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难点工程——兰州地铁建设攻克“世界级施工难

发布日期:2019-12-20 00:43 作者:AG

  2014年3月28日,兰州轨道交通1号线一期工程全线开工建设。施工过程中面临的红砂岩地质、盾构穿越黄河、侧穿小西湖立交桥、穿越地质断层和密集建构筑物、管线迁改、拆迁等难题。

  历时5年的施工建设实属不易,这些难啃的骨头最终都被兰州地铁“基石”——伟大的建设者一一攻克。

  2016年,在兰州轨道交通1号线一期工程建设关键阶段,有4座车站遭遇红砂岩地质条件,分别是兰州大学站、西关什字站、东方红广场站、五里铺站。其中,五里铺站受红砂岩地质影响最大。

  当年,承建盘旋路站的中铁一局项目部经理鲁佩林告诉兰州晨报记者,红砂岩地质会随着风化程度、干湿循环而发生显著的变化。以盘旋路站的施工为例,由于施工场地狭窄,基坑开挖过程中遇到红砂岩地层,没有遇水时土层坚硬如岩石,“大挖机下不去,小挖机挖不动。”而一旦遇水,则迅速变软、膨胀,进而成为流沙,没有任何承载力,稍有不慎便出现地表沉降、涌砂涌水。

  据当年施工单位中铁港航局项目部总工程师盛其林介绍,五里铺站是受红砂岩地质影响最大的车站。盘旋路站在开挖之初,参建各方曾预料此处的红砂岩并不透水,但开挖至11米以下后(地面以下5米为杂填土层、6-11米为卵石层),就遇到红砂岩地层,且渗水量极大。为确保基坑安全,施工过程中项目部采取注浆封堵、坑外坑内同时降水等措施,经过长达2个月的缓慢挖掘,终于完成车站主体基坑的开挖。

  因渗水量巨大,五里铺站主体施工工期延后长达半年,五里铺站是受红砂岩地质影响最大的车站。按照既定工期,五里铺站计划在2015年5月底基坑西端头开挖见底,并开始底板浇筑,年底实现主体结构封顶。但在红砂岩地质“反复折腾”的情况下,工期已大大拖延。

  2015年4月,该站开始基坑开挖,至5月中旬开挖至地下15米之后,即遇到红砂岩渗水状况。“一开始还没有太重视,但随着开挖深度不断增加,问题越来越严重,施工面从渗水转向流水,甚至出现流沙,机械操作极为不便,渣土车无法下到基坑。”如果问题得不到及时处置,基坑侧壁很可能出现空洞,进而导致周边道路沉降,施工风险进一步加大。

  中铁港航局项目部党工委书记潘家文直言,受局部拆迁滞后影响,该站东端头围护桩结构一直没有施工,在其他部位封堵严密的情况下,地下水涌向车站东端头并持续深入基坑。盛其林告诉记者,经过反复的摸索和专家们多次亲临现场指导,中铁港航局项目部逐渐摸索出一套行之有效的应对红砂岩地质难题的施工经验,总结起来就是“拦、截、堵、排、降”。

  为组织地下水渗透,该项目部首先在没有封闭的车站东端头设置40根深度超过22米的止水桩,对涌向东端头的水流进行阻拦。同时,在车站基坑侧壁的漏水处通过塞土工布、黑心棉等填充物,截断沙土颗粒的流动。并在基坑外采取持续注浆措施,将用水堵在基坑之外。

  另外,对于已经渗入的地下水,则在基坑内每20米设置一处收水井,通过排水沟将水流排入收水井,随后通过水泵抽出。

  此外,在基坑未开挖部分,将原本深度为16米的降水井全部加深至33米,超过基坑底部7米,并在基坑内设置清理井点,最后将降水井内的积水全部抽出。

  为组织地下水渗透,该项目部首先在没有封闭的车站东端头设置40根深度超过22米的止水桩,对涌向东端头的水流进行阻拦。同时,在车站基坑侧壁的漏水处通过塞土工布、黑心棉等填充物,截断沙土颗粒的流动。并在基坑外采取持续注浆措施,将用水堵在基坑之外。

  另外,对于已经渗入的地下水,则在基坑内每20米设置一处收水井,通过排水沟将水流排入收水井,随后通过水泵抽出。

  此外,在基坑未开挖部分,将原本深度为16米的降水井全部加深至33米,超过基坑底部7米,并在基坑内设置清理井点,最后将降水井内的积水全部抽出。

  上午9时许,在历经6个月艰苦施工后,随着“金城4号”盾构机顺利抵达黄河北岸中间风井,兰州轨道交通1号线一期第四次下穿黄河工程——深安大桥南至兰州城市学院(省科技馆)盾构下穿黄河区间成功贯通。这标志着兰州轨道交通项目建设一举成功攻克国内城市轨道交通工程下穿黄河这一“世界级施工难题”。四次下穿黄河这一节点性工程的圆满完成,为兰州轨道交通1号线一期工程全线建成奠定了坚实基础。

  兰州轨道交通1号线一期工程中,深安大桥南至兰州城市学院(省科技馆)盾构下穿黄河区间、兰州海关至马滩盾构下穿黄河区间为全线施工难度最高、安全风险系数最大、施工工艺最为复杂的区间隧道,国内专家现场调研后,定义为“世界级施工难题”。

  四穿黄河隧道主体结构均位于黄河河面下40余米,河床下23米至26米之间,地质、水文条件复杂,其中河床下卵石含量高达81.95%,卵石强度高达200兆帕,再加上黄河卵石地层结构松散,透水性强,在掘进过程中,极易出现河床坍塌,甚至冒顶透水等重大风险。尤其是黄河中上游地区,此类大埋深、高水压、多漂石的水下作业虽有诸多施工方案,但仅有理论支撑,并无实际施工经验可借鉴,同时,黄河中上游地区因受到数百年来地下结构变化、地层自身运动等原因,导致穿越长江、淮河、大型湖泊及近海的施工工艺无法直接使用,盾构穿越黄河施工可谓是一项“从零开始的工程”。

  为彻底攻克这一难关,兰州轨道交通公司邀请中国工程院院士、防护工程及地下工程专家钱七虎等到施工现场“问诊把脉”,并在施工中不断摸索,制订出了符合实际的施工方案,连续攻克重重困难,按照工程计划,圆满完成盾构下穿黄河区间隧道施工,实现了国内城市轨道交通工程下穿黄河零的突破。


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