国内在建最大公轨合建盾构隧道 济南黄河隧道首洞贯通
2020-10-30 11:46:48 点击：
“ 济南市天桥区的泺口浮桥渡口旁，泰山号盾构机巨大刀盘破土而出，由中铁十四局集团承建的万里黄河第一隧济南黄河隧道工程东线隧道率先贯通。 ”
济南市天桥区的泺口浮桥渡口旁，“泰山号”盾构机巨大刀盘破土而出，由中铁十四局集团承建的“万里黄河第一隧”济南黄河隧道工程东线隧道率先贯通。标志着我国在建的最大直径公轨合建盾构隧道取得重大进展，在人类历史上首次穿越地上“悬河”。
济南黄河隧道工程位于济南城市中轴线上，南接主城区济泺路，北连新旧动能转换先行区。隧道穿越黄河段河床高出南岸天桥区地面5米，最大洪水位高出11.62米，隧道最低点位于河床下54米，最大水土压力6.5巴（相当于一个人手掌大小的面积上承受两个成年男子的重量），施工风险高。
隧道全长4760米，其中盾构段长2519米，设计为双管双层，市政道路与轨道交通合建，上层为双向六车道公路，下层为轨道交通。隧道管片外径15.2米，是目前黄河上最大的隧道。
据中铁十四局项目部盾构经理董冰介绍，工程采用两台超大直径泥水平衡盾构机施工，盾构机开挖直径15.76米。在掘进过程中遇到的最大难题是河底长距离钙质结核层，有1000米的区间为钙质结核“密集区”，最硬岩石强度达到45兆帕，相当于高铁桥墩钢筋混凝土的强度。最难的一次26个小时只掘进了2米，取出58块坚硬的石头。大块钙质结核堵塞格栅，造成了泥水循环系统排浆困难，严重时可导致停机、管道被磨穿等问题。项目部改用新型成型管道，轮换管道提高使用寿命，同时在易磨管道位置提前焊接钢板打“补丁”，应对坚硬岩石的碰撞。其次是黄河底部全断面粉质黏土地层，土质黏性高，废浆量大，刀盘易结泥饼。
中铁十四局集团充分发挥在水下大盾构施工领域核心技术优势，在李海振创新工作室主导下，在院士专家团队指导下，依托大数据、BIM和物联网技术，对隧道遇到的复杂难题进行了专项科研攻关。
工程技术人员改造优化了世界最先进超大盾构机，研发应用“超大直径泥水盾构废弃泥浆环保处理及资源化关键技术”、“高粘粒地层超大直径泥水盾构防结泥饼技术”，针对黄河隧道地层特点，制定刀盘结泥饼判断及位置检测方法，研发一套泥饼形成的预测软件治理“粘牙”问题。已形成科研成果18项，报审实用专利13项，进一步提升了我国盾构隧道建造能力和技术水平。
采用盾构法穿越“江河湖海城”，本身就是对环境影响最小的施工方式之一。“万里黄河第一隧”设计为双管双层公轨合建隧道，上层为公路双向6车道，下层为轨道交通以及管线和逃生通道，实现了一次穿越黄河的利用率最大化，极大降低了对环境的影响。
在国内首次采用超大π型箱涵同步安装工艺，研制了新型模板台车，液压收模、电动行走，集预制、吊装、运输、安装等为一体，操作方便，节省人工，提高功效，降低了对盾构施工运输的干扰和影响。
建设了国内第一条15米以上管片智能化自动化生产线，研发了管片抹面机器人、管片3D智能检测系统。
工程临近一级水源地鹊山水库，项目部按照“标准高、形象好、工厂化”的总体思路坚持生态优先，科学绿色施工，泥浆重复循环使用，做到了零排放。
济南黄河隧道工程突破的难点和特点
超大直径盾构隧道首次穿越地上悬河。万里黄河从河南境内到出海口逐渐形成地上悬河。在济南泺口段，河床高出南岸天桥区地面5米，最大洪水位高出11.62米。隧道最低点位于河床下54米，最大水土压力6.5巴，施工风险高。
盾构机长距离穿越黄河底钙质结核层。盾构段隧道埋深从26.3到54.6米，穿越过程中遇到了钙质结核地层，其中密集钙质结核地层长达1000米、500环。最大的一块钙质结核，长75厘米，重达150斤，强度达到45兆帕。掘进中盾构机刀具严重磨损，甚至刀齿崩断，换刀作业频次高，难度大。大块的钙质结核堵塞格栅出口，造成了泥水循环系统排浆困难，经常卡死泥浆泵，导致停机。盾构机长在掘进中加大泥浆循环速度，加大泥浆携带渣土能力，可是新的问题接踵而至。管道被磨穿、漏浆。工程技术人员为此改用加大壁厚的成型管道，把出浆管道旋转180度，进浆管和出浆管互换，在容易磨坏管道的位置，精准焊接钢板打“补丁”。
穿越全断面粉质黏土。隧道穿越地层主要为黏土和粉质黏土层，土质黏性高，废浆量大，刀盘易结泥饼。项目部技术人员研发应用“超大直径泥水盾构废弃泥浆环保处理及资源化关键技术”、“高粘粒地层超大直径泥水盾构防结泥饼技术”针对黄河隧道地层特点，为盾构机设计提供理论依据，制定刀盘结泥饼判断及位置检测方法，研发一套泥饼形成的预测软件。
公轨合建隧道箱涵同步施工。市政公路和轨道交通共用隧道工程，在管片拼装完成后，进行π型箱涵安装，边箱涵现浇。在国内首次采用超大π型箱涵同步安装工艺，研制了新型模板台车，液压收模、电动行走，集预制、吊装、运输、安装等为一体，操作方便，节省人工，提高功效，降低了对盾构施工运输的干扰和影响。
临近悬河超深基坑施工。工程位于一级黄河阶地，地下水丰富，地下水位较高，基坑开挖深度最大达35米，宽度达50米，地连墙最大深度60米，是济南地区开挖深度、宽度最大的基坑，无工程类比经验。
安全穿越沿线建构筑物。穿越鹊山片区低矮房屋群、黄河南北岸大堤，侧穿绕城高速桥桩最小净距3.9米。
绿色环保施工零排放。工程临近一级水源地鹊山水库，项目部积极贯彻落实“黄河流域生态保护和高质量发展”的理念，按照“标准高、形象好、工厂化”的总体思路坚持生态优先，科学绿色施工，泥浆重复循环使用，做到零排放。
