地铁2号线过海隧道昨掘进施工将从海沧挖到东渡
2016-01-30
地铁2号线过海隧道工程示意图。（厦门轨道交通集团提供）
位于海沧大道的地铁2号线施工现常（林广明摄）
厦门网-厦门日报讯（记者殷磊郭瑜芬通讯员李琳）盾构机缓缓向前推进，头部的刀盘也转动起来。昨日上午10时30分，厦门地铁2号线过海隧道施工的首台盾构机在海沧大道站始发，标志着厦门地铁2号线正式展开过海隧道的掘进施工，这条过海隧道预计将于2017年底贯通。这是国内首次在地铁海底隧道施工中，采用盾构法掘进。
地铁2号线是厦门地铁交通线网中的中心放射骨干线，主要承担本岛与海沧城区间跨海交通功能，全长41.5公里，设32个车站，均为地下站。地铁2号线施工的最大难点就在于工程需要穿越厦门本岛与海沧区之间的海域。过海隧道西起海沧大道站，东至东渡路站，全长2.8公里，是地铁2号线一期项目的控制性节点工程。作为地铁过海隧道施工盾构机首发站点的海沧大道站，在2014年底正式动工，围护结构施工后，开始了地铁车站的基坑开挖工作及主体结构施工。目前，海沧大道站主体施工已基本完成。
结合过海隧道所处的地层条件，经多次研究论证，建设单位提出了“盾构法＋矿山法”的组合施工方案，为确保隧道的建成质量，矿山法段只是作为初期的支护。也就是说，这项工程主要是靠盾构机这种大型高科技设备，在海底切削、吞吐土方、泥渣并通过管片支护掘进隧道。相比其他施工法，盾构法作业自动化程度高，施工速度快，可以一次成洞，对周边的影响小，更加安全环保。地铁2号线过海隧道成为国内首个采用盾构法施工的过海地铁隧道，隧道的挖掘对厦门城市交通主骨架的形成关系重大，并且开创了我国地铁海底盾构施工的先河。
解密
盾构机如何掘进过海隧道？
1
如何减少海底联络通道渗水出现？
把海底土体
变成冻土
地铁隧道需要建设联络通道，地铁运营期间特殊工况下（如列车阻塞、火灾等），人员可通过联络通道疏散至另外一条安全隧道。2号线的过海段左、右线隧道间设置了4座联络通道。其中1座位于海底中-微风化地层中，3座联络通道地处海底全强风化地层中，全强风化地层中联络通道常规开挖容易发生坍塌。要想工程安全施工，就需要在开挖前对地层进行加固处理。
厦门轨道交通集团邀请盾构及掘进技术国家重点实验室开展研究，提出了海底冻结法，即通过冷冻方法将土体变成冻土，有效减少渗漏、涌水出现，这种“海域环境冻结施工”的做法在国内尚属首次。海水的冰点比淡水低，但不同含盐量的海水冰点又各不相同，在实际施工时难度会更大。因此，在施工时，要随时监控土体的冷冻速度和厚度、冻土平均温度等参数。
2
如何避免两种工法隧道接缝处海水倒灌？
钻进密封盒
避开风险
地铁2号线过海隧道施工区域在靠近厦门岛的一侧分布有变质石英砂岩，十分坚硬，对盾构机的刀具磨损会非常严重，盾构施工难度大。为此，建设单位提出了先从陆地上通过矿山法掘开一条隧道，穿过变质石英砂岩，然后在海底迎接从海沧穿海而来的盾构机。两者在海底对接时风险极大，一旦处理不当，就可能导致海水或者土体从两种工法隧道接缝处倒灌涌进隧道内。
经过反复研究论证，建设者们想出了办法。他们在对接处先制作一个密封的“盒子”，当盾构机掘进对接处时，先把盾构机安全送入“盒子”，再在另一头打开“盒子”，让盾构机顺利进入到矿山法隧道口。这样就可以有效屏蔽风险。
3
如何在海底实现通风换气？
在大兔屿上
修建风道
地下隧道需要通风换气，因此要修建风道。修建风道对于地铁过海隧道却是个难题:地铁2号线过海隧道长2.8公里，根据建设标准，每1.8公里就应该修建一个风道，这意味着过海段的风道必须修建在海面上，同时穿过三十多米深的海水，与隧道准确对接。工程师们巧妙利用大兔屿修建风道——地铁2号线过海隧道刚好从大兔屿下通过。根据方案，大兔屿上修建的风道竖井深度达32米，竖井完工后还需暗挖通道至过海隧道。临海施工难度大，且大兔屿为孤岛，无进出通道。为此，施工单位搭设了450米的临时钢栈桥，解决岛上施工所需的机械设备和材料问题；严格把控竖井施工的精度与进度，同时加强地面及围护结构监测等措施来应对风险。
4
如何在海底换设备？
专业人员
深潜换设备
盾构机掘进虽然速度快，安全性高，但是负责切削土体的刀盘不可避免地会出现磨损，使用一段时间后就需要进行更换。记者了解到，这个工程预计需要在海底更换刀盘约20次，要根据不同的水压，调整好盾构机刀盘仓压力，请专业人员穿戴潜水设施，乘坐高压仓，进入盾构机刀盘仓进行作业，为了确保安全，一般选择在地质稳定地段进行换刀，随时监控仓内压力。
（本报记者殷磊郭瑜芬通讯员李琳）
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块头大本领强
过海隧道盾构机由德国海瑞克公司设计制造，是两台型号为S-991、S-992的泥水平衡式盾构机，2015年3月在广东省的工厂里进行生产组装。11月来到海沧并完成下线，12月在海沧大道站开始工地组装作业。
它整机长约104米，重760吨，最大推进速度为50毫米/分钟，相当于每小时最快向前挖掘3米，远比挖掘隧道的其他方法快，是个本领高强的大块头，将承担起过海段隧道的主要掘进施工任务。盾构机开挖的泥渣采用压滤处理，实现“零污染”。
