地鐵2號線將走海底隧道到海滄
2015-08-14
連通大兔嶼的施工鋼便橋，為建設(shè)風(fēng)道做準(zhǔn)備。
海上勘探需要在大型船舶上進(jìn)行。
在地下打洞穿行，本就是件不易的事情，巖層、孤石、泥沙……廈門復(fù)雜的地質(zhì)條件讓地鐵建設(shè)的難度更上一層樓。如今，地鐵1號線建設(shè)如火如荼地順利進(jìn)行，那么，需要過海而行的地鐵2號線建設(shè)會遇到怎樣的難題，廈門軌道交通集團(tuán)有限公司（下簡稱“軌道集團(tuán)”）的技術(shù)人員又要拿出怎樣的解決方案和努力來保障這一工程順利進(jìn)行呢？記者專門采訪了地鐵建設(shè)的相關(guān)負(fù)責(zé)人和專家，為您揭開地鐵2號線過海段建設(shè)的奧秘。
文/本報(bào)記者卓悅佳
圖/本報(bào)記者王協(xié)云
國內(nèi)第一條
采用盾構(gòu)法施工地鐵海底隧道
地鐵2號線是廈門地鐵交通線網(wǎng)中的中心放射骨干線，主要承擔(dān)了本島與海滄城區(qū)間跨海交通功能，全長41.5公里，設(shè)計(jì)車站32站，均為地下站點(diǎn)。其中，整條線路施工最大的難點(diǎn)在于工程需要穿越廈門本島與海滄區(qū)之間的海域。地鐵1號線同樣需要過海，但1號線通過改造現(xiàn)有的高集海堤，地鐵將從改造后的海堤橋上通行過海，連接廈門本島與集美區(qū)；而2號線的過海段并沒有合適的可以直接利用的連接通道，必須從海底挖掘兩條地鐵海底隧道，以供地鐵車輛通行。
根據(jù)方案，2號線的過海段位于海滄大道站-東渡路站區(qū)間，地鐵線路呈東西走向，西起海滄大道站，先沿海滄大道向北敷設(shè)，后折向東入海，海底隧道下穿廈門西海域、大兔嶼、廈門西港，于東渡國際碼頭1號泊位上岸，然后向南下穿郵輪城二期地塊，到達(dá)東渡路站。過海段區(qū)間全長2.7公里，其中，僅海底隧道的長度就達(dá)2.1公里。去年年底，2號線就率先開始對過海段進(jìn)行施工，目前海滄大道站已經(jīng)圍擋施工。
結(jié)合2號線過海隧道所處的地層條件，經(jīng)專家多次研究論證，地鐵2號線的過海段將采用“盾構(gòu)法+礦山法”的組合施工方案。而為確保隧道的建成質(zhì)量，礦山法段只用作初期支護(hù)，采用盾構(gòu)機(jī)在海底土層中掘進(jìn)，同時(shí)，為了盡量減少對周邊環(huán)境的影響，盾構(gòu)設(shè)備將選擇對地層沉降變形控制更好的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)開挖的泥渣采用壓濾處理，實(shí)現(xiàn)“零污染”。
據(jù)介紹，廈門地鐵2號線的過海隧道是全國首條采用盾構(gòu)法施工的地鐵海底隧道，“根據(jù)國家的標(biāo)準(zhǔn)，地鐵的所有工序都是危險(xiǎn)性較大的分項(xiàng)工程，而海底施工被列入高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目?！避壍兰瘓F(tuán)安全總監(jiān)白國斌告訴記者，這就意味著所有工序都要有專項(xiàng)方案，有專門的應(yīng)急預(yù)案，所有方案內(nèi)容都要由專家論證通過，并且在施工前還要提前對高風(fēng)險(xiǎn)和關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行專項(xiàng)驗(yàn)收，只有所有準(zhǔn)備工作就緒后才能動(dòng)工建設(shè)。
歷時(shí)20個(gè)月
勘察地質(zhì)地震和海底孤石
要使用盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，就要提前摸清海底的地質(zhì)情況，這是施工前期最重要的工作，甚至決定了地鐵的最終走向。在陸地上，通過鉆孔了解地質(zhì)是常用且容易操作的做法，但是在海面上對海底的地質(zhì)進(jìn)行鉆探，難度卻大大增加。
“地面上鉆探可以暫停，海面上鉆探必須連續(xù)作業(yè)?！避壍兰瘓F(tuán)副總工程師徐超說，由于主航道上海況復(fù)雜，需利用大型船舶作為勘探平臺，下鋼套管作為導(dǎo)管進(jìn)行鉆探作業(yè)。一旦中途避讓過往大型郵輪或貨船，就會前功盡棄。
