1月19日,汉口长江北岸,300多名中国中铁建设者和数千名群众,热切地围拢在东线盾构竖井四周,见证1100余吨的盾构机横穿长江实现隧道贯通这一历史性的时刻。 “一隧穿南北,两岸变通途”的立体交通即将变成现实。
武汉长江隧道是国家批准立项、武汉“十五”期间重点建设项目,是世界上水压最大的隧道,是穿越长江的首座公路隧道,也是国内采用大断面复合式泥水盾构机首次穿越长江修建的交通隧道,被誉为“万里长江第一隧”
武汉长江隧道由中铁隧道集团联合体设计、采购、施工总承包,股份公司负责盾构施工。工程位于武汉长江大桥和武汉长江二桥之间,建筑总长3630米,隧道部分长3295米,越江部分长1300米,工期3年零9个月。隧道为左右隔离双向4车道,设计时速50公里。隧道工程概算20.486亿元人民币,设计、施工、采购费约10亿元人民币。武汉长江隧道设计抗震6级,最高可抵御300年一遇洪水。预计车流量达到9万辆/日。
为“生命工程”加上12道保险
2004年11月,武汉长江隧道正式开建。中共中央政治局委员俞正声,中央委员罗清泉,中央候补委员、中国中铁党委书记、董事长石大华出席开工仪式。随后石大华书记又多次来到长江隧道工地进行检查指导,给予中铁隧道参建员工极大鼓舞。他要求中铁隧道把武汉长江隧道当成“生命工程”,争创中国市政金杯奖和建筑工程鲁班奖,努力打造“中国中铁”知名品牌。
隧道穿越地层地下水与长江水有密切水力联系,其含水层厚度大,水量丰富,水压高,若掘进参数控制不当,极易导致涌水、开挖面坍塌等危险。隧道的施工安全,是工程建设的首要问题。
针对施工中存在的种种未知风险,集团公司多次广泛邀请业内专家参与评审,集团老专家也出谋划策,编制完成了盾构掘进施工可能对地表建筑物造成破坏等12类风险防范及应急救援措施,为掘进加上12道“保险”。
2005年12月9日顺利完工的隧道江南竖井,时称“武汉市政工程第一坑”,长35.09米,宽22.10米,深23米,项目部认真落实施工方案,提前进行风险演练,成功排除2次可能管涌险情,有效制服压缩性高且强度低的砂土地质和长江高压水害。
2007年4月10日,武汉长江隧道通过加强注浆、严格控制掘进参数,周密检测和24小时巡视,左线盾构顺利穿越武九铁路,确保了此方向列车的安全营运,获武汉铁路局和业界的好评。
2007年7月26日,武汉长江隧道顺利穿越长江大提,观测数据显示盾构通过时,地面变形远远低于设计值,大堤安然无恙。
党的十七大期间,盾构顺利穿越江心,中央电视台新闻联播“为党的十七大献礼——重点工程巡礼”版块进行了报道。
12道“保险”确保了独头连续安全穿越长江4600单线延米,并顺利通过双竖井开挖、长江大堤、武九铁路、密集建筑群、复杂岩层、长江水下高水压等难关。
破解大断面泥水盾构施工世界级难题
武汉长江隧道盾构施工掘进存在五大难点。姿态控制:穿越软硬不均地质,掘进姿态难以控制;高水压:隧道从水面到底部深57米,防止施工透水是隧道建设的最大难点;强透水:隧道两岸大部分为粉细砂底层,一旦透水后果不堪设想;超浅埋:部分地段盾构机离地面只有5至6米,要做到不“惊动” 地面50余幢建筑,确保建筑安全的难度可想而知。长距离掘进:由于地质变化大,盾构机需一次穿越2500米,否则因江底带压进仓换刀带来的高风险不可想象。
联合体指挥长肖龙鸽介绍,隧道开工之日起,几乎每一个施工阶段的跨越都与世界级的技术难题相伴。而项目“克敌制胜”的法宝源于强大的技术支持和信息化管理。
