央视焦点访谈:3分钟通过的隧道,为何要用4年时间来建设?

2019-09-11 07:41 来源:央视焦点访谈 浏览:157

3分钟通过的隧道,为何要用4年时间来建设?

对于生活在大城市的人们来说,地铁并不新鲜。以现在的技术水平,修建地铁似乎也不算难事。但是,美丽的海上城市厦门,在修建这条地铁2号线时,却遇到了难题。这条地铁连接着陆上的海沧区和厦门岛,修建它,就需要穿过2784米的海峡。这段海底隧道虽然不长,但施工时,创造了很多地铁修建史上的第一。

 

厦门地铁2号线目前已全线贯通。厦门地铁2号线穿越的这条海底隧道全长2784米,仅仅3分钟的车程,可打通这条隧道却整整花了将近4年的时间。这是我国首条盾构地铁海底隧道,虽然长度算不上是全国最长的海底隧道,但修建这条海底隧道的难度非常大,原因在于,这条海底隧道的地质结构复杂程度,超越以往所有的水下隧道工程项目。

修建隧道最常用的方式是钻探设备在岩层中钻孔,在孔隙中填上炸药,在岩层中炸开一条通道,但这种方法要求开挖地质坚硬稳定,厦门的这片海域地处太平洋火山地震带,地质情况十分复杂。厦门跨海地铁隧道要穿越的海底区域有18种不同地质,不稳定的软硬岩石纵横交错,还有繁忙的航道在隧道的正上方。在这样的地质条件下,用传统爆破的方法极有可能发生透水坍塌事故。施工方采用盾构机完成隧道的施工。这也是国内第一条使用盾构机修建的跨海地铁隧道。

庞大的盾构机,每一部造价高达7000万元,长度105米,相当于一辆8节车厢的高铁列车,每台重量700多吨,比全球最大的客机A380还要重一些,是隧道工程的开路先锋。盾构机前端的旋转刀盘上,安装有100多颗类似于牙齿的削刀,通过刀盘的转动将前端的岩石磨碎,一天最多可以向前挖掘十多米的距离,挖掉500多吨的岩土,在它身后留下一个直径7.5的隧洞。

负责厦门地铁2号线海底隧道施工的建设团队,此前有过穿越长江、黄河隧道、扬州瘦西湖隧道的历练,起初他们对完成厦门海底隧道施工信心满满。庞大的盾构机在厦门海底像“钢铁蚯蚓”一样,刀盘的刀头旋转削切下施工区域前的岩土,再通过管道注入泥浆,让泥浆携带岩土输送到地面上来。开始的4个月,施工进展相当顺利,然而当盾构机在海底行进到600米时,意外发生了。盾构机在掘进时突然发生剧烈震动,机器的操作参数也出现异常,怎么也往前推进不了,盾构机被卡在了石头中。

中铁十四局集团有限公司厦门地铁项目部项目总工程师陈建福说:“这个石头不是一整块的,相当于一个一个的孤石群,它要是整个石头的话,我们这个盾构机硬岩照样能做,它只要不动,我就一点一点把它磨完了。可是它就在石头堆里面,一动把这个石头全都扰动了,扰动之后,盾构机顶上的、海床以下的石头也是哗啦啦往里面来。”

盾构机不怕整块的坚硬岩石,也不怕松软的沙土,最怕的就是这种软硬混在一块儿的孤石群,进入到盾构机的刀盘上便开始打转儿,无法前进作业,唯一的方法是依靠工人进入到盾构机的前端,手动清理卡在刀盘中的孤石。盾构机分前后两个部分,最前端是开挖区,是刀盘和海底岩石接触的地方,后端是工作区。盾构机正常掘进时,工作人员都待在工作区内,前后两个区域通过一道密闭舱门隔离,这个区域叫人闸。一旦遇到紧急情况,需要工人经过人闸进入到开挖区进行检修清理。尤其在海底复杂多变的地质情况下,这是一件十分危险的事情,因为开挖区直接暴露在岩土中,为了保持开挖区的稳定,必须向开挖区注入高压空气,像吹气球一样支撑起隧道中的岩土,撑起一个稳定的作业空间。

