穿越“萬里黃河”

文 | 中鐵十四局集團大盾構工程有限公司

“萬里黃河第一隧”——濟南黃河濟濼路隧道

2019 年8 月31 日，“黃河號”盾構機在濟南黃河隧道工程勝利始發(fā)。

“黃河下游高黏粒鈣質結核地層超大直徑泥水盾構穿越懸河關鍵技術”項目依托“萬里黃河第一隧”——濟南黃河濟濼路隧道工程建設，為國內外16米級超大直徑盾構（是已建成南水北調中線穿黃隧洞開挖面積的3.05倍）首次穿越地上懸河，技術難度大、安全風險高、生態(tài)保護要求高，既有穿黃隧道工程經(jīng)驗和技術積累欠缺，無法全面指導黃河下游超大直徑盾構隧道的建設。

/ 填補國內外空白/

為解決16米級超大直徑盾構穿越黃河下游大型懸河成套技術難題，項目組開展了系統(tǒng)的理論、試驗、工藝研究，解決了黃河下游地上懸河“毫米級”沉降控制、高細黏粒粉質黏土地層海量盾構廢漿處理、懸河穿越鈣質結核通排、大型管片結構施工穩(wěn)定控制、臨黃高承壓水地質超深基坑施工等諸多技術難題，形成了“黃河下游高黏粒鈣質結核地層超大直徑泥水盾構穿越懸河施工關鍵技術”成套技術，填補了國內外超大直徑盾構穿越地上懸河的技術空白。

該項目形成了黃河下游高黏粒鈣質結核地層超大直徑泥水盾構穿越懸河成套施工關鍵技術，創(chuàng)新研發(fā)了大直徑泥水盾構泥餅防治技術，從泥餅形成機理分析、防結泥餅刀盤設計、泥水沖刷環(huán)流、預警處置等全環(huán)節(jié)，將刀盤結泥餅風險降低至極低，實踐中未出現(xiàn)嚴重刀盤結泥餅事件，保障了高效掘進；形成了地上懸河超大直徑盾構微擾動施工關鍵技術，研發(fā)了盾構施工擾動機理及精細化控制技術，創(chuàng)新采用“大堤預注漿+克泥效+二次注漿”、“隔離樁+袖閥管注漿”、智能監(jiān)測反饋控制等技術，盾構穿越鵲山村、南北岸大堤、二環(huán)北高架構筑物未出現(xiàn)裂縫，大堤沉降小于18毫米、二環(huán)北高架橋墩最大沉降控制兩毫米以內，實現(xiàn)了超大直徑泥水盾構首次平穩(wěn)下穿地上懸河。

同時，該項目還開發(fā)了襯砌管片模型試驗多點聯(lián)動性加載裝置、粉質黏土地層超大盾構管片上浮分析預測系統(tǒng)，填補了超大直徑盾構施工期管片上浮穩(wěn)定的精細化控制技術空白，實現(xiàn)了管片上浮預測誤差在7%以內，全線拱頂上浮量低于20毫米，試驗區(qū)間低于10毫米；研發(fā)了大粒徑鈣質結核高效通排技術，以及“重力濾水-低壓壓濾-高壓壓榨一體化泥漿”綠色處理技術，實現(xiàn)了超大直徑盾構在鈣質結核與黏土地層的高效掘進，綜合節(jié)省工期3個月；建立了深大基坑智能化實時監(jiān)測及預警系統(tǒng)，基坑變形預測精度達到0.05毫米；采用干接受工法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的超大直徑盾構水下接收和鋼筒接收法，解決了常規(guī)洞門密封因施工誤差造成的安全風險問題，縮短施工工期3個月。

該項目研究團隊共發(fā)表論文35篇，申請發(fā)明專利25項（授權5項），授權實用新型專利35項，獲工法6項（省級工法1項），軟著1項，形成技術標準3部。其研究成果為黃河下游高黏粒鈣質結核地層中超大直徑泥水盾構下穿懸河提供了成功案例和技術參考，將萬里黃河隧道建造技術推向了新的高度，被中國工程院院士錢七虎贊為“一座以科技創(chuàng)新為支撐的高質量工程”，對隧道科技發(fā)展與進步起到引領作用。