针对施工可能遇到的施工困难,指挥部会提前策划召开院士、专家的论证方案会,确定掘进技术方案:针对水下隧道掘进的主要问题,采用严格控制同步注浆压力、最新防水接缝技术,提高管片抗透水性能,特殊地段坚持信息化施工等手段,指导盾构安全掘进。
2006年10月16日,联合体指挥部召开科研会,为武汉长江隧道掘进把脉。与会人员对隧道盾构衬砌结构力学特征及关键设计参数研究、管片接缝放水试验研究、高水压地层盾构掘进开挖稳定及带压换刀技术等方面进行分析和总结,为盾构掘进进一步清除了技术障碍。
项目部率先引入远程监控系统,实现了盾构机掘进、地质预报、施工工艺、工序紧密衔接等全方位控制;项目部更在掘进过程设立多个监测点,建立起现场施工信息分析小组,对监测数据分析处理,做出空间模型结构安全复核计算等,以实测数据作为整个掘进的重要标准。
强大的技术支持及有效的信息化管理,使得大直径泥水盾构顺利掘进,并创下日掘进12环(24米)的纪录,2007年6月份以来,月进度始终保持在300米以上,保持了稳产高产。尤其是在2007年四季度双线掘进突破了2000米。
为沿江城市水下隧道施工领航
武汉长江隧道被誉为万里长江第一隧, 因其复杂地质条件及施工难度,成为隧道科技创新、测试与检验的平台。集团公司结合工程实际情况进行全方位技术攻关,本着安全、可靠、经济的原则有针对性地进行,确保万里长江第一隧在技术创新上取得新突破。集团公司和项目先后投入500多万元科研经费,依托集团四位一体优势,并联合国内知名院校参与研究,编制了详细的科研创新计划,重点开展了13个课题的科研攻关工作,取得了一系列创新成果。先后在国家科学技术核心期刊发表论文10余篇,获得国家发明专利5项,其它各类技术成果60余项。
高水压盾构掘进技术得到有效探索。武汉长江隧道从水面到底部深达57米,高水压条件下避免盾尾和管片渗水是一大难点,项目部采用多种工艺和技术有效解决了这一问题。
盾构穿越粉细砂层难题得到成功解决。粉细砂层天然水含量丰富、压缩性高而强度低,具有高灵敏度、易触变、流变的工程地质特征,而武汉长江隧道需穿越的粉细砂层达1310米。
武汉长江隧道在高水压带压作业技术面取得突破,实现国内第一次自主在4.5bar压力下带压作业。
大直径泥水盾构穿越软硬不均地质姿态控制难的问题得到解决。隧道引入激光自动导向系统,配合人工测量,根据地质变化采用不同的掘进方式,保持盾构机姿态和隧道线型控制。
武汉长江隧道四周建筑物环绕,特别是有116年历史的鲁兹故居,位于江北竖井南侧约20米处,因本身搞变形能力差,且先后受到江北竖井施工和盾构掘进双重扰动,保护难度极大,项目部通过掘进参数控制、科学加固和防护监测,顺利通过了此地段,成为工程施工建设与保护并重的一项典范。
2007年5月份,武汉长江隧道被列入“863”计划的 “高抗渗长寿命大管径隧道管片材料结构设计与工程应用”课题通过国家科技部验收,新材料、新工艺使隧道管片“抗渗”和“增寿”明显提高。该成果具有独创性和先进性,达到国际先进水平,标志着我国盾构隧道管片材料的生产和应用技术具备了国际先进水平。
专家们认为,武汉长江隧道在科研技术上及信息化施工的众多革新,标志着穿越江河湖海隧道技术日臻成熟,接近世界先进水平,其将为目前正在规划或筹建的国内其他穿江隧道起到示范作用。
“长江一号”、“长江二号”盾构机先后于2006年9月和2007年2月从武昌出发,向汉口方向掘进。目前,西线也已穿越北岸长江大堤,距离江北竖井仅剩余400米,预计2月底到达江北竖井,年底可望双线通车。全体参建员工众志成城,为完成隧道后续工程奋战。寂寥寒冬,长江隧道工地却如火如荼,万里长江第一隧的雄浑“身姿”即将完美呈现。(焦卫华 牛雪顶)