引汉济渭TBM施工段岭北工程经历了超长距离通风,中铁隧道集团秦岭隧洞岭南TBM项目经理

   
8月18日,引汉济渭秦岭输水隧洞4号支洞与主洞实现精准贯通,为秦岭输水隧洞岭南TBM后续施工提供了重要保障。
   
引汉济渭秦岭输水隧洞4号支洞全长5.8公里,是为解决岭南TBM施工掘进运输和通风问题设置的施工支洞,成洞断面6.7米×6.5米,采用无轨斜井施工,被誉为”亚洲长斜井”。具有坡度大、涌水量大、强岩爆、高岩温、独头施工距离长等特点,施工综合难度极大。
   
4号支洞自2013年12月8日开始掘进施工以来,先后遭遇了10次较大突涌水。其中涌水量一度达到每分钟2.1万立方米,是设计涌水量的8.19倍。突涌水处理制约施工进度近半年时间。同时,受大埋深高地应力的影响,4号支洞岩爆灾害频繁发生。项目岩爆段长度累计达到了2482.3米,严重影响了施工的安全和进度。为有效解决岩爆难题,项目部引进了微震监测岩爆超前预测系统,超前预测岩爆风险等级,预测准确率已经接近70%,有效防范了岩爆对人员设备造成的伤害。在支护工艺上采用了超前应力解除爆破、涨壳式预应力中空注浆锚杆、柔性钢丝网、纳米仿钢纤维喷射混凝土、大垫板等新材料、新工艺,取得了较为理想的效果,较大程度的降低了岩爆段施工风险。

刘伯温所著《郁离子•商陵君豢龙》曾记:“有献鲮鲤于商陵君者,以为龙焉。”“鲮鲤为龙”便出自于此。明末士子屈大均亦撰文:“鲮鲤,似鲤有四足,能陆能水,坚利如铁,绝有气力,穿山而行。”

