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海底腾蛟龙

更新时间:2024/1/28 16:44:00  王老师: 
   ——中铁18局集团一公司国内第一条海底地铁施工纪实随着安装有动力机组,将为整座海底地铁隧道提供电力照明和通风供氧设备的风井主道,于4月20日正式发挥吊装TBM管片作用,标志着青岛市国内第一条地铁海底隧道组成部分的另一项分项工程顺利完工,担负施工任务的中铁18局集团1公司将腾出手来,大踏步向海底深处开掘前进。
   斜井开挖,迂回穿插勇向前
   要实现距离海平面80余米深处的海底土工作业,就得在地铁隧道正线之外延伸一条斜线楔入。而这条分成两次直角拐点设计的555米斜井,既是实施海底掏岩作业的必经之路,以11.47%最大纵坡开掘的斜向走行线,又是中铁18局集团1公司很难下口的一块“软”骨头。
   
   位于团岛“鼻头”和“嘴巴”正中,设计130米长的明挖斜井,以及由两个90度50米圆曲线来延伸的暗挖段,为滨海堆积地貌,且4.3米至6.5米的地表高程覆盖层,属胶州湾隧道弃砟,局部发育灰绿岩脉加基岩强风化,地质破碎不堪,并在水位潮汐上下浮动作用下,除了本身地质渗水之外,又接受海水补给,形成腐蚀性极强的丰富地下水体系,处理起来非常困难。
   利用快速推进机械效能凿出明挖段“U”型槽后,工程技术人员及项目组织者,迅疾展开了以丰富地下抢占空间的争夺战,组织不同功率的水泵抽排溢出地下水的同时,采用“放坡+隔水墙+旋喷咬合桩止水帷幕”支护方式,用小导管注浆固结,管棚大面积强化,使松散体达到强度后再实施向前开挖,从而使旋喷桩的“主动直击”效果与人为加强之后隔水墙的“被动防御”功能,形成相辅相成的止水屏障,在“富水”条件下将丰富的地下水挤走,为纵坡开挖营造一种便于机械运动的干燥环境。
   425米暗挖设计斜井线路开掘后,根据复杂破碎的地质结构条件,以及纵坡、转弯开挖所承受的压力、扰动力和洞型结构稳定力,工程技术人员根据设计给出的地质条件和通过明洞“U”型槽作业得出的实际指数,把不同纵坡及缓坡地段对应缓冲力值,通过精心比对和科学预测,针对不断交替变幻2级、3级、4级、5级围岩变化情况,将推进方式适时变更为全断面开挖、台阶法开挖,在确保安全可控的前提下,按照预定的工期目标发力。
   
   超强过硬的技术支撑,是在一定坡度作业条件下精准校正对接正洞里程的根本保证。深刻理会这一海底作业要义的中铁18局集团1公司,无论是第一步在开挖洞口埋置布设的平面切割点、高程控制点,以及采用先进全站仪双导线引进洞内的隧道中线控制点,还有用全电脑自动控制台车钻眼等一系列施组动作,都处于精于求精的高水准运行。
   而在后期紧咬前一个组织循环跟进,密实高质量施工组织程序的诸如锚杆注浆开孔大小、布局密度科学调配、钢筋网起伏布设咬合链接,以及混凝土喷射回弹量有效控制等方面,不光形成了具有极高科技含量的理论前导严密指导实际操作,又通过较有实战经验的带班人员盯紧每一道施工步骤,最终形成高质量、高效能运作施工态势。直到2016年5月18日 实现了与正洞点高精准对接,包括地表沉降、削弱结构变形刚度和烈度、地质结构受到扰动发生位移和坍塌度变化等监测在内的监控报警红灯,始终没有亮过。
   
   风井作业 机动灵活短、平、快
    胶州湾直插海底的青岛地铁1号线中心里程K30+325.5处,设置了一道净空断面为15×8米、深度为54米全部无支撑的风井。
   特别麻烦的是这座目前青岛市深度最大的矩形通风竖井,由上往下扩挖到设计标高后,又分头“结”出了一串风机房、变电所、水泵站、逃生通道等等结构洞径各异,修造高度不一的“子葫芦”,给开挖时保持各洞室之间隔层,以及后期混凝土施工为满足不同倒角所需的模板裁切安装,带来了难以想象的困难。这座与斜井互为打通地铁正洞“犄角”,主要畅通运输各种机械设备、建材物资的通风竖井如果不能快速拿下,势必给正洞开挖带来巨大影响。
   深知快速贯通风井,对于打好青岛海底地铁隧道这一仗具有非凡意义的中铁18局集团1公司,面对困难没有退缩。确定倒挂井壁钻爆法施工及人工风钻打眼、小型挖掘机作业、后期加固支护实施“放坡+双道旋喷咬合桩止水帷幕”步骤之后,于2015年12月上旬,用松动型爆破撕开直插地层深处的第一层放坡。
   炸药爆破当量冲击波将设计风井尺寸结构体震松之后,滨海堆积地貌及人工弃砟填筑而成的极端不良地质,给地缝裂隙水及侧向海域补水占领爆破空间,提供了便利条件。如果不能在第一时间把掏空围岩的“制空权”牢牢掌握住,形成爆破临空面的风井所产生的预应力,即有可能牵拉周边松散地层结构向中间挤压,并在各种水流浸注作用下产生崩塌,危及风井作业安全。
   中铁18局集团1公司意识到施工危险性后,在快速清理爆破松砟的同时,根据风井周边测算出的地质密实程度,把800毫米、600毫米的不同管径旋喷桩楔入风井四周,用不小于0.7兆帕的气压,将归入管径后强度达到26兆帕的浆液,及时喷入风化松散地质结构中,使高压风驱动之下的注浆压力,注浆流量、浆液水灰比、旋喷机旋转速度等一系列复杂的技术流程,得以快速展开,高效率完成,在风井四周筑起一道牢固的止水带。
   
