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武汉地铁掌握多项关键技术6次成功越江
2018-06-11 11:01:38 来源: 长江日报

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地铁7号线三阳路长江隧道已全线贯通

  武汉地铁集团董事长周少东在轨道交通越江隧道国际论坛上表示,目前武汉地铁已经4次穿越长江、2次穿越汉江,依靠的就是多个大类关键技术支撑。这些关键技术同时具有“险、难、大、新”4大特点,体现了在武汉特殊地质条件下修建越江隧道的不易。

  截至目前,武汉建成了地铁2、4、3、6、8号线越江隧道,7号线长江隧道也已贯通,武汉地铁已掌握各类越江隧道的勘察、设计、施工等全套关键技术。但地质条件仍然是工程建设技术的基础。

  武汉的工程地质概况,临近长江和汉江一般为一级阶地,远离为三级阶地,中间过渡的为二级阶地。从4条长江越江隧道上看,盾构隧道直径越来越大,穿越的地层也越来越复杂,施工难度呈现了几何倍增长。

  穿越汉江的地铁隧道,虽然长度短于长江隧道,但汉江隧道的工程地质也不简单。例如3号线汉江隧道盾构施工遇到了富含蒙脱土的泥岩,泥饼将盾构机刀盘黏住,施工进度非常缓慢,武汉地铁人不断摸索,研究出了岩层分散剂,提高了掘进速度。后来7、8号线长江隧道结泥饼处理,充分地吸取了3、6号线过汉江隧道经验,掘进效率明显提高。

  总的来看,在面临上述复杂的地质条件时,武汉地铁越江隧道建设先后掌握了多个大类关键技术,分别是以越江隧道排烟救援疏散为代表的系统工程技术,以超深基坑、江底联络通道、盾构施工和单洞双线双层衬砌为代表的土建工程技术,以三阳路长江隧道、公铁分合建转换为代表的综合技术和绿色生态技术。

  上述关键技术所具备的4大特点,也是在实际建设中得到了体现。

  从“险”来看,武汉地铁越江隧道面临高水压、高渗透、大埋深的险峻现实;

  从“难”来看,隧道从穿越单一地层发展到穿越复合地层,有一个明显的从穿越砂性地层到穿越泥岩、砾岩、灰岩、石英砂岩等多种岩层的发展过程;

  从“大”来看,越江隧道盾构机外径从6.52米发展到12.53米,最终发展到目前的15.76米;

  从“新”来看,越江隧道的形态从单洞单线发展为单洞双线双层衬砌结构,再到掌握公铁合建全套新技术。

  武汉正在建设世界级地铁城市,未来武汉地铁还有10条越江通道需要建设。武汉地铁集团将按照市委、市政府部署,坚持思路不改、蓝图不变、投资不减、速度不降,不断攻坚克难,不断推动技术革新,持续推进地铁建设战略性提速。

  水下盾构隧道代表性工程与技术进步

  ——中铁第四勘察设计院集团有限公司董事长 蒋再秋

  早在1994年,在武汉地铁工程重大技术课题中,铁四院就开始了在武汉河段修建长江隧道的研究。以武汉为起点,铁四院建设了一大批水下隧道工程,其中就包括刚刚贯通的、世界首例公铁合建的盾构法隧道——武汉三阳路长江隧道。

  武汉三阳路长江隧道长约2.6公里,隧道管片直径15.2米,是当前国内超大直径越江隧道。在其工程两岸建筑物密集、建设环境受空间限制较大、盾构江中段地层软硬不均等多种困难下,研究采用了隧道中间加固和隔离技术、改进超大直径盾构的常压换刀技术,有效减少了盾构掘进对先行隧道和既有建筑物的影响,提高了掘进效率。

  作为公铁合建隧道,它对隧道横断面布置要求较高,通过公铁共用疏散通道、排烟通道分段设置等技术,将隧道断面利用率提高到95%。武汉三阳路长江隧道的建设,创造了我国在土岩复合地层修建超大直径盾构隧道的历史,是“一隧多用”和集约化利用城市空间的典范之作。

