3月以来，我市地铁2号线文博广场站至九都西路站的施工因开创多个“第一”，一直备受关注，它是我省市政建设领域首次应用泥水平衡盾构机，也是我市首个下穿洛河的市政交通工程……
3月以来，我市地铁2号线文博广场站至九都西路站的施工因开创多个“第一”，一直备受关注，它是我省市政建设领域首次应用泥水平衡盾构机，也是我市首个下穿洛河的市政交通工程……
盾构机在2000多米的掘进区间里，不仅要在全断面卵石地层中潜行，还要穿越近600米宽的洛河底部，地质结构的复杂程度及面临的一系列施工难题可谓“世界级”。
近日，记者走进施工现场，带您读懂盾构机如何下穿洛河“潜水游”，并为您解答相关疑惑。
“牡丹19号”持续掘进，“牡丹20号”紧跟其后
地铁2号线文博广场站至九都西路站盾构区间为东西双洞双线，西线长2017米，东线长2031米，其中约600米为下穿洛河段，是我市首个下穿洛河的市政交通工程。
今年3月16日，“牡丹19号”始发，按东线施工方案，先由文博广场站掘进至牡丹桥南区间风井；在风井进行穿越洛河前的维修和保养后，再下穿洛河进入春园西路；最后抵达地铁2号线九都西路站。随后始发的“牡丹20号”负责西线工程。
在施工现场，伴随着被抽出的地下卵石撞击泥水循环管内壁的刺耳声，“牡丹19号”在安全掘进数十米后继续向前，在其内部工作的十余名技术人员各司其职，密切关注电脑屏幕上的各项数据。
负责盾构施工的中铁隧道局项目总工程师王云峰说，为保证工程安全、高效推进，技术人员两班倒，24小时不间断施工，由专人送餐到岗。经前期积累的大量实操经验，目前东线盾构掘进效率稳步提升，西线盾构整装待发。
施工地层全是卵石，盾构机要“打着石头过河”
“河底下面泥土松软，盾构机掘进速度应该比在其他地方快吧？”如果您这么想，那就错了，因为洛河下并非泥土层，而是富水卵石层，盾构机穿行其中，困难重重。
王云峰说，根据前期地调结果来看，地铁2号线文博广场站至九都西路站盾构区间上覆盖地层依次为卵石层、黄土状粉质黏土、淤泥、杂填土地层，而盾构机穿越洛河的施工区域全部处于地下卵石层。
“下穿洛河施工区域漂石含量高，最大粒径可达70厘米，卵石强度高达200多兆帕。同时，下穿洛河的双隧道顶部距河床底面最小距离为13.1米，最大距离为16.4米。”王云峰说，这意味着盾构机要始终穿行于高水压、大粒径、高硬度、高含量卵石地层中，不仅掘进速度比在泥土层中慢得多，施工难度也大得多。
盾构机潜行如潜水，面临“世界级施工难题”
2016年5月9日，国内首个地铁隧道穿越黄河的工程--兰州轨道交通1号线穿黄盾构隧道贯通。这个700多米长、修了两年半的穿黄隧道，因地质结构复杂、开凿过程艰辛，被中国工程院院士钱七虎称为“世界级施工难题”，而我市地铁2号线下穿洛河段施工环境与之高度相似，施工难度不在其下。
“单从大粒卵石含量、卵石层渗透系数两方面对比，就可见一二。”王云峰说，下穿洛河施工层中大于60毫米的大粒径卵石含量比兰州轨道交通1号线穿黄盾构隧道的大粒径卵石含量高出14.99%，卵石层渗透系数为140米/天，是兰州工程的2.5倍。打个不恰当的比方，把一桶水倒进卵石层，一天能往下渗140米。渗透系数越大，卵石层的透水性越强，盾构机穿行其中，犹如在水中前进。这些不利因素叠加，不仅加大了施工难度的同时，也容易引发很难预知的难题，比如盾构机漏浆失压、击穿河床、河水倒灌、刀盘卡死等。
洛阳与兰州卵石层对比：
1、卵石大粒径含量
洛阳＞60毫米 26.93% 60毫米-20毫米 44.68% 小于20毫米 28.39%
兰州＞60毫米 11.94% 60毫米-20毫米 51.5% 小于20毫米 36.56%
2、卵石层渗透系数
洛阳140米/天
