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雕铸“地下神九”

  • 发布时间:2014-12-18 21:29:42  来源:国际商报  作者:许霞  责任编辑:罗伯特

  在珠海市香洲区最南边的拱北迎宾大道南端,已有百年历史的拱北口岸地下,一项史无前例的隧道工程正在紧张的施工中。

  从隧道西端的海域,到拱北口岸建筑下方,过渡到珠海广珠城际拱北站的陆地区域,拱北隧道的建设,需要建设者们去面对隧道建设中几乎所有可能遇到的“超级挑战”。其中,拱北口岸建筑下方的暗挖段,更是采用了世界隧道建设史上罕见的大规模“曲线管幕+冻结法”施工方案,其技术难度堪称世界顶级,被誉为“地下的神九工程”。

  由于隧道沿线途经人工岛、军事管制区、拱北口岸、边界河等,涉及到边检、边防、海关、海事等部门,且与城市道路多次交叉,需要协调的部门众多,协调难度极大。

  不仅如此,设于1849年的拱北口岸接连澳门关闸边检大楼,如今已成为国内第一大口岸,每天出入境车辆平均7000辆,高峰期接近1万辆,每天出入境的人流总量约23万人次,高峰期接近30万人次。作为一国两制的“交汇点”,拱北口岸独特的地理位置,使其政治地位敏感,环境因素更加复杂。“做过这样的项目,可以说是终身无憾了!”中铁十八局集团总经理助理、港珠澳大桥珠海连接线项目经理潘建立这样说。

  两年多来,潘建立率领着中铁十八局集团的建设者们在“一国两制”交汇点上,朝着世界级的隧道施工难题发起了艰苦卓绝的挑战。曾经让人惊叹为“不可能完成的任务”,正在他们的手中,一点点地推进着。

  “地下神九”实至名归

  当记者在11月份来到拱北隧道施工现场的时候,瞬间就被现场宏伟的景象震惊了——海天相接之处,一座人工砌筑的条形岛屿朝着大海绵延而去,人工岛上明挖的隧道上方,一根根钢筋混凝土支撑梁横贯在大地上,如同列队等候检阅的士兵。如此宏伟的场景,还只是项目的冰山一角。

  据潘建立介绍,港珠澳大桥珠海连接线是港珠澳大桥的重要组成部分,全长13.432公里,中铁十八局承担的第一合同段为先行标段,全长3.9公里,其中拱北隧道全长2740米,为全线控制性工程,珠海连接线人工岛长1276米,拱北湾跨海大桥长约950米,合同金额21.48亿元。项目位于珠海市香洲区,毗邻澳门,起自珠澳人工岛,向西设拱北湾特大桥连接珠海连接线人工岛,采用暗挖隧道方式从拱北口岸和澳门关闸口岸之间地下穿过,经鸭涌河段到达终点茂盛围军事管理区。

  在设计上,由于受限于海陆地质条件和地面建筑物,拱北隧道的设计也显得十分新颖。隧道西段采用在拱北湾海域上人工筑岛后再做明挖的“先岛后明挖”隧道工法施工;当经过拱北口岸时则采取了双层暗挖管幕法施工,在这里,隧道也由左右并行变成上下叠层;穿过拱北口岸后进入陆域明挖法施工,隧道又逐渐演变为左右并行的双洞平行结构。

  也正因为这样的设计,拱北隧道的建设,需要面对极为复杂的施工环境。

  暗挖段穿越口岸限定区域,地表建筑属于口岸职能性建筑。“安全风险等级高,需要重点保护,施工中必须保证口岸的正常通关,对建筑物和地下管线不能产生影响。”潘建立说。

  仅此,还不足以让拱北隧道被称作“地下神九工程”,复杂的地质条件和前所未有的大规模“曲线管幕+冻结法”双层暗挖施工方案,才是拱北隧道成为世界级挑战的真正原因。

  在施工现场,记者看到了建设者们通过钻孔所取得的土样。“场地范围的土层主要有填筑土、淤泥质粉质粘土、粉土、中细砂、淤泥质粉土、粉质粘土、砾砂等。土层具有软弱、饱和含水、水量补给丰富、高压缩性、高渗透性、承载力低的特点。”项目部总工程师高海东介绍说。事实上,无论是双层隧道,还是管幕群施工,还是大面积冻结工艺,每一项都是隧道施工中非常艰难的工法、工艺,当它们汇聚于一体之后,其技术挑战将呈几何级提升,这在世界隧道建设史上也是绝无仅有的。

