交叉斷裂帶暗流涌動 福州地鐵4號線再穿閩江

泥漿篩分系統(tǒng)設(shè)備

福州地鐵4號線金牛山站到洪塘站之間的過江隧道，將從洪山橋舊址附近的江面下經(jīng)過

地鐵4號線一期工程途經(jīng)倉山、臺江、鼓樓、晉安，串聯(lián)起福州中心城區(qū)交通要道，備受市民關(guān)注。呈東北半環(huán)的線路將與西南半環(huán)的5號線閉環(huán)，未來和多條放射狀線路實現(xiàn)換乘，打通榕城地下“任督二脈”。線路長28.4公里，均沿地下敷設(shè)，其中在鰲峰洲站至花海公園站、金牛山站至洪塘站兩處均面臨穿越閩江的艱巨任務(wù)。去年10月中旬，鰲峰洲站至花海公園站已完成盾構(gòu)雙線過江。完成過江后，盾構(gòu)機立即投入復(fù)雜的設(shè)備改裝。據(jù)悉，上月底，4號線正式啟動金牛山站至洪塘站（以下簡稱“金洪區(qū)間”）再度下穿閩江的工程。

記者從福州地鐵集團了解到，雖然地鐵1號線、2號線、5號線等都曾數(shù)次穿江，積累了大量盾構(gòu)施工經(jīng)驗，但閩江底異常復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，還是讓建設(shè)者在金洪區(qū)間遇到前所未見的水下難題。獨特的水文環(huán)境在短短450米穿江路埋藏下多達12種的不同地質(zhì)，途中盾構(gòu)隧道還要行經(jīng)兩條斷裂帶交叉點。為保障此段盾構(gòu)過江安全，福州地鐵組建專項“盾構(gòu)小組”，并7次邀請國家級院士、專家組成專項顧問小組，分析事故案例，預(yù)判、提示風險點，并提出解決方案，對施工組織、應(yīng)急預(yù)案等予以全面深入的論證、指導。

院士專家團隊支高招 巧過兩縱橫斷裂帶交叉點

地鐵過江，掘地百尺。4號線金洪區(qū)間始發(fā)點位于洪山大橋北側(cè)下游，此處閩江底暗藏多條地質(zhì)斷裂帶，盾構(gòu)在掘進過程中將穿越兩條縱橫斷裂帶的交叉點。從事地質(zhì)鉆研工作數(shù)十年的地質(zhì)勘察專家賴樹欽介紹，與4號線接近平行的一條斷裂帶從金牛山往閩侯方向延伸，在地質(zhì)上被稱作“張性斷裂帶”，這種斷裂帶具有極強導水性的特征，似一條“暗河”；另一條從金牛山往大夢山方向的斷裂帶屬于“壓性斷裂帶”，具有阻水性，似條大壩在此攔水。“4號線過江時，隧道剛好經(jīng)過這兩條斷裂帶的交叉點，地質(zhì)不斷變化，忽軟忽硬。”賴樹欽感嘆，盾構(gòu)隧道受江底暗河及閩江水雙向夾攻，給施工增加了風險。

為給4號線再度過江保駕護航，中國工程院院士，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)學家盧耀如，中國巖石力學與工程學會工程實例專委會主任委員竺維彬等國內(nèi)頂級地質(zhì)專家多次齊聚福州，給金洪區(qū)間盾構(gòu)過江支招。面對種種難題，專家組對金洪區(qū)間盾構(gòu)重、難點，施工技術(shù)組織和應(yīng)急預(yù)案“把脈問診”，提出因地制宜優(yōu)化盾構(gòu)選型，并對盾構(gòu)機進行設(shè)備改造，有針對性地提出對施工流程追本溯源，在施工前期就加強安全監(jiān)督把控，掘進過程要嚴格按照施工方案落實落細各項措施，確保全流程按既定計劃開展。

