穿黄工程：科技创新攻难关

 作为南水北调中线工程的关键控制性工程，穿黄工程必须要攻克一大难题：长江黄河要在这里实现历史性的立体交汇，做到各行其道、互不干扰。而千百年来，黄河河床“率性而为”、“肆意摆动”，三公里多的河床底层，好似河流淤积地层博物馆，为盾构机的掘进布下一道道坎。穿黄工程是我国第一次采用大直径隧洞穿越黄河，第一次在水利工程中采用泥水平衡式盾构机进行隧洞施工，世界上第一次采用隧洞双层衬砌的结构形式。诸多的第一次，汇聚成天书般的考卷，检验着南水北调建设者的智慧和勇气。
    国务院南水北调办和中线建管局为穿黄工程建立了四个层次的专家咨询体系，构建了严密的科技创新支撑和保障体系。从重大疑难技术课题到具体的施工方法和工艺，全面覆盖工程各方面。提出刀具维修与更换、掘进测量、盾构出洞等10多个技术方案，经过了国内外相关专业专家的论证，成功破解了穿黄工程的施工难题，提供了盾构施工的创新成果和新鲜经验，促进了隧洞盾构施工技术的发展。
    超深地下连续墙施工
    黄河下的伟大穿越，只是南水北调工程建设者非凡科技创新能力的一个缩影。这里不得不提超深地下连续墙施工技术。穿黄工程北岸竖井为穿黄隧洞盾构始发井。由于地层条件差、地下水位高、结构复杂，地下连续墙施工中对成槽技术、钢筋笼下放、水下混凝土浇筑、槽段链接技术、防渗技术等要求非常高，施工难度很大。施工中采用了先进的设备液压铣槽机（双轮铣），现场组织了多项生产性试验，并运用了铣接头、钢筋接驳器等，最终确保了地下连续墙在保证质量的前提下，顺利按期完工。
    穿黄隧洞盾构始发采用竖井形式，始发竖井为圆形结构，内径16.4米、外径21米、深50.5米。竖井施工采用“逆作法”顺序。在地下连续墙的防护下，边开挖边衬砌。由于地层条件基本为全砂层，地下水位高，施工中竖井内出现涌水涌砂的风险较大。竖井的开挖施工、封底技术、降水方案等都是难点。施工前对竖井施工方案充分研究论证，并请科研单位计算数值，确定合理的开挖、降水及封底方案。通过现场试验，将封底的三重管双高压旋喷工艺调整为单管法高压旋喷工艺，顺利封底，保证内衬浇筑安全；采用了一体式整体滑模，提高了浇筑质量和施工效率。竖井的胜利完工，为盾构机顺利始发打下了坚实基础。
    盾构始发技术
    穿黄工程的盾构始发区域距离地面近50米，是国内较深的盾构始发，受始发井尺寸所限，采取分段始发方案，始发地层主要是砂层，埋深大，地下水位高，易发生涌水涌砂，对人员、设备造成严重威胁。始发前采取了冷冻封水措施、高压旋喷桩加固地层，并加强洞口密封。始发时对反力架、始发架进行密切监控，严格控制始发时的泥水压力。下游线盾构于2007年7月8日顺利始发，上游线盾构于2008年3月15日顺利始发。
    穿黄隧洞洞径大，地下水位高，地层条件差，盾构施工承受的外力很大，管片拼接技术要求非常高。盾构掘进初期一度出现了管片局部碎裂、安装困难等问题，经过数月的研究、试验、论证，决定改动管片结构形式。改进后生产的新管片，拼装顺利。
    盾构机维护技术
    穿黄隧洞长4250米，过河隧洞长3450米，盾构机要一次穿越过河隧洞后，才能到达南岸竖井全面检修和维护。如何保证在过河隧洞施工过程中盾构机正常工作，是盾构的一个重大技术挑战。通过技术攻关，穿黄工程建立起一套完善的盾构机维护技术。根据“勤检查、勤换刀”的原则，把带压进仓检查换刀作为一项常态的维护手段。对受磨损严重的刀盘具，通过工程措施实现常压进仓，全面检查，彻底修复。穿黄工程采用先进的“SMW”工法加固地基以后，成功地修复常压下的刀盘刀具。
    穿黄隧洞内砌工序复杂，首先按设计要求进行外衬管片的手孔封堵，接着进行弹性防排水垫层敷设，然后钢筋绑扎并预埋波纹管，最后用钢模台车浇筑混凝土；在混凝土强度到达预期后，安装钢绞线，进行张拉；张拉完成后，对锚索孔道灌浆和预留锚具槽混凝土回填。穿黄隧洞内衬边顶拱低位槽处钢筋密集，常规混凝土浇筑方式难以保证混凝土密实。最终，现场经过8次模拟试验，采用人工振捣辅以附着式振捣器，较好地解决了混凝土浇筑难题。
     本报记者 任佳
2015-03-25 09:02