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国内首例超大直径盾构穿越岩溶区,南京和燕路长江隧道首线贯通

2021/11/1 11:05:01      点击:

10月30日上午,随着“复兴号”盾构机刀盘破土而出,南京市和燕路过江通道左线盾构隧道顺利贯通。盾构隧道全长2965米,盾构开挖直径15.07米。施工中,隧道安全穿越长江江底断裂破碎带、南京幕府山岩溶区等复杂地层,实现国内首例超大直径盾构穿越岩溶区。

盾构穿越近500米的岩溶区,最大溶洞高10米

南京和燕路过江通道工程位于南京长江大桥和长江二桥之间,设计为双向六车道城市快速路,行车速度80公里/小时。

据悉,盾构施工需穿越长距离砂层、上软下硬地层、全断面硬岩,江中冲槽段与断裂带叠加,覆土最浅处仅9.6米,最大水深52.5米,承受最大水土压力达7.9巴,相当于一个指甲盖大小承受7.9公斤的重量。

极具挑战的是,盾构机施工时,还需穿越南京幕府山下长近500米的岩溶密集发育区。中铁十四局项目负责人徐树军介绍,这里灰岩地层岩溶密集发育,最大溶洞高度10米、见洞率31.2%,盾构机在这样的地层极易发生姿态突变,引发掌子面突水、涌泥等风险。

在2019年3月召开的南京市过江通道建设技术专家组会议上,钱七虎等多名院士和专家均认为,和燕路过江通道是目前国内难度最大的盾构隧道之一,也是迄今为止长江上建造最困难的过江通道之一。

为了破解这些难题,早在设备选型初期,中铁十四局大盾构公司便对刀盘型式、刀具类型、耐压能力等进行了针对性研究、设计,为应对复杂地质而量身定做了当时最先进的盾构设备。

2019年10月25日,由南京市公共工程建设中心和中铁十四局等单位联合打造的“复兴号”盾构机在长江北岸顺利始发掘进,以15.07米的超大直径穿越上述地质,这是国内首例超大直径盾构穿越岩溶区。

岩溶区施工配置超前钻探注浆,对地层注浆填充

“复兴号”盾构机配置了可伸缩的主驱动,最大伸缩量40厘米。徐树军介绍,硬岩地层刀具极易磨损,团队通过快捷方便的刀具更换,将江底换刀的风险大大降低。同时,刀盘上配置了40把可以互换的滚齿刀,根据软硬不同的地层来切换齿刀或者滚刀。在刀盘面板、主臂间配置冲刷的基础上,特别增加了6个刀筒冲刷,以降低刀盘中心结泥饼的风险。

“在岩溶区施工时,我们配置了超前钻探注浆,从内部提前对地层进行注浆填充。”中铁十四局和燕路项目部盾构经理陈宗凯介绍。

盾构机的智能化配置也为应对复杂地层做足了准备,但在“实战”中依然遇到新的问题。

“隧道进入全断面岩层后,地质突变,超出我们的预期,有时甚至半米之中就发生推力、扭矩、总挤压力的巨大变化,刀具磨损极其严重。”该项目负责人徐树军说,有时掘进一环、半环,就要停机进行换刀,高频率换刀作业伴随着整个掘进过程。

“量身订制的‘复兴号’盾构机还配备了国内最先进的舱内伸缩式摄像头、刀具载荷监测等系统。”中铁十四局集团党委书记、董事长吴言坤介绍,这些系统可以将刀具磨损情况通过无线传输的方式传送到控制室,作业人员可以直接通过数据判定刀具是否更换,大大提高了工作效率。原来换一次刀要停机5、6天时间,后来只需要1天,最终成功穿越长达1.5公里的全断面岩层和断裂带。统计数据显示,1.5公里硬岩区间累计换刀99次,更换刀具1563把。

“隧道的贯通意味着和燕路过江通道穿越长江的施工取得关键突破。”贯通仪式现场,南京市公共工程建设中心桥隧一处处长戚兆臣激动地说。

和燕路过江通道是国家长江经济带综合立体交通走廊规划中新建城市道路过江通道规划重点项目,对构建南京“江南江北双主城”发展格局、推进宁镇扬一体化发展和南京都市圈建设具有重要意义,全线计划于明年年底建成。

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