記者了解到，地鐵2號線過海段的勘察共分為三個(gè)階段，即初勘、詳勘和加密補(bǔ)充勘察。2013年2月，當(dāng)人們還在享受春節(jié)假期時(shí)，由兩艘工程船搭建的鉆探平臺駛?cè)霃B門西海域，經(jīng)過長達(dá)4個(gè)月的水上鉆探和物探，至6月14日完成了外業(yè)工作。同年12月又進(jìn)行了過海段線位專家咨詢會，勘察單位又對優(yōu)化后的方案進(jìn)行了補(bǔ)充初勘。初勘結(jié)束后，2號線過海段的走向基本確定下來，2014年3月開始針對過海段進(jìn)行詳細(xì)勘察工作，詳勘歷時(shí)7個(gè)月，至2014年10月結(jié)束。這段長達(dá)20個(gè)月的勘探過程中，共完成海上鉆孔236個(gè)，鉆探長度達(dá)9000余米，另外還完成了47.5公里的海上地震勘探工作，為穩(wěn)定設(shè)計(jì)方案及施工工法提供了詳實(shí)的地質(zhì)依據(jù)。由于西海域段主要底層為花崗巖，其特點(diǎn)是，風(fēng)化后的土層中一般殘留孤石。為了進(jìn)一步查清“漏網(wǎng)”孤石，給盾構(gòu)施工掃清障礙，提前進(jìn)行爆破處理，目前正針對孤石進(jìn)行專項(xiàng)勘察（加密補(bǔ)勘方案）。
實(shí)際上，除了海上勘探的技術(shù)難題以外，如何減少對海上航道交通的影響也是重中之重。據(jù)介紹，海上鉆探的地點(diǎn)正位于廈門船舶通行的主航道上，船舶往來密集，勘探又必須在白天進(jìn)行，如何在盡量減少對船舶通行影響的情況下，完成2號線海上地質(zhì)鉆探的任務(wù)呢？
記者了解到，廈門軌道集團(tuán)、勘察實(shí)施單位中鐵大橋院在廈門海事局的指導(dǎo)下，委托集美大學(xué)的專家，專門編制了鉆探施工期間的通航安全評估報(bào)告評估鉆探平臺占據(jù)主航道施工時(shí)對船舶通航的影響，提出了不同噸級、不同類型船舶通航限制條件，及不同施工階段的臨時(shí)通航方案，還不斷根據(jù)專家及相關(guān)單位意見進(jìn)行修改，僅通航論證就做了四次評估。而在實(shí)施過程中，也得到了市地鐵辦、海事局、引航站、港口局以及相關(guān)的十余家碼頭單位的大力支持，“有時(shí)候施工延長了幾個(gè)小時(shí)，所有的船舶都在旁邊等著?！毙斐f，有了眾多單位的幫助和支持，這才有了此次勘探的順利進(jìn)行。
名片
廈門地鐵2號線
廈門地鐵2號線全長41.5公里，設(shè)計(jì)車站32站，覆蓋了島內(nèi)東海岸兩岸金融核心區(qū)、郵輪母港開發(fā)區(qū)、海滄CBD開發(fā)區(qū)、馬鑾新城開發(fā)區(qū)等廈門市重要的開發(fā)建設(shè)區(qū)域，構(gòu)建了本島與海滄區(qū)的快速過海連接通道，是促進(jìn)島內(nèi)外城市新功能區(qū)的開發(fā)建設(shè)，增加地鐵沿線土地利用價(jià)值，改善投資環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、城市環(huán)境的一條重要地鐵交通線路。這條線路除了要跨越西海域而行以外，還將在海滄區(qū)的海滄湖底、五緣灣海底通行，也要下穿鷹廈鐵路和廈深高鐵，施工難度極大。
進(jìn)展
海滄大道站開挖
記者了解到，目前地鐵2號線的海滄大道站已經(jīng)進(jìn)入開挖階段，利用海滄大道站端頭作為盾構(gòu)井，力爭今年年底具備盾構(gòu)機(jī)下井入地的條件，明年初能夠始發(fā)2號線的第一臺盾構(gòu)機(jī)。同時(shí)，2號線的島內(nèi)段正準(zhǔn)備進(jìn)行施工前期的道路、管線等遷改工作，計(jì)劃年底開工。
解密
工程師巧妙應(yīng)對
海底施工“攔路虎”
地質(zhì)勘探的前期準(zhǔn)備工作做完，接下來就該輪到用盾構(gòu)機(jī)在海底挖隧道了，那么在海底又會碰上哪些難題，該如何解決呢？
1、海底地層可能會坍塌
破解:通過冷凍方法將土體變成凍土
與其他隧道一樣，地鐵隧道也需要建設(shè)聯(lián)絡(luò)通道，地鐵運(yùn)營期間特殊工況下（如列車阻塞、火災(zāi)等），人員可通過聯(lián)絡(luò)通道疏散至另外一條安全隧道。2號線的過海段左、右線隧道間設(shè)置了4座聯(lián)絡(luò)通道。其中1座位于海底中-微風(fēng)化地層中，3座聯(lián)絡(luò)通道地處海底全強(qiáng)風(fēng)化地層中，全強(qiáng)風(fēng)化地層中聯(lián)絡(luò)通道常規(guī)開挖容易發(fā)生坍塌。要想工程安全施工，就需要在開挖前對地層進(jìn)行加固處理。
廈門軌道交通集團(tuán)邀請了盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開展“過海區(qū)間凍結(jié)法科學(xué)研究”，提出了海底凍結(jié)法，即通過冷凍方法將土體變成凍土，有效減少滲漏、涌水出現(xiàn)，這種做法在國內(nèi)尚屬首次，有效填補(bǔ)了國內(nèi)海底聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工技術(shù)的空白。“海水的冰點(diǎn)比淡水低，但不同含鹽量的海水冰點(diǎn)又各不相同，在實(shí)際施工過程中，難度將會更大。”廈門軌道交通集團(tuán)工程管理二部經(jīng)理蘇文德說，因此，在施工時(shí)，要隨時(shí)監(jiān)控土體的冷凍速度和厚度、凍土平均溫度等等參數(shù)，以減少工程風(fēng)險(xiǎn)。
