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人类首次!万里黄河掘进世界水下最大直径盾构隧道

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  科技日报记者 矫阳

  万里黄河流入河南,开始形成地上悬河,在济南泺口段,河床高出南岸城区地面5米,最大洪水位高出河床11.62米,是一条罕见的、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,在这一“悬河”下,开始对济南黄河隧道进行掘进。盾构机名为“黄河号”,总长166米,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,刀盘主驱动的核心是14个变频电机,总功率4900千瓦。

  

  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米,全长4760米,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米,隧道最低点位于河床下54米,最大水土压力7.5巴。

  

  长距离、大断面穿越地上悬河,将成为人类开发利用黄河的又一壮举。

  如何设计这条从繁华都市穿越“悬河”的隧道?

  针对大直径盾构隧道首次穿越“地上悬河”,以全国勘察设计大师、中国铁建首席专家、铁四院副总工程师肖明清为核心的铁四院设计团队,提出了双道防淹门解决方案,实现全方位有效封堵,保护城市安全。

  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。怎么解决工程将面临的公轨合建、断面布置紧凑难题?

  

  项目设计总体、铁四院隧道专业高级工程师何应道说,为保证道路及地铁的通行限界需要,铁四院研发了高度可调节预制箱涵,隧道工程项目设计总体、铁四院隧道专业高级工程师何应道介绍说,较常规方案,可减小隧道内径20cm,减小直接工程费约1000万。

  水下这么深,公路和轨道合建,遇到突发事件,救援如何保障?

  据何应道介绍,济南黄河隧道内设置了消火栓、水喷雾、灭火器、广播、紧急电话、视频监控、设备监控等完备的防灾救援设施,通过中央计算机形成有机系统,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。

  

  专家介绍,济南黄河隧道施工将面临开挖断面大、掘进距离长、浅覆土、深基坑、高水压、地质情况复杂多变等一系列技术难题。

  “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历朋林说,为攻克难关,项目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。

  

  “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,增加了冲刷设施。”中铁十四局项目盾构经理李海振说,盾构机相当于一台超级智能机器人,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。

  这台超级智能机器人是怎么挖隧道的?

  “刀盘切削土体,经冲刷,落入盾构机开挖仓的底部,再经搅拌器以及泥水循环,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米时,停止推进,进入拼装模式,依次循环,环环相扣,最终形成一条完整的隧道。

  

  济南城市建设集团相关负责人表示,济南黄河隧道工程计划于2021年完工通车,届时将大大加强济南北部新城与主城区联系,加速济南从“大明湖时代”迈向“黄河时代”。

  文中图片由作者提供

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