穿越“万里黄河”

2023-08-04中铁十四局集团大盾构工程有限公司

中国公路 2023年11期

文 | 中铁十四局集团大盾构工程有限公司

“万里黄河第一隧”——济南黄河济泺路隧道

2019 年8 月31 日，“黄河号”盾构机在济南黄河隧道工程胜利始发。

“黄河下游高黏粒钙质结核地层超大直径泥水盾构穿越悬河关键技术”项目依托“万里黄河第一隧”——济南黄河济泺路隧道工程建设，为国内外16米级超大直径盾构（是已建成南水北调中线穿黄隧洞开挖面积的3.05倍）首次穿越地上悬河，技术难度大、安全风险高、生态保护要求高，既有穿黄隧道工程经验和技术积累欠缺，无法全面指导黄河下游超大直径盾构隧道的建设。

/ 填补国内外空白/

为解决16米级超大直径盾构穿越黄河下游大型悬河成套技术难题，项目组开展了系统的理论、试验、工艺研究，解决了黄河下游地上悬河“毫米级”沉降控制、高细黏粒粉质黏土地层海量盾构废浆处理、悬河穿越钙质结核通排、大型管片结构施工稳定控制、临黄高承压水地质超深基坑施工等诸多技术难题，形成了“黄河下游高黏粒钙质结核地层超大直径泥水盾构穿越悬河施工关键技术”成套技术，填补了国内外超大直径盾构穿越地上悬河的技术空白。

该项目形成了黄河下游高黏粒钙质结核地层超大直径泥水盾构穿越悬河成套施工关键技术，创新研发了大直径泥水盾构泥饼防治技术，从泥饼形成机理分析、防结泥饼刀盘设计、泥水冲刷环流、预警处置等全环节，将刀盘结泥饼风险降低至极低，实践中未出现严重刀盘结泥饼事件，保障了高效掘进；形成了地上悬河超大直径盾构微扰动施工关键技术，研发了盾构施工扰动机理及精细化控制技术，创新采用“大堤预注浆+克泥效+二次注浆”、“隔离桩+袖阀管注浆”、智能监测反馈控制等技术，盾构穿越鹊山村、南北岸大堤、二环北高架构筑物未出现裂缝，大堤沉降小于18毫米、二环北高架桥墩最大沉降控制两毫米以内，实现了超大直径泥水盾构首次平稳下穿地上悬河。

同时，该项目还开发了衬砌管片模型试验多点联动性加载装置、粉质黏土地层超大盾构管片上浮分析预测系统，填补了超大直径盾构施工期管片上浮稳定的精细化控制技术空白，实现了管片上浮预测误差在7%以内，全线拱顶上浮量低于20毫米，试验区间低于10毫米；研发了大粒径钙质结核高效通排技术，以及“重力滤水-低压压滤-高压压榨一体化泥浆”绿色处理技术，实现了超大直径盾构在钙质结核与黏土地层的高效掘进，综合节省工期3个月；建立了深大基坑智能化实时监测及预警系统，基坑变形预测精度达到0.05毫米；采用干接受工法代替传统的超大直径盾构水下接收和钢筒接收法，解决了常规洞门密封因施工误差造成的安全风险问题，缩短施工工期3个月。

该项目研究团队共发表论文35篇，申请发明专利25项（授权5项），授权实用新型专利35项，获工法6项（省级工法1项），软著1项，形成技术标准3部。其研究成果为黄河下游高黏粒钙质结核地层中超大直径泥水盾构下穿悬河提供了成功案例和技术参考，将万里黄河隧道建造技术推向了新的高度，被中国工程院院士钱七虎赞为“一座以科技创新为支撑的高质量工程”，对隧道科技发展与进步起到引领作用。

/ 研究成果在多个工程应用/

“黄河下游高黏粒钙质结核地层超大直径泥水盾构穿越悬河关键技术”项目的研究成果已成功应用于济南黄河济泺路隧道，提高了盾构掘进效率，保障了施工安全，确保了临堤建（构）筑物的安全，直接经济效益约5321.8万元，社会效益不可估量。其中，大盾构管片上浮稳定控制技术成功应用于北京东六环改造工程，实现了最大风险区段管片上浮低于3毫米；超大直径泥水平衡盾构开挖面精细化控制技术成功应用于南京和燕路过江通道工程，实现沉降量控制在堤身高度的0.5%以内；改进的米SD基坑开挖动态变形预测方法成功应用于济南济泺路穿黄北延隧道工程，为基坑施工的频繁吊装提供了安全保障；超大直径泥水平衡盾构开挖面精细化控制技术成功应用于南京南崇铁路留村隧道工程，为盾构穿越多处敏感建筑物提供了可靠的技术保障，推广应用项目直接经济效益约17418.2万元。累计节约成本约2.27亿元，新增税收约761.3万元。

