8月1日,随着“南海号”盾构顺利通过二号隧洞DK0+556里程,这标志着台山核电站取水隧洞工程彻底攻克了“海底特硬地层及孤石群”这一泥水盾构施工的世界级难题。
泥水盾构施工的“禁区”
根据业内专家介绍说,泥水盾构施工在水下施工有着很大的优势,但是最怕遇到软硬不均地层及花岗岩球状风化物(俗称孤石)。台山核电站取水隧洞地质极其复杂,不但有全断面特硬地层,而且有软硬不均地层(含基岩夹层)、山体滚石层、孤石群以及风化程度不一的花岗岩地层,再加上部分岩石强度高达220兆帕,这远远超过了根据业主地质资料(岩石强度70-80兆帕,最高不超过110兆帕)设计的泥水盾构刀盘刀具的适应区间,堪称是泥水盾构施工的“禁区”。
孤石的风险
孤石是在风化程度较高的岩层中夹杂有风化程度较低的球状体,这种球状风化体与其周围的围岩强度相差巨大,体量小且分布不具有规律性,对其存在的可能性及确切的位置难以预测,因此不易被钻探发现。特硬基岩、孤石对盾构机刀盘及刀具的损坏非常严重,而且孤石在掘进中掉入仓内,造成泥浆门堵塞,需要频繁带压进仓进行刀具更换与孤石捞取作业,存在极大的安全风险。
“工欲善其事必先利其器”,为有效降低施工风险,项目部根据地勘资料提前对盾构刀盘、刀具进行专项改造:一是用重型滚刀代替初装标准滚刀适应破岩要求;二是改进贝壳刀的安装方式,将焊接形式改为可更换的形式,提高海底进仓换刀效率;三是对刀盘外圈加焊合金耐磨环,规避硬岩对刀盘的磨损。改造后的刀盘刀具适应了复杂地质,满足了盾构安全掘进的基本要求。
攻克不良地质段
为攻克不良地质段,项目部在集团公司及隧道股份两级专家组的支持下,成立了“海底工程风化残留体探测与预处理施工技术研究”和“复合地层海底隧洞泥水盾构施工关键技术研究”课题攻关小组,采用“海底爆破”和“地表注浆”等技术,历时四个多月攻克了一号隧洞不良地质段的难题,取得了阶段性的胜利,累计组织1612人次带压进仓,打捞孤石72块,累计更换刀具805把。
针对二号隧洞更靠近陆域侧山体,基岩孤石数量更多的实际情况,项目部从2011年7月5日就开始对二号隧洞基岩孤石进行预处理,为盾构顺利掘进留下充足的提前量。在一号隧洞海底爆破处理技术基础上,为加快施工进度,项目部成立“提高海底盾构隧洞不良地质段爆破成孔进度”技术小组,找出制约钻孔爆破效果的原因:从加强人员培训到采用跟管潜孔钻机与地质钻机相结合,有针对性的配备专一钻机或两种钻机相互配合,提高钻机的利用效率与施工进度,同时与集团公司技术研究中心联合,确定采用分区域集中钻孔与集中爆破相结合的的爆破工艺,通过调整,将爆破震动对钻孔作业面的影响降低到原来的33%,提高了施工进度与成孔效率等几个方面加以改进,从而大幅度提升了施工进度,节约了近3个月的工期,2012年2月24日完成了2号隧洞基岩孤石群的处理工作。这项技术的成功实施,不仅拓宽了泥水盾构的适用范围,填补国内施工技术空白,而且为泥水盾构穿江越海施工提供了实战经验并进行了必要的技术储备。
在随后的掘进中,项目部高度关注参数变化、控制掘进速度,保持着“掘进-带压进仓-掘进-带压进仓”的工作模式,将未能爆破的孤石打捞出来并及时更换相应的刀具。据统计台山项目部到目前为止二号隧洞已经累计组织2009人次带压进仓,打捞孤石824块,更换刀具364把。
目前项目部正在准备进入粘土等软土地层后的带压进仓换刀工作,预计此项工作将在半个月内完成,为后面掀起高产奠定基础。