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主题: 视频|攻克世界级难度!洛阳地铁这样下穿洛河……

  • 一季花开ˇ
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  • 发表于:2019/5/8 10:47:02
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3月以来,我市地铁2号线文博广场站至九都西路站的施工因开创多个“第一”,一直备受关注,它是我省市政建设领域首次应用泥水平衡盾构机,也是我市首个下穿洛河的市政交通工程……



盾构机在2000多米的掘进区间里,不仅要在全断面卵石地层中潜行,还要穿越近600米宽的洛河底部,地质结构的复杂程度及面临的一系列施工难题可谓“世界级”


    

近日

记者走进施工现场

带您读懂盾构机

如何下穿洛河“潜水游”

并为您解答相关疑惑


    

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“牡丹19号”持续掘进
“牡丹20号”紧跟其后
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地铁2号线文博广场站至九都西路站盾构区间为东西双洞双线,西线长2017米,东线长2031米,其中约600米为下穿洛河段,是我市首个下穿洛河的市政交通工程。


    

今年3月16日,“牡丹19号”始发,按东线施工方案,先由文博广场站掘进至牡丹桥南区间风井;在风井进行穿越洛河前的维修和保养后,再下穿洛河进入春园西路;最后抵达地铁2号线九都西路站。


随后始发的“牡丹20号”负责西线工程。


在施工现场,伴随着被抽出的地下卵石撞击泥水循环管内壁的刺耳声,“牡丹19号”在安全掘进数十米后继续向前,在其内部工作的十余名技术人员各司其职,密切关注电脑屏幕上的各项数据。


    

负责盾构施工的中铁隧道局项目总工程师王云峰说,为保证工程安全、高效推进,技术人员两班倒,24小时不间断施工,由专人送餐到岗。


经前期积累的大量实操经验,目前东线盾构掘进效率稳步提升,西线盾构整装待发。 


    

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施工地层全是卵石
盾构机要“打着石头过河”
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“河底下面泥土松软,盾构机掘进速度应该比在其他地方快吧?”如果您这么想,那就错了,因为洛河下并非泥土层,而是富水卵石层,盾构机穿行其中,困难重重。



王云峰说,根据前期地调结果来看,地铁2号线文博广场站至九都西路站盾构区间上覆盖地层依次为卵石层、黄土状粉质黏土、淤泥、杂填土地层,而盾构机穿越洛河的施工区域全部处于地下卵石层。

    

“下穿洛河施工区域漂石含量高,最大粒径可达70厘米,卵石强度高达200多兆帕。同时,下穿洛河的双隧道顶部距河床底面最小距离为13.1米,最大距离为16.4米。”王云峰说,这意味着盾构机要始终穿行于高水压、大粒径、高硬度、高含量卵石地层中,不仅掘进速度比在泥土层中慢得多,施工难度也大得多。   

    

    

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盾构机潜行如潜水
面临“世界级施工难题”
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2016年5月9日,国内首个地铁隧道穿越黄河的工程--兰州轨道交通1号线穿黄盾构隧道贯通。


这个700多米长、修了两年半的穿黄隧道,因地质结构复杂、开凿过程艰辛,被中国工程院院士钱七虎称为“世界级施工难题”,而我市地铁2号线下穿洛河段施工环境与之高度相似,施工难度不在其下。


    

“单从大粒卵石含量、卵石层渗透系数两方面对比,就可见一二。”王云峰说,下穿洛河施工层中大于60毫米的大粒径卵石含量比兰州轨道交通1号线穿黄盾构隧道的大粒径卵石含量高出14.99%,卵石层渗透系数为140米/天,是兰州工程的2.5倍。


打个不恰当的比方,把一桶水倒进卵石层,一天能往下渗140米。


渗透系数越大,卵石层的透水性越强,盾构机穿行其中,犹如在水中前进。


这些不利因素叠加,不仅加大了施工难度的同时,也容易引发很难预知的难题,比如盾构机漏浆失压、击穿河床、河水倒灌、刀盘卡死等。

    

洛阳与兰州卵石层对比:

    

1、卵石大粒径含量

    

洛阳 >60毫米 26.93% 60毫米-20毫米 44.68% 小于20毫米 28.39%    

兰州 >60毫米 11.94% 60毫米-20毫米 51.5% 小于20毫米 36.56%

    

2、卵石层渗透系数

    

洛阳 140米/天

兰州 55米/天



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首次采用泥水平衡盾构机
开我省市政建设领域先河
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针对洛河及两岸特殊的地质水文情况,中铁隧道局专门打造了2台泥水平衡盾构机--“牡丹19号”“牡丹20号”,这在我省市政建设领域尚属首次应用。

