8月17日,黄河济南段地下30米处,涂装着“麒麟”图案的“山河号”盾构机破壁而出,世界最大直径水下盾构隧道——济南黄岗路黄河隧道贯通。中铁十四局项目现场负责人周祥在接收井旁激动地说:“11个月,我们创造了17米级盾构施工的世界新纪录。”

　　记者　于泊升　济南报道　　　

穿越地上悬河

与“地质迷宫”

　　在施工中,“山河号”盾构机的挑战有不少。首先摆在施工团队面前的难题,就是穿越地上悬河。

　　周祥介绍,济南黄岗路黄河隧道穿越“地上悬河”,是继“万里黄河第一隧”——黄河济泺路隧道后,又一连接南北向的大通道,也是首条穿黄单洞双层盾构隧道。黄河的平均水位高于地表8米,隧道最低点位于河床下54米,最大水土压力6.5巴。“这相当于一个人手掌大小的面积上,承受两个成年男子的重量。”这个难度,就像在豆腐上绣花。

　　“施工中的未知风险有不少。”周祥透露,隧道施工是在地下环境中进行,尤其是“山河号”盾构机开挖直径达17.5米,开挖面积达240平方米,地质勘探覆盖的区域有限,不可控的未知区域增多,犹如“摸黑”前进。

　　此外,盾构隧道下穿绕城高速、黄河大堤及河道,居民住宅区及沉砂池,对地面沉降控制要求较高,沉降要求控制在1厘米之内。

　　浆渣处理也增加了施工难度。黄岗路黄河隧道每掘进1环,就会产生1200方泥浆,整条隧道会产生160万方泥浆,浆渣处理难度极大。

　　相较常规盾构隧道,黄岗路黄河隧道每环管片有12块,管片链接数量多出一倍,拼装时间长、拼装精度难度上升、管片运输与拼装风险增大。

黄河底下3.3公里

连续掘进不换刀

　　17日上午,走进黄岗路黄河隧道南岸接收井,涂装“麒麟”图案的“山河号”半潜于黄河之下,宛如一条静卧的巨龙。这台总长163米、重达5200吨的“工程机械之王”,从设计之初,就面临着“直径每增加一米,难度呈几何式增长”的挑战。

　　隧道高效建设的关键,在于盾构机选型的精准。与前辈“泰山号”“黄河号”相比,17.5米的开挖直径,意味着要在黄河之下挖出一座6层楼高的空间,刀盘选择、管道抗压、断面稳定等问题接踵而至。

　　“常规300型泥浆管和500毫米管道造价低,但如此大的断面可能频繁堵管。”周祥算了一笔“风险账”:一次堵管至少耽误8-12小时,直接影响工期。尽管新方案选用400型号泥浆管和600毫米管道,造价高达2000多万元,但团队最终拍板:“为了‘血管’通畅,值!”

　　实践证明了选型的正确性。“山河号”实现每分钟35毫米的掘进速度,远超15.76米直径的黄河济泺路隧道每分钟掘进25毫米的纪录。

　　黄岗路黄河隧道区间段内,存在大量“钙质结核”,长达2000米,占比超六成。它们像大小不一、不规则分布的“顽石”,镶嵌在粉质黏土层中,宛如“年糕里的硬骨头”。

　　“这些‘硬骨头’,当年在黄河济泺路隧道开挖中,可没少让我们吃苦头,甚至让盾构掘进停滞不前!”中铁十四局盾构经理薛永超回忆。

　　随着“山河号”盾构机挺进钙质结核区,管道内石头碰撞的响声由疏变密、由弱变强。早有准备的项目团队亮出“法宝”,他们创新性设计的双采石箱,可实现一用一备。

　　薛永超说,当采石箱压力变小时,他们就对采石箱进行切换和清理,掘进初期每环就要清理一次。随着掘进进入密集区,清理频率飙升,最高峰时每环要清理50次。以往是单采石箱,需要人工往外搬,费时费事。如今通过远程控制和双箱轮换,每次清理仅需5分钟,实现不停机、快速的循环处理,硬是将“拦路石”变成了高效流程中的“小插曲”。

　　此外,面对强度高达41兆帕的“顽石”,项目团队为“山河号”装备了自主研发的金刚石刀具。最终,“山河号”实现了黄河下首次全程3.3公里连续掘进不换刀,打赢了这场与“硬骨头”的攻坚战。

“吞”进黄河泥浆

“吐”出清澈尾水

　　站在黄岗路黄河隧道泥浆处理厂旁,很难想象这里每天“吞”进上万方黄河泥浆,“吐”出的却是清澈的尾水。“向北是济南一级水源地,向南横贯黄河,我们的泥浆处理必须零污染。”泥水处理厂厂长胡修志说。

　　“山河号”盾构机开挖面积达240平方米,每掘进1环就会产生1200立方米泥浆,每天会产生上万立方米泥浆。泥浆能否高效处理,成为制约掘进速度的“核心”瓶颈。

　　自主创新成为唯一出路。团队决定,自主搭建一套泥浆处理设备。他们在类似地质的济泺路北延黄河项目泥浆池旁建起临时试验场地,开始了“从零开始”的压滤试验。

　　“絮凝剂用量是关键。少了,泥饼含水量就会过高,达不到目的；多了,尾水絮凝剂含量超标,既达不到泥浆循环使用的标准,还会让成本剧增。”他们以2小时为周期反复试验,当看到压滤出来的尾水如矿泉水般清澈时,胡修志心头一热,“有戏了”!

　　他们进一步优化工艺,将原本必须匀速流转的泥浆管路,改造为可变速、间歇性供浆的“智能模式”,既能短时间内“大流量补浆”,又能有效防止罐底泥土“板结”。

　　2024年9月1日,“山河号”盾构机始发之际,这套完全自主创新的“絮凝+提浓+压滤”组合工艺同步启用。系统每小时可处理泥浆近600立方米,日处理效率提升50%,滤饼含水率降至30%以下。实现了盾构尾水的零排放、再利用,真正做到了绿色施工、环保施工。

“螺蛳壳”里玩魔术

破解同步施工难题

　　济南黄岗路黄河隧道为单管双层双向6车道设计,是首条穿黄单洞双层盾构隧道。如何在有限空间内,协调盾构掘进与内部结构同步施工,成为制约整体效率的“紧箍咒”。

　　“要保证每天6环的掘进目标,17辆运输管片、箱涵、双液浆的车辆就得日夜不停地‘输血’。”项目总工程师高同矿解释,“但内部施工,尤其是车道板浇筑,一块就耗时6-7小时,‘占道’工作,让物资运输生命线瞬间‘卡壳’”。

　　困境倒逼智慧。项目发挥团队力量,定制出组合式台车,优化施工工艺10余项。组合式台车底部,巧设万向轮及伸缩式承重底托,实现快速移位,为后续车道板施工腾出空间,同时为盾构物资运输留出畅通车道。这如同在螺蛳壳里做道场,硬是实现了内部结构施工与盾构掘进“双线并行”,施工工效提升60%,用巧妙的“空间魔术”,破解了同步施工的制约难题,为整体高速推进提供了坚实保障。