穿越“萬里黃河”

文 | 中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司

“萬里黃河第一隧”——濟(jì)南黃河濟(jì)濼路隧道

2019 年8 月31 日，“黃河號”盾構(gòu)機(jī)在濟(jì)南黃河隧道工程勝利始發(fā)。

“黃河下游高黏粒鈣質(zhì)結(jié)核地層超大直徑泥水盾構(gòu)穿越懸河關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目依托“萬里黃河第一隧”——濟(jì)南黃河濟(jì)濼路隧道工程建設(shè)，為國內(nèi)外16米級超大直徑盾構(gòu)（是已建成南水北調(diào)中線穿黃隧洞開挖面積的3.05倍）首次穿越地上懸河，技術(shù)難度大、安全風(fēng)險高、生態(tài)保護(hù)要求高，既有穿黃隧道工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累欠缺，無法全面指導(dǎo)黃河下游超大直徑盾構(gòu)隧道的建設(shè)。

/ 填補(bǔ)國內(nèi)外空白/

為解決16米級超大直徑盾構(gòu)穿越黃河下游大型懸河成套技術(shù)難題，項(xiàng)目組開展了系統(tǒng)的理論、試驗(yàn)、工藝研究，解決了黃河下游地上懸河“毫米級”沉降控制、高細(xì)黏粒粉質(zhì)黏土地層海量盾構(gòu)廢漿處理、懸河穿越鈣質(zhì)結(jié)核通排、大型管片結(jié)構(gòu)施工穩(wěn)定控制、臨黃高承壓水地質(zhì)超深基坑施工等諸多技術(shù)難題，形成了“黃河下游高黏粒鈣質(zhì)結(jié)核地層超大直徑泥水盾構(gòu)穿越懸河施工關(guān)鍵技術(shù)”成套技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)外超大直徑盾構(gòu)穿越地上懸河的技術(shù)空白。

該項(xiàng)目形成了黃河下游高黏粒鈣質(zhì)結(jié)核地層超大直徑泥水盾構(gòu)穿越懸河成套施工關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新研發(fā)了大直徑泥水盾構(gòu)泥餅防治技術(shù)，從泥餅形成機(jī)理分析、防結(jié)泥餅刀盤設(shè)計、泥水沖刷環(huán)流、預(yù)警處置等全環(huán)節(jié)，將刀盤結(jié)泥餅風(fēng)險降低至極低，實(shí)踐中未出現(xiàn)嚴(yán)重刀盤結(jié)泥餅事件，保障了高效掘進(jìn)；形成了地上懸河超大直徑盾構(gòu)微擾動施工關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了盾構(gòu)施工擾動機(jī)理及精細(xì)化控制技術(shù)，創(chuàng)新采用“大堤預(yù)注漿+克泥效+二次注漿”、“隔離樁+袖閥管注漿”、智能監(jiān)測反饋控制等技術(shù)，盾構(gòu)穿越鵲山村、南北岸大堤、二環(huán)北高架構(gòu)筑物未出現(xiàn)裂縫，大堤沉降小于18毫米、二環(huán)北高架橋墩最大沉降控制兩毫米以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了超大直徑泥水盾構(gòu)首次平穩(wěn)下穿地上懸河。

同時，該項(xiàng)目還開發(fā)了襯砌管片模型試驗(yàn)多點(diǎn)聯(lián)動性加載裝置、粉質(zhì)黏土地層超大盾構(gòu)管片上浮分析預(yù)測系統(tǒng)，填補(bǔ)了超大直徑盾構(gòu)施工期管片上浮穩(wěn)定的精細(xì)化控制技術(shù)空白，實(shí)現(xiàn)了管片上浮預(yù)測誤差在7%以內(nèi)，全線拱頂上浮量低于20毫米，試驗(yàn)區(qū)間低于10毫米；研發(fā)了大粒徑鈣質(zhì)結(jié)核高效通排技術(shù)，以及“重力濾水-低壓壓濾-高壓壓榨一體化泥漿”綠色處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超大直徑盾構(gòu)在鈣質(zhì)結(jié)核與黏土地層的高效掘進(jìn)，綜合節(jié)省工期3個月；建立了深大基坑智能化實(shí)時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，基坑變形預(yù)測精度達(dá)到0.05毫米；采用干接受工法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的超大直徑盾構(gòu)水下接收和鋼筒接收法，解決了常規(guī)洞門密封因施工誤差造成的安全風(fēng)險問題，縮短施工工期3個月。