  建设者们先要在隧道四周使用顶管机,先后顶进36条直径1.62米的小型隧道围绕在隧道主体周围,在隧道周围形成一个以钢管支撑的帷幕,然后再对管间及钢管周围土体进行冻结封水,冻结后方能对隧道主体进行开挖。

  这是一个世界级的技术难题。在通常情况下,管幕法施工的隧道都是直线,而拱北隧道则是曲线掘进,再加上要穿越紧临口岸建筑物下方的桩基,管幕距离桩基最近的地方仅有46厘米。管幕群每一根管幕都要进行始发和接收,必须准确的从两端工作井中预留的接收口出来,这就要求在使用顶管机向前掘进的时候,必须准确控制掘进精度。由于每一根管幕之间的距离仅有30多厘米,建设者们在管幕掘进的时候,36根管幕进出72次,加上一根试验管就是进出74次,每根管幕的掘进都会对土壤有扰动,37根管幕要进行反复扰动,再加之隧道属于浅埋,距离地表十分近,稍不留神,就可能引起地表沉降、塌陷,或者地层失水,因为紧临海边,甚至有可能引发毁灭性的灾难。“而且,在掘进的过程中,很可能遇到钢筋之类的建筑垃圾,如果顶管机的刀盘无法推进,就必须排除掉障碍物,一般大型盾构机可以加压开仓去处理,而我们的盾构机非常小,根本不能加压后进人。”广东省劳动模范、管幕队总工李刚说。

  此外,管幕冻结的控制,也充满了挑战。考虑到隧道所处地质环境,常规的注浆加固方案可能无法达到实际效果,故而拱北隧道暗挖段采取了全新的“圆形冻结管+异形冻结管+加热限位管”冻结工艺。建设者们需要在充填混凝土的管幕内布置圆形冻结管,使管幕周边1.8米~2.4米的土壤与水冻结成为冻土,才能进行隧道本身的开挖。但是,冻结同时也会带来膨胀效应,为了控制冻胀,还必须在充填混凝土的管幕内布置圆形加热限位管。“只要有一点水出来,马上就会引起周边的冻土连锁反应,讯速融化失稳,形成灾难性后果。”潘建立说,“对于这项工艺,目前还没有成熟的经验可以借鉴,我们依然还在实验中,具体的效果和控制手段还必须要进一步总结。”

  探索未知征服就是荣耀

  对于拱北隧道暗挖段采取的长距离大规模“曲线管幕+冻结法”施工方案,潘建立这位中国“海底隧道第一人”一直十分谨慎。“我最担心的就是冷冻的效果是否能达到预期,在隧道主体施工过程中,管幕周边冻结失效,发生突泥突水,后果将不堪设想。”潘建立说。

  在此之前,潘建立组织参与了我国第一条海底隧道——厦门翔安隧道的建设,在这条隧道中,他创新研究了衬砌结构和高效注浆技术,为我国海底隧道建设提供了高精度综合勘察和安全施工综合技术的宝贵经验。

  潘建立告诉记者:“过去的经验主要就是注浆,我们有丰富的经验,能把土层改良到什么程度,我们心里都有谱。但是这个项目十分特殊,完全没有经验可以借鉴。”

  据高海东介绍,拱北隧道暗挖段的管幕原设计是10根直径1.8米的管节加30根直径1.44米的管节组合,这样的方案不仅顶管机的数量会大幅增加,施工时顶管机不断调整位置,安全风险也会加大。

  经过对设计的深入分析,项目部经过多次调研,认真求证,集思广益,对影响工程安全、质量和进度的设计进行了大胆优化,将原来的40根不同规格的管幕,优化为统一采用36根1.62米直径的管幕,统一管径后可以节约工期约4个月;每一台顶管机所承担顶管数量更合理,更利于实现顶管机在工作井内的合理布置。更为重要的是,顶管机的数量从6台减少为2台,施工干扰更小,安排施工顺序时的灵活性大大提高,可实现连续不间断的顶进。

