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雕鑄“地下神九”

  • 發佈時間:2014-12-18 21:29:42  來源:國際商報  作者:許霞  責任編輯:羅伯特

  在珠海市香洲區最南邊的拱北迎賓大道南端,已有百年曆史的拱北口岸地下,一項史無前例的隧道工程正在緊張的施工中。

  從隧道西端的海域,到拱北口岸建築下方,過渡到珠海廣珠城際拱北站的陸地區域,拱北隧道的建設,需要建設者們去面對隧道建設中幾乎所有可能遇到的“超級挑戰”。其中,拱北口岸建築下方的暗挖段,更是採用了世界隧道建設史上罕見的大規模“曲線管幕+凍結法”施工方案,其技術難度堪稱世界頂級,被譽為“地下的神九工程”。

  由於隧道沿線途經人工島、軍事管制區、拱北口岸、邊界河等,涉及到邊檢、邊防、海關、海事等部門,且與城市道路多次交叉,需要協調的部門眾多,協調難度極大。

  不僅如此,設于1849年的拱北口岸接連澳門關閘邊檢大樓,如今已成為國內第一大口岸,每天出入境車輛平均7000輛,高峰期接近1萬輛,每天出入境的人流總量約23萬人次,高峰期接近30萬人次。作為一國兩制的“交匯點”,拱北口岸獨特的地理位置,使其政治地位敏感,環境因素更加複雜。“做過這樣的項目,可以説是終身無憾了!”中鐵十八局集團總經理助理、港珠澳大橋珠海連接線項目經理潘建立這樣説。

  兩年多來,潘建立率領著中鐵十八局集團的建設者們在“一國兩制”交匯點上,朝著世界級的隧道施工難題發起了艱苦卓絕的挑戰。曾經讓人驚嘆為“不可能完成的任務”,正在他們的手中,一點點地推進著。

  “地下神九”實至名歸

  當記者在11月份來到拱北隧道施工現場的時候,瞬間就被現場宏偉的景象震驚了——海天相接之處,一座人工砌築的條形島嶼朝著大海綿延而去,人工島上明挖的隧道上方,一根根鋼筋混凝土支撐梁橫貫在大地上,如同列隊等候檢閱的士兵。如此宏偉的場景,還只是項目的冰山一角。

  據潘建立介紹,港珠澳大橋珠海連接線是港珠澳大橋的重要組成部分,全長13.432公里,中鐵十八局承擔的第一合同段為先行標段,全長3.9公里,其中拱北隧道全長2740米,為全線控制性工程,珠海連接線人工島長1276米,拱北灣跨海大橋長約950米,合同金額21.48億元。項目位於珠海市香洲區,毗鄰澳門,起自珠澳人工島,向西設拱北灣特大橋連接珠海連接線人工島,採用暗挖隧道方式從拱北口岸和澳門關閘口岸之間地下穿過,經鴨涌河段到達終點茂盛圍軍事管理區。

  在設計上,由於受限于海陸地質條件和地面建築物,拱北隧道的設計也顯得十分新穎。隧道西段採用在拱北灣海域上人工築島後再做明挖的“先島後明挖”隧道工法施工;當經過拱北口岸時則採取了雙層暗挖管幕法施工,在這裡,隧道也由左右並行變成上下疊層;穿過拱北口岸後進入陸域明挖法施工,隧道又逐漸演變為左右並行的雙洞平行結構。

  也正因為這樣的設計,拱北隧道的建設,需要面對極為複雜的施工環境。

  暗挖段穿越口岸限定區域,地表建築屬於口岸職能性建築。“安全風險等級高,需要重點保護,施工中必須保證口岸的正常通關,對建築物和地下管線不能産生影響。”潘建立説。

  僅此,還不足以讓拱北隧道被稱作“地下神九工程”,複雜的地質條件和前所未有的大規模“曲線管幕+凍結法”雙層暗挖施工方案,才是拱北隧道成為世界級挑戰的真正原因。

  在施工現場,記者看到了建設者們通過鑽孔所取得的土樣。“場地範圍的土層主要有填築土、淤泥質粉質粘土、粉土、中細砂、淤泥質粉土、粉質粘土、礫砂等。土層具有軟弱、飽和含水、水量補給豐富、高壓縮性、高滲透性、承載力低的特點。”項目部總工程師高海東介紹説。事實上,無論是雙層隧道,還是管幕群施工,還是大面積凍結工藝,每一項都是隧道施工中非常艱難的工法、工藝,當它們匯聚于一體之後,其技術挑戰將呈幾何級提升,這在世界隧道建設史上也是絕無僅有的。

