“萬里黃河第一隧”全線貫通 雙管雙層設(shè)計充分利用空間

2月9日，山東省濟南市濟濼路穿黃隧道路面工程正在推進。不久前，隨著濟南黃河隧道工程西線隧道貫通，加上已經(jīng)貫通的東線，至此，這條“萬里黃河第一隧”全線貫通。據(jù)介紹，這條隧道計劃2021年10月份建成通車，屆時，開車最快4分鐘、乘坐地鐵2.5分鐘可穿越黃河，比繞道濟南黃河大橋節(jié)約近一小時車程。

雙管雙層設(shè)計充分利用空間

濟南黃河隧道工程位于濟南城市中軸線上，南接主城區(qū)濟濼路，北連新舊動能轉(zhuǎn)換先行區(qū)。工程線路全長4760米，隧道長3890米，其中盾構(gòu)段長2519米，設(shè)計為雙管雙層，市政道路與軌道交通合建，上層為雙向六車道公路，下層為軌道交通。隧道管片外徑15.2米，是目前黃河流域最大直徑的隧道，也是目前國內(nèi)在建最大直徑的公軌合建盾構(gòu)隧道。

萬里黃河自流入河南開始形成地上懸河。到達(dá)濟南濼口段，河床高出南岸城區(qū)地面5米，最大洪水位高出河床11.62米，是一條罕見的、水量巨大的地上懸河。

穿越地上懸河，防水是關(guān)鍵。以全國勘察設(shè)計大師、中國鐵建首席專家、鐵四院副總工程師肖明清為核心的鐵四院設(shè)計團隊，提出了雙道防淹門解決方案，并將隧道設(shè)計為雙管雙層公軌合建盾構(gòu)隧道，上層為公路雙向6車道，下層為軌道交通以及排煙通道、管廊和逃生通道，實現(xiàn)一次穿越黃河的利用率最大化，最大限度利用了空間，節(jié)約使用土地資源。

“濟南黃河隧道工程內(nèi)設(shè)置了消火栓、水噴霧、滅火器、廣播、緊急電話、視頻監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控等完備的防災(zāi)救援設(shè)施，通過中央計算機形成有機系統(tǒng)，如遇突發(fā)狀況，可實現(xiàn)上層道路6分鐘完成疏散，下層地鐵區(qū)間30分鐘完成疏散。”中國鐵建鐵四院隧道專業(yè)高級工程師何應(yīng)道說。

連克復(fù)合地層多重“夾擊”

2019年9月開始，由濟南城市建設(shè)集團和中鐵十四局集團聯(lián)合打造的“黃河號”和“泰山號”兩臺超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機先后始發(fā)掘進。

每一臺盾構(gòu)機長166米，總重4000噸，裝機總功率8688千瓦，最大推力199504千牛。刀盤開挖直徑15.76米，相當(dāng)于5層樓高，刀盤主驅(qū)動的核心有14個變頻電機，總功率4900千瓦。隧道最低點位于河床下54米，最大水土壓力6.5巴(相當(dāng)于一個人手掌大小的面積上承受兩個成年男子的重量)。

掘進中，中鐵十四局大盾構(gòu)建設(shè)者連續(xù)攻克了大斷面、長距離、淺覆土、深基坑、高水壓等五項技術(shù)難題。

“最大的難題是鈣質(zhì)結(jié)核和粉質(zhì)黏土不規(guī)則分布，甚至是交叉出現(xiàn)，造成了盾構(gòu)機在掘進中刀齒崩斷、卡泵、滯排、廢漿量大等。”中鐵十四局項目總工程師杜昌言說。

掘進中遇到的巖石強度普遍達(dá)到45兆帕，最大為90兆帕，相當(dāng)于高鐵橋墩鋼筋混凝土強度的兩倍還多。最困難的一次26個小時只掘進了2米，取出58塊堅硬的巖石。

大塊鈣質(zhì)結(jié)核堵塞格柵，造成了泥水循環(huán)系統(tǒng)排漿困難，嚴(yán)重時可導(dǎo)致停機、管道被磨穿等問題。項目技術(shù)團隊采取在盾構(gòu)機上設(shè)計加裝采石箱，改用新型成型管道等方法，將進、出槳管道倒換使用，提前在易磨管道位置焊接鋼板加厚“補丁”，解決了鈣質(zhì)結(jié)核給掘進帶來的難題。

智能新手段支撐穿“黃”

在濟南黃河隧道工程施工現(xiàn)場，除了最智能最先進的盾構(gòu)機，還處處可以感受到大數(shù)據(jù)、BIM、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)等對這一超級工程的強大支撐。

“項目已形成科研成果18項，中文核心期刊發(fā)表論文7篇，申請專利35項，其中實用專利16項，進一步提升了我國超大盾構(gòu)的建造能力和技術(shù)水平。”項目負(fù)責(zé)人歷朋林說，研發(fā)成果包括超大直徑泥水盾構(gòu)廢棄泥漿環(huán)保處理及資源化關(guān)鍵技術(shù)、高粘粒地層超大直徑泥水盾構(gòu)防結(jié)泥餅技術(shù)、針對黃河隧道地層特點制定刀盤結(jié)泥餅判斷及位置檢測方法等。

項目團隊建設(shè)了國內(nèi)第一條15米以上管片智能化自動化生產(chǎn)線，所有管片和箱涵實現(xiàn)了預(yù)制生產(chǎn)全過程監(jiān)控、二維碼“身份”信息驗證、質(zhì)量終身可追溯，保證了產(chǎn)品質(zhì)量;研發(fā)了管片抹面機器人、管片3D智能檢測系統(tǒng)，通過設(shè)備維保“領(lǐng)值系統(tǒng)”加強盾構(gòu)機定期維保養(yǎng)護，設(shè)備優(yōu)良率保持在96%以上，確保了施工安全。

團隊還在國內(nèi)首次采用超大π型箱涵同步安裝工藝，研制了新型模板臺車，液壓收模、電動行走，集預(yù)制、吊裝、運輸、安裝等為一體，操作方便，節(jié)省人工，提高功效，降低了對盾構(gòu)施工運輸?shù)母蓴_和影響。