交通领域内的专家专程来到1号线一期工程深安大桥南至兰州城市学院（省科技馆）盾构穿黄区间、兰州海关至马滩盾构穿黄区间施工现场“问诊把脉”。经过反复实地调研后，两位专家为穿黄工程下了最终定义——“世界级施工难题”。同时，专家们不约而同地要求建设各方：“此类工程施工不可求快，只能稳步推进。”为确保工程实施过程中安全风险可控，建设单位兰州市轨道交通有限公司与穿黄施工单位中铁十四局、中铁十六局，监理单位上海天佑工程咨询有限公司、上海三维工程建设咨询有限公司，设计单位中铁第一勘察设计院集团有限公司，第三方监控量测单位江苏省交通科学研究院股份有限公司，盾构机及管片生产厂家中国铁建重工集团兰州隧道装备有限公司在施工前做了充分的前期准备工作，早期完成了穿越黄河的详细地质勘探，在施工中不断摸索，制定出了符合实际的施工方案，连续克服了地质条件较差、卵石含量高、地下水位高、渗透系数大和地层弱胶结等重重困难。

    填补国内地铁下穿黄河技术空白

    施工过程中除了地质、水文条件外，面对高压水透涌、工作面失稳、盾构卡机、螺旋管喷涌等一系列问题，穿黄盾构施工现场负责人表示：“每掘进一环，需要两个小时，而这一环的准备时间是掘进时间的十倍。每次盾构掘进前，都要按照施工方案严格分析对比上一次掘进后的施工数据、监测数据，对盾构机的姿态、掘进扭矩、注浆量等数据进行调整，工程师们要将调整后的数据拿到模拟环境下反复试验，在得到稳定的结果后，现场指挥员才会下达掘进施工的指令。每次掘进两三环后，之前的各类数据和技术指标都要进行重置，在实际施工中最多掘进6环就要重新进行掘进数据调整……”为了确保后续施工万无一失，从今年5月初起，施工单位根据施工中遇到的问题，联合中国铁建重工集团兰州隧道装备有限公司将刚完成深安大桥南至兰州城市学院（省科技馆）区间右线隧道掘进任务的“金城4号”泥水盾构机进行了一次彻底的改造，刀盘、注浆系统等关键设备改装后更适宜在黄河河床下施工。7月9日，“金城4号”泥水平衡盾构机从深安大桥南站再次始发。10月13日，盾构机抵达黄河南岸大堤开始进入黄河段掘进作业。12月27日，“金城4号”顺利抵达黄河北岸中间风井。

    此外，承担兰州海关至马滩穿黄盾构区间的“金城5号”、“金城6号”分别于2014年11月1日、2015年4月6日先后从兰州海关站始发，两台盾构机经过黄河段掘进作业后，分别于2016年7月28日、2016年10月26日顺利到达马滩站。至此，兰州轨道交通建设者在历时700余天的不懈努力后，成功实现盾构安全下穿黄河的国内先例，科学探索出了盾构在砂卵石地层中掘进技术参数，为国内乃至世界范围内的同类施工填补了技术空白。　　　　□记者李昕文/图