  建設者們先要在隧道四週使用頂管機,先後頂進36條直徑1.62米的小型隧道圍繞在隧道主體周圍,在隧道周圍形成一個以鋼管支撐的帷幕,然後再對管間及鋼管周圍土體進行凍結封水,凍結後方能對隧道主體進行開挖。

  這是一個世界級的技術難題。在通常情況下,管幕法施工的隧道都是直線,而拱北隧道則是曲線掘進,再加上要穿越緊臨口岸建築物下方的樁基,管幕距離樁基最近的地方僅有46釐米。管幕群每一根管幕都要進行始發和接收,必須準確的從兩端工作井中預留的接收口出來,這就要求在使用頂管機向前掘進的時候,必須準確控制掘進精度。由於每一根管幕之間的距離僅有30多釐米,建設者們在管幕掘進的時候,36根管幕進出72次,加上一根試驗管就是進出74次,每根管幕的掘進都會對土壤有擾動,37根管幕要進行反覆擾動,再加之隧道屬於淺埋,距離地表十分近,稍不留神,就可能引起地表沉降、塌陷,或者地層失水,因為緊臨海邊,甚至有可能引發毀滅性的災難。“而且,在掘進的過程中,很可能遇到鋼筋之類的建築垃圾,如果頂管機的刀盤無法推進,就必須排除掉障礙物,一般大型盾構機可以加壓開倉去處理,而我們的盾構機非常小,根本不能加壓後進人。”廣東省勞動模範、管幕隊總工李剛説。

  此外,管幕凍結的控制,也充滿了挑戰。考慮到隧道所處地質環境,常規的注漿加固方案可能無法達到實際效果,故而拱北隧道暗挖段採取了全新的“圓形凍結管+異形凍結管+加熱限位管”凍結工藝。建設者們需要在充填混凝土的管幕內佈置圓形凍結管,使管幕周邊1.8米~2.4米的土壤與水凍結成為凍土,才能進行隧道本身的開挖。但是,凍結同時也會帶來膨脹效應,為了控制凍脹,還必須在充填混凝土的管幕內佈置圓形加熱限位管。“只要有一點水出來,馬上就會引起周邊的凍土連鎖反應,訊速融化失穩,形成災難性後果。”潘建立説,“對於這項工藝,目前還沒有成熟的經驗可以借鑒,我們依然還在實驗中,具體的效果和控制手段還必須要進一步總結。”

  探索未知征服就是榮耀

  對於拱北隧道暗挖段採取的長距離大規模“曲線管幕+凍結法”施工方案,潘建立這位中國“海底隧道第一人”一直十分謹慎。“我最擔心的就是冷凍的效果是否能達到預期,在隧道主體施工過程中,管幕周邊凍結失效,發生突泥突水,後果將不堪設想。”潘建立説。

  在此之前,潘建立組織參與了我國第一條海底隧道——廈門翔安隧道的建設,在這條隧道中,他創新研究了襯砌結構和高效注漿技術,為我國海底隧道建設提供了高精度綜合勘察和安全施工綜合技術的寶貴經驗。

  潘建立告訴記者:“過去的經驗主要就是注漿,我們有豐富的經驗,能把土層改良到什麼程度,我們心裏都有譜。但是這個項目十分特殊,完全沒有經驗可以借鑒。”

  據高海東介紹,拱北隧道暗挖段的管幕原設計是10根直徑1.8米的管節加30根直徑1.44米的管節組合,這樣的方案不僅頂管機的數量會大幅增加,施工時頂管機不斷調整位置,安全風險也會加大。

  經過對設計的深入分析,項目部經過多次調研,認真求證,集思廣益,對影響工程安全、品質和進度的設計進行了大膽優化,將原來的40根不同規格的管幕,優化為統一採用36根1.62米直徑的管幕,統一管徑後可以節約工期約4個月;每一台頂管機所承擔頂管數量更合理,更利於實現頂管機在工作井內的合理佈置。更為重要的是,頂管機的數量從6台減少為2台,施工干擾更小,安排施工順序時的靈活性大大提高,可實現連續不間斷的頂進。