  除此之外,“24毫米的钢材,要精确加工成1.62米直径的管节,误差不能超过3毫米,是非常困难的。为此,项目部专门自行建立了管节加工厂,采用全数控装备进行管节加工,确保了管节本身的质量。”高海东说,“针对管节F型的接头如何准确对接的难题,我们还研发出了一个橡胶止水圈的专利,可以使管节很顺利的精确对接。”

  针对潘建立最为担心的冻结施工精确控制问题,建设者们可谓是绞尽了脑汁。在毫无经验可以借鉴的情况下,项目部将成熟的注浆工艺吸纳了过来——先在管幕内压浆,再进行冻结,使注浆加固圈与冻结圈一道形成隔水帷幕,同时加固地层。这一优化方案,有效降低了二衬完成解冻后至三衬完成前,因地层失水导致地表沉降的风险以及冻胀融沉带来的影响。

  在业界,隧道冻结施工工艺常运用于小规模的富水土质,但冻结工艺本身确实也具有可控性差,冻胀效应明显等难题,出现冻结失效也是常有的事。“我们引入了以‘传感器+电脑监控’的方式,准确监控冻结区域温度。万一冷冻不行,我们还准备了液氮速冻,将液氮输送到需要冻结的部位,零下200度的温度,很快就可以对目标区域冻结加固。”潘建立说。

  为了成功穿越拱北口岸,项目部孜孜不倦地开展了多项科研课题研究工作。在中国铁建股份公司和中铁十八局集团公司的大力支持下,项目部联合北京交通大学、同济大学、中交二院等单位开展了复杂条件下超大断面暗挖隧道建造技术研究。目前,该课题已申报国家863高技术研究发展计划。

  除此之外,项目部还有9篇科技论文发在省部级核心科技期刊上,申报专利12项,其中注浆管推进器已获授权实用新型专利,长距离曲线顶管及管幕施工工艺已获发明专利授权。

  通过项目团队地不懈努力,中铁十八局的建设者们赢得了业主的信任。刚开始时,对于这么一项高难度的工程项目,各方对中铁十八局还持有怀疑,如今业主直说,“选你们就是选对了!”确实如此,项目部为保证管幕顶进这项核心技术能顺利实施,立足自我,从全局范围抽调精英人才,组建了一支完全由自己职工组成的专业化管幕队。独立自主地研究方案,吃透设备操作技术,审慎研究施工方案,大力培养人才团队,如今,管幕队已令人刮目相看。“刚开始的时候,德国的顶管机供应商还带着我们熟悉一下,没多久,德国人就自己离开了,因为我们自己做的比他们还好,很多解决方案,他们想不出来,而我们不仅能想出来,还能做出来。”天津市劳动模范、管幕队队长王军说。

  而潘建立则说,“作为工程建设者,就是要去探索,去征服,干出别人干不出来的成绩,越难的项目,越有成就感。”

  风险再大也要平平安安

  对于拱北隧道这样一个充满着未知风险,充满了无数技术挑战的“超级隧道”而言,其建设过程不可能是一帆风顺的。而在拱北隧道开建以来的两年多时间里,潘建立这位“隧道专家”也感觉到了沉重的压力。

  在底部的一节管幕即将接收的时候,发生过一次严重的涌水,如果不及时控制住,后果将不堪设想。

  按照方案,顶管机从工作井出发后,抵达终点工作井的时候,是无法突破终点工作井的地下连续墙的,故而需要人工从工作井外侧将墙壁破开。正当工人破开连续墙时,夹杂着泥沙的水流就喷涌而出。

  “其压力足有0.3兆帕,在1.62米管节直径上,足有100吨重量的推力。”潘建立说。

  潘建立凭借丰富的施工经验迅速做出决策:注浆抢险。抢险按照方案注浆,总会有漏洞,理论的情况总会和现场有差异,现场还在不断地变化,不确定因素太多了,但现场员工在他的带领下克服重重困难,圆满完成注浆任务,成功堵住突水。

