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交叉斷裂帶暗流涌動 福州地鐵4號線再穿閩江

泥漿篩分系統設備

交叉斷裂帶暗流涌動 福州地鐵4號線再穿閩江

福州地鐵4號線金牛山站到洪塘站之間的過江隧道,將從洪山橋舊址附近的江面下經過

地鐵4號線一期工程途經倉山、臺江、鼓樓、晉安,串聯起福州中心城區交通要道,備受市民關注。呈東北半環的線路將與西南半環的5號線閉環,未來和多條放射狀線路實現換乘,打通榕城地下“任督二脈”。線路長28.4公里,均沿地下敷設,其中在鰲峰洲站至花海公園站、金牛山站至洪塘站兩處均面臨穿越閩江的艱巨任務。去年10月中旬,鰲峰洲站至花海公園站已完成盾構雙線過江。完成過江后,盾構機立即投入復雜的設備改裝。據悉,上月底,4號線正式啟動金牛山站至洪塘站(以下簡稱“金洪區間”)再度下穿閩江的工程。

記者從福州地鐵集團了解到,雖然地鐵1號線、2號線、5號線等都曾數次穿江,積累了大量盾構施工經驗,但閩江底異常復雜的地質構造,還是讓建設者在金洪區間遇到前所未見的水下難題。獨特的水文環境在短短450米穿江路埋藏下多達12種的不同地質,途中盾構隧道還要行經兩條斷裂帶交叉點。為保障此段盾構過江安全,福州地鐵組建專項“盾構小組”,并7次邀請國家級院士、專家組成專項顧問小組,分析事故案例,預判、提示風險點,并提出解決方案,對施工組織、應急預案等予以全面深入的論證、指導。

院士專家團隊支高招 巧過兩縱橫斷裂帶交叉點

地鐵過江,掘地百尺。4號線金洪區間始發點位于洪山大橋北側下游,此處閩江底暗藏多條地質斷裂帶,盾構在掘進過程中將穿越兩條縱橫斷裂帶的交叉點。從事地質鉆研工作數十年的地質勘察專家賴樹欽介紹,與4號線接近平行的一條斷裂帶從金牛山往閩侯方向延伸,在地質上被稱作“張性斷裂帶”,這種斷裂帶具有極強導水性的特征,似一條“暗河”;另一條從金牛山往大夢山方向的斷裂帶屬于“壓性斷裂帶”,具有阻水性,似條大壩在此攔水。“4號線過江時,隧道剛好經過這兩條斷裂帶的交叉點,地質不斷變化,忽軟忽硬。”賴樹欽感嘆,盾構隧道受江底暗河及閩江水雙向夾攻,給施工增加了風險。

為給4號線再度過江保駕護航,中國工程院院士,工程地質、水文地質與環境地質學家盧耀如,中國巖石力學與工程學會工程實例專委會主任委員竺維彬等國內頂級地質專家多次齊聚福州,給金洪區間盾構過江支招。面對種種難題,專家組對金洪區間盾構重、難點,施工技術組織和應急預案“把脈問診”,提出因地制宜優化盾構選型,并對盾構機進行設備改造,有針對性地提出對施工流程追本溯源,在施工前期就加強安全監督把控,掘進過程要嚴格按照施工方案落實落細各項措施,確保全流程按既定計劃開展。

“CT掃描”讓“擋路石”顯形提前爆破便于后續施工為確保4號線再過閩江盾構施工方案實施的穩定性,在金洪區間施工前,施工方使用地震波跨孔層析成像(CT)給閩江底做了個掃描,增補了24個勘探點,更精準定位此段過江“擋路石”,為掃除障礙做好準備。

補勘定位后,福州地鐵組織施工單位對江底“大塊頭”硬巖進行定點爆破,確保其破碎顆粒直徑小于30厘米,爆破后再采用優質砂漿對爆破孔進行封孔處理。“閩江底地質情況變化很大,且巖石大小各異,強度不一,若強行推進,將有可能損壞盾構機的刀盤,影響施工進度,所以提前掃清擋路石很重要。”4號線項目負責人說。

“CT掃描”不僅可以在盾構施工前為打碎擋路石當“哨兵”,而且這項技術還是盾構機掘進過程中的“預言家”,由于此段江底富含12種地質變化,要求盾構機操作員根據“CT掃描”結果顯示的地質狀況,結合盾構機所處實時位置,每10分鐘做一次動態調整。同時,保持盾構指揮控制中心、總工程師、技術員三者實時聯動,確保盾構過江安全。

