「万里黄河第一隧工程」位于济南城市中轴线上,隧道长将达4760公尺。(取自中新网)
「万里黄河第一隧工程」位于济南城市中轴线上,隧道长将达4760公尺。(取自中新网)
盾构机「黄河号」。(取自新浪微博@沉默与平安)
盾构机「黄河号」。(取自新浪微博@沉默与平安)

万里黄河流入河南,形成地上悬河,在济南泺口段,河床高出南岸城区地面5公尺,最大洪水位高出河床11.62公尺,是一条罕见、水量巨大的地上「悬河」。20日,济南泺口段,两台超大直径泥水平衡盾构机,在这「悬河」下,开始对济南黄河隧道进行掘进。济南黄河隧道工程计画于2021年完工通车。

济南黄河隧道被誉为「万里黄河第一隧工程」。隧道开挖直径15.76公尺,全长4760公尺,为目前世界在建最大直径的公轨合建盾构隧道。穿越水域最大洪水位高出11.62公尺,隧道最低点位于河床下54公尺,最大水土压力7.5巴。盾构机名为「黄河号」,总长166公尺,总重4000吨,装机总功率8688千瓦,最大推力199504千牛。刀盘直径相当于5层楼高,刀盘主驱动核心是14个变频电机,总功率4900千瓦。

地质情况复杂多变

为拓展城市空间,济南黄河隧道设计城市道路隧道和轨道交通隧道合建穿河方案是如何解决的?专案设计总体、铁四院隧道专业高级工程师何应道说,为保证道路及地铁通行限界需要,铁四院研发高度可调节预制箱涵,较常规方案可减小隧道内径20公分,减小直接工程费约1000万元(人民币)。

至于水下这么深,公路和轨道合建,遇到突发事件,救援如何保障?何应道表示,济南黄河隧道内设置消火栓、水喷雾、灭火器、广播、紧急电话、视频监控、设备监控等完备防灾救援设施,通过中央电脑形成有机系统,如遇突发状况,可实现上层道路6分钟完成疏散,下层地铁区间30分钟完成疏散。

专家表示,施工将面临开挖断面大、掘进距离长、浅覆土、深基坑、高水压、地质情况复杂多变技术难题。「黄河隧道穿越地层主要为黏土和粉质黏土层,土质黏性高,易造成刀具磨损、刀齿崩断、刀盘结泥饼,大量废浆易堵塞吸口。」中铁十四局项目负责人歷朋林说,为攻克难关,专案团队优化盾构机选型,与济南城市建设集团联合,打造两台超大直径泥水平衡盾构机。

盾构机安全节能环保

「针对粉质黏土地层,刀盘设计开口率46%,对刀盘开挖面加大冲刷力度。配置可伸缩主驱动、常压换刀刀盘,增加冲刷设施。」中铁十四局专案盾构经理李海振说,盾构机相当于一台超级智慧型机器人,集隧道开挖、衬砌一次成型,自动化程度高、施工效率高、对沉降控制标准高,安全、节能、环保。

透过「刀盘切削土体,经冲刷,落入盾构机开挖仓的底部,再经搅拌器及泥水迴圈,泵送至地面泥水分离场进行沉淀或筛分处理。」李海振说,推进油缸每前进2公尺时,停止推进,进入拼装模式,依次迴圈,环环相扣,最终形成一条完整的隧道。

小灵通 悬河

又称地上河,即河床高出两岸地面的河流。悬河形成的原因是:含沙量很大的河流,在两岸河谷开阔、比较平缓的河段,泥沙大量堆积,河床不断抬高,水位也相应上升。为防止水患发生,两岸大堤随之不断加高,时间长了,河床便高出两岸地面,成为悬河。在大陆,黄河下游的河南、山东段有800多公里的悬河,世界罕见。(李锌铜)

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