黃河濟(jì)南段開(kāi)挖世界水下最大直徑盾構(gòu)隧道

萬(wàn)里黃河流入河南，開(kāi)始形成地上懸河。在濟(jì)南濼口段，河床高出南岸城區(qū)地面5米，最大洪水位高出河床11.62米，是一條罕見(jiàn)的、水量巨大的地上懸河。

9月20日，兩臺(tái)超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)在這一懸河下，開(kāi)始對(duì)濟(jì)南黃河隧道進(jìn)行掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)名為“黃河號(hào)”，總長(zhǎng)166米，總重4000噸，裝機(jī)總功率8688千瓦，最大推力199504千牛。刀盤(pán)直徑相當(dāng)于5層樓高，刀盤(pán)主驅(qū)動(dòng)的核心是14個(gè)變頻電機(jī)，總功率4900千瓦。

濟(jì)南黃河隧道工程被譽(yù)為“萬(wàn)里黃河第一隧”。隧道開(kāi)挖直徑15.76米，全長(zhǎng)4760米，為目前世界在建最大直徑的公軌合建盾構(gòu)隧道。穿越水域最大洪水位高出河床11.62米，隧道最低點(diǎn)位于河床下54米，最大水土壓力7.5巴。

長(zhǎng)距離、大斷面穿越地上懸河，將成為人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用黃河的又一壯舉。

如何設(shè)計(jì)這條從繁華都市穿越懸河的隧道？

針對(duì)大直徑盾構(gòu)隧道首次穿越地上懸河，以全國(guó)勘察設(shè)計(jì)大師、中國(guó)鐵建首席專(zhuān)家、鐵四院副總工程師肖明清為核心的鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，提出了雙道防淹門(mén)解決方案，以實(shí)現(xiàn)全方位有效封堵，保護(hù)城市安全。

為拓展城市空間，濟(jì)南黃河隧道設(shè)計(jì)為城市道路和軌道交通合建方案。怎么解決工程面臨的公軌合建、斷面布置緊湊難題？

鐵四院隧道專(zhuān)業(yè)高級(jí)工程師何應(yīng)道說(shuō)，為保證道路及地鐵的通行限界需要，鐵四院研發(fā)了高度可調(diào)節(jié)預(yù)制箱涵，較常規(guī)方案，可減小隧道內(nèi)徑20厘米，節(jié)約直接工程費(fèi)約1000萬(wàn)元。

水下這么深，公路和軌道合建，遇到突發(fā)事件，救援如何保障？

“濟(jì)南黃河隧道內(nèi)設(shè)置了消火栓、水噴霧、滅火器、廣播、緊急電話、視頻監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控等完備的防災(zāi)救援設(shè)施，通過(guò)中央計(jì)算機(jī)形成有機(jī)系統(tǒng)，如遇突發(fā)狀況，可實(shí)現(xiàn)上層道路6分鐘完成疏散，下層地鐵區(qū)間30分鐘完成疏散。”何應(yīng)道說(shuō)。

專(zhuān)家介紹，濟(jì)南黃河隧道施工將面臨開(kāi)挖斷面大、掘進(jìn)距離長(zhǎng)、淺覆土、深基坑、高水壓、地質(zhì)情況復(fù)雜多變等一系列技術(shù)難題。

“黃河隧道穿越地層主要為黏土和粉質(zhì)黏土層，土質(zhì)黏性高，易造成刀具磨損、刀齒崩斷、刀盤(pán)結(jié)泥餅，大量廢漿易堵塞吸口。”中鐵十四局項(xiàng)目負(fù)責(zé)人歷朋林說(shuō)，為攻克難關(guān)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)優(yōu)化盾構(gòu)機(jī)選型，與濟(jì)南城市建設(shè)集團(tuán)聯(lián)合，打造了兩臺(tái)超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)。

“針對(duì)粉質(zhì)黏土地層，刀盤(pán)設(shè)計(jì)開(kāi)口率46%，對(duì)刀盤(pán)開(kāi)挖面加大沖刷力度。配置可伸縮主驅(qū)動(dòng)、常壓換刀刀盤(pán)，增加了沖刷設(shè)施。”中鐵十四局項(xiàng)目盾構(gòu)經(jīng)理李海振說(shuō)，盾構(gòu)機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)超級(jí)智能機(jī)器人，集隧道開(kāi)挖、襯砌一次成型，自動(dòng)化程度高、施工效率高、對(duì)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，安全、節(jié)能、環(huán)保。

這臺(tái)超級(jí)智能機(jī)器人是怎么挖隧道的？

“刀盤(pán)切削土體，經(jīng)沖刷，落入盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖倉(cāng)的底部，再經(jīng)攪拌器以及泥水循環(huán)，泵送至地面泥水分離場(chǎng)進(jìn)行沉淀或篩分處理。”李海振說(shuō)，推進(jìn)油缸每前進(jìn)2米時(shí)，停止推進(jìn)，進(jìn)入拼裝模式，依次循環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，最終形成一條完整的隧道。

濟(jì)南城市建設(shè)集團(tuán)相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，濟(jì)南黃河隧道工程計(jì)劃于2021年完工通車(chē)，屆時(shí)將大大加強(qiáng)濟(jì)南北部新城與主城區(qū)聯(lián)系,加速濟(jì)南從“大明湖時(shí)代”邁向“黃河時(shí)代”。