  除此之外,“24毫米的鋼材,要精確加工成1.62米直徑的管節,誤差不能超過3毫米,是非常困難的。為此,項目部專門自行建立了管節加工廠,採用全數控裝備進行管節加工,確保了管節本身的品質。”高海東説,“針對管節F型的接頭如何準確對接的難題,我們還研發出了一個橡膠止水圈的專利,可以使管節很順利的精確對接。”

  針對潘建立最為擔心的凍結施工精確控制問題,建設者們可謂是絞盡了腦汁。在毫無經驗可以借鑒的情況下,項目部將成熟的注漿工藝吸納了過來——先在管幕內壓漿,再進行凍結,使注漿加固圈與凍結圈一道形成隔水帷幕,同時加固地層。這一優化方案,有效降低了二襯完成解凍後至三襯完成前,因地層失水導致地表沉降的風險以及凍脹融沉帶來的影響。

  在業界,隧道凍結施工工藝常運用於小規模的富水土質,但凍結工藝本身確實也具有可控性差,凍脹效應明顯等難題,出現凍結失效也是常有的事。“我們引入了以‘感測器+電腦監控’的方式,準確監控凍結區域溫度。萬一冷凍不行,我們還準備了液氮速凍,將液氮輸送到需要凍結的部位,零下200度的溫度,很快就可以對目標區域凍結加固。”潘建立説。

  為了成功穿越拱北口岸,項目部孜孜不倦地開展了多項科研課題研究工作。在中國鐵建股份公司和中鐵十八局集團公司的大力支援下,項目部聯合北京交通大學、同濟大學、中交二院等單位開展了複雜條件下超大斷面暗挖隧道建造技術研究。目前,該課題已申報國家863高技術研究發展計劃。

  除此之外,項目部還有9篇科技論文發在省部級核心科技期刊上,申報專利12項,其中注漿管推進器已獲授權實用新型專利,長距離曲線頂管及管幕施工工藝已獲發明專利授權。

  通過項目團隊地不懈努力,中鐵十八局的建設者們贏得了業主的信任。剛開始時,對於這麼一項高難度的工程項目,各方對中鐵十八局還持有懷疑,如今業主直説,“選你們就是選對了!”確實如此,項目部為保證管幕頂進這項核心技術能順利實施,立足自我,從全局範圍抽調精英人才,組建了一支完全由自己職工組成的專業化管幕隊。獨立自主地研究方案,吃透設備操作技術,審慎研究施工方案,大力培養人才團隊,如今,管幕隊已令人刮目相看。“剛開始的時候,德國的頂管機供應商還帶著我們熟悉一下,沒多久,德國人就自己離開了,因為我們自己做的比他們還好,很多解決方案,他們想不出來,而我們不僅能想出來,還能做出來。”天津市勞動模範、管幕隊隊長王軍説。

  而潘建立則説,“作為工程建設者,就是要去探索,去征服,幹出別人幹不出來的成績,越難的項目,越有成就感。”

  風險再大也要平平安安

  對於拱北隧道這樣一個充滿著未知風險,充滿了無數技術挑戰的“超級隧道”而言,其建設過程不可能是一帆風順的。而在拱北隧道開建以來的兩年多時間裏,潘建立這位“隧道專家”也感覺到了沉重的壓力。

  在底部的一節管幕即將接收的時候,發生過一次嚴重的涌水,如果不及時控制住,後果將不堪設想。

  按照方案,頂管機從工作井出發後,抵達終點工作井的時候,是無法突破終點工作井的地下連續墻的,故而需要人工從工作井外側將墻壁破開。正當工人破開連續墻時,夾雜著泥沙的水流就噴涌而出。

  “其壓力足有0.3兆帕,在1.62米管節直徑上,足有100噸重量的推力。”潘建立説。

  潘建立憑藉豐富的施工經驗迅速做出決策:注漿搶險。搶險按照方案注漿,總會有漏洞,理論的情況總會和現場有差異,現場還在不斷地變化,不確定因素太多了,但現場員工在他的帶領下克服重重困難,圓滿完成注漿任務,成功堵住突水。