中国高铁智能建造第一隧——京张清华园隧道

该项目的研究成果可为后续穿黄通道工程提供技术参考，节约工期，经济社会效益显著，打造黄河流域生态保护示范标杆和高质量发展示范工程，加快山东新旧动能转换综合试验区国家战略的推进，打破了黄河天堑对济南城市发展的制约，助力携河北跨，加快新旧动能转换，加速济南从“大明湖时代”迈向“黄河时代”。

研究成果攻克了盾构首次穿越地上悬河、超大直径盾构隧道公轨合建结构稳定性、穿越全断面夹杂钙质结核粉质黏土地层等关键技术难题，拓宽了盾构法的适用范围，为粉质黏土地区超深大基坑安全开挖提供了预测方案，超大直径盾构的接收系列工法，解决了高黏粒夹钙质结合地层超大直径盾构长距离高效掘进关键问题，获得了一批独立自主知识产权，研究过程中培养了一批施工、研发等专业技术人才，为盾构技术未来发展提供专业人才保障，推动了盾构隧道施工产业技术的升级，为后续黄河下游地区类似穿黄工程提供了成功案例及理论指导。

/ 国内首家大盾构专业施工企业/

“万里长江第一隧”——南京长江隧道

2016年8月，由中国铁建股份有限公司批准中铁十四局集团有限公司，集中大盾构所有优质资源重组组建中铁十四局集团大盾构工程有限公司（以下简称“大盾构公司”）。该公司拥有市政工程总承包一级、地基工程专业承包一级、隧道工程专业承包三级资质，注册资本金10.1亿元，资产总额125亿元，年施工产值123亿元，是国内首家大盾构专业施工企业，大盾构品牌位列中国铁建“十大品牌”之首。

国内最大直径盾构隧道——江阴靖江长江隧道

湖北武汉地铁8 号线越江隧道“楚天号”胜利始发

北京东六环改造工程——中国最长地下公路隧道、在建最大直径城市盾构隧道

在超大直径和水下盾构施工领域率先在国内实现了5个“全覆盖”，即穿越“江河湖海城”全覆盖、地质条件全覆盖、涉足行业全覆盖、盾构直径全覆盖、施工工艺全覆盖。实现“五个第一”，即大盾构已施工里程第一、大盾构机数量第一、大盾构市场占有率第一、大盾构科技研发水平第一、大盾构施工能力第一。

成立至今，大盾构公司始终落实“专业+聚焦+创新驱动”战略，构建了科学完整的技术管理及技术创新体系。聚焦盾构施工，发挥数据增值效用；储备低碳技术，布局综合能源管控；加强智能装备研发，促进高效生产。同时，大盾构公司还拥有一批在大直径盾构施工和管理领域的专业团队，包括顶尖专家队伍、科技拔尖人才队伍、优秀项目经理队伍、复合型政工干部队伍、专业技术人才队伍和高素质技能人才队伍。

在科技创新的过程中，大盾构公司拥有了六大核心技术，即“软硬通吃”的盾构设备适应性选型设计技术，“土岩兼融”的新型常压/带压换刀技术，“AI智能”的盾构智能掘进控制技术，“安全平稳”的微扰动防控精准穿越技术，“绿色环保”的盾构浆渣无污染处理技术，“不渗不漏”的成型隧道精品打造技术。形成五大核心技术群，即“大型结构管片高精度制作”“长江隧道群大盾构安全施工”“海底隧道复杂环境高效掘进”“城域高铁大盾构智能化建造”“城市轨道交通绿色综合修建”。

凭借着过硬的技术，大盾构公司被业内权威专家、2018年国家最高科学技术奖获得者——中国工程院院士钱七虎誉为国内第一家率先掌握大直径盾构施工核心技术的施工企业，在复杂地质条件大盾构施工这一领域拥有核心竞争力。

截至目前，大盾构公司已经成为全国乃至全球盾构隧道建造行业的领军者和技术先导队，是中国大盾构国家队的引领者和开拓者。