福州地鐵攻克世界級穿江難題 4號線金洪區間左線貫通

地鐵4號線金洪區間穿江示意圖。

近日，在閩江大道地下30米，盾構機刀盤徐徐切削地連墻后破墻而出，刀盤精準進入鋼套筒，標志著福州地鐵4號線金牛山站至洪塘站區間（簡稱“金洪區間”）左線盾構（上游）順利接收。至此，4號線全線隧道已完成98.8%。

接下來，福州地鐵春節不停工，120多人將全力攻堅金洪區間右線隧道（下游）。該隧道全長1185.42米，盾構下穿位于洪山橋附近的閩江底兩條地質斷裂帶交會處，江面寬約440米，險關重重。

“金洪區間過江段涉及27種地層，隧道斷面占21種。施工過程中，由于地質復雜，導致頻繁發生開挖面坍塌、刀具異常損壞等情況，右線掘進風險甚于左線隧道。”上海隧道工程有限公司福州地鐵4號線1標盾構總工楊燚說，早在施工前期，中國工程院院士盧耀如等專家就把此處的施工評判為世界級難題。

沖破重大風險源

過江段左線貫通

自2021年4月11日左線盾構始發，至2023年1月11日洞通，耗時640天。其中450天攻堅440多米過閩江段施工，施工工效不足1米/天，是在普通地層中日常掘進速度的十分之一。

盾構機在上軟下硬的復合地層中掘進本就艱難，又遇上多處巖脈區域常產生基巖突起，造成機體刀盤刀具磨損嚴重，不得不頻繁開倉作業清除石塊、換刀。全過程累計損壞刀具140余把，工人輪班高壓進倉作業850余次，共打撈石塊900多立方米。

面對“盲盒”一樣的復雜地質，加上閩江暗流翻涌的水文條件，上海隧道工程有限公司福州地鐵4號線1標盾構經理樊俊松說：“每一天都有可能遇到新問題、新風險。大家都如履薄冰，一刻也不敢松懈。”

就在左線接收前20米處，盾構機還在下穿附屬風亭段突然遭遇長3.8米的輝綠巖孤石。為確保運營中的地鐵5號線和風亭安全，施工方及時加注高分子材料，提升正面支護能力，調整推進參數，精準控制沉降；同時在風亭內外加密監測巡視頻次，24小時實時監測分析數據，杜微慎防。經過推進班組、監測班組、技術人員兩天兩夜堅守，終于順利“拿下”孤石，風亭監測沉降控制在1毫米內。

此次左線隧道順利貫通，標志著福州地鐵4號線單線全線貫通，為福州地鐵攻克過江和復雜地質難題積累了豐富經驗。

施工團隊實時監控盾構作業。

三座“大山”擋道

右線施工難度甚于左線

左線接收之際，右線進入新的攻堅階段，右線隧道的難題更加嚴峻。

“雖然兩條隧道相隔僅6米，但由于右線地處兩條地質斷裂帶交會處，在地下形成了三座最難啃的、堅硬如鋼又支離破碎的‘大山’。地質情況更加惡劣，施工難度更大。”樊俊松說，三大施工難題也給推進施工造成巨大困難。右線盾構于2021年10月18日開始過江，經過近15個月艱難施工，目前僅推進60米，施工工效急劇下降至4米/月。

重難點一：“碎石帶”導致“腸梗阻”，掘進1米開倉200多次。

據介紹，去年11月底掘進至563環時，右線盾構正位于兩條地質斷裂帶交會處上軟下硬復合地層，破碎的大石塊不斷掉入泥水倉，導致環流嚴重堵塞，停滯不前。施工方權衡各種利弊后，決定聘請專業開倉隊伍頂著高壓進入盾構機氣泡倉清理碎石塊。

工人連續20天不間斷開倉作業，掘進1米最多要開倉200多次。在氣泡倉內，工人承受著猶如在36米水下深潛的重壓，還要徒手搬運大石塊，每當有掉落的大石塊尺寸大于前閘門無法直接掏出時，還要使用破石工具對石塊進行破碎。他們像“螞蟻搬家”一樣把碎石塊逐步清出，每次開倉用時5小時（1.5小時作業，3.5小時減壓）僅能清理0.2立方米石塊。在清理出20余立方米石塊后，盾構機終于再次加速前進。

