盾构机靠六台千斤顶助推 完全地下作业,不会对路面交通造成妨碍 在宁波挖隧道一怕水二怕沙
盾构机个头大,最前端的“嘴”是个大圆盘。
它身经之处留下的就是隧道。
因为轨道交通建设,宁波市民注定将逐渐熟悉一种新的机械——盾构机。这种机器神奇无比,就好像“土行孙”,能够在地下行走自如,不同的是,它身经之处会留下一长溜整齐的大洞——隧道,而这正是施工人员所需要的。
目前隧道开挖方法主要有明挖与暗挖两种,暗挖又包括矿山法与盾构法,宁波采取的是最先进的盾构法。
“站点施工结束后,我们将用盾构机在中山路下面开挖出直径6.2米的隧道。”昨天,中铁十九局宁波轨道交通1号线项目部经理罗俊国告诉记者,1号线一期除各个车站采取明挖法外,包括他们负责的世纪大道至樱花公园区间,几乎所有隧道都将采用盾构法。
盾构法作业完全在地下,因此不会对路面交通造成影响,“就是你走你的,我走我的。”
盾构机全名叫盾构隧道掘进机,是一种隧道掘进的专用工程机械,仿佛地下工程施工中的“穿山甲”,是地下施工最高端设备,集中了控制、遥控、传感器、导向、测量、探测、通讯技术等,集机、电、液、传感、信息技术于一身。该机械广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
“根据工程计划,每台盾构机一天施工进度可达10米。”罗俊国说,宁波用的盾构机叫“小松”,一台价值4000多万元人民币,长约70米,但体重比德国生产的要轻,非常适合宁波的土质特点。因为有了这种高科技“武器”,他的项目段内隧道虽比车站晚动工,但两者可以同步完工。
“如果大家见过盾构机,就会发现实际上没有什么神秘的。”罗俊国参加过国内多处地铁施工,面对记者“盾构机是怎么工作”的好奇,他轻松地解释:盾构机最前端的“嘴”是个大圆盘,工作起来像旋转的电风扇,依靠旋转力的作用,每旋转一圈,“嘴”上的“钢牙”不断将前方的泥土切削下来。
在后面体内六台液压千斤顶的作用下,盾构机“身体”向前推进,产生每平方厘米2公斤的推力,将切削下来的土“吃”进土舱,由传送带将渣土运送给尾部的运输车,运输车再将泥土拉到车站开挖口。
说盾构机高科技,还在于它的“千里眼”。
一条隧道事先已被设计出固定的线路,盾构机可不能盲干,在漆黑的地下必须按照这条看不见的线路前进,它的眼睛就是标靶、全站仪以及计算机的集成,依靠对轴线的测量为盾构导航。
遇到线路弯曲的地方,分成3节的盾构机能够按照一定的曲度调整姿态,自动完成转弯挖掘。
能不能避免出现坍塌事故?
作为近邻,对于杭州市前不久发生的地铁基坑坍塌事件,大多数宁波人肯定记忆犹新。大家自然担心:“我们是否会遇到类似问题呢?”