  要知道如果不及時堵上,超過一定的水量,地表就可能塌陷,周圍建築物就可能傾斜,後果不敢想像。

  還有一次接到搶險指令後,管幕隊副隊長魏海濤衝到了水裏,坐在水裏憋著氣把管道裏的螺絲一顆顆地擰上。由於管道裏面的化學潤滑劑的腐蝕,參與搶險的職工從水裏出來之後,有的汗毛都被蝕掉了,還有的出現了皮膚過敏等一

  些不適症狀。但是在搶險過程中沒有一位員工退縮,即便是50多歲的管幕隊書記白臣和,遇到險情時也是毫不猶豫的跳下水去搶險。

  採訪他們時,他們對記者説道:“不要説我們在現場了,每次發生險情,

  潘總也是第一時間趕到現場,一直在現場盯著,在一線及時準確的做決策,以最短的時間排除險情,有兩次整夜都沒有休息。”

  險情的有效控制,得益於中鐵十八局珠海項目部高素質負責任的中層幹部和鐵軍一般優秀的員工。另外,項目部還制訂了嚴格的安全生産管理規範,並針對各種可能發生的突發情況制訂了緊急預案,為搶險成功提供了制度保障。

  在項目部的科學決策與積極應對下,所有應急處置都得到了有效控制並化險為夷,在技術方案、應急預案、應急組織、應急聯絡、應急保障等方面都經受住了嚴峻的考驗,在創建“零事故班組”和“平安工地”,實現“安全生産零責任事故”的目標道路上,邁出了堅實的步伐。

  責任感驅使他們精益求精

  “要在地下工程項目管理創新的探索中,全面優質高效地完成拱北隧道建設,為公司打造地下工程的一流品牌,為珠港澳三地鑄造出屬於民族的精品工程。”這就是潘建立與項目團隊的共同目標。

  開工伊始,項目部就樹立了以標準化管理和標桿管理為核心的“雙標管理”導向,定下了消除品質隱患,杜絕重大品質事故,爭創中國建築行業頂級獎項的目標。

  根據“雙標管理”指南,項目部結合實際對項目部拌和站便道、堆料倉及鋼筋場進行了建設。從原材料、鋼筋加工品質、施工過程管控等方面著手,重點控制了砼實體內外品質。項目部還通過推行首件制,熟悉工程的特點,掌握新工藝、新材料以及其他關鍵性技術的要求,不斷提高技術水準和工藝水準,全面提高工程品質水準。

  走進十八局位於拱北的項目營區,就仿佛走進了一個花園,鬱鬱蔥蔥的綠樹,環繞著青灰色的辦公樓。設計專業出身的潘建立憑藉自身對構圖、美學、色彩的功底,科學合理地規劃佈置各功能區,在滿足實用性的同時最大程度美化了環境。

  項目駐地是潘建立親自設計的,給人的感覺就是板房看著像別墅寫字樓,從整體設計傳達了一個理念——現代化辦公。項目駐地建設如此,整個項目規劃建設也是如此。

  對於潘建立來説,他深知,拱北項目這樣的高精尖工程,能達到什麼樣的高度,直接取決於項目管理水準和企業文化的高度。

  遵循“雙標管理”理念,項目部也定下了創建廣東省安全生産、文明施工優良樣板工地的目標,堅持環保設施與主體工程“三同時”原則,不發生重大環保責任事故,確保生産及生活廢棄物、噪音、大氣污染物處置和排放達標率100%,營造和諧環保的施工環境。為此,項目部還專門引進了價值700多萬元的泥水分離系統,將泥漿裏的沙子和水分離,將泥漿迴圈利用,大大減少了環境污染。

  在拱北隧道的建設中,各級領導對項目建設給予了高度的重視和親切的關懷,廣東省省長朱小丹、常務副省長徐少華、交通部副部長馮正霖等領導先

  後蒞臨工地現場參觀指導,諸多地下工程專家,業內同行到現場參觀,均對項目給予了高度評價。如今的拱北隧道工程已成為珠江口的亮點,港珠澳對外宣傳的窗口。

  前進的路依舊艱辛,建設者的腳步仍未停歇,港珠澳大橋珠海連接線項目必將是世界隧道建設史上的一朵奇葩。

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