   
六月,秦岭深处的宁陕,蓝天白云,林木葱郁,清凉的山风徐徐吹来让人陶醉其中。蜿蜒曲折的山路上偶尔能看到几户人家,白墙灰瓦,竹林环绕,门前又有小桥流水,如水墨画似的映入眼帘,愈发觉得此地宛若净土。
    引汉济渭工程是陕西历史上规模、影响最为深远的战略性、基础性和全局性水资源配置工程,到2030年配水15亿立方米,是解决陕西关中地区4大城市工业发展之渴的地标性工程,被国务院确定为172项节水供水重大水利工程之一。其中,由中铁隧道集团承建的秦岭输水隧洞岭南TBM标段的地质情况是世界上最复杂、最困难的地质之一,存在硬岩、岩爆、塌方、涌水等难题,尤其是TBM掘进过程中各种困难叠加在一起,使之成为事关引汉济渭工程通水的“卡脖子”工程。
    “铁龙”从涌水中脱困     “在上月中旬我们的‘铁龙’已经恢复掘进,截止目前本月已经开挖180米。”赵毅所说的“铁龙”不是传说中能上天入海、呼风唤雨的神物,而是一台TBM硬岩隧道掘进机。赵毅,中铁隧道集团秦岭隧洞岭南TBM项目经理,年轻,有魄力,而且对地质复杂的长大隧道颇有经验。纵然是这样一位擅长攻坚的项目经理,遇到引汉济渭秦岭隧洞,也挠起头来。
    2月28号,隧洞突发特大涌水,涌水量达到每天4.6万立方米,是全隧洞设计涌水量的3倍多,洞内积水离最高警戒线只有三公分半。一旦过了警戒线,设备将全部瘫痪,纵然是铁龙也会被“淹死”在隧洞内。发生涌水后,项目立刻组织抢险人员,通过注浆堵水、抢装水泵排水、堆砌挡水墙等办法,涌水封堵率已达到近90%,洞内掌子面段的水位很快得以回落……在陕西省引汉济渭公司和引汉济渭工程各参建单位的支持下,至5月7日,该标段的水位得到基本控制,5月16日恢复掘进施工。
    隧洞中的猎手     时不时推一下鼻梁上的眼镜,身材修长,谈吐文雅,这是文斌,项目副总工程师。文斌有个习惯,每天早上上班必须进入隧洞掌子面查看隧道内各种施工进展和围岩状况,对值班工程师交代一番后才肯放心地回到办公室处理下一项工作。因为这个习惯,他被同事们称为“隧洞中的猎手”。文斌的猎物不是高山密林中飞禽走兽,而是隧道内各种对TBM掘进和施工人员安全存在威胁的因素。
    从去年二月开掘进以来,岩爆几乎如影相随,而且目前在世界范围内还没有成熟有效对岩爆提前预测的技术,这对人员安全及TBM的正常作业都有严重的影响。文斌介绍,引汉济渭秦岭隧洞TBM岭南段埋深是2000米,最浅的埋深也有500米,具有高围岩强度、高石英含量、高地应力这“三高”的特点,被专家认定为综合难度是世界级。在“三高”的地质条件下,这里的岩爆也变得非比寻常。
    文斌谈起次进秦岭隧洞,洞内的岩爆情况把这位“老猎手”也给吓到了。昏暗幽深的隧洞里,忽然响起巨大的闷雷声,接着几公分厚到几十公分厚不等的岩块从拱部高速弹射下来,这样的岩爆是文斌从未经历过的。为了保障施工人员的安全,文斌和他的团队制定了一套颇为有效的支护方案。首先通过在掘进机护盾尾部快速插放安设紧密的钢筋排,系统加密锚杆等,达到快速控制岩爆坍塌的目的。同时做好应力释放短孔,对出露围岩进行喷水,将需释放的能量转变为热能,用来削弱岩爆的力度,确保现场施工安全。流程结束后,抓住岩爆空窗期,组织人员快速喷浆支护。
    除了岩爆,还有一直困扰项目掘进的涌水。文斌介绍,硬岩多岩爆,节理发育时又有涌水,遇到节理发育的地段又会造成TBM姿态难以调整。
    一天最高换刀23把     “快点、快点……,要换刀了。”这是刀具班陆居全常说的一句话。2059.9米的进尺,用废了1774把刀,最高峰时一天之内就换了23把刀。陆居全用真实的数据讲出这些事,让笔者感到震惊。当“铁龙”的钢牙,遭遇最高强度超过240兆帕的罕见超硬岩石的时候,也显得心有余而力不足。
    换刀在引汉济渭秦岭隧洞岭南段,可一点也不轻松。陆居全介绍,进入刀盘的通道位于刀盘后方,那是几个直径不大的圆孔,一次只能容下一个人钻入。由于涌水还在,换刀手要是想要更换刀盘下方的刀片,需要身体完全潜入水中才能进行换刀,在黑暗浑浊水中换刀不仅耗费体力和时间,而且不易操作。在上部换刀时,虽然不用潜入水中,但是因刀盘与硬岩摩擦产生的高温,再加上洞内40-50摄氏度的气温,足以使人昏厥。
    “每次来到工作面,就像是到了桑拿房。”陆居全总是跟其他部门夸耀这份特殊的福利,“处涸辙以犹欢”,既是苦中作乐,亦是穷且益坚。
    “铁龙”护卫队     引汉济渭秦岭隧洞TBM岭南段正在掘进的TBM,正式名称——全断面硬岩隧道掘进机,这条铁龙是针对岭南特殊地质量身打造的,是机、电、液、水、气等系统集成的隧道施工装备。
    杨忠,TBM保养班副班长,在掘进机保养及维修方面是个专业人才。杨忠介绍,岭南的这台TBM掘进机的性能强劲,既能在硬岩中掘进,也能在软岩中掘进;不仅如此,在高温高湿的恶劣环境中也能吃的开;“铁龙”全身都是高科技的体现,智能化的警报系统,能提前检测到附近的地质情况,也能检测出有害气体,及时向技术人员发出预警。
    TBM是一个复杂的整体,其内部任何一环出现问题都能造成停机。出渣运输皮带是杨忠平时保养的重点,因为隧洞内岩爆剥落的石块、掘进过程中掉落的大块岩石都极易砸坏皮带,常常造成皮带断裂急需硫化的状况。杨忠是处理皮带硫化的一位好手,能准确熟练掌握TBM皮带硫化工艺,并有一套自己的见解准确地调节皮带的松紧程度。
    保养班一共15人,他们就是项目的“铁龙”护卫队。最初的时候,杨忠是TBM设备上唯一一个通晓TBM皮带保养知识的人,后来在他细心的指导培养下,皮带保养班逐渐成为一支专业化的“铁龙”保养团队,为TBM的顺利掘进保驾护航。
    引汉济渭,福泽万民,功在千秋。秦岭深处的铁军——中铁隧道,正在为这项将载入史册的伟大工程而不懈奋战!