  在建设“交通强国”新征程中,水下隧道大有可为,也必将可有作为,铁四院愿意推动技术不断进步。

  超大直径盾构隧道技术综述

  ——上海城建集团总裁 周文波

  近年来,我国隧道盾构朝着超大深度、超大断面、超大直径发展,武汉三阳路长江隧道就是超大直径盾构法隧道代表之一。我认为,直径在14米以上的盾构就是超大直径盾构,10米以上是大直径盾构。虽然超大直径盾构成为趋势,但它的实施不是一帆风顺的,特别是在武汉三阳路长江隧道的建设上,建设者克服了难以想象的困难。

  三阳路长江隧道使用的盾构机直径超过15米,这是15米以上盾构机首次穿越复合地层。泥岩和砾岩给施工掘进带来了极大的阻碍,刀具磨损非常严重,前前后后换了4000多把刀,同时还带来了泥饼淤结的严重问题,掘进速度极大减缓。

  针对这些难点采取了应对措施,对刀具型式及配置进行科学调整,刀具的高度、强度增大了,还增加了刀桶冲洗孔;设置刀盘刀具磨损报警装置;采用常压换刀技术等。最后,一系列的措施出现了实际效果。

  超大直径隧道建设的前景是非常广阔的,但越来越多的难题也需破解,很多技术还需要创新,让超大直径隧道建设更高效更智能。

  超级工程引领全球盾构发展

  ——中铁十四局集团有限公司董事长 张挺军

  2017年8月,中铁十四局承建的国内最大直径单洞双线地铁隧道——武汉地铁8号线长江隧道,历时14个月,在突破浅覆土、长距离土岩复合地层、穿越棚户区等多个施工技术难题后顺利贯通,并按期交付运营,我们深表荣幸。

  目前,大直径盾构隧道技术越来越多地应用于我国公路、铁路、城市轨道交通等领域。据统计,目前全球盾构机直径排名前列的8项工程中,中国就占了5个。中国企业已拥有大直径盾构应用中的一批核心专利技术,其中常压土岩复合刀盘设计、常压下滚齿刀具互换技术等首创成果和专利技术正推广至全球各厂商的20余台设备上使用。 大直径盾构隧道服务于各大城市建设。包括武汉地铁7号线三阳路长江隧道在内的多城市大直径盾构隧道技术,均属于世界首次应用,也必将带来盾构隧道多领域的腾飞。这些对于提高中国在水下盾构和大直径盾构领域的核心竞争优势和市场话语权具有十分重要的意义。

  超大直径越江盾构工程数字化施工

  ——中国工程院院士、华中科技大学校长 丁烈云

  武汉地铁7号线三阳路长江隧道属于超大直径盾构法隧道,这类隧道在施工中,常伴随着穿越复合地层、承受超高水压等一系列挑战,主要问题有盾构机在掘进中刀具磨损大、施工安全控制以及管片拼装安全和质量的保障。

  这些问题,我们可以通过数字化、智能化解决问题和防范问题发生。通过研发基于图像建模的服役刀具磨损快速评估技术、构建盾构刀盘刀具三维服役状态数据库等技术手段,可以随时监控刀具的使用情况以及提前分析出磨损状态进行相应调整,提出优化方案。从三阳路长江隧道数字化施工情况来看,工程现场技术可行性验证取得成功,通过辅助刀具评估,500-1000环复合地铁区段,换刀次数减少了20%。

  隧道管片拼装方面,在三阳路长江隧道施工中,研发了管片拼装质量点云扫描快速检测法,能三维可视化表达、结构化输入输出、精准生成隧道轴线、椭圆度等,运用了核心算法确保管片拼装的安全和质量。

  数字化施工不仅能对机器和岩层进行精确计算,起到保质量的效果,同时还能对现场工人的情绪进行数字分析,建立盾构机操作和施工人员情绪对操作行为影响效果的模型,支持实时评价上述人员的安全工作能力,确保他们是在一个健康的情绪下进行工作。

(责任编辑: 陈剑)

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