“CT掃描”讓“擋路石”顯形提前爆破便于后續(xù)施工為確保4號線再過閩江盾構(gòu)施工方案實施的穩(wěn)定性，在金洪區(qū)間施工前，施工方使用地震波跨孔層析成像(CT)給閩江底做了個掃描，增補了24個勘探點，更精準定位此段過江“擋路石”，為掃除障礙做好準備。

補勘定位后，福州地鐵組織施工單位對江底“大塊頭”硬巖進行定點爆破，確保其破碎顆粒直徑小于30厘米，爆破后再采用優(yōu)質(zhì)砂漿對爆破孔進行封孔處理。“閩江底地質(zhì)情況變化很大，且?guī)r石大小各異，強度不一，若強行推進，將有可能損壞盾構(gòu)機的刀盤，影響施工進度，所以提前掃清擋路石很重要。”4號線項目負責人說。

“CT掃描”不僅可以在盾構(gòu)施工前為打碎擋路石當“哨兵”，而且這項技術(shù)還是盾構(gòu)機掘進過程中的“預(yù)言家”，由于此段江底富含12種地質(zhì)變化，要求盾構(gòu)機操作員根據(jù)“CT掃描”結(jié)果顯示的地質(zhì)狀況，結(jié)合盾構(gòu)機所處實時位置，每10分鐘做一次動態(tài)調(diào)整。同時，保持盾構(gòu)指揮控制中心、總工程師、技術(shù)員三者實時聯(lián)動，確保盾構(gòu)過江安全。

泥水站難尋立足之地 巧藏山林減少擾民

福州地鐵相關(guān)人士介紹，4號線盾構(gòu)再度過江，為應(yīng)對閩江江底復(fù)雜地層，采用了復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)機，先將泥漿打入刀盤，與盾構(gòu)時挖掘出的泥土混合，再通過管道引出后，將這些厚泥漿稀釋成薄漿。“要完成這項工程，我們要在金牛山站建一座泥水分離站，占地約3000平方。”4號線項目負責人感嘆，金牛山站位于金牛山公園前，為減小對交通出行的影響，圍擋面積很小，不具備建泥水站場地條件，如何將泥水站建成，成了4號線施工中不得不面對的又一難題。

“我們向山借地，將泥水站固控設(shè)備包在棚子里，壓濾設(shè)備則選放在山里，讓泥水站噪音遠離居民區(qū)，從而最大限度減小對周邊居民生活的影響。”該負責人說，泥水站配套設(shè)備較多，占地面積大，通過見縫插針布局，巧妙避開金牛山上的保護樹種，減小對生態(tài)環(huán)境的影響。

定制化改造盾構(gòu)機“鳥槍換炮” 復(fù)合刀盤應(yīng)對12種地質(zhì)

為讓盾構(gòu)機適應(yīng)江底12種地質(zhì)變化，福州地鐵對機身進行全面定制化改造，使其能應(yīng)對全斷面軟土到全斷面硬巖從軟至硬的多類型地質(zhì)斷面。根據(jù)專家意見，對盾構(gòu)機選型再次優(yōu)化，選用復(fù)合式泥水盾構(gòu)，施工方耗時6個月對盾構(gòu)刀盤、刀具進行了提升改造，配備46把重型滾刀，同時在刀盤面板焊接12毫米的耐磨復(fù)合板，又在外周全覆蓋了50毫米的耐磨合金和保護刀，提高刀盤的耐磨性。此外，施工方還在排漿口配置了鱷式破碎機，可將大小碎石打成小于15厘米的顆粒排出沖洗口。

據(jù)了解，盾構(gòu)機在始發(fā)和接收作業(yè)期間，通常在洞門處實施加固施工，一般是按照盾構(gòu)機長度設(shè)置，盾構(gòu)機多長，洞門加固就多長。但因過閩江周邊環(huán)境復(fù)雜，為了確保盾構(gòu)始發(fā)時或接收時洞門密封不漏水,在盾構(gòu)進洞時采用一種特殊的封門形式，即在洞門加一長約11.5米的鋼套筒，將盾構(gòu)機裝在鋼套里進行盾構(gòu)作業(yè)，即使出現(xiàn)險情，也可確保盾構(gòu)機安全。值得關(guān)注的是，在進入閩江底前，盾構(gòu)機將以5毫米/分鐘的速度（比正常掘進速度慢10倍）掘進，這種施工的精細程度甚至不亞于刺繡，采取小心翼翼的“慢動作”避免該段盾構(gòu)過閩江發(fā)生沉降現(xiàn)象。

