基础关
地下连续墙忽漏水!
——水中施工终封闭漏水孔
穿黄工程位于河南省郑州市黄河上游约30公里处,全长19.3公里,其中最难的穿黄隧洞段4.25公里。为了让“丹江水”与黄河顺利“握手”,技术人员解决了无数难题。如何让盾构机进入地下开凿隧洞?工作人员要先在黄河北岸打一口76.6米的竖井。“我们要打全国最深的地下连续墙。”梁单禹说,当时施工用的是德国生产的设备进行开挖,工艺要求很高,因为地下连续墙是环形的,要分两期施工。一环要分成若干个半圆部分施工,如果结合不密实,施工时就会涌水涌砂。
开挖到40米深时,工作人员发现有个地勘孔没有封闭好,渗水大量涌了出来,指挥者当即紧急撤离了人员和设备。撤离不到一天,地下水就从40米深的井里漫到了地面上。好在处置果断,人员和设备都没有受损失。水井已经被淹住了,再按照以往的工艺来施工已十分困难。技术人员咨询了国内专家,专家意见是把水抽干再进行施工,中线工程局的工作人员则更倾向在水中继续施工。现场决策者果断拍板决定水下开挖!开挖后用水下视频并派“水鬼”观看,发现状况良好,浇了5米厚的混凝土,漏水的孔终于被封住了。
始发关
盾构机遇泥浆喷涌!
——现场紧急决策勇破险情
如何从黄河底下复杂的地层中开凿数千米的隧洞?要靠盾构机向前掘进。梁单禹说,盾构机始发难度最高。“挖地铁运用的是土压平衡盾构机,只考虑土压力,挖穿黄隧洞属于泥水平衡,既要考虑土压力,又要考虑水压力。地铁埋深20米左右,穿黄隧洞达到40米。”梁单禹坦言,虽然动工之前咨询了大量专家,但盾构机始发时还是发生了涌水涌砂的情况。
梁单禹说,当时情况非常紧急,“面对喷涌的泥浆,工人已经有害怕退缩的了。”好在及时赶来的领导和专家技术力量强大、经验丰富,“项目经理是中铁16局的陈建军,当时才34岁,是盾构专家。穿黄建管部部长也是打洞出身的专家……”几个人紧急在现场碰头,推测按照当时情况,不会造成灾难性的破坏,泥浆不会一下子崩出来把人员和设备吞噬,于是现场紧急要求作业人员“顶”上去。一台盾构机一亿多元,如果涌水涌砂时没人管,盾构机将被埋住成为一堆废铁,损失将非常惨重。更要命的是,一旦被埋住,竖井就废了。“穿黄选线选了好几次,最终讨论选在这里。如果竖井废了,还要重新选线。这也意味着,南水北调中线工程2014年汛后竣工通水的目标可能遥遥无期。”工人在越来越多的干部现场指导下镇静下来,立即对崩断的钢环进行焊接加固,注入快凝的水泥浆,工程终于化险为夷,盾构机始发成功。
“这是遇到过的最大困难吗?”记者们屏住呼吸问。“后面还有。”梁单禹说,穿黄工程总共克服了九大技术难关,其中一些难关在国际水利工程中也难寻先例。
掘进关
土渣中现刀具碎片!
——带压进舱修复天价刀盘
黄河以往频繁泛滥、发洪水,冲刷使上游的地质情况变得极其复杂。“盾构机始发后,我们第一大担心是遇到古木,因为其纤维性强,而我们的刀盘有些像剃须刀,怕被缠住,不能掘进。第二是怕不大不小的石头,大的像座山可以掏空,小的可以破碎。不大不小的顶它也不是,挖它也不是。”实际上,这两大预想的难题技术人员都没有遇到,他们遇到了更难的问题。
梁单禹说,当初跟德国采购盾构机谈判时,这家德国公司并没有承诺盾构机可以打多远,只表示要赠送工程方一副刀盘。“一副刀盘上百万美元,感觉赚到了。而且技术人员测算认为,盾构机一次打3000多米并不难,何况再赠送一副刀盘。但是穿黄工程比大家想象的更加复杂。”
盾构机掘进1700米后,工作人员在抽出的土渣中发现了刀具碎片!这说明刀具和刀盘已经磨损严重。这时德国公司却称,合同里没有写明保证打通,只说赠送刀具。“修复刀具、刀盘,工人要从盾构机前舱门进舱检修,为了抵消水下35米的压力和河床的压力,修复区域需要注满高压空气,以防塌陷。工人相当于要潜到35米深的水里,带着压力进行刀盘修复作业,而参与工程的工人没有带压进舱的经验,全国都没有。”梁单禹说。
穿黄工程人员希望德国公司修复刀盘,可该公司开出了天价和苛刻的条件——操作工人月薪20万美元,且不能限制维修期限,加班一分钟要加几美元。“我们决定自己攻关!中国穿越这种地质情况的工程也许以后少不了,我们必须研发修复技术。”梁单禹说,“修复我们是专家,但如何带压修复,我们想到了航海大学。”工程派出30名优秀的技术干部去航海大学学习理论知识和维修技术。两个月后,技术干部学成而归。
第一次进舱,维修人员还是出现了心慌、恐惧等不适,“工作人员每次只能进去一个小时,换一把刀,再回到减压舱休息恢复体力。”几次之后,工作人员才渐渐适应了压力,并打消了顾虑。经过几个月的努力,检修人员共更换各种类型刀具148把。2009年4月,盾构机刀盘再次旋转起来,盾构机终于恢复掘进,确保了工程进度。
关键词
穿黄工程
“穿黄不通,千里无功”,穿黄工程是南水北调中线的咽喉工程。在731公里长的南水北调中线工程河南段,最早开工的就是穿黄工程。它不仅是中线工程中最大的单体工程,也是所有项目中施工难度最大的工程。
在穿越大江大河的隧洞施工中,穿黄工程是国内盾构领域在高地下水,大埋深,充满泥沙、淤泥等复合沉积地层中的第一次穿越,是国内第一条穿越黄河的输水隧洞,也是国内在饱和水位下埋深最大的一次盾构穿越,堪称人类历史上最宏大的穿越大江大河工程。
穿黄工程于2005年9月开工建设,2013年12月全部完工。7年来,工程未发生一起人员死亡事故,穿黄隧洞单元工程质量优良率达到95%。
(晨报记者 张璐/文 首席摄影记者 蔡代征/摄)