該項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)共發(fā)表論文35篇，申請發(fā)明專利25項(xiàng)（授權(quán)5項(xiàng)），授權(quán)實(shí)用新型專利35項(xiàng)，獲工法6項(xiàng)（省級工法1項(xiàng)），軟著1項(xiàng)，形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3部。其研究成果為黃河下游高黏粒鈣質(zhì)結(jié)核地層中超大直徑泥水盾構(gòu)下穿懸河提供了成功案例和技術(shù)參考，將萬里黃河隧道建造技術(shù)推向了新的高度，被中國工程院院士錢七虎贊為“一座以科技創(chuàng)新為支撐的高質(zhì)量工程”，對隧道科技發(fā)展與進(jìn)步起到引領(lǐng)作用。

/ 研究成果在多個工程應(yīng)用/

“黃河下游高黏粒鈣質(zhì)結(jié)核地層超大直徑泥水盾構(gòu)穿越懸河關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目的研究成果已成功應(yīng)用于濟(jì)南黃河濟(jì)濼路隧道，提高了盾構(gòu)掘進(jìn)效率，保障了施工安全，確保了臨堤建（構(gòu)）筑物的安全，直接經(jīng)濟(jì)效益約5321.8萬元，社會效益不可估量。其中，大盾構(gòu)管片上浮穩(wěn)定控制技術(shù)成功應(yīng)用于北京東六環(huán)改造工程，實(shí)現(xiàn)了最大風(fēng)險區(qū)段管片上浮低于3毫米；超大直徑泥水平衡盾構(gòu)開挖面精細(xì)化控制技術(shù)成功應(yīng)用于南京和燕路過江通道工程，實(shí)現(xiàn)沉降量控制在堤身高度的0.5%以內(nèi)；改進(jìn)的米SD基坑開挖動態(tài)變形預(yù)測方法成功應(yīng)用于濟(jì)南濟(jì)濼路穿黃北延隧道工程，為基坑施工的頻繁吊裝提供了安全保障；超大直徑泥水平衡盾構(gòu)開挖面精細(xì)化控制技術(shù)成功應(yīng)用于南京南崇鐵路留村隧道工程，為盾構(gòu)穿越多處敏感建筑物提供了可靠的技術(shù)保障，推廣應(yīng)用項(xiàng)目直接經(jīng)濟(jì)效益約17418.2萬元。累計節(jié)約成本約2.27億元，新增稅收約761.3萬元。

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該項(xiàng)目的研究成果可為后續(xù)穿黃通道工程提供技術(shù)參考，節(jié)約工期，經(jīng)濟(jì)社會效益顯著，打造黃河流域生態(tài)保護(hù)示范標(biāo)桿和高質(zhì)量發(fā)展示范工程，加快山東新舊動能轉(zhuǎn)換綜合試驗(yàn)區(qū)國家戰(zhàn)略的推進(jìn)，打破了黃河天塹對濟(jì)南城市發(fā)展的制約，助力攜河北跨，加快新舊動能轉(zhuǎn)換，加速濟(jì)南從“大明湖時代”邁向“黃河時代”。

研究成果攻克了盾構(gòu)首次穿越地上懸河、超大直徑盾構(gòu)隧道公軌合建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、穿越全斷面夾雜鈣質(zhì)結(jié)核粉質(zhì)黏土地層等關(guān)鍵技術(shù)難題，拓寬了盾構(gòu)法的適用范圍，為粉質(zhì)黏土地區(qū)超深大基坑安全開挖提供了預(yù)測方案，超大直徑盾構(gòu)的接收系列工法，解決了高黏粒夾鈣質(zhì)結(jié)合地層超大直徑盾構(gòu)長距離高效掘進(jìn)關(guān)鍵問題，獲得了一批獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)，研究過程中培養(yǎng)了一批施工、研發(fā)等專業(yè)技術(shù)人才，為盾構(gòu)技術(shù)未來發(fā)展提供專業(yè)人才保障，推動了盾構(gòu)隧道施工產(chǎn)業(yè)技術(shù)的升級，為后續(xù)黃河下游地區(qū)類似穿黃工程提供了成功案例及理論指導(dǎo)。

