鏖战江底“破碎带”,他们在万里长江书写创新故事
科技日报记者 金凤 通讯员 李桂香 孟小影 一江碧水,破碎带两岸葱绿。鏖战在江苏南京长江南侧一处深达45米的江底江书工作井内,长达155米的写创新故“钢铁巨龙”静静地躺卧在地下,身后是破碎带一条长达2349米的成型隧道。 “26个月的鏖战地下掘进,11750块管片的江底江书精准拼装,成型隧道内实外密、写创新故不渗不漏,破碎带我们终于迎来了贯通的鏖战一刻。”10月20日,江底江书凝望静卧在地下的写创新故“钢铁巨龙”,中铁十四局南京建宁西路项目负责人牟政感慨道。破碎带 这一天,鏖战在江苏南京长江大桥和扬子江隧道之间,江底江书开挖直径15.07米的“创新号”盾构机顺利完成接收,南京建宁西路过江通道左线盾构隧道横卧江底。 过去的26个月,中铁十四局建设者与“创新”同行,用智慧与汗水在长江下“穿针引线”,长江天堑又有了新的“过江方案”。 南京建宁西路过江通道左线盾构隧道贯通。中铁十四局供图 穿越复杂地层,因地制宜“改装”盾构机 中铁十四局参建的南京建宁西路过江通道,是连接江南主城与江北国家级新区的重要通道,也是推动南京拥江发展、加快江北新区建设、提升长江干线过江能力的重要通道。 走进南京建宁西路智慧中心,五颜六色的地质情况示意图映入眼帘。 “每种颜色都是不同地质的展现,足以看出左线盾构隧道工程的复杂程度。”中铁十四局项目机电部部长王晖介绍,建宁西路左线盾构隧道是国内大直径盾构机一次性穿越强透水砂层、软硬不均复合地层、大宽度断层破碎带、全断面粉质黏土层等多种复杂地质条件组合的穿江水下隧道,这是目前长江流域,也是全国难度最高的隧道工程之一。 示意图中,长约2349米的盾构隧道,最大水深55米,承受最大水土压力达7.7巴,同时存在280米江底浅覆土段,江底最小覆土厚度10.55米,不足0.75倍洞径。盾构隧道穿越江南大堤处紧邻长江深槽,水深、坡陡、地质软弱,同时15米级大直径泥水盾构机切削大堤钢筋混凝土抗滑排桩,在国内是首例,无任何经验可借鉴,施工风险极高。 工欲善其事,必先利其器。“面对挑战,我们对盾构机的刀盘型式、刀具类型、耐压能力等进行了针对性研究、设计,为盾构机配备常压刀盘,实现了江底安全快捷换刀。”王晖表示,他们还配置了可伸缩主驱动,最大伸缩量达40厘米,大大降低了江底换刀的风险,并配备了全自动的超前钻探、注浆系统,应对江底破碎带施工风险,为工程顺利推进奠定了坚实基础。 南京建宁西路过江通道左线盾构隧道贯通。中铁十四局供图 鏖战破碎带,165天更换刀具391把 今年3月,中铁十四局大盾构掘进总里程在南京建宁西路过江通道顺利突破100公里,当时,“创新号”盾构机掘进正酣。 如今,深达45米的接收井内,五层楼高的盾构机刀盘闪耀着金刚本色。中铁十四局盾构经理李龙辉俯视这条“钢铁巨龙”感慨万千,在他的工作日志中,还清晰地记录着他们与“断层破碎带”较量的日子。 在断层破碎带开掘隧道,是任何盾构机都“打怵”的遭遇战,而“创新号”盾构机要遭遇的挑战更是前所未有。“创新号”盾构机掘进到隧道顶部距离江面55米处时,李龙辉就遭遇了“意料之中”的破碎带,断层破碎带裂隙极度发育,黏土含量高、黏性大,中风化白云岩碎块强度高达147.6兆帕。 “如果说斧头利在斧刃,那盾构机‘利’就在刀具了。盾构机挖掘硬岩地层,关键是滚刀,最关键的是滚刀上的刀圈,刀圈称得上掘隧‘尖兵’。”李龙辉表示,在穿越过程中刀筒积渣严重,滚刀偏磨、二次磨损频率高,地层中的中风化白云岩碎块对刀盘、刀具的冲击大,容易导致刀圈崩断。 面对“意料之中”的难题,李龙辉所在的团队早有应对之策,但李龙辉还是经历了一次进退两难的抉择。“刀盘扭矩增大异常,磨损的问题也较想象中的严重,如果按照原先的推进方式生怕对盾构机造成不可逆的损伤。”李龙辉说,在与破碎带的“较量”中,他们一天平均进尺不足2米,推进一环平均达到14个小时。 面对困难,李龙辉与团队成员在刀具类型、刀筒型式上寻找突破点,改进刀体型式与刀具材料,提高刀具的耐久性,更加适应软硬不均断层破碎带,解决了刀圈因受力不均崩断的问题;其次,他们研发新型封板,对刀座上的刀刃旋转预留孔进行封堵,相当于给汽车轮胎处安装了轮眉罩与挡泥板,有效解决刀筒内部积渣的问题,降低刀具偏磨的速率。 就这样,李龙辉与团队一起,与断层破碎带奋战了165个日夜,先后更换刀具40频次,累计更换刀具391把,以平均3.9环更换一次刀具、每次换刀近10把的频率,成功穿越破碎带地层。 “友好”施工,保护水中大熊猫 一江水养育两岸人,也哺育着江水中的万千生命。江豚,是长江生态的指示物种,总面积86.92平方公里的南京长江江豚自然保护区正是为它们而设立。 “以盾构隧道形式穿越长江的建宁西路过江通道,正位于江豚保护区的缓冲区和实验区。”牟政表示,自施工以来,他们致力于为江豚营造安全生存环境,尽最大的努力保护好“水中大熊猫”。 “我们秉承建设‘生态环境友好型’绿色工程的理念,全面落实长江大保护政策,聚焦长江野生生物保护,助力长江生态恢复。”牟政表示,他们建设了全套盾构泥浆循环处理设施,并在储浆池下设置隔离,防止外渗。生活污水经处理设备处理达标后统一定点排放,并定期进行水质检测。 在“创新号”盾构机穿越大堤时,为最大程度减少施工期间对江豚活动的影响,他们采用全方位高压喷射法进行施工,相较于传统工艺,不仅加固效果好,施工噪声、振动小,而且能将喷浆切削后的土体与多余浆液,通过内部管路吸取上来,使泥浆不外溢。 同时,在施工场地周边,项目还安放驱豚仪和声学记录仪,对江豚活动特性进行记录,并配套设置报警装置,当发现江豚出现在施工水域或有靠近施工水域的趋势,施工团队会暂停施工,让江豚安全通过,或利用超声驱赶仪将江豚驱离施工区。 万里长江,奔流不息。南京建宁西路过江通道左线盾构隧道的顺利贯通,为今年底通道的双线贯通奠定了坚实基础。依江而生的南京,将再添发展新动能。
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