2月9日，山東省濟(jì)南市濟(jì)濼路穿黃隧道路面工程正在推進(jìn)。不久前，隨著濟(jì)南黃河隧道工程西線隧道貫通，加上已經(jīng)貫通的東線，至此，這條“萬(wàn)里黃河第一隧”全線貫通。據(jù)介紹，這條隧道計(jì)劃2021年10月份建成通車(chē)，屆時(shí)，開(kāi)車(chē)最快4分鐘、乘坐地鐵2.5分鐘可穿越黃河，比繞道濟(jì)南黃河大橋節(jié)約近一小時(shí)車(chē)程。

雙管雙層設(shè)計(jì)充分利用空間

濟(jì)南黃河隧道工程位于濟(jì)南城市中軸線上，南接主城區(qū)濟(jì)濼路，北連新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換先行區(qū)。工程線路全長(zhǎng)4760米，隧道長(zhǎng)3890米，其中盾構(gòu)段長(zhǎng)2519米，設(shè)計(jì)為雙管雙層，市政道路與軌道交通合建，上層為雙向六車(chē)道公路，下層為軌道交通。隧道管片外徑15.2米，是目前黃河流域最大直徑的隧道，也是目前國(guó)內(nèi)在建最大直徑的公軌合建盾構(gòu)隧道。

萬(wàn)里黃河自流入河南開(kāi)始形成地上懸河。到達(dá)濟(jì)南濼口段，河床高出南岸城區(qū)地面5米，最大洪水位高出河床11.62米，是一條罕見(jiàn)的、水量巨大的地上懸河。

穿越地上懸河，防水是關(guān)鍵。以全國(guó)勘察設(shè)計(jì)大師、中國(guó)鐵建首席專(zhuān)家、鐵四院副總工程師肖明清為核心的鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，提出了雙道防淹門(mén)解決方案，并將隧道設(shè)計(jì)為雙管雙層公軌合建盾構(gòu)隧道，上層為公路雙向6車(chē)道，下層為軌道交通以及排煙通道、管廊和逃生通道，實(shí)現(xiàn)一次穿越黃河的利用率最大化，最大限度利用了空間，節(jié)約使用土地資源。

“濟(jì)南黃河隧道工程內(nèi)設(shè)置了消火栓、水噴霧、滅火器、廣播、緊急電話、視頻監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控等完備的防災(zāi)救援設(shè)施，通過(guò)中央計(jì)算機(jī)形成有機(jī)系統(tǒng)，如遇突發(fā)狀況，可實(shí)現(xiàn)上層道路6分鐘完成疏散，下層地鐵區(qū)間30分鐘完成疏散。”中國(guó)鐵建鐵四院隧道專(zhuān)業(yè)高級(jí)工程師何應(yīng)道說(shuō)。

連克復(fù)合地層多重“夾擊”

2019年9月開(kāi)始，由濟(jì)南城市建設(shè)集團(tuán)和中鐵十四局集團(tuán)聯(lián)合打造的“黃河號(hào)”和“泰山號(hào)”兩臺(tái)超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)先后始發(fā)掘進(jìn)。

每一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)166米，總重4000噸，裝機(jī)總功率8688千瓦，最大推力199504千牛。刀盤(pán)開(kāi)挖直徑15.76米，相當(dāng)于5層樓高，刀盤(pán)主驅(qū)動(dòng)的核心有14個(gè)變頻電機(jī)，總功率4900千瓦。隧道最低點(diǎn)位于河床下54米，最大水土壓力6.5巴(相當(dāng)于一個(gè)人手掌大小的面積上承受兩個(gè)成年男子的重量)。

掘進(jìn)中，中鐵十四局大盾構(gòu)建設(shè)者連續(xù)攻克了大斷面、長(zhǎng)距離、淺覆土、深基坑、高水壓等五項(xiàng)技術(shù)難題。

“最大的難題是鈣質(zhì)結(jié)核和粉質(zhì)黏土不規(guī)則分布，甚至是交叉出現(xiàn)，造成了盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中刀齒崩斷、卡泵、滯排、廢漿量大等。”中鐵十四局項(xiàng)目總工程師杜昌言說(shuō)。

掘進(jìn)中遇到的巖石強(qiáng)度普遍達(dá)到45兆帕，最大為90兆帕，相當(dāng)于高鐵橋墩鋼筋混凝土強(qiáng)度的兩倍還多。最困難的一次26個(gè)小時(shí)只掘進(jìn)了2米，取出58塊堅(jiān)硬的巖石。

大塊鈣質(zhì)結(jié)核堵塞格柵，造成了泥水循環(huán)系統(tǒng)排漿困難，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致停機(jī)、管道被磨穿等問(wèn)題。項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)采取在盾構(gòu)機(jī)上設(shè)計(jì)加裝采石箱，改用新型成型管道等方法，將進(jìn)、出槳管道倒換使用，提前在易磨管道位置焊接鋼板加厚“補(bǔ)丁”，解決了鈣質(zhì)結(jié)核給掘進(jìn)帶來(lái)的難題。

智能新手段支撐穿“黃”

在濟(jì)南黃河隧道工程施工現(xiàn)場(chǎng)，除了最智能最先進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)，還處處可以感受到大數(shù)據(jù)、BIM、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)等對(duì)這一超級(jí)工程的強(qiáng)大支撐。

“項(xiàng)目已形成科研成果18項(xiàng)，中文核心期刊發(fā)表論文7篇，申請(qǐng)專(zhuān)利35項(xiàng)，其中實(shí)用專(zhuān)利16項(xiàng)，進(jìn)一步提升了我國(guó)超大盾構(gòu)的建造能力和技術(shù)水平。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人歷朋林說(shuō)，研發(fā)成果包括超大直徑泥水盾構(gòu)廢棄泥漿環(huán)保處理及資源化關(guān)鍵技術(shù)、高粘粒地層超大直徑泥水盾構(gòu)防結(jié)泥餅技術(shù)、針對(duì)黃河隧道地層特點(diǎn)制定刀盤(pán)結(jié)泥餅判斷及位置檢測(cè)方法等。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建設(shè)了國(guó)內(nèi)第一條15米以上管片智能化自動(dòng)化生產(chǎn)線，所有管片和箱涵實(shí)現(xiàn)了預(yù)制生產(chǎn)全過(guò)程監(jiān)控、二維碼“身份”信息驗(yàn)證、質(zhì)量終身可追溯，保證了產(chǎn)品質(zhì)量;研發(fā)了管片抹面機(jī)器人、管片3D智能檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)備維保“領(lǐng)值系統(tǒng)”加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)定期維保養(yǎng)護(hù)，設(shè)備優(yōu)良率保持在96%以上，確保了施工安全。

團(tuán)隊(duì)還在國(guó)內(nèi)首次采用超大π型箱涵同步安裝工藝，研制了新型模板臺(tái)車(chē)，液壓收模、電動(dòng)行走，集預(yù)制、吊裝、運(yùn)輸、安裝等為一體，操作方便，節(jié)省人工，提高功效，降低了對(duì)盾構(gòu)施工運(yùn)輸?shù)母蓴_和影響。