5月28日,引汉济渭工程秦岭输水隧洞岭南段TBM掘进顺利突破7000米大关,这标志着引汉济渭秦岭输水隧洞施工建设取得重大进展。

10月15日,从引汉济渭秦岭输水隧洞岭北工地传来喜讯,TBM累计掘进突破万米大关。这一阶段性胜利标志着引汉济渭岭北TBM工程施工任务完成超过60%。

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穿山甲,古时谓之鲮鲤。引文虽辞藻寥寥,却入木三分。鲮鲤无论特性还是掘进原理均与今日引汉济渭工程输水隧洞开挖所用之TBM设备有颇多相似,先贤神来之笔,不免令今人唏嘘。

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引汉济渭工程秦岭输水隧洞岭南段位于安康市境内,全长18.275公里。工程主洞采取TBM掘进施工,分为两个标段。其中,首段长9.88公里、通风距离9公里。该标段是整个工程施工难度最大的地段,具有“三高两强一长”的特点,即高围岩强度、高石英含量、高温湿、强岩爆、强涌水、长距离独头施工。

TBM施工段岭北工程位于秦岭岭中高中山区,全长16.13公里,包括秦岭5号支洞、TBM配套洞室和TBM施工段。项目采用从德国引进的一台开挖直径为8.02米的敞开式TBM硬岩掘进机进行施工。因洞段岩性全部以千枚岩为主,共穿行6条千枚岩断层,加之高地应力,围岩塌腔时有发生,部分区段涌水严重,地质情况复杂,施工难度巨大,今年5月底还遭遇了严重的断层塌方并被迫停机。

TBM,中文译作“全断面硬岩隧道掘进机”。据史料记载,1806年,法国人马克•布鲁诺尔乘舟远行,旅途聊赖,童心未泯,观甲板一侧,有蛀虫自其出,受此所示,布鲁诺尔遂得其法。此为西法掘进术之发端。然而据专家考证,布鲁诺尔这一起源说,只是停留在想法和专利层面,世界上真正意义上的TBM机器是1846年由比利时工程师亨利•毛瑟发明的。这台机器庞大而复杂,体积超过一节火车头,俨然就是凸轮、拉杆、活塞和弹簧的丛林。但遗憾的是,毛瑟的机器并没有经过实践检验,不过它还是被公认为TBM鼻祖。

2017年以来,TBM掘进施工段发生岩爆79次,岩爆段长达1420米。尤其是今年以来,TBM掘进工作面基本处于中等及强烈岩爆地层。面对诸多施工难题,各参建单位狠抓现场施工组织管理、严格任务目标责任落实、创新优化现场技术方案,高效快速地克服各项施工难题,使施工进度大幅提升。

为解决施工过程中遇见的各类难题,省引汉济渭公司多次组织设计、监理和施工单位现场踏勘,研究制定具体处理措施,优化施工方案、加强资源配置,全力保证TBM顺利向前安全掘进。

直到1881年,波蒙特开发出压缩空气式TBM,终于成功用于英吉利海峡隧道直径2.1米的勘探导坑。1952年,美国罗宾斯公司研制出现代意义上第一台软岩TBM,1956年又成功研制出中硬岩TBM。从此,TBM进入快速发展时期。

责任编辑:秋雨 审核:飞翔

为保证施工进度,中铁十八局引汉济渭项目部层层分解任务,强化节点目标,建立“以日保周,以周保月,以月保季,以季保年”的计划管理体系,制定了工期网络和节点控制的动态管理措施,发挥了TBM掘进机快速高效的施工特点,从而达到最大掘进效率。

陕西省引汉济渭公司工程技术部副部长刘国平向笔者介绍,正在实施的引汉济渭工程,考察引进了两套TBM设备,这也是陕西水利工程的首次引进,用以完成秦岭输水隧洞中最为艰巨的高埋深、高地应力、高硬度、高涌水量、超长距离排气送风的“四高一长”世界难题隧洞段掘进任务。

自2014年6月15日试掘进以来,引汉济渭TBM施工段岭北工程经历了超长距离通风,不间断的岩爆、涌水,超过1300米的埋深、100%的洞内湿度等问题。面对种种艰难挑战,建设、施工、设计、监理四方迎难而上,克服了各种施工和技术上的困难,最高月进尺达到868米,屡次打破TBM掘进记录。

似鲤四足 能陆能水安之若素

责任编辑:殷誉玮 审核:秋雨

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