长沙地铁3号线攻克最大难题穿越首个长距离水下溶洞

日期: 2018-01-11 14:27:12
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来源: 长沙地铁

1月10日获悉,历经四个月的艰苦奋战,长沙地铁3号线一期工程阜埠河站至灵官渡站区间,泥水平衡盾构成功穿越过湘江岩溶发育地段,这意味着长沙地铁已成功攻克3号线一期工程施工难度最大、风险最大的控制性难点,取得了阶段性胜利,也为3号线开通运营奠定了坚实的基础。
 

长沙地铁3号线一期工程阜埠河站~灵官渡站区间(以下简称阜~灵区间)线路总长2.65公里,盾构施工需穿越湘江、溶洞发育区。溶洞发育地段总长323米,其中橘子洲上长度为180米,湘江内长度142米,该溶洞发育区溶洞见洞率高,地质复杂,且与湘江水存在水力联系,存在极大的安全风险。

为此,长沙地铁多次组织施工、设计、监理等单位开展科技攻关,多次邀请国内知名专家召开论证会,通过反复研究,确定了水上钢平台施工方案,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如何打设的技术难题。在参建各方的共同努力下,1月5日阜灵区间双线安全穿越湘江溶洞加固区。

2017年1月21日,备受瞩目的全国首台穿越湘江的地铁泥水盾构机“湘盾一号”在灵官渡站胜利始发,开启穿越湘江的壮举!

2017年4月21日,长沙地铁3号线一期工程第二台泥水盾构机“湘盾二号”在灵官渡站顺利掘进,再次打响穿越湘江攻坚战!

长沙地铁为何首次在3号线采用泥水盾构机?


阜~灵区间施工难度极大、风险极高,具有很强的挑战性,该区间位于湘江之下,该区间地层复杂、地下水丰富、存在溶洞发育区、岩层破碎带,且溶洞水与湘江水系联通,具有高承压水地层特性,过江风险极大。
 

在土压平衡与泥水盾构的选型上,主要取决于刀盘扭矩控制和地面沉降控制。由于泥水盾构对土仓压力控制方面具有更高的准确性,带压泥水能够保持开挖面地层稳定,无需特殊土体改良措施,适应高水压、长距离、大埋深底层。同时,刀盘扭矩小,采用泥浆泵泵送形式出渣,不需要渣车,洞内施工环境好,出渣和掘进效率高等特点。因此,长沙地铁首次在该区间采用泥水平衡式盾构掘进湘江地铁隧道。
 

风险源——多
 

工程区间线路较长,盾构施工下穿湘江中路、湘江东岸大堤、湘江、橘子洲头、岩溶发育区、岩层破碎带、湘江西岸大堤、岳麓教科新村等众多风险源,盾构施工过程中,必须严格控制施工参数,确保周边环境及施工安全可控。
 

标准要求——高
 

区间下穿橘子洲国家5A级风景区和湘江东西河汊(二级水源保护区)。其中橘子洲梅园和湘江西河汊均有溶洞发育,溶洞发育地段总长323米,其中地面长度为180米,江内长度142米。溶洞处理需在景区及西河汊区内组织施工,环保、水保、窗口形象等要求极高,社会影响较大。
 

技术工艺——新
 

作为长沙首条采用泥水盾构机穿越湘江地铁隧道,无类似工程经验可借鉴,该工程又是一个全新课题,在技术和工艺上面临一系列全新的挑战。
 

地质复杂——险
 

由于本段盾构隧道主要穿越砂岩、泥质灰岩、细砂岩、中风化灰岩等软硬不均地层等,易造成盾构机刀盘扭矩大,消耗严重。盾构隧道穿越断裂带,且区间内存在岩溶发育,隧道洞身、隧道顶板之上,隧道底板之下均有溶洞分布,对盾构掘进影响较大,必须采取有效措施预防突水及盾构机塌落等风险。
 

工程线路——长
 

区间下穿湘江长度约1.6公里,下穿区段地层变化大,埋深大,水头压力高,如何防止盾构机下穿湘江过程中出现冒顶、主轴承密封击穿、隧道进水等事故,成为施工面临的重大课题。
 

3号线一期工程全长约36.5公里,起至坪塘站,止于龙角路站,共设车站25座。其中阜埠河站至灵官渡站区间隧道全长约2650米。该区间是长沙地铁史上首次采用泥水平衡盾构施工的区间,也是长沙乃至全国首个长距离水下溶洞区盾构施工的区间。此次盾构成功穿越溶洞区填补了长沙地铁泥水平衡盾构机使用的空白,对今后相同条件下的盾构施工技术管控具有重要意义,也为类似水下溶洞区的加固和泥水平衡盾构机的使用提供了宝贵坚实的工程经验。

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