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“开拓者1号”的地下之旅
——长沙首例大尺寸矩形顶管施工侧记
来源:水电十一局 作者:梅雪娇 张国林 时间:2021-02-05 字体:[ ]

深冬的长沙街头,一派熙熙攘攘景象。年关将近,这条通往长沙黄花国际机场的唯一快速通道——人民东路快速路显得格外繁忙。

过往的旅人啊,当你们行走在这川流不息的人民东路快速路的时候,又可曾知道,在这地下5米的深处,一台非同寻常、体型庞大的“开拓者”刚刚静悄悄地完成了它为期35天的地下之旅。

说起来这段旅程并不长,只有区区50.75米,但每前进1毫米,都是与地层的艰难博弈,为了能顺利到达目的地,它可算是做足了功课。

地质复杂 困难接踵而至

地下掘进分局作为水电十一局核心专业分局之一,从深圳地铁7号线开始,足迹遍布深圳、武汉、洛阳、长沙、郑州、西安等;盾构机,从3米到6米样样不在话下,然而这宽7.5米、高5.4米的大尺寸顶管机还是第一次遇到,更重要的是它居然不是传统的圆形顶管机,而是矩形,为长沙首例大尺寸矩形顶管施工工程,也是湖南省首次在地铁施工中应用。

截至2020年8月底,由水电十一局承建的长沙地铁6号线主体结构及盾构施工基本完工,车站附属工程正在有序推进。韶光站位于长沙市芙蓉区人民东路与规划韶光路十字交叉路口,顶管下穿人民东路快速路,该道路为双向8车道,车流量高达8万辆/日,而且是通往长沙黄花国际机场的唯一快速通道。如果用传统的明挖法施工,需要倒边三次,工期最短也要一年左右,沿途涉及管线改迁、交通疏解等制约因素,既影响路面交通,对底层扰动也较大。

为了解决倒边与管线迁移问题,出入口计划采取非开挖方案即顶管法进行施工。该方案施工工期短、占用场地小、不影响道路交通且安全高效。方法找到了,可具体怎么实施呢?这让有着近十年地铁盾构施工经验的85后项目经理张伟着实迷茫了一把,“驾驭传统圆形盾构机咱们可算是轻车熟路,但这种异形的矩形大尺寸顶管机还是头一次接触,而且长沙地质条件复杂,曾有类似矩形顶管在这里施工未成功的案例,想要干好实属不易。”

这话一点也不假,4号出入口不过50.75米,不足分局掘进总里程42.33公里的八百分之一。

然而这次掘进的难度远远超过我们的预期,韶光站附近地下水含量丰富且为承压水;人民东路快速路车流量大,地面动载较大;顶管穿越的地质有粉土、富水圆砾层、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩,典型的上软下硬、富水圆砾层地质,且埋深在4.5米~6.7米,埋深浅的地方还不到1倍的洞径,地质沉降难以控制;隧道覆土厚度较浅,而顶管下穿管线又较多,有电力管廊、雨水管、污水管等,距离管线的净距离仅仅只有0.9米,管线沉降难以控制。难题远远不止如此,施工场地小,管节存放难、出渣不易......

诸多困难对顶管机掘进提出了较高要求,超挖与注触变泥浆过量都会带来不可估量的损失,施工难度与风险极大。而本次施工采用大尺寸矩形顶管施工,是公司更是湖南省首次在地铁施工中应用。没有现成的道路可走,没有现成的模子可依,只能一步一个脚印,边学边干,摸着石头过河。

“既然业主放心把工程交给我们,再难我们也要干好,没有条件创造条件也要上,拿出敢涉险滩的勇气和魄力,激发勇于创新的智慧和能力,确保顶管施工首战必胜。”动员大会上,地下掘进分局分局长冯宏朝斩钉截铁地说。

奋力蹚出自己的路

“准备忍受几千个困难,准备作几千次尝试,而且,我们在作了一千次尝试以后,准备去作一千零一次尝试”。作为十一局第一个吃螃蟹的“盾构达人”,冯宏朝不止一次的这样鼓励现场工人,“没有现成路可走,就必须逢山开路、遇水架桥,奋力蹚出自己的道路。”

正因为有这样一批抓住机遇、不畏挑战、敢于创新的先行者,水电十一局在非水电领域的道路才越走越宽、越走越广!机会总是留给有准备的人,而所谓的“准备”正是在一次又一次挑战中不断积累。