  要知道如果不及时堵上,超过一定的水量,地表就可能塌陷,周围建筑物就可能倾斜,后果不敢想象。

  还有一次接到抢险指令后,管幕队副队长魏海涛冲到了水里,坐在水里憋着气把管道里的螺丝一颗颗地拧上。由于管道里面的化学润滑剂的腐蚀,参与抢险的职工从水里出来之后,有的汗毛都被蚀掉了,还有的出现了皮肤过敏等一

  些不适症状。但是在抢险过程中没有一位员工退缩,即便是50多岁的管幕队书记白臣和,遇到险情时也是毫不犹豫的跳下水去抢险。

  采访他们时,他们对记者说道:“不要说我们在现场了,每次发生险情,

  潘总也是第一时间赶到现场,一直在现场盯着,在一线及时准确的做决策,以最短的时间排除险情,有两次整夜都没有休息。”

  险情的有效控制,得益于中铁十八局珠海项目部高素质负责任的中层干部和铁军一般优秀的员工。另外,项目部还制订了严格的安全生产管理规范,并针对各种可能发生的突发情况制订了紧急预案,为抢险成功提供了制度保障。

  在项目部的科学决策与积极应对下,所有应急处置都得到了有效控制并化险为夷,在技术方案、应急预案、应急组织、应急联络、应急保障等方面都经受住了严峻的考验,在创建“零事故班组”和“平安工地”,实现“安全生产零责任事故”的目标道路上,迈出了坚实的步伐。

  责任感驱使他们精益求精

  “要在地下工程项目管理创新的探索中,全面优质高效地完成拱北隧道建设,为公司打造地下工程的一流品牌,为珠港澳三地铸造出属于民族的精品工程。”这就是潘建立与项目团队的共同目标。

  开工伊始,项目部就树立了以标准化管理和标杆管理为核心的“双标管理”导向,定下了消除质量隐患,杜绝重大质量事故,争创中国建筑行业顶级奖项的目标。

  根据“双标管理”指南,项目部结合实际对项目部拌和站便道、堆料仓及钢筋场进行了建设。从原材料、钢筋加工质量、施工过程管控等方面着手,重点控制了砼实体内外质量。项目部还通过推行首件制,熟悉工程的特点,掌握新工艺、新材料以及其它关键性技术的要求,不断提高技术水平和工艺水平,全面提高工程质量水平。

  走进十八局位于拱北的项目营区,就仿佛走进了一个花园,郁郁葱葱的绿树,环绕着青灰色的办公楼。设计专业出身的潘建立凭借自身对构图、美学、色彩的功底,科学合理地规划布置各功能区,在满足实用性的同时最大程度美化了环境。

  项目驻地是潘建立亲自设计的,给人的感觉就是板房看着像别墅写字楼,从整体设计传达了一个理念——现代化办公。项目驻地建设如此,整个项目规划建设也是如此。

  对于潘建立来说,他深知,拱北项目这样的高精尖工程,能达到什么样的高度,直接取决于项目管理水平和企业文化的高度。

  遵循“双标管理”理念,项目部也定下了创建广东省安全生产、文明施工优良样板工地的目标,坚持环保设施与主体工程“三同时”原则,不发生重大环保责任事故,确保生产及生活废弃物、噪音、大气污染物处置和排放达标率100%,营造和谐环保的施工环境。为此,项目部还专门引进了价值700多万元的泥水分离系统,将泥浆里的沙子和水分离,将泥浆循环利用,大大减少了环境污染。

  在拱北隧道的建设中,各级领导对项目建设给予了高度的重视和亲切的关怀,广东省省长朱小丹、常务副省长徐少华、交通部副部长冯正霖等领导先

  后莅临工地现场参观指导,诸多地下工程专家,业内同行到现场参观,均对项目给予了高度评价。如今的拱北隧道工程已成为珠江口的亮点,港珠澳对外宣传的窗口。

  前进的路依旧艰辛,建设者的脚步仍未停歇,港珠澳大桥珠海连接线项目必将是世界隧道建设史上的一朵奇葩。

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