氣壓工江底帶壓換刀 如在水下30米移百斤重物

施工方介紹，金洪區(qū)間施工不僅考驗盾構(gòu)機的設(shè)備性能，更對施工人員的操作提出極高的要求。記者了解到，此段盾構(gòu)過江，福州地鐵選用復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)機，已進行定制化改造，其特制刀頭具備在復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中掘進的條件。“雖然盾構(gòu)機裝備升級，但在這次施工期間，我們還要面臨工人在江中心附近進行水下?lián)Q刀作業(yè)的重大挑戰(zhàn)。屆時，將對盾構(gòu)機進行加壓處理，氣壓工要承受相當于在30米深水下的壓力，同時完成給盾構(gòu)機更換重達百余斤的刀頭。”項目相關(guān)負責人坦言，這對人的生理和心理承受力都是極大的挑戰(zhàn)。

為保障換刀作業(yè)安全和盾構(gòu)施工順利推進，福州地鐵將組織6個班組24名氣壓工實施加壓換刀作業(yè)。“換刀前，我們要先建緩壓艙，修建過程中，必須避開所有的滲透點，同時，對緩壓艙周圍的縫隙用特質(zhì)泥漿進行填充，保障緩壓艙處于完全密封的環(huán)境中。”該負責人告訴記者，氣壓工在進入緩壓艙作業(yè)前，先進行加壓適應(yīng)，之后開始換刀。帶壓換刀作業(yè)中，氣壓工單次正常有效作業(yè)時間不超過2小時，即使在吊機的協(xié)助下，換刀作業(yè)效率也不高，承受的風險卻很大，這對該段盾構(gòu)掘進技術(shù)和安全管控能力提出極高的要求。

為保安全加強應(yīng)急措施“救援船”江面隨行守護江底盾構(gòu)預(yù)知金洪區(qū)間盾構(gòu)過江風險重重后，除了提前加固江底地質(zhì)、破除孤石、改造盾構(gòu)機刀盤等，施工方還做足了應(yīng)急救援的準備。

設(shè)備保障方面，福州地鐵首次使用江面隨行應(yīng)急保障船，在這艘500噸位的船上搭建起一個寬11米、長60米的救援平臺，可供險情出現(xiàn)時第一時間為江底注漿的大型救援設(shè)備等使用。待盾構(gòu)開始過江，這艘功能強大的“救援船”將全程如影隨形，在江面守護江底盾構(gòu)安全掘進。

施工組織方面，針對可能出現(xiàn)的險情更是嚴陣以待，在盾構(gòu)始發(fā)前就做足制度建設(shè)、人員組織、應(yīng)急演練等各項工作。應(yīng)急預(yù)案從施工方、地鐵公司、市級做到全覆蓋無死角，同時根據(jù)預(yù)案的分級響應(yīng)機制，定期組織不同風險等級的應(yīng)急演練。

人員方面，地鐵公司組織施工單位全員戒備，過江期間24小時安排分管領(lǐng)導及技術(shù)人員值班待命，為這段步步驚心的盾構(gòu)過江之旅保駕護航。

除了兩站四區(qū)間的盾構(gòu)穿越閩江，4號線建設(shè)還存在諸多難點亟待攻克：

難點1

林城區(qū)間下穿多處建筑還遭遇1.28公里“最硬的石頭”

林浦站至城門站（林城區(qū)間），該區(qū)間左線長2183.439米，右線長2173.981米，將采用2臺雙模式盾構(gòu)機施工。盾構(gòu)機從林浦站始發(fā)，沿線建筑密集，依次下穿福泉快速路、連坂村、三環(huán)線城門村后到達城門站。