   超大面积深井垂直开挖,本身蕴藏着巨大危险性,而受潮汐涨落及丰富水源补给挤压增加的不可控因素,使中铁18局集团1公司所面临的作业困难、风险系数成倍增加。因此,现场组织者严格按照第一层坡放7个工天开挖缜密理论,完成包括用锚杆锁闭松散岩层、强度标号为C25防水钢筋混凝土施工,构筑成一道永久防水墙后,再将飞速旋转的钻头,插入向地铁海底隧道延伸的地层深处。
   然而,这种随着开凿深度不断增加而增多的难度和危险,又成为一道又一道必须绞尽脑汁才能破解的高难不等式,横陈于施工建设者面前。
   
   第二层放坡开挖过程刚启动,风井高程不光爆破形成的砟土通过龙门吊提升运输费时费力,不断变化的围岩结构对爆破眼的设置布局,还有风井上部进行封压之后挤入下部水压影响因素,都需要现场组织者,工程技术人员制定出精准的施工方案。
   考虑到这种倒挂井壁作业对光面爆破有着极高要求,他们以50米、100米为单元,分别设置测量中线桩和临时水准点,校正上次爆破断面偏差,进行数据处理之后再调整爆破参数,达成最佳开挖几何尺寸,使由爆破确定随之跟进的混凝土喷射、旋喷桩作业、砂浆锚杆链锁岩层、格栅钢架铺设等分项工程,得以顺利展开,按照120个工天设计的风井施工,优质、高效完成。
   正线挺进 兵锋戟指犁海底
   贯通青岛市南北快速轨道交通走廊的地铁1号线,起自黄岛峨眉山路站,终至城阳镇东郭庄站,全长59.97公里线路,施工危险性最大,最具有科技含量的项目,自然非穿越海域段的地铁隧道莫属。
   从瓦屋庄站沿既有胶州湾隧道东侧下穿胶州湾湾口海域,连接青岛主城区贵州路站8.1公里过海段里程,其中1.4公里由TBM完成开凿之外,6.7公里全部归集为矿山法施工。特别是从深达80余米海底穿越的3.9公里,地质结构层实在令人头皮发麻。勘察及海域地震反射勘探,不规模断裂破碎特征显示,14条断裂带把尚需破解岩体受强烈挤压作用脆性破裂、矿物蚀变夹有泥状错碎物风化槽,呈碎裂状凝灰岩扭曲变形严重、碎裂状基岩体受潮水长期侵蚀导致裂隙透水严重等等难题,如同“多米诺骨牌”横阻于中铁18局集团1公司面前,施工稍有不慎,即会引发一系列连锁地质灾变,给海底隧道开建,带来无法预测的灾难性后果。
   
   越是艰险越能厚重英雄本色的中铁18局集团1公司,针对围岩变化起伏性大、稳定差、变化爆破效果难以控制、裂隙水与海水互为补充,导致海域地下水对结构造成极强腐蚀等等诸多不利因素。及时配强三臂液压凿岩台车、铁建重工混凝土喷射台车及衬砌横板台车等机械化模块,形成直捣黄龙的超前地质预报、钻孔开挖、喷锚支护到终结混凝土衬砌全过程机械化作业体系,用快速推进势头,缩短海底围岩开挖之后在空气中暴露时间过长导致风化过程,压密因为拖长作业形成的风险空间。
   海底快速推进,必须要科学攻关来闭合安全质量之环。现场组织者把企业长期在矿山钻爆法实践中得出的经验,还有参与国内数条海底隧道修建奠定的厚实指导理论,平移到地铁海底隧道修建之中来,依托不断切入海底隧道作业断面,加强了与山东科技大学、青岛理工大学等科研院所的联合,面对头顶汹涌波涛拍击之下的海底穿越,凝灰岩、石英闪长岩、火三角砾岩、粉质粘土等数10种复杂成分构成的地质结构,以及地下水压力高,开挖卸荷过程中风化带极易发生突泥、涌水危险,采用有限单元法建立三维有限元模型,横拟海底隧道及陆域段洞室群采用不同工法、步距施工等周边围岩动力响应,揭示爆破开挖及突涌坍塌演化过程中断层围岩物理场信息演化规律,进一步分析海底隧道突水、突泥机理及爆破振动机理,结合每一个循环都必须提前钻探取芯的岩层实物研究,找出拱顶沉降、净空收敛、孔隙水压力、土压力值及变化规律,使高风险海底隧道开挖的每一个步骤,都集纳在科学合理的框架里边,在确保各种引发危险因素都得到有效屏闭前提下,实现科学、稳健开挖,使大海覆盖之下遁山成洞的隆隆炮声,以1010米的优异成绩,成为献给五一的一份豪华厚礼!
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