“钢甲巨龙”破关——中交四航局首次城轨盾构顺利贯通攻坚纪实

2019-05-10 232 0

  距离四航盾-2破土而出已经过去许久,回顾那段战天斗地的地下盾构的日子,中交四航局第一工程有限公司(简称四航局一公司)珠机城际轨项目经理陈正进的内心久久不能平静。

  为了打通金融岛到横琴站隧道,四航盾-2要穿过金融岛站到横琴站区间被称为珠海城际轨道一期工程最艰难的施工段。其区间全长2625米,不良地质段超过25%。需穿越400多米长的马骝洲水道,在深达33米的海底,应对上软下硬地质与铸铁硬度相当的抛填石等极限挑战。抛石距隧顶仅50厘米,掘进过程中压力稍有偏差,抛石就有可能坠入隧道断面,海水就会涌入。隧道要与横琴密集的楼宇群“擦肩而过”,隧道边线距离桩基最近仅3米。地面之下,还有纵横交错的数十条城市管网,其中包括关系澳门数十万居民生活电缆、燃气等等。

  盾构始发前,广东省内外多位经验丰富的专家到项目考察时,普遍认为这是他们遇见的最困难、最复杂的施工环境之一。

  面对如此复杂多变的地质环境,从2016年2月24日到2018年11月19日,四航盾-2从出发到抵达,历时999天,前路虽凶险,却无问西东。

  首解始发关:“巧做降坡轨”

  2014年8月,张厚美、林波等多位广东省盾构专家面对这块难啃的“夹心饼干”时说:“全国最复杂的地质在广东,而这里是广东最复杂的地质,这次盾构施工将会很艰险!”

  “是石头我们也要嚼碎了,我们就是来干最难干工程的!”项目经理陈正进坚决地说道。一场盾构“攻坚战”打响了。

  2015年2月初,盾构机始发时,因为站台过高被挡在了外面,强行进入会使盾构机尾部与洞口相撞。怎么办?大伙儿急得团团转。

  掘进部长宋汉勇,这个不肯服输的硬汉出手了,他首先想到的是数据:站台高了多少。

  通过测量班的实测与图纸上的标高相比较,找到了站台多出的高度:29厘米。

  有了高度,必须得确定碰撞位置才行。要怎么才能模拟出碰撞,找出碰撞点呢?他对照图纸时突发奇想:能不能把盾构机与站台始发状态(负环)的图纸进行1:1摆放比对,果不其然通过细致比对,碰撞点被找到了。

  要让盾构机后配套设备进入负环,必须减去这29厘米。很显然盾构机的高度是不可能降低的,只有从钢轨的工字钢入手了。

  宋汉勇大胆创新,将1厘米厚的钢板代替工字钢,一下子就少了19厘米。

  可是剩下的10厘米怎么减?宋汉勇又陷入了沉思。他急得在站台上来回转圈,转到楼梯口时,楼梯的斜梁引起了他的注意。突然间灵光一现,他兴奋地喊道:“有了,我想到了!”

  原来他通过楼梯斜梁想到做降坡轨道,这样10米长14厘米高的钢轨每米减少1厘米,10厘米就被巧妙地减去了。

  问题解决了!

  二解穿海关:“团结一心战水怪!”

  2016年8月中旬,盾构机掘进到604米,正式进入384米海底施工段。

  海底水域的不确定性和上软下硬的地质层,给盾构掘进带来了前所未有的挑战。

  为此,项目队员们做了最全面的准备:水域上方填土加固,盾构机刀具更换,多次专家讨论……

  但是,意外还是出现了。

  盾构机刚下水掘进了3环,地面上就开始不断冒泡。此时在地面上复测地基的测量主管冯子华一脚踩到了冒泡的地方,被喷的满腿泥浆。他立即如实汇报给项目部,主管工程师张凯得知后,急忙带着地基处理组赶到了现场。

  现场的状况非常糟糕,被他们称为“海怪”的隧道喷涌出现了。水顺着土缝喷涌而出,不断向螺旋机里灌涌。操作手文智湧见状,一边关上螺旋机阀门,一边向值班工程师张坚根汇报情况。

  可是没过多久,水又开始从螺旋机的缝隙往土仓里渗透。一场与时间赛跑的战斗打响了,能否及时堵住水是胜败的关键。

  紧要关头,张坚根拨通了项目书记周文军的电话。正在研究泥膜的周文军,接到紧急汇报后立刻放下手中的工作,向着盾构现场跑去。

  在盾构监控室,周文军思考着解决良策。这时,恰巧一台出渣车运着满满的黄土开过,他眸光一闪,有了主意。

  周文军抢过张坚根手中被握出汗来的对讲机,“小文,你试试往土仓里打砂,看看能不能封堵住螺旋机的缝隙。”一场地面与水下的协同作业就这样开始了。

  文智湧按照周文军的指示,往土仓里不断打砂,可是砂的粒径还是没能止住渗水。

  “小文,二次用膨润土浆液加压封堵。”

  文智湧把膨润土高压打向土仓与螺旋机交接的深水处。与此同时,张凯带领地基处理组已赶到现场,处理地基的速凝浆液已配置好。

  膨润土的喷入与旋喷机注浆同步开始了,地上、地下、监控室三点一线的指挥和配合在密切进行着。

  时间一分一秒地走着。五分钟后,文智湧在对讲机里激动地喊:“水被止住了!水被止住了!”