重難點二：巖層成漿能力嚴重不足，導致盾構“血栓”。

由于右線過江段巖石地層本身沒有成漿條件，自盾構機掘進至巖石地層以來，泥水循環系統的泥漿指標不斷下降，進而造成泥漿攜渣能力降低，盾構機刀盤切削下來的石塊帶不出來，滯留在泥水倉和氣泡倉內堵塞環流。這好比人體血液循環系統中出現血栓，導致血液循環受阻，整個機體也因此停擺。

重難點三：超硬巖層和孤石頻繁“磕牙”，稍有不慎就會“頭破血流”。

從勘測地質圖紙可以看到，右線盾構途經路線的混合地質更為復雜，上軟下硬的地質范圍更廣，孤石出現得更頻繁，這是右線進度滯后于左線許多的原因。由于巖石段地層石塊最高強度達161MPa，平均強度也有90MPa，相當于水泥馬路的三四倍，嶙峋交錯且堅硬的破碎地層常常會磨損刀盤上的刀具，使得盾構機的“牙齒”處于亞健康狀態，破巖能力大打折扣。

“先是磨‘牙’，然后就是‘牙床’，再進一步就是‘頭破血流’了。”樊俊松介紹，刀具發生磨損如果不及時處理，會導致刀盤受損，水下維修及加固難度極大，嚴重的將危害整個盾構機和隧道的安全。

除了上述重難點外，下穿既有建筑、下穿重要管線、下穿江河、穿越復合地層及全斷面硬巖地層和孤石等盾構施工所能遇到的問題，幾乎都在地鐵4號線金洪區間右線過江段出現。

盾構機刀盤精準進入鋼套筒。

十八般武藝上陣

破解各項難題

預知風險點后，為了克服難題，福州地鐵采取了優化推進參數、動態調整盾構正面壓力、加大盾構機各密封油脂注入量、江面注漿加固破碎地層、江面應急船跟機巡視、在泥水循環系統中加入高分子材料、主動開倉檢查更換刀具及清理大石塊、加強設備檢查維護保養等手段，全力保障穿江安全、高效、順利。

亮點一：國內首次應用，500噸位大船如“醫”隨形。

據介紹，由于洪山橋段閩江常年水流湍急，紊流帶來的漩渦足以讓鵝毛沉底，每日兩次潮汐漲落水位差高達5米，不同時段潮汐更是變化莫測，水文條件可與海上作業相提并論。為提前加固江底地質、做足應急救援的準備，福州地鐵首次使用江面隨行的大型施工保障船。

這艘500噸位的船寬11米、長60米，通常應用于海上作業，用于過江盾構施工在國內是首次。這艘大船對過江盾構來說，好比一個隨身醫護。樊俊松說：“如果把過江隧道看作一條脊柱，這船能夠給骨節斷裂的地方做注入骨髓泥的手術，將碎塊狀的石頭固結起來，穩定開挖地層，讓盾構走到那些地方的時候更安全。”盾構過江過程中，這艘船也作為應急救援船全程跟班保駕，在江面巡視，守護江底盾構安全掘進。

亮點二：高分子材料不間斷“輸血”。

針對巖石地層無造漿能力問題，福州地鐵立即決定啟動新漿拌制系統，使用優質高分子材料每天不停歇拌制高黏度新漿加入泥水循環系統，每環加入新漿高達150立方米。雖然施工成本大大增加，但在一股股“新鮮血液”的注入下，終于保障盾構機可以再度前進。

亮點三：創新建泥膜工藝，保障開倉作業順利。

針對巖石地層刀具磨損嚴重的問題，施工團隊主動出擊，根據推進參數提前預判刀具狀態，每推進3米就主動開倉進泥水倉檢查更換刀具。由于破碎帶地層帶壓開倉保氣困難，施工團隊還創新建泥膜工藝，成功在破碎帶地層4次建立優質泥膜并帶壓進入泥水倉作業，提高開倉作業效率，保障施工安全。

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地鐵4號線最新進展

地鐵4號線一期工程設23個車站，起于半洲站，途經金山、鼓樓、晉安、倉山片區，終于帝封江站。

截至目前，全線車站主體結構已封頂，盾構區間除金洪區間右線過江段外已全部貫通，全線隧道進度98.8%，鋪軌進度約96%，機電安裝及裝修施工進度約90%。電客車目前已到場17列，其中10列已完成動態調試。（記者 趙錚艷/文 陳暖/攝）