原標(biāo)題：世界最大直徑水下盾構(gòu)隧道在濟(jì)貫通

8月17日，黃河濟(jì)南段地下30米處，隨著開挖直徑17.5米的“山河號”盾構(gòu)機刀盤破洞而出，由濟(jì)南城市建設(shè)集團(tuán)投資建設(shè)、中鐵十四局集團(tuán)承建的濟(jì)南黃崗路黃河隧道盾構(gòu)段掘進(jìn)完成，世界最大直徑水下盾構(gòu)隧道順利貫通。

濟(jì)南黃崗路黃河隧道全長約5.75公里，其中盾構(gòu)段長約3.3公里。單洞雙層隧道布置，是國內(nèi)首條穿黃單洞雙層盾構(gòu)隧道。其中，上層通行南向北交通，下層通行北向南交通，雙向6車道，設(shè)計時速60公里。目前，在黃河起步區(qū)段42公里的河道上，整體規(guī)劃了21處跨河通道，建成后跨河通道平均間距縮小到3公里。

水下挑戰(zhàn)：穿越地上懸河與“地質(zhì)迷宮”

隧道施工過程中挑戰(zhàn)不少，第一關(guān)就是如何穿越地上懸河。

“萬里黃河自流入河南開始形成地上懸河。”中鐵十四局項目現(xiàn)場負(fù)責(zé)人周祥告訴記者，黃河到達(dá)濟(jì)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。黃河的平均水位高于地表8米，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。難度就像在豆腐上繡花。”

“施工中的未知風(fēng)險也有不少。”周祥告訴記者，隧道施工是在地下進(jìn)行的，即便前期有地質(zhì)勘探，在實際掘進(jìn)中會遇到哪些問題也難以預(yù)料。尤其“山河號”盾構(gòu)機的開挖直徑達(dá)17.5米，開挖面積達(dá)240平方米，地質(zhì)勘探覆蓋的區(qū)域有限，不可控的未知區(qū)域增多。

“地層擾動控制更難。”周祥說，盾構(gòu)隧道下穿繞城高速、黃河大堤及河道，居民住宅區(qū)及沉砂池，地面沉降要求控制在1厘米之內(nèi)。

此外，隧道每掘進(jìn)1環(huán)，就會產(chǎn)生1200立方泥漿，整條隧道將會產(chǎn)生160萬立方的泥漿，漿渣處理難度極大，這也增加了施工難度。

精準(zhǔn)選型，提升掘進(jìn)速度

“隧道高效建設(shè)的關(guān)鍵，在于盾構(gòu)機選型的精準(zhǔn)。”周祥說。與“泰山號”“黃河號”相比，“山河號”17.5米的開挖直徑意味著要在黃河之下挖出一座6層樓高的空間，刀盤選擇、管道抗壓、斷面穩(wěn)定等問題接踵而至。

“常規(guī)300型泥漿管和500毫米管道造價低，但如此大的斷面可能頻繁堵管。”周祥算了一筆“風(fēng)險賬”：一次堵管至少耽誤8—12小時，直接影響工期。若是選用400型號泥漿管和600毫米管道，造價高達(dá)2000多萬元，但團(tuán)隊最終拍板：“為了‘血管’通暢，值！”

實踐證明了選型精準(zhǔn)的重要性，黃崗路黃河隧道每分鐘35毫米的掘進(jìn)速度，遠(yuǎn)超15.76米直徑的黃河濟(jì)濼路隧道每分鐘25毫米的紀(jì)錄。

“血管”通暢了，“牙口”也得鋒利。項目團(tuán)隊大膽選用帶壓復(fù)合型刀盤，同時顯著提升刀盤開口率。“更大的開口率能有效‘防粘防堵’，更多的撕裂刀?？?lsquo;刁鉆’的頑石。優(yōu)化刀具配置還減輕了刀盤自重，主驅(qū)動負(fù)載和扭矩也降下來了……”周祥細(xì)數(shù)著刀盤的“升級秘籍”。

不僅如此，“山河號”盾構(gòu)機還裝配伸縮式主驅(qū)動、開挖倉伸縮攝像頭等裝備，應(yīng)用了第四代同步雙液注漿工藝，并搭載“五官一腦”智能化裝備系統(tǒng)，實現(xiàn)全流程感知、預(yù)警與智能決策。

3.3公里不換刀，“山河號”啃下“硬骨頭”

勘探顯示，黃崗路黃河隧道區(qū)間段存在大量“鈣質(zhì)結(jié)核”，不規(guī)則地鑲嵌在粉質(zhì)黏土層中，長度達(dá)兩千米，占比超六成。

