1月20日,长沙地铁3号线,一期工程顺利穿过湘江水下323米宛如蜂巢的溶洞区,史上第一,开创了国内同类工程施工先河,也使我国盾构水下施工技术又有了新的重大突破。这段水下溶洞长啥样?盾构穿越时会遇到什么?最怕什么?怎么解决?
溶洞宛如蜂巢, 见洞率高达80.6%
“这段水下溶洞区位于橘子洲梅园内及湘江西河汊,属湘江岩溶发育区,总长为323米,主要为3亿年前泥盆纪形成的石灰岩及白垩纪形成的砂砾岩。”中南大学教授、湖南省岩石力学与工程学会副理事长阳军生说。
记者现场了解到,长沙3号地铁一期工程2.75公里,过湘江段1.4 公里。其中323米熔岩区宛如蜂巢,见洞率高达80.6%,平均每米有一个溶洞,尤如一个巨大的溶洞博物馆,为国内外罕见。
这323米溶洞区,不仅密集,而且分布位置及深度毫无规律。埋深最浅为2.5米,最高达22.46米,最宽近50米。
“溶洞是可溶性岩石中因喀斯特作用所形成的地下空间,属石灰岩地区。受地下水长期溶蚀,石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用,转化为可溶性的碳酸氢钙。”阳军生告诉科技日报记者,这个特点形成了溶洞互不相依、千姿百态、陡峭秀丽的奇异景观。
水上钢平台施工,从江面向溶洞注浆
奇异秀丽的溶洞景观,在水下却是隧道施工最害怕的魔区。
“溶洞区地层变化大,埋深大,水头压力高,一旦发生盾构机下穿湘江冒顶、主轴承密封击穿、隧道进水等问题。就会发生与地面或江水联通,导致地面沉陷、江水贯通的严重事故。”中铁十四局项目负责人师庆彬说。
项目部成立科技攻关小组,与中南大学、山东大学联合,开展施工研究与科技攻关。聘请国内知名专家对盾构穿越岩溶发育地段风险进行充分论证,最终确定了水上钢平台施工方案。
项目部通过搭建近六千平方米的施工平台,将溶洞处理由水上施工化为“陆地”施工等系列方案,有效解决了浅溶洞区钢管桩打设的技术难题。
“这种方法,溶洞处理施工周期短,汛期影响小,对行洪影响小,施工风险低。”阳军生认为。
据悉,溶洞区共计注浆钻孔3000余根,注浆约8万立方米。
“防护墙”隔离江水,掘进过程零漏水
穿溶洞区的全过程没发生一次漏水,未出现最担心的盾构“栽头”和“陷落”等情况。都用了什么妙方?
“项目部联合中南大学,对掘进前方进行至少15米的探测,科学制定掘进和后续地层等各项参数,有效规避了施工风险。”师庆彬告诉科技日报记者。
在施工中,项目部还运用各种技术手段,加以试验,不断总结渣样和掘进的各项参数,并严格管控掘进水平。
橘子洲是国家5A级景区,地处湘江水源二级保护地带。穿越溶洞施工如何保证水源不受污染?
“开发溶洞复杂地层成孔新技术,通过对各种注浆材料的检测、分析及实验,创新环保型的改性膏浆作为注浆材料,既起到很好的加固效果,又避免了对江水的污染。”师庆彬说。
记者还了解到,为减少对取水水质的影响,施工人员用直径1米多的钢围筒做“防护墙”,隔断了注浆施工与江水的联系,有效地保护了湘江环境。
“获花秋,潇湘夜,橘洲佳景如屏画。碧烟中,明月下,小艇垂纶初罢。”1200年前,唐末诗人李殉乘小艇过湘江写下这样的美词,如果知道今天能从江底穿溶洞区过湘江,李殉会怎样写橘洲?
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