盾構(gòu)機在左線盾構(gòu)時，將遇到長度達1280米的硬巖段，其巖石強度達到了170至190兆帕。一般高架橋的硬度是60兆帕左右，這里的巖石硬度達到了高架橋的三倍，是最硬的石頭。此外，林城區(qū)間全斷面硬巖段長度超過了1公里，且是連續(xù)硬巖，因此選用可根據(jù)不同地質(zhì)條件進行模式轉(zhuǎn)換的雙模式盾構(gòu)機，從而提升掘進效率。

此外，林城區(qū)間上軟下硬基巖段和軟土段，既要嚴格控制掘進參數(shù)，又要嚴格控制出土量，防止地面出現(xiàn)沉降。

難點2

侵入盾構(gòu)隧道范圍內(nèi)的白馬河橋樁基拔除施工

陸莊站至西門站區(qū)間長度553.72米，區(qū)間隧道位于楊橋中路，該區(qū)間計劃2021年3月從陸莊站始發(fā)，預(yù)計2021年5月下穿白馬河橋后到達西門站。

“盾構(gòu)始發(fā)前，我們對盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)情況和現(xiàn)場條件進行復(fù)核時，發(fā)現(xiàn)楊橋路白馬河橋中間2.5米寬的拼寬橋樁基侵入右線區(qū)間隧道內(nèi)，故需要拔除該橋梁樁基。”4號線項目負責人表示，將對此拼寬橋進行拆除重建，減小對地鐵盾構(gòu)施工的影響，在保障施工安全的同時還要確保行人交通順暢。

交通導改是此次白馬河橋改造施工中最為困難的任務(wù)，按照占道“借一還一”的原則，需在白馬河橋南側(cè)修筑臨時鋼便橋，以保證白馬河橋拆復(fù)建施工期間，楊橋路白馬路交叉口車道數(shù)不變，將對交通的影響降至最低。據(jù)悉，白馬河拼寬橋的改造施工計劃于2021年春節(jié)前完成。

難點3

城門站下穿地鐵1號線既有站點兩者間距僅0.34米

難度大，是4號線控制性工程。為了確保下穿既有站點的施工、運營安全，福州地鐵于2020年7月28日、8月8日先后兩次邀請權(quán)威專家對該工程施工方案進行論證、評審，經(jīng)過專家質(zhì)詢討論，綜合考慮多方面因素，目前下穿通道方案已基本確定。

城門站為地下三層車站，該車站隧道下穿1號線城門站底部，采取暗挖法，作業(yè)時距1號線車站底板墊層僅0.34米，兩隧道之間易形成滲水通道，需要提前施作隔水措施；整個過程必須每時每刻監(jiān)控1號線城門站沉降情況，不容絲毫馬虎。

難點4

4號線多個站點位于市中心 周邊環(huán)境復(fù)雜施工難度大

西門站、東街口站、省立醫(yī)院站位于楊橋路西二環(huán)路以東、五四路以西的市中心繁華地段，車站外圍環(huán)境復(fù)雜，鄰近重要建筑物多，道路交通流量大、管線密集，交通疏解、管線改遷難度極大。施工期間，為減小對周邊交通和環(huán)境的影響，車站施工采用全蓋挖逆作法，逆做蓋板，恢復(fù)交通，再做地下結(jié)構(gòu)，最大限度減小圍擋面積，保障市中心通勤條件，減輕社會交通壓力；同時，按照“一站一方案”的設(shè)計理念，在保障施工順暢的前提下，采用多次交通導改，最大限度保證道路通行寬度及車流順暢，分階段精細化施工，將對周邊出行的影響降至最低。

自2018年進場施工以來，市中心三個站點已經(jīng)完成多次交通導改，管線遷改42次，遷改管線多達一千余根。（記者 陳晉 馬俊杰 文 圖）