“這些‘硬骨頭’，當(dāng)年在黃河濟(jì)濼路隧道可沒少讓我們吃苦頭！”中鐵十四局盾構(gòu)經(jīng)理薛永超回憶。

為啃下這塊“硬骨頭”，他們創(chuàng)新設(shè)計了雙采石箱。薛永超說，當(dāng)采石箱壓力變小時，他們就對采石箱進(jìn)行切換和清理，掘進(jìn)初期每環(huán)就要清理一次。進(jìn)入密集區(qū)后，清理頻率飆升，最高峰每環(huán)要清理50次。以往使用單采石箱，需要人工往外搬，費時費事。如今通過遠(yuǎn)程控制和雙箱輪換，實現(xiàn)不停機、快速的循環(huán)處理。

此外，面對強度達(dá)41兆帕的“頑石”，項目團(tuán)隊為“山河號”裝備了自主研發(fā)的金剛石刀具，這款刀具更具有耐磨性。他們還規(guī)劃了兩處換刀點。當(dāng)“山河號”到達(dá)第一處換刀點，伸縮攝像頭傳回的畫面讓人振奮：刀具完好，掌子面切割軌跡清晰。隨后，他們一鼓作氣完成掘進(jìn)。最終，“山河號”創(chuàng)造了黃河下首次實現(xiàn)全程3.3公里連續(xù)掘進(jìn)不換刀的紀(jì)錄。

日“吞”萬方泥漿，“吐”出清澈尾水

隧道的泥漿處理廠里，每天“吞”進(jìn)上萬立方米黃河泥漿，“吐”出清澈的尾水。“向北是濟(jì)南一級水源地，向南橫貫黃河，我們的泥漿處理必須零污染。”泥漿處理廠廠長胡修志說。

“山河號”盾構(gòu)機每天會產(chǎn)生上萬立方米泥漿，泥漿的高效處理，是保證掘進(jìn)速度的關(guān)鍵之一。“我們考察過長江隧道污水處理的新型設(shè)備。”胡修志坦言，“但在黃河這種特殊泥層下，它有點‘水土不服’。”

別無選擇，他們決定自主搭建一套泥漿處理設(shè)備。“這是行業(yè)內(nèi)的新挑戰(zhàn)，可借鑒經(jīng)驗少，參數(shù)配比確定更是難上加難。”胡修志告訴記者，“絮凝劑用量是關(guān)鍵。少了，泥餅含水量就會過高，達(dá)不到目的；多了，尾水絮凝劑含量超標(biāo)，既達(dá)不到泥漿循環(huán)使用的標(biāo)準(zhǔn)，還會增加成本。”他們以2小時為周期反復(fù)試驗，終于等來了如礦泉水般清澈的尾水。

同時，他們又進(jìn)一步優(yōu)化工藝，將原本必須勻速流轉(zhuǎn)的泥漿管路，改造為可變速、間歇性供漿的“智能模式”，既能短時間內(nèi)“大流量補漿”，又能有效防止罐底泥土“板結(jié)”。

2024年9月1日，“山河號”盾構(gòu)機始發(fā)之際，這套完全自主創(chuàng)新的“絮凝+提濃+壓濾”組合工藝同步啟用。系統(tǒng)每小時可處理泥漿近600立方米，日處理效率提升50%，濾餅含水率降低至30%以下。

定制組合式臺車，隧道施工“跑”起來

黃崗路黃河隧道為單管雙層雙向6車道設(shè)計，是首條穿黃單洞雙層盾構(gòu)隧道。相較于常規(guī)雙隧，具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)工序多、作業(yè)空間狹小、工序交叉復(fù)雜、施工協(xié)調(diào)難度大等特點。

在有限的空間內(nèi)協(xié)調(diào)盾構(gòu)掘進(jìn)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)同步施工，才能保證施工效率。掘進(jìn)到300米時，隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)開始同步施工。起初，團(tuán)隊一門心思抓進(jìn)度，卻在狹窄的通道里頻頻遭遇阻礙。

“要保證每天6環(huán)的掘進(jìn)目標(biāo)，17輛運輸管片、箱涵、雙液漿的車輛就得日夜不停地‘輸血’。”項目總工程師高同礦解釋，“但內(nèi)部施工，尤其是車道板澆筑，一塊就耗時6—7小時，‘占道’工作讓物資運輸生命線瞬間‘卡殼’”。

困境倒逼智慧，項目發(fā)揮團(tuán)隊力量，定制出組合式臺車，并創(chuàng)新研發(fā)可移動盤扣支架等工裝，優(yōu)化施工工藝10余項。組合式臺車底部巧設(shè)萬向輪及伸縮式承重底托，實現(xiàn)快速移位，為后續(xù)車道板施工騰出空間，同時為盾構(gòu)物資運輸留出暢通車道。

這如同在螺螄殼里做道場，實現(xiàn)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工與盾構(gòu)掘進(jìn)“雙線并行”，內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工工效提升60%，為整體高速推進(jìn)提供了堅實保障。

本報記者 于泊升 王曉芳

陳景郁 劉飛躍