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地铁十八号线成功实现“长距离小半径”下穿珠江

来源:广州地铁发布时间:2020-11-13

1112日,在位于广州市天河区冼村路的盾构接收井内,随着盾构机刀盘缓缓转动,负责广州地铁十八号线琶洲西区站至冼村站区间右线隧道掘进任务的“铁兵40号”盾构机破土而出,标志着国内首次长距离小半径下穿珠江的难题挑战成功。

十八号线琶洲西区站至冼村站区间全长3公里,“铁兵40号”盾构机在位于海珠区的琶洲西区站始发后,以“S”型两次在珠江底下实现小半径转弯,随后进入冼村站。盾构机掘进过程中,先后下穿了珠江啤酒博物馆、有轨电车、猎德大桥、珠江前航道、既有地铁5号线、珠江新城16号地下通道等重大风险源,主要穿越的地层包括泥质粉砂岩地层、砂砾岩等,岩土黏性高。其中,盾构机长距离(约1612米)、小半径(600米)、“S”型(两次转弯)下穿珠江水系,在广州尚属首次,工程技术难度、施工水平要求、施工风险系数、外界环境敏感度在国内同类型施工中首屈一指。

“升级”盾构机   应对下穿珠江复杂挑战

由于盾构机超过一半的掘进里程位于珠江底部,地层裂隙水发育,这对盾构机主轴承密封和盾尾密封提出极高要求。同时,由于区间隧道穿越地层67%以上为微风化砂岩和砾岩地层,其中下穿珠江段微风化岩层比例更是高达80%,容易造成刀具磨损,而在珠江底的复杂地层中进行开仓作业更换刀具存在着较大风险。

“我们成立了盾构施工小组,在盾构机设计阶段着手就采取应对风险的措施。”施工单位中铁建华南公司广州地铁十八号线七分部(中铁十四局管段)项目经理陈阵说道。为确保盾构机顺利穿越珠江,地铁建设者们与盾构机研发设计人员做了针对性设计,通过优化刀盘开口率、渣土改良系统,降低土仓内渣土仓位,并采用气压反压技术防止裂隙水进入土仓,其中主轴承密封设计上最高可承受6个大气压,从根本上提高了密封对高压水的耐受性,有效解决了螺旋机喷涌、刀盘“结泥饼”等技术难题,

同时,地铁建设者们还多次组织技术专家到现场研判和探讨,从盾构机性能设计联络、刀具选型配置、掘进模式选择等多方面进行充分论证,最终确定采用镶嵌合金齿式滚刀。在施工过程中,通过时刻关注参数变化和渣土分析,在岩层较好、裂隙水较少的地层主动检查刀具,降低了被动开仓的风险。据统计,地铁建设者们在江底仅开仓作业4次,且未出现刀具异常磨损情况,不仅确保了盾构机顺利下穿珠江,也在刀具选型和施工参数控制方面为同类地层和水下盾构施工提供了良好的借鉴。

此外,“铁兵40号”盾构机在江底以600米半径曲线转弯掘进的长度超过2200米,这在直径8.8米的盾构隧道施工中非常罕见,使得施工轴线控制、管片上浮、管片错台和渗漏水控制难度非常大。为此,施工单位调集优势资源,并多次邀请行业专家和技术能手从掘进控制要点、管片选型、纠偏技巧和管片拼装要点技巧等多方面进行理论和实操培训。“我们还根据掘进姿态与成型隧道轴线情况,严格做好同步注浆和二次注浆跟进,控制管片上浮、调整掘进姿态。从掘进姿态控制上确保了成型隧道与设计轴线的拟合,从管片拼装标准控制上确保了管片拼装质量,最终确保了成型隧道管片接缝平顺、全线不渗不漏。”陈阵介绍道。

实施信息化管控 “360度”监测确保施工安全

在下穿珠江啤酒博物馆、猎德大桥等重大风险源,以及下穿珠江段施工前,为确保盾构开挖面的稳定,防止对珠江堤岸、猎德大桥等建(构)筑物造成任何不良影响,地铁建设者们充分运用信息化管控手段,通过三维数值模拟计算分析,制定各风险源的安全影响评估报告,提前做好盾构施工的风险研判和处置准备。同时,加密下穿珠江段的地质勘察,在隧道两侧3米外进行地质补勘,勘察孔间距不超过30,确保地质情况信息准确。

在穿越珠江前航道时, 地铁建设者们还特别加强监控量测,通过洞内监测手段,对隧道管片拱顶沉降和水平位移进行实时监测。同时,运用GIS+航拍技术,研发综合监控系统,并在珠江堤岸和猎德大桥前后布控了多个高清摄像头,对猎德大桥主塔和桥面实施全自动化监测,实时显示盾构机在江面的准确位置,根据监测数据及时调控盾构机掘进参数,同时做好同步注浆加固,确保施工安全。

此外,地铁建设者们通过建立完善的信息反馈网络和现场指挥中心,应用“远程监控系统”,将盾构施工面和监测点的即时情况及时反馈指挥中心,动态实时掌握盾构掘进情况,并通过监测数据结果,指导盾构掘进施工。为保证下穿珠江段施工安全,地铁建设者们还制定了现场巡视和观测等措施,租赁船只在珠江范围内按照半小时一次的频率定时巡查,为盾构机安全施工提供“地上+地下”的全方位保障。

全线已进入机电施工阶段  仍有困难需要攻克

“铁兵40号”的顺利出洞,标志着全线土建工程又完成一个里程碑目标。广州地铁十八/二十二号线建管部资深项目经理程学昌介绍,地铁十八号线全线土建工程已累计完成83%9座车站中,6座已封顶,2座进行土建施工,1座在进行施工前准备;8个区间中,7个进行土建施工,1个区间在进行施工前准备。万顷沙车辆段、陇枕停车场进行土建施工。部分车站已进场进行车站装修及机电安装施工。

尽管土建工程进度已超八成,但由于地质条件复杂,且受上半年疫情造成的工期影响,全线仍然有多个施工难题需要攻克,譬如番禺广场至南村万博区间2号盾构井至南村万博站南端暗挖竖井盾构区间下穿既有地铁七号线、冼村站超大断面暗挖、横沥至中间风井盾构区间联络通道开挖施工等。目前,广州地铁正在采取积极措施,投入优势资源,统筹推动全线的土建、机电工程施工,确保年度建设任务顺利完成。(图文:李远雷、曾智威)