工欲善其事必先利其器。

早在2019年底,项目部就开始着手顶管机的选型工作。前期做了大量的市场调研,由冯宏朝带队、物资设备科长田振伟全程跟踪,马不停蹄、风雨无阻往返顶管机厂家新乡十余次进行实地考察。过程中无数次与设计沟通,变更图纸方案,90后总工张国林长达一个月之久驻厂家对设备进行全方位检修,以确保顶管机的适宜性。

时值七月,长沙的夏天潮湿而闷热。为了实现顶管机按期下井始发目标,盾构“老匠”李志波带领机修班全体成员,铆足了劲儿对顶管机进行改造。这次选用的顶管机适用于软土地质,而韶光站4#出入口属于典型的上软下硬地层。经过对地质情况进行详细分析,项目部开始积极对顶管机刀盘进行改造,通过减小刀盘切屑的运动间隙、提前对刀盘减速箱进行更换、增大刀盘电机功率等举措,使之适应特殊地层。短短一个月的时间里,更换减速箱达9个之多、重新焊接刀具高达50余次。

工具上的改造只是万里长征的第一步。面对顶管姿态控制、地质沉降、管线沉降、施工场地小,管节存放、出渣等困难,项目部与业界专家多次组织研讨评审会,对顶管适应性进行反复论证,确保万无一失。

2020年秋,恰逢长沙实行蓝天保卫战。由于场地狭小,出渣不顺畅,白天施工,夜晚不得不停止推进。在下穿雨污管线、人民东路快速路时,为了避免顶管长时间停机,造成雨污管线破损、路面沉降,项目部积极与出渣队伍、渣土消纳场进行沟通,商议在下穿雨污管线及人民东路快速路时,出渣不能停。最终三方达成协议,力保顺利出渣。

这50.75米的掘进里程中,最惊心动魄的一段莫过于近距离“接触”电力管廊、雨污管道及人民东路快速路。始发到第5米时,与电力管廊净距离1.81米;第12米时,横穿宽度将近35米的8车道人民东路;第17米时,与DN500的污水管净距离仅为0.937米;第21米时,与DN1500雨水管净距离为1.21米......每一次掘进都可谓“步步惊心”。

从未停止探索的脚步

为了这一段“旅程”,项目部全体技术骨干群策群力、精心布局。

在下穿电力管廊、雨污水管前,先在管线上方铺设钢板,以减小行驶车辆对管线的扰动,同时加强对地面的监测,每个班监测一次,再根据监测的数据及时对顶进参数进行调整。最终,安全、顺利下穿雨污管线及人民东路快速路,地面累计沉降不足4.4毫米,远远低于行业关于20毫米的沉降范围。

机遇总是伴随着挑战,挑战总是在不停的打破常规,善于打破常规才能有所创新,而创新是一个企业发展活的灵魂。

第一次接触大尺寸矩形顶管,为了提高工效,各种小发明、小创造在施工中也应运而生。《一种应用于矩形顶管施工中的出渣装置》《一种应用在矩形顶管施工中的负环管节》于2021年初申报公司群众性经济技术创新;《复杂地质条件下大尺寸矩形顶管施工》将申报2021年省级工法,新的创新成果无疑将为后续相关领域的施工提供宝贵经验。

艰难方显勇毅,磨砺始得玉成!哪有什么天生的基建狂魔,只有夜以继日的钻研与努力。

2020年11月7月,顶管机成功吊装下井;

2020年12月16日,顶管机顺利始发;

2021年1月19日,4号出入口贯通。

从始发到贯通,历时35天,这个命名为“开拓者1号”的矩形顶管机完成了非同寻常的地下之旅,这具有里程碑意义的“旅行”,拓展了公司大尺寸非开挖顶管掘进的新领域,开创了长沙市大尺寸矩形顶管施工的先河,同时也成为了湖南省首次在地铁施工中应用成功的典范。

1月20日,接连收到业主、监理发来贺信。信中对长沙地铁6号线顶管项目全体职工表示衷心感谢,对十一局精湛的施工工艺、科学严谨的工作作风、高度的责任感和使命感给予充分肯定。

“如果我们在这里失败了,十一局在地铁施工的路就断了,我们就是十一局的罪人。”冯宏朝在刚踏入深圳时铿锵有力的话语仿佛又在我们耳边响起,肩负着这种使命,还有什么工程干不好呢。

从盾构机到顶管机、从圆形到矩形、从“大禹1号”到“大禹8号”、从 “牡丹1号”到“牡丹3号”,再到这次圆满完成顶管施工任务的“开拓者1号”,十一局人用勇气、实力、速度、品质一次又一次向未知领域挺进。


“开拓者1号”矩形顶管贯通


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