杭州地铁1号线为什么建了那么长时间?
它在建设过程中最大的难题在哪里?
地铁建设就像打“地道战”——杭州地铁1号线一期工程,长达47.98公里,全线都要打通地下隧道。
杭州土质复杂,全国有名。想要打通这些地下隧道,就得出动盾构机,它就像“土拨鼠”一般,钻进杭城的地下空间穿梭。
这场华丽的冒险,从2008年地铁1号线第一台盾构机进入钱塘江底,到2012年盾构全线贯通,经历了重重困难。
这场小心翼翼、步步惊心的穿越,包括两次穿过钱塘江江底,4次穿过运河底部,横穿德胜快速路,直接穿过九堡一带的9幢居民楼,先后三次穿越杭州城市污水总管等惊险环节。
盾构机施工
盾构机工作原理
有点像电动剃须刀
地铁1号线的过江隧道在复兴大桥和西兴大桥之间,南面是江陵路站,北面是近江站,过江段全长约为1600米。隧道共有左右两条线,分别由1号盾构和2号盾构专门用来挖隧道,由南往北掘进。据说,这条地铁过江隧道是当时国内地铁专用隧道中最长的。
1号盾构先于2008年9月5日从钱塘江南岸出发,一个月后,负责右线的2号盾构同样从江南出发,一前一后向江北掘进。直到2009年,两台盾构机分别到达江北,两个大家伙在钱塘江底共呆了200多天。很多施工人员事后回忆这200多天在江底的日子,都用“意外连连、困难重重”来形容。
在介绍困难之前,先让大家来认识一下盾构机。盾构机的最前面部分是机头,上面是一个圆形刀盘,直径6米左右,刀盘上装有四五种刀片,以应付不同的土层地质情况。这是最核心的部分,起到掘进的作用。后面还有一段密封舱机身,8米长,尾随着6节车厢,用于装载盾构机的动力系统、液压系统、土体改良系统、密封系统、PLC控制系统、辅助系统等,总体结构有60米长。
盾构机的工作原理其实和电动剃须刀有几分相似。
工作时它靠着机身内的千斤顶给予的动力向前推动,旋转刀盘掘开土层。挖掘土层的同时用混凝土环管片贴牢,防止土层塌陷,每次掘进一环1.2米长,含6块管片。
整条过江隧道大概需要4900多环管片,它们也就是今后过江隧道的壁面。掘出来的土会被收集起来,经过处理后就像“牙膏”一样,由螺旋运输机输送到装载泥土的车辆上,运到地面上去。
砂性土、圆砾层、承压水
一个比一个难对付
“下到洞内,感觉很清凉,和防空洞差不多;进入盾构机里,则像是到了潜水艇。”吴伟锋,上海隧道工程股份有限公司的工程师,至今仍记得自己第一次下到钱塘江底时的激动心情。他所在的单位,负责了上海地铁80%~90%的建设,这个单位的每一位工程师到工地干的第一份工作就是开盾构机,吴伟锋也不例外,他当时就是到钱塘江底当盾构机司机,如今出师了,又奔波在杭州地铁2号线的过江段搞盾构技术工作。
“一周白班,一周夜班,每班12个小时不间断的,吃喝拉撒全在江底。”吴伟锋很快就发现,当盾构机司机是份相当辛苦的工作,“每天到了饭点,都吃不上饭,要等盾构机的运输车进来,才顺便把饭带进来,没吃到过一次热饭。”
不过对吴伟锋来说,真正的压力来自江底的不稳定因素带来的大难题。比如同一工作面,碰上两种难搞的土层,很考验盾构机操作手的能力。
盾构机穿越江底,走的路线是弧线形的,最深的地方有30米。在24~27米之间,盾构掘开的土层,上面是偏软的淤泥质粘土和砂性土,下面是偏硬的圆砾卵石层。“这两种土层软硬不同,盾构凿进时的推力分配也要不同,否则盾构机很容易往上位移,所以操作机器的时候要非常警惕,及时调整千斤顶油压的分配,才能在开挖时配合不同土层使劲。”
这还不算,圆砾层也超级难对付。圆砾层里面是大量类似鹅卵石的石块,最大的直径有20厘米,盾构刀片本来是挖土的,现在变成切石块了,损耗相当厉害,“穿凿这些土层,每天能走上2~3米的距离就很不错了。”吴伟锋说。
更让人郁闷的还是承压水。它隐藏在土层之间,如果盾构在江底挖掘过程中不能平衡压力,很容易引起承压水喷射,形成地层空洞,导致隧道结构破坏,严重的甚至隧道坍塌。地铁1号线过江隧道盾构机配置了防喷应急装置,预防承压水导致的盾尾渗漏。
“插管手术”一做200天
排放出江底大量沼气
难对付的土层只是困难之一,最让施工方头疼的还是沼气。
上海隧道工程股份有限公司在对杭州地铁1号线进行初次地质勘测时就发现,过江隧道地下含有沼气。
“没想到有沼气,更没想到量还不小。”当时的项目经理王弘琦回忆说,这些沼气,主要在钱塘江底下21米至28米段地层。
江底沼气的主要成分为甲烷,集中在砂土层、粉土层之间的粘土中,并且以囊状形式分布,这应该是水中动植物被深埋,长期分解后形成的气体。
沼气所在的位置,刚好是隧道要穿越的地方。
如果贸然掘进,碰到沼气很容易引起爆炸,还会污染环境。所以,必须在盾构机掘进前释放沼气。
“就是在江底打钻,插入直径1米、长30米的管子,把沼气释放出来,再点燃烧掉,然后注浆补回在沼气出去的地方。”吴伟锋记得很清楚,排放沼气持续了200多天,管子从钱塘江南岸一直排到江中心,插了100多根管子,感觉很像是给钱塘江底做“插管手术”.
其实,这种排放沼气的办法,在建设黄浦江过江隧道时也运用过,“但是钱塘江有1.3公里宽,而黄浦江窄多了,大概只有它的一半宽,在这么宽的江面实施这一技术,也算是新尝试。”王弘琦说。