泥水站難尋立足之地 巧藏山林減少擾民

福州地鐵相關人士介紹,4號線盾構再度過江,為應對閩江江底復雜地層,采用了復合式泥水平衡盾構機,先將泥漿打入刀盤,與盾構時挖掘出的泥土混合,再通過管道引出后,將這些厚泥漿稀釋成薄漿。“要完成這項工程,我們要在金牛山站建一座泥水分離站,占地約3000平方。”4號線項目負責人感嘆,金牛山站位于金牛山公園前,為減小對交通出行的影響,圍擋面積很小,不具備建泥水站場地條件,如何將泥水站建成,成了4號線施工中不得不面對的又一難題。

“我們向山借地,將泥水站固控設備包在棚子里,壓濾設備則選放在山里,讓泥水站噪音遠離居民區,從而最大限度減小對周邊居民生活的影響。”該負責人說,泥水站配套設備較多,占地面積大,通過見縫插針布局,巧妙避開金牛山上的保護樹種,減小對生態環境的影響。

定制化改造盾構機“鳥槍換炮” 復合刀盤應對12種地質

為讓盾構機適應江底12種地質變化,福州地鐵對機身進行全面定制化改造,使其能應對全斷面軟土到全斷面硬巖從軟至硬的多類型地質斷面。根據專家意見,對盾構機選型再次優化,選用復合式泥水盾構,施工方耗時6個月對盾構刀盤、刀具進行了提升改造,配備46把重型滾刀,同時在刀盤面板焊接12毫米的耐磨復合板,又在外周全覆蓋了50毫米的耐磨合金和保護刀,提高刀盤的耐磨性。此外,施工方還在排漿口配置了鱷式破碎機,可將大小碎石打成小于15厘米的顆粒排出沖洗口。

據了解,盾構機在始發和接收作業期間,通常在洞門處實施加固施工,一般是按照盾構機長度設置,盾構機多長,洞門加固就多長。但因過閩江周邊環境復雜,為了確保盾構始發時或接收時洞門密封不漏水,在盾構進洞時采用一種特殊的封門形式,即在洞門加一長約11.5米的鋼套筒,將盾構機裝在鋼套里進行盾構作業,即使出現險情,也可確保盾構機安全。值得關注的是,在進入閩江底前,盾構機將以5毫米/分鐘的速度(比正常掘進速度慢10倍)掘進,這種施工的精細程度甚至不亞于刺繡,采取小心翼翼的“慢動作”避免該段盾構過閩江發生沉降現象。

氣壓工江底帶壓換刀 如在水下30米移百斤重物

施工方介紹,金洪區間施工不僅考驗盾構機的設備性能,更對施工人員的操作提出極高的要求。記者了解到,此段盾構過江,福州地鐵選用復合式泥水平衡盾構機,已進行定制化改造,其特制刀頭具備在復雜地質結構中掘進的條件。“雖然盾構機裝備升級,但在這次施工期間,我們還要面臨工人在江中心附近進行水下換刀作業的重大挑戰。屆時,將對盾構機進行加壓處理,氣壓工要承受相當于在30米深水下的壓力,同時完成給盾構機更換重達百余斤的刀頭。”項目相關負責人坦言,這對人的生理和心理承受力都是極大的挑戰。

為保障換刀作業安全和盾構施工順利推進,福州地鐵將組織6個班組24名氣壓工實施加壓換刀作業。“換刀前,我們要先建緩壓艙,修建過程中,必須避開所有的滲透點,同時,對緩壓艙周圍的縫隙用特質泥漿進行填充,保障緩壓艙處于完全密封的環境中。”該負責人告訴記者,氣壓工在進入緩壓艙作業前,先進行加壓適應,之后開始換刀。帶壓換刀作業中,氣壓工單次正常有效作業時間不超過2小時,即使在吊機的協助下,換刀作業效率也不高,承受的風險卻很大,這對該段盾構掘進技術和安全管控能力提出極高的要求。

為保安全加強應急措施“救援船”江面隨行守護江底盾構預知金洪區間盾構過江風險重重后,除了提前加固江底地質、破除孤石、改造盾構機刀盤等,施工方還做足了應急救援的準備。

