黃河濟南段開挖世界水下最大直徑盾構(gòu)隧道

萬里黃河流入河南，開始形成地上懸河。在濟南濼口段，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，是一條罕見的、水量巨大的地上懸河。

9月20日，兩臺超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機在這一懸河下，開始對濟南黃河隧道進行掘進。盾構(gòu)機名為“黃河號”，總長166米，總重4000噸，裝機總功率8688千瓦，最大推力199504千牛。刀盤直徑相當(dāng)于5層樓高，刀盤主驅(qū)動的核心是14個變頻電機，總功率4900千瓦。

濟南黃河隧道工程被譽為“萬里黃河第一隧”。隧道開挖直徑15.76米，全長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，隧道最低點位于河床下54米，最大水土壓力7.5巴。

長距離、大斷面穿越地上懸河，將成為人類開發(fā)利用黃河的又一壯舉。

如何設(shè)計這條從繁華都市穿越懸河的隧道？

針對大直徑盾構(gòu)隧道首次穿越地上懸河，以全國勘察設(shè)計大師、中國鐵建首席專家、鐵四院副總工程師肖明清為核心的鐵四院設(shè)計團隊，提出了雙道防淹門解決方案，以實現(xiàn)全方位有效封堵，保護城市安全。

為拓展城市空間，濟南黃河隧道設(shè)計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？

鐵四院隧道專業(yè)高級工程師何應(yīng)道說，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)約直接工程費約1000萬元。

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，通過中央計算機形成有機系統(tǒng)，如遇突發(fā)狀況，可實現(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。

專家介紹，濟南黃河隧道施工將面臨開挖斷面大、掘進距離長、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、刀盤結(jié)泥餅，大量廢漿易堵塞吸口。”中鐵十四局項目負責(zé)人歷朋林說，為攻克難關(guān)，項目團隊優(yōu)化盾構(gòu)機選型，與濟南城市建設(shè)集團聯(lián)合，打造了兩臺超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機。

“針對粉質(zhì)黏土地層，刀盤設(shè)計開口率46%，對刀盤開挖面加大沖刷力度。配置可伸縮主驅(qū)動、常壓換刀刀盤，增加了沖刷設(shè)施。”中鐵十四局項目盾構(gòu)經(jīng)理李海振說，盾構(gòu)機相當(dāng)于一臺超級智能機器人，集隧道開挖、襯砌一次成型，自動化程度高、施工效率高、對沉降控制標準高，安全、節(jié)能、環(huán)保。

這臺超級智能機器人是怎么挖隧道的？

“刀盤切削土體，經(jīng)沖刷，落入盾構(gòu)機開挖倉的底部，再經(jīng)攪拌器以及泥水循環(huán)，泵送至地面泥水分離場進行沉淀或篩分處理。”李海振說，推進油缸每前進2米時，停止推進，進入拼裝模式，依次循環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，最終形成一條完整的隧道。

濟南城市建設(shè)集團相關(guān)負責(zé)人表示，濟南黃河隧道工程計劃于2021年完工通車，屆時將大大加強濟南北部新城與主城區(qū)聯(lián)系,加速濟南從“大明湖時代”邁向“黃河時代”。