作为目前唯一进行实质动工的先行开工单位负责人,罗俊国的回答最有说服力:“不会。”
他介绍,根据公开报道,杭州地铁基坑坍塌有几个明显“大忌”:一是项目经理更换频繁,同时项目经理几乎没有轨道交通施工管理经验;二是基坑作业违反技术要求,没有加固地基,开挖过长段面没有实施底板作业。
相比之下,宁波的基坑作业要严谨得多。在挖基坑之前,他们会先打连续墙,根据车站的形状,连续墙围成一个或方或长的外壳。这种墙是“嵌”入土中的,先由成槽机挖出墙体外形,再将钢筋笼放置进去,然后现浇混凝土,一幅墙有6米宽,41~47米深,需要28小时才能初步凝固。
成槽机是德国宝蛾牌的,有自动纠偏功能,每幅墙体的倾斜度不超过5厘米。6月16日,中铁十九局项目部开始浇筑第一片,到现在才浇筑了6片。
连续墙形成围栏后,还要在围栏最上端浇筑混凝土支撑,然后施工人员才开始挖围栏中的第一层土。第一层土大约3米完成之后,围栏中间就形成一个3米见方的基坑。这时,施工人员马上在3米处支架直径609毫米的钢管梁,支撑两侧连续墙,防止连续墙因四周受力倾斜形成坍塌……如此反复多次,直至挖到车站设计的深度,一个20多米深的大坑就形成了。
基坑完成后,施工人员在最快时间内要用改良土以条形间隔方式加固底座,随后在底座上现浇混凝土底板,也就是车站的最底层地板。
“如果底板完成,就确保了基坑80%以上安全。”罗俊国一再向记者强调。地板完成后,再向上做车站主体结构,每做一层拆掉一层钢管支撑梁,直至所有支撑梁拆完,这时车站的整个地下结构也全部完成了,“连续墙有80厘米厚,只要我们措施得当,严格遵照技术规范,就不会出现坍塌事故。”
另外,我市对项目经理、项目总工程师也有严格管理。我市在考察施工单位时,多出了一项其他地方没有的项目:对项目经理、项目总工程师进行考察答辩。
如果施工单位中标,要与指挥部签订一个用人协议,就是项目经理、项目总工程师必须是答辩的人,如果临阵或者施工中途换人,施工单位必须付给指挥部方面项目经理500万元、项目总工程师100万元的违约金,并且替换者资历不能低于通过答辩的人。
宁波土质适合建隧道吗?
说起宁波的地质特点,几乎每个宁波人都能说出“软土层厚,地下水位高,强度低”等几句话。
当记者问及“宁波地质是否适合建隧道,会不会出现地面沉降”时,罗俊国笑了笑,很肯定地回答说:“现在盾构技术已经很成熟,基本不受土质影响。”他介绍,使用盾构结构直接在地下施工,可根据不同的土质采取不同的技术操作,受土质的限制不是很大。
不过,他表示即使如此,施工仍有不少难点:一是降水问题。需要把地下水位降到车站基坑底板2米以下,而宁波地下水位高;二是怕泥沙。施工线路上有不少地段是淤泥夹沙层,沙粒颗粒很细容易随水流走,造成周边泥沙流动;三是两条隧道间的联络道。按照设计1号线一期大部分路段是双隧道,按规定每600米两条隧道间必须有联络道,供消防用。宁波淤泥多,他们需要将淤泥冷冻,再用矿山法爆破作业,对冷冻技术是个考验;四是残桩拔出。1号线要经过众多桥梁,其中13座桥梁需要移址,留下的残桩是否能拔干净,回填的泥土是否符合要求,对盾构机掘进都有影响。
虽然困难多,但罗俊国充满信心:“事前我们应该把事情往坏处想,有助于提高警惕、积极想好对策,只要应对得当,这些问题容易克服,也许我们的担心根本就不会发生。”
轨道建设步骤
1号线一期按照先建站点,后挖隧道的方式进行建设。
第一步:在站点区域的施工面打连续墙。
第二步:连续墙完成后,对施工面地质进行固定。
第三步:对站点进行开挖。按照设计,地铁轨距地面在20米左右,连续墙深度在40米以上。在开挖的站点区域建设站点主体架构和基础设施。
第四步:盾构开挖隧道。在站点建成后,盾构机开始工作,从施工标段下钻,按照工程设计开挖隧道。
第五步:站点和隧道主体完成。待盾构机将区间站点之间的隧道开挖通后,站点和隧道主体部分就完成了,然后开始进行剩余的基础工程建设。
第六步:进行地铁铺轨工程。
第七步:全线贯通。
第八步:投入试运营和正式运营。
什么是盾构法?
盾构法施工是一种机械化和自动化程度较高的隧道掘进施工方法,从20世纪60年代开始,西方发达国家大量将这种技术应用于城市地铁和大型城市排水隧道施工。我国近年来也开始在城市隧道施工中采用此项技术,以替代原来落后的开槽明挖或浅埋暗挖等劳动密集型施工方法。
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法,它是将盾构机械在地中推进,通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌,同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械运出洞外,靠千斤顶在后部加压顶进,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化施工方法。
盾构法具有以下优点:
对周围环境影响较小,施工中不会引起地下水位降低,开挖引起地表沉降较小;掘进速度较快,隧洞成形质量较好;施工环境较好,机械化程度高,人性化、噪音小、占有场地少;穿越河道不受影响;施工受天气影响较小;在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧道,有较高的技术经济优越性。