兰州55米/天
首次采用泥水平衡盾构机，开我省市政建设领域先河
针对洛河及两岸特殊的地质水文情况，中铁隧道局专门打造了2台泥水平衡盾构机--“牡丹19号”“牡丹20号”，这在我省市政建设领域尚属首次应用。
与我市地铁建设此前使用的土压平衡盾构机不同，泥水平衡盾构机是通过加压泥水来稳定掌子面的。盾构机刀盘后有一个密封隔板，将盾构机前体分为两个舱室即泥水舱和气垫舱。特制的泥水经管道压入泥水仓，待泥水充满整个泥水仓后，通过气垫舱内保压系统对泥水舱内的泥浆进行加压，形成泥水压力室。刀盘切削打碎的土砂石料与泥水混合，通过管道输送到地面的分离设备，泥浆可重复利用。
土压平衡盾构机是把土料作为稳定掌子面的介质，刀盘后的隔板与掌子面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出。
“泥水平衡盾构机适用于地下水压大，土体渗透系数大的地质状况，可以精确控制掌子面的压力，减小地面沉降。”王云峰介绍，“牡丹19号”和“牡丹20号”全长103米，重达500吨，开挖直径为6.5米。
掘进面临3大难题，攻坚克难逐一破解
由于洛河水量丰富，卵石层渗透系数大，河床以下地层几乎全是卵石，工程建设条件的复杂程度在全国来说都属罕见，这给施工带来许多技术难题，主要体现在3个方面，这也是大家疑问的集中点。
●穿越卵石层，盾构机会被“噎”住吗？
盾构机在卵石层中掘进，能应付得了数不尽的卵石吗？会不会被大个儿卵石“噎”住，动弹不得？
“会，不过我们有应对方案。”技术人员指着工地上一堆西瓜大小的卵石说，这些都是盾构机在掘进中，卡在刀盘和泥水仓泥浆门处的石头。因掘进地层中存在很多大粒径卵石，一旦发生瞬时堵塞，可能导致盾构机气垫仓内格栅处堆积大量卵石，进而造成盾构机刀盘被卡、卵石滞排等问题。
为解决该问题，技术人员可没少想办法：对刀盘进行加宽、加入耐磨合金，让大粒径卵石在刀盘处就尽可能地被切削；给盾构机配置破碎机，对大粒径卵石进行破碎；在刀盘后设置搅拌棒，缓解泥浆门堵塞情况；增加多个采石箱，进一步过滤进入排浆管内的卵石。
●盾构机用的泥浆有啥不一样？
下穿洛河期间，“牡丹19号”“牡丹20号”将在河床以下十几米的富水卵石层中潜行约600米，掘进中一旦出现泥浆逃逸、泥膜难建立等问题，可能导致地层坍塌、刀盘和盾构机被卡等后果。
什么是泥膜？技术人员解释，泥膜是盾构机与掌子面之间形成的一层泥浆包裹层，作用在于维持掌子面稳定，防止掌子面坍塌。泥膜能否建立，是盾构机能否顺利掘进的关键，而泥浆配比，是泥膜能否建立的关键，也是决定泥浆携砂能力的关键。
为保证泥膜顺利形成，技术人员不仅要保证掌子面压力平衡，把压力值精确到0.01巴(压强单位)，还在盾构泥水处理场设置了专用制浆设备，采用黏土、膨润土及其他添加剂，研制出符合洛河卵石层特性的泥浆。
●盾构机“牙口”咋样？
“牡丹19号”“牡丹20号”下穿洛河期间，还要面临一个难题，那就是刀盘磨损后，不具备进仓更换的条件。
为防止盾构机在卵石层掘进中刀盘磨损，技术人员通过取样分析，详细掌握了卵石层的特性及卵石分布规律，用加宽、加入合金等方法，增强了刀盘的耐磨度；安装磨损检测装置，可对面板磨损、刮刀磨损进行监测；在刀具配置上，以滚刀为主，降低刀具在切削过程中与卵石碰撞导致的崩齿、掉刀风险；在盾构机上增设碎石机，随时对出浆口进行疏通，防止卵石堵塞出浆口……给盾构机装上“铁齿铜牙”。
王云峰告诉记者，地铁2号线文博广场站至九都西路站盾构区间是地铁2号线的控制性工程，他和同事们能够参建这一项目倍感自豪，他们定把一身才能发挥到极致，做到安全高效施工，争取早日完工。（洛报融媒记者 牛鹏远 郭学锋 文/图）