2、盾構(gòu)機(jī)刀盤磨損需更換
破解:專業(yè)人員穿戴潛水設(shè)施,進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)刀盤倉作業(yè)
盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)雖然速度快，安全性高，但是負(fù)責(zé)切削土體的刀盤不可避免地會出現(xiàn)磨損，使用一段時(shí)間后就需要進(jìn)行更換。在陸地上，暫停盾構(gòu)機(jī)來更換刀盤都是一件不容易的工程，更何況是在深入海底幾十米的高壓環(huán)境下更換刀盤:水下壓力大、盾構(gòu)機(jī)停機(jī)時(shí)間長可能導(dǎo)致地層坍塌、需要潛水作業(yè)等等。
軌道集團(tuán)副總工程師徐超告訴記者，這個(gè)工程預(yù)計(jì)需要在海底更換刀盤約20次，要根據(jù)不同的水壓，調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)刀盤倉壓力，請專業(yè)人員穿戴潛水設(shè)施，乘坐高壓倉，進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)刀盤倉進(jìn)行作業(yè)，為了確保安全，一般選擇在地質(zhì)穩(wěn)定地段進(jìn)行換刀，隨時(shí)監(jiān)控倉內(nèi)壓力。
3、兩段隧道對接可能海水倒灌
破解:在礦山法隧道內(nèi)先制作密封“盒子”，供盾構(gòu)機(jī)安全進(jìn)入
2號線的過海段將由盾構(gòu)法和礦山法共同建設(shè)，但是當(dāng)盾構(gòu)機(jī)從一頭的盾構(gòu)法隧道掘進(jìn)到另一頭的礦山法隧道時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)極大，一旦處理不當(dāng)，就可能導(dǎo)致海水或者土體從兩種工法隧道接縫處倒灌涌進(jìn)隧道內(nèi)，造成工程事故，那么如何保證不同工法建設(shè)的隧道在海底順利對接呢？
工程師們想到了一個(gè)好辦法。他們在對接處礦山法隧道內(nèi)先制作密封“盒子”，然后盾構(gòu)機(jī)安全進(jìn)入“盒子”，再打開“盒子”，讓盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入到礦山法隧道口。
4、風(fēng)道需穿過三十多米深海水
破解:在大兔嶼上修建風(fēng)道
地下隧道需要通風(fēng)換氣，確保隧道內(nèi)的空氣流通，因此需要修建風(fēng)道。隧道內(nèi)發(fā)生事故時(shí)，風(fēng)道也可以用于逃生。修建風(fēng)道對于陸地上的隧道而言并不是個(gè)復(fù)雜的事情，但是對于海底隧道卻是個(gè)十足的難題:風(fēng)道修幾個(gè)？在什么地方修？怎么修？如何能保證安全？地鐵2號線過海段的風(fēng)道施工也面臨著這些難題。
實(shí)際上，由于2號線的過海段長達(dá)2.7公里，而根據(jù)隧道風(fēng)道建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，每1.8公里就應(yīng)該修建一個(gè)風(fēng)道，這就意味著，過海段的風(fēng)道必須修建在海面上，同時(shí)穿過三十多米深的海水，與隧道準(zhǔn)確對接。
好在，這片海域并不是茫茫一片，工程師們將利用大兔嶼修建風(fēng)道——地鐵2號線的隧道剛好從大兔嶼下通過。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，大兔嶼上修建的風(fēng)道豎井深度達(dá)32米，豎井完工后還需暗挖通道至過海隧道，臨海施工，施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)高，且大兔嶼為孤島，無進(jìn)出通道。為了解決這些問題，施工單位將搭設(shè)450米的臨時(shí)鋼棧橋，解決島上施工所需的機(jī)械設(shè)備和材料問題；嚴(yán)格控制把控豎井施工的精度與進(jìn)度，同時(shí)加強(qiáng)地面及圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測等措施來應(yīng)對風(fēng)險(xiǎn)。本文來源：臺海網(wǎng)