設備保障方面,福州地鐵首次使用江面隨行應急保障船,在這艘500噸位的船上搭建起一個寬11米、長60米的救援平臺,可供險情出現時第一時間為江底注漿的大型救援設備等使用。待盾構開始過江,這艘功能強大的“救援船”將全程如影隨形,在江面守護江底盾構安全掘進。

施工組織方面,針對可能出現的險情更是嚴陣以待,在盾構始發前就做足制度建設、人員組織、應急演練等各項工作。應急預案從施工方、地鐵公司、市級做到全覆蓋無死角,同時根據預案的分級響應機制,定期組織不同風險等級的應急演練。

人員方面,地鐵公司組織施工單位全員戒備,過江期間24小時安排分管領導及技術人員值班待命,為這段步步驚心的盾構過江之旅保駕護航。

除了兩站四區間的盾構穿越閩江,4號線建設還存在諸多難點亟待攻克:

難點1

林城區間下穿多處建筑還遭遇1.28公里“最硬的石頭”

林浦站至城門站(林城區間),該區間左線長2183.439米,右線長2173.981米,將采用2臺雙模式盾構機施工。盾構機從林浦站始發,沿線建筑密集,依次下穿福泉快速路、連坂村、三環線城門村后到達城門站。

盾構機在左線盾構時,將遇到長度達1280米的硬巖段,其巖石強度達到了170至190兆帕。一般高架橋的硬度是60兆帕左右,這里的巖石硬度達到了高架橋的三倍,是最硬的石頭。此外,林城區間全斷面硬巖段長度超過了1公里,且是連續硬巖,因此選用可根據不同地質條件進行模式轉換的雙模式盾構機,從而提升掘進效率。

此外,林城區間上軟下硬基巖段和軟土段,既要嚴格控制掘進參數,又要嚴格控制出土量,防止地面出現沉降。

難點2

侵入盾構隧道范圍內的白馬河橋樁基拔除施工

陸莊站至西門站區間長度553.72米,區間隧道位于楊橋中路,該區間計劃2021年3月從陸莊站始發,預計2021年5月下穿白馬河橋后到達西門站。

“盾構始發前,我們對盾構區間地質情況和現場條件進行復核時,發現楊橋路白馬河橋中間2.5米寬的拼寬橋樁基侵入右線區間隧道內,故需要拔除該橋梁樁基。”4號線項目負責人表示,將對此拼寬橋進行拆除重建,減小對地鐵盾構施工的影響,在保障施工安全的同時還要確保行人交通順暢。

交通導改是此次白馬河橋改造施工中最為困難的任務,按照占道“借一還一”的原則,需在白馬河橋南側修筑臨時鋼便橋,以保證白馬河橋拆復建施工期間,楊橋路白馬路交叉口車道數不變,將對交通的影響降至最低。據悉,白馬河拼寬橋的改造施工計劃于2021年春節前完成。

難點3

城門站下穿地鐵1號線既有站點兩者間距僅0.34米

難度大,是4號線控制性工程。為了確保下穿既有站點的施工、運營安全,福州地鐵于2020年7月28日、8月8日先后兩次邀請權威專家對該工程施工方案進行論證、評審,經過專家質詢討論,綜合考慮多方面因素,目前下穿通道方案已基本確定。

城門站為地下三層車站,該車站隧道下穿1號線城門站底部,采取暗挖法,作業時距1號線車站底板墊層僅0.34米,兩隧道之間易形成滲水通道,需要提前施作隔水措施;整個過程必須每時每刻監控1號線城門站沉降情況,不容絲毫馬虎。

難點4

4號線多個站點位于市中心 周邊環境復雜施工難度大

西門站、東街口站、省立醫院站位于楊橋路西二環路以東、五四路以西的市中心繁華地段,車站外圍環境復雜,鄰近重要建筑物多,道路交通流量大、管線密集,交通疏解、管線改遷難度極大。施工期間,為減小對周邊交通和環境的影響,車站施工采用全蓋挖逆作法,逆做蓋板,恢復交通,再做地下結構,最大限度減小圍擋面積,保障市中心通勤條件,減輕社會交通壓力;同時,按照“一站一方案”的設計理念,在保障施工順暢的前提下,采用多次交通導改,最大限度保證道路通行寬度及車流順暢,分階段精細化施工,將對周邊出行的影響降至最低。

自2018年進場施工以來,市中心三個站點已經完成多次交通導改,管線遷改42次,遷改管線多達一千余根。(記者 陳晉 馬俊杰 文 圖)

責任編輯:趙睿

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