/ 國內(nèi)首家大盾構(gòu)專業(yè)施工企業(yè)/

“萬里長江第一隧”——南京長江隧道

2016年8月，由中國鐵建股份有限公司批準(zhǔn)中鐵十四局集團(tuán)有限公司，集中大盾構(gòu)所有優(yōu)質(zhì)資源重組組建中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司（以下簡稱“大盾構(gòu)公司”）。該公司擁有市政工程總承包一級、地基工程專業(yè)承包一級、隧道工程專業(yè)承包三級資質(zhì)，注冊資本金10.1億元，資產(chǎn)總額125億元，年施工產(chǎn)值123億元，是國內(nèi)首家大盾構(gòu)專業(yè)施工企業(yè)，大盾構(gòu)品牌位列中國鐵建“十大品牌”之首。

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北京東六環(huán)改造工程——中國最長地下公路隧道、在建最大直徑 城市盾構(gòu)隧道

在超大直徑和水下盾構(gòu)施工領(lǐng)域率先在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)了5個“全覆蓋”，即穿越“江河湖海城”全覆蓋、地質(zhì)條件全覆蓋、涉足行業(yè)全覆蓋、盾構(gòu)直徑全覆蓋、施工工藝全覆蓋。實(shí)現(xiàn)“五個第一”，即大盾構(gòu)已施工里程第一、大盾構(gòu)機(jī)數(shù)量第一、大盾構(gòu)市場占有率第一、大盾構(gòu)科技研發(fā)水平第一、大盾構(gòu)施工能力第一。

成立至今，大盾構(gòu)公司始終落實(shí)“專業(yè)+聚焦+創(chuàng)新驅(qū)動”戰(zhàn)略，構(gòu)建了科學(xué)完整的技術(shù)管理及技術(shù)創(chuàng)新體系。聚焦盾構(gòu)施工，發(fā)揮數(shù)據(jù)增值效用；儲備低碳技術(shù)，布局綜合能源管控；加強(qiáng)智能裝備研發(fā)，促進(jìn)高效生產(chǎn)。同時，大盾構(gòu)公司還擁有一批在大直徑盾構(gòu)施工和管理領(lǐng)域的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，包括頂尖專家隊(duì)伍、科技拔尖人才隊(duì)伍、優(yōu)秀項(xiàng)目經(jīng)理隊(duì)伍、復(fù)合型政工干部隊(duì)伍、專業(yè)技術(shù)人才隊(duì)伍和高素質(zhì)技能人才隊(duì)伍。

在科技創(chuàng)新的過程中，大盾構(gòu)公司擁有了六大核心技術(shù)，即“軟硬通吃”的盾構(gòu)設(shè)備適應(yīng)性選型設(shè)計技術(shù)，“土巖兼融”的新型常壓/帶壓換刀技術(shù)，“AI智能”的盾構(gòu)智能掘進(jìn)控制技術(shù)，“安全平穩(wěn)”的微擾動防控精準(zhǔn)穿越技術(shù)，“綠色環(huán)?！钡亩軜?gòu)漿渣無污染處理技術(shù)，“不滲不漏”的成型隧道精品打造技術(shù)。形成五大核心技術(shù)群，即“大型結(jié)構(gòu)管片高精度制作”“長江隧道群大盾構(gòu)安全施工”“海底隧道復(fù)雜環(huán)境高效掘進(jìn)”“城域高鐵大盾構(gòu)智能化建造”“城市軌道交通綠色綜合修建”。

憑借著過硬的技術(shù)，大盾構(gòu)公司被業(yè)內(nèi)權(quán)威專家、2018年國家最高科學(xué)技術(shù)獎獲得者——中國工程院院士錢七虎譽(yù)為國內(nèi)第一家率先掌握大直徑盾構(gòu)施工核心技術(shù)的施工企業(yè)，在復(fù)雜地質(zhì)條件大盾構(gòu)施工這一領(lǐng)域擁有核心競爭力。

截至目前，大盾構(gòu)公司已經(jīng)成為全國乃至全球盾構(gòu)隧道建造行業(yè)的領(lǐng)軍者和技術(shù)先導(dǎo)隊(duì)，是中國大盾構(gòu)國家隊(duì)的引領(lǐng)者和開拓者。

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大盾構(gòu)公司榮譽(yù)墻

2021 年獲評“國家高新技術(shù)企業(yè)”稱號，推動中國由水下盾構(gòu)隧道大國真正建設(shè)成為隧道技術(shù)強(qiáng)國。在大盾構(gòu)領(lǐng)域累計獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎3 項(xiàng)，中國土木工程詹天佑獎5項(xiàng)，省部級科學(xué)技術(shù)獎12 項(xiàng)，國家優(yōu)質(zhì)工程獎8 項(xiàng)，中國建設(shè)工程魯班獎5 項(xiàng)，省部級工法27 項(xiàng)；累計擁有專利227 項(xiàng)。