由于在海平面40米以下作业,抢修人员从工作区进入开挖区需要经过到中间的密闭空间,也就是到人闸进行加压。当压力增加到与开挖区一样的时候,闸门打开,抢修人员才能进入到前舱进行人工操作清理孤石作业。

由于空间狭窄,每次只能进去三个人,其中一人负责观察落石,另外两个人进行清理孤石。

中铁十四局集团有限公司厦门地铁项目部盾构经理吴玉礼说:“清理过程中,人要从上面清理,清到最下面,最下面都是7米多深,相当于两层楼三层楼那么高。你在楼底下干活,楼上上面石头块有时候突然掉下里一块,里面全是泥巴又是油,爬的时候一不小心就滑下去。”

开挖区是一个高风险的区域,眼前就是与海底岩石接触的刀盘,还人为增加了高于外界数倍的气压,工作难度之大超乎想象,全国仅有几百人拥有从事这项高危工作的资质。

当盾构机刀盘被卡住,工作人员人工清理刀盘的时,新的意外又出现了:巡查人员发现海面上有冒泡涌出。此时施工区域的海底正在漏气,一旦气体不断泄漏,前舱随时有可能发生岩土坍塌甚至海水倒灌进隧道的灾难性后果。当务之急是如何堵住岩石之间缝隙造成的漏气。由于厦门施工海域地质构造复杂,没有现成的经验可以借鉴,施工只能被迫中断。

时间一天天过去,由于全面停工,焦虑的情绪开始在工地蔓延。盾构机还停在海底,如果不能尽快恢复掘进,将无法按照工期贯通隧道。他们请来了国内该行业的顶尖专家,在全国隧道工程中寻找可能的解决方案。

在广州地铁隧道施工时,曾经尝试一种特制的泥浆注入开挖区域,让泥浆在开挖区域形成一层保护膜,以此堵住漏点,但是这种泥浆一般用在陆地的地下施工,在海底是否适用,谁也没有把握。

倒水、和泥、观察、等待,一次次地进行试验,在经历了几百次的失败之后,好消息终于传来,泥浆配比方案成功了。通过实地测试,这层泥膜确实有效填补了开挖区岩石的缝隙,防止注入开挖区的高压空气向海面泄漏,这一次他们用科学创新的精神找到了解决问题的办法。

经过100多天的不懈努力,危机解除了,抢修人员可以再次进入开挖区清理孤石。被困在海底的盾构机终于突破了13.5米宽的孤石群,继续向海底掘进。

建设团队在这1000多天的时间里,攻克了一个又一个的大小难题。今年1月19日,经过工程团队的不懈努力,盾构机终于走出海面,隧道实现全线贯通。

厦门地铁2号线整条跨海隧道累计带压进舱3475舱,人工清理孤石1000多方,海上爆破处理孤石2519方,海底破碎地层土体加固64916方,海底换刀712把,这在国内隧道施工史上罕见。

中国工程院院士钱七虎说:“我们厦门2号线海底隧道的工程技术,它遇见的工程地质、水纹地质的复杂程度是以往水下隧道工程最多最难的。”

 

目前,厦门地铁2号线已陆续实现洞通、轨通、电通、试运行等关键节点目标,预计今年底试运营。修建国内首条海底地铁盾构隧道,难度大,风险高,史无前例,可以说是对我国隧道建设行业的一次检验。工程共采用了新技术、新工艺20多项,9项技术成果已申报国家技术专利,为今后海峡隧道建设积累了宝贵经验,储备了重大关键技术。而工程建设者在施工过程中表现出的勇于创新、吃苦耐劳、攻坚克难的精神,更为可贵。

 

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