1月20日，長沙地鐵3號線，一期工程順利穿過湘江水下323米宛如蜂巢的溶洞區(qū)，史上第一，開創(chuàng)了國內(nèi)同類工程施工先河，也使我國盾構(gòu)水下施工技術(shù)又有了新的重大突破。這段水下溶洞長啥樣？盾構(gòu)穿越時會遇到什么？最怕什么？怎么解決？
溶洞宛如蜂巢, 見洞率高達80.6%
“這段水下溶洞區(qū)位于橘子洲梅園內(nèi)及湘江西河汊，屬湘江巖溶發(fā)育區(qū)，總長為323米，主要為3億年前泥盆紀形成的石灰?guī)r及白堊紀形成的砂礫巖。”中南大學教授、湖南省巖石力學與工程學會副理事長陽軍生說。
記者現(xiàn)場了解到，長沙3號地鐵一期工程2.75公里，過湘江段1.4 公里。其中323米熔巖區(qū)宛如蜂巢，見洞率高達80.6%，平均每米有一個溶洞，尤如一個巨大的溶洞博物館，為國內(nèi)外罕見。
這323米溶洞區(qū)，不僅密集，而且分布位置及深度毫無規(guī)律。埋深最淺為2.5米，最高達22.46米，最寬近50米。
“溶洞是可溶性巖石中因喀斯特作用所形成的地下空間，屬石灰?guī)r地區(qū)。受地下水長期溶蝕，石灰?guī)r里不溶性的碳酸鈣受水和二氧化碳的作用，轉(zhuǎn)化為可溶性的碳酸氫鈣。”陽軍生告訴科技日報記者，這個特點形成了溶洞互不相依、千姿百態(tài)、陡峭秀麗的奇異景觀。
水上鋼平臺施工，從江面向溶洞注漿
奇異秀麗的溶洞景觀，在水下卻是隧道施工最害怕的魔區(qū)。
“溶洞區(qū)地層變化大，埋深大，水頭壓力高，一旦發(fā)生盾構(gòu)機下穿湘江冒頂、主軸承密封擊穿、隧道進水等問題。就會發(fā)生與地面或江水聯(lián)通，導(dǎo)致地面沉陷、江水貫通的嚴重事故。”中鐵十四局項目負責人師慶彬說。
項目部成立科技攻關(guān)小組，與中南大學、山東大學聯(lián)合，開展施工研究與科技攻關(guān)。聘請國內(nèi)知名專家對盾構(gòu)穿越巖溶發(fā)育地段風險進行充分論證，最終確定了水上鋼平臺施工方案。
項目部通過搭建近六千平方米的施工平臺，將溶洞處理由水上施工化為“陸地”施工等系列方案，有效解決了淺溶洞區(qū)鋼管樁打設(shè)的技術(shù)難題。
“這種方法，溶洞處理施工周期短，汛期影響小，對行洪影響小，施工風險低。”陽軍生認為。
據(jù)悉，溶洞區(qū)共計注漿鉆孔3000余根，注漿約8萬立方米。
“防護墻”隔離江水，掘進過程零漏水
穿溶洞區(qū)的全過程沒發(fā)生一次漏水，未出現(xiàn)最擔心的盾構(gòu)“栽頭”和“陷落”等情況。都用了什么妙方？
“項目部聯(lián)合中南大學，對掘進前方進行至少15米的探測，科學制定掘進和后續(xù)地層等各項參數(shù)，有效規(guī)避了施工風險。”師慶彬告訴科技日報記者。
在施工中，項目部還運用各種技術(shù)手段，加以試驗，不斷總結(jié)渣樣和掘進的各項參數(shù)，并嚴格管控掘進水平。
橘子洲是國家5A級景區(qū)，地處湘江水源二級保護地帶。穿越溶洞施工如何保證水源不受污染？
“開發(fā)溶洞復(fù)雜地層成孔新技術(shù)，通過對各種注漿材料的檢測、分析及實驗，創(chuàng)新環(huán)保型的改性膏漿作為注漿材料，既起到很好的加固效果，又避免了對江水的污染。”師慶彬說。
記者還了解到，為減少對取水水質(zhì)的影響，施工人員用直徑1米多的鋼圍筒做“防護墻”，隔斷了注漿施工與江水的聯(lián)系，有效地保護了湘江環(huán)境。
“獲花秋，瀟湘夜，橘洲佳景如屏畫。碧煙中，明月下，小艇垂綸初罷。”1200年前，唐末詩人李殉乘小艇過湘江寫下這樣的美詞，如果知道今天能從江底穿溶洞區(qū)過湘江，李殉會怎樣寫橘洲？
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