  听到这个消息,所有人都激动地吼了出来,他们靠着默契的协调有一次化险为夷。

  三解遁地关:针眼里挑刺

  2017年5月,盾构机刚从海底段进入陆地段,又一个困难出现了。盾构机掘进到硬岩层时,推力和扭力不断增大,刀具损坏越来越严重,已无法向前推进,修复刀盘已是迫在眉睫。

  联系厂家遭拒,怎么办?自力更生吧!宋汉勇看图纸、找方法、问行家,从选址、分工、选材到修理厂落地,他一点一点地摸索。

  在修理刀具时,他发现盾构机刀箱的材质较软、拆卸困难、损坏率过大。

  不服输的宋汉勇再次接受挑战。他拆开刀箱,发现刀具的间隙很大,一遇坚硬岩刀具刀片会产生巨大的晃动,致使固定刀具的螺栓易脱落损坏。

  能否缩小刀具的间隙?这个想法一提出马上遭到了厂家与同事的质疑,他们认为这会增加刀具拆卸的难度。但周文军听完宋汉湧改进方案后,觉得可以一试,宋汉勇的研究开始了。

  盾构机刀具之间的距离原本只有5毫米,要再缩小可谓难上加难,项目机电部副部长赵树春表示,这原本就是“夹缝中挑芝麻”。可宋汉勇却选择精度与难度要求更高的“针眼里挑刺”:他要把间隙缩到1毫米。这需要的不仅是更换或改良材质,更需要的精准的定位与固定。

  1毫米的距离,如同一根头发丝一样细,刀距变大会导致改动失效,刀距缩小会增加刀具之间的互相碰撞造成刀具损失。

  为了确定刀具螺栓孔的最佳位置,他每天“泡在”修理厂钻钢板,做上百次模拟刀具试验练“手感”,上万个钻孔的练习使得他那粗大的双手变得灵巧起来。

  钻孔练好之后,宋汉勇还是觉得不放心。

  果不其然,王亮将钻好的钻孔钢板装上模拟“刀具”,又一个问题出现了:刀具在不断的转动与撞击中也会对螺栓孔造成了磨损。每一次冲击,对于刀片的1毫米间距来说都是致命的。

  面对新的难题,宋汉勇又开始了探究。既然材质变形,那就从材质入手,铸铁、型钢、加碳钢都成了他反复试验的对象。张坚根去找他时,发现他简陋的办公桌上堆满了厚厚的《轧钢原理》《热处理原理》《金属材料加工与热处理》等书籍,在一旁还放着两本厚厚的笔记。

  为了找到钢材处理方法,他跑遍了全珠海的钢材市场,尝试了各种办法,终于在轧钢专家口中得出了选用加碳淬火的方法。

  加碳可以提高钢材的屈服强度,淬火可以提高钢材的刚度,刚好解决了螺栓孔强度和耐久性的问题。

  问题解决了,但宋汉勇还是觉得有所欠缺。他觉得螺栓也会出现问题,那么怎样才能提高螺栓的耐久性呢?

  在一次去现场的途中,车胎被扎了。司机用套筒扳手退螺丝,宋汉勇看着司机手中的套筒来了灵感,“套筒能轻而易举地把这么紧的螺丝退出来,也可以把螺丝上的更紧!”

  在机电部长吴绪宗的帮助下,精准的螺栓“保护套”在几天内全部完成,有了这贴心的“包裹”,刀具的间隙从5毫米变为1毫米,而且螺栓未出现过变形,换刀也没有任何影响。

  助力四航盾-2这条“钢甲巨龙”破关的还有项目部实验室主任李红光和测量专家冯子华。李红光,人称“膨润土大王”,他自创的膨润土方法解决了长期以来盾构机的堵管问题,冯子华自创的传递平面--垂准仪测量代替了传统钢丝法,使得测量的精度与速度都大幅度提升。

  金融岛到横琴站区间隧道的打通,预示着珠海城际轨道全线即将贯通。截止目前,珠机城轨一期7个车站均正在进行装修施工,总体已完成70%。它建成后将于广-佛、江-中衔接,与澳门相接于横琴,对于促进珠三角一体化和缓解粤澳交通压力有着重大意义。

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