    

与我市地铁建设此前使用的土压平衡盾构机不同,泥水平衡盾构机是通过加压泥水来稳定掌子面的。



盾构机刀盘后有一个密封隔板,将盾构机前体分为两个舱室即泥水舱和气垫舱。


特制的泥水经管道压入泥水仓,待泥水充满整个泥水仓后,通过气垫舱内保压系统对泥水舱内的泥浆进行加压,形成泥水压力室。


刀盘切削打碎的土砂石料与泥水混合,通过管道输送到地面的分离设备,泥浆可重复利用。


    

土压平衡盾构机是把土料作为稳定掌子面的介质,刀盘后的隔板与掌子面之间形成泥土室,刀盘旋转开挖使泥土料增加,再由螺旋输料器旋转将土料运出。

    

“泥水平衡盾构机适用于地下水压大,土体渗透系数大的地质状况,可以精确控制掌子面的压力,减小地面沉降。”王云峰介绍,“牡丹19号”和“牡丹20号”全长103米,重达500吨,开挖直径为6.5米。


    

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掘进面临3大难题
攻坚克难逐一破解
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由于洛河水量丰富,卵石层渗透系数大,河床以下地层几乎全是卵石,工程建设条件的复杂程度在全国来说都属罕见,这给施工带来许多技术难题,主要体现在3个方面,这也是大家疑问的集中点。

    

1

 穿越卵石层 

盾构机会被“噎”住吗?

↓↓↓

        

盾构机在卵石层中掘进,能应付得了数不尽的卵石吗?会不会被大个儿卵石“噎”住,动弹不得?

    

“会,不过我们有应对方案。”技术人员指着工地上一堆西瓜大小的卵石说,这些都是盾构机在掘进中,卡在刀盘和泥水仓泥浆门处的石头。


因掘进地层中存在很多大粒径卵石,一旦发生瞬时堵塞,可能导致盾构机气垫仓内格栅处堆积大量卵石,进而造成盾构机刀盘被卡、卵石滞排等问题。

    

为解决该问题,技术人员可没少想办法:对刀盘进行加宽、加入耐磨合金,让大粒径卵石在刀盘处就尽可能地被切削;给盾构机配置破碎机,对大粒径卵石进行破碎;在刀盘后设置搅拌棒,缓解泥浆门堵塞情况;增加多个采石箱,进一步过滤进入排浆管内的卵石。

    

2

 盾构机用的泥浆 

 有啥不一样?

↓↓↓

        

下穿洛河期间,“牡丹19号”“牡丹20号”将在河床以下十几米的富水卵石层中潜行约600米,掘进中一旦出现泥浆逃逸、泥膜难建立等问题,可能导致地层坍塌、刀盘和盾构机被卡等后果。

    

什么是泥膜?技术人员解释,泥膜是盾构机与掌子面之间形成的一层泥浆包裹层,作用在于维持掌子面稳定,防止掌子面坍塌。


泥膜能否建立,是盾构机能否顺利掘进的关键,而泥浆配比,是泥膜能否建立的关键,也是决定泥浆携砂能力的关键。

    

为保证泥膜顺利形成,技术人员不仅要保证掌子面压力平衡,把压力值精确到0.01巴(压强单位),还在盾构泥水处理场设置了专用制浆设备,采用黏土、膨润土及其他添加剂,研制出符合洛河卵石层特性的泥浆。

    

3

 盾构机 

 “牙口”咋样? 

↓↓↓

       

“牡丹19号”“牡丹20号”下穿洛河期间,还要面临一个难题,那就是刀盘磨损后,不具备进仓更换的条件。

    

为防止盾构机在卵石层掘进中刀盘磨损,技术人员通过取样分析,详细掌握了卵石层的特性及卵石分布规律,用加宽、加入合金等方法,增强了刀盘的耐磨度;


安装磨损检测装置,可对面板磨损、刮刀磨损进行监测;


在刀具配置上,以滚刀为主,降低刀具在切削过程中与卵石碰撞导致的崩齿、掉刀风险;


在盾构机上增设碎石机,随时对出浆口进行疏通,防止卵石堵塞出浆口……给盾构机装上“铁齿铜牙”。

    

王云峰告诉记者,地铁2号线文博广场站至九都西路站盾构区间是地铁2号线的控制性工程,他和同事们能够参建这一项目倍感自豪,他们定把一身才能发挥到极致,做到安全高效施工,争取早日完工。  



来源:洛报融媒、视频动画来源网络

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