/ 研究成果在多個工程應用/

“黃河下游高黏粒鈣質結核地層超大直徑泥水盾構穿越懸河關鍵技術”項目的研究成果已成功應用于濟南黃河濟濼路隧道，提高了盾構掘進效率，保障了施工安全，確保了臨堤建（構）筑物的安全，直接經(jīng)濟效益約5321.8萬元，社會效益不可估量。其中，大盾構管片上浮穩(wěn)定控制技術成功應用于北京東六環(huán)改造工程，實現(xiàn)了最大風險區(qū)段管片上浮低于3毫米；超大直徑泥水平衡盾構開挖面精細化控制技術成功應用于南京和燕路過江通道工程，實現(xiàn)沉降量控制在堤身高度的0.5%以內；改進的米SD基坑開挖動態(tài)變形預測方法成功應用于濟南濟濼路穿黃北延隧道工程，為基坑施工的頻繁吊裝提供了安全保障；超大直徑泥水平衡盾構開挖面精細化控制技術成功應用于南京南崇鐵路留村隧道工程，為盾構穿越多處敏感建筑物提供了可靠的技術保障，推廣應用項目直接經(jīng)濟效益約17418.2萬元。累計節(jié)約成本約2.27億元，新增稅收約761.3萬元。

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該項目的研究成果可為后續(xù)穿黃通道工程提供技術參考，節(jié)約工期，經(jīng)濟社會效益顯著，打造黃河流域生態(tài)保護示范標桿和高質量發(fā)展示范工程，加快山東新舊動能轉換綜合試驗區(qū)國家戰(zhàn)略的推進，打破了黃河天塹對濟南城市發(fā)展的制約，助力攜河北跨，加快新舊動能轉換，加速濟南從“大明湖時代”邁向“黃河時代”。

研究成果攻克了盾構首次穿越地上懸河、超大直徑盾構隧道公軌合建結構穩(wěn)定性、穿越全斷面夾雜鈣質結核粉質黏土地層等關鍵技術難題，拓寬了盾構法的適用范圍，為粉質黏土地區(qū)超深大基坑安全開挖提供了預測方案，超大直徑盾構的接收系列工法，解決了高黏粒夾鈣質結合地層超大直徑盾構長距離高效掘進關鍵問題，獲得了一批獨立自主知識產(chǎn)權，研究過程中培養(yǎng)了一批施工、研發(fā)等專業(yè)技術人才，為盾構技術未來發(fā)展提供專業(yè)人才保障，推動了盾構隧道施工產(chǎn)業(yè)技術的升級，為后續(xù)黃河下游地區(qū)類似穿黃工程提供了成功案例及理論指導。

/ 國內首家大盾構專業(yè)施工企業(yè)/

“萬里長江第一隧”——南京長江隧道

2016年8月，由中國鐵建股份有限公司批準中鐵十四局集團有限公司，集中大盾構所有優(yōu)質資源重組組建中鐵十四局集團大盾構工程有限公司（以下簡稱“大盾構公司”）。該公司擁有市政工程總承包一級、地基工程專業(yè)承包一級、隧道工程專業(yè)承包三級資質，注冊資本金10.1億元，資產(chǎn)總額125億元，年施工產(chǎn)值123億元，是國內首家大盾構專業(yè)施工企業(yè)，大盾構品牌位列中國鐵建“十大品牌”之首。

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在超大直徑和水下盾構施工領域率先在國內實現(xiàn)了5個“全覆蓋”，即穿越“江河湖海城”全覆蓋、地質條件全覆蓋、涉足行業(yè)全覆蓋、盾構直徑全覆蓋、施工工藝全覆蓋。實現(xiàn)“五個第一”，即大盾構已施工里程第一、大盾構機數(shù)量第一、大盾構市場占有率第一、大盾構科技研發(fā)水平第一、大盾構施工能力第一。

成立至今，大盾構公司始終落實“專業(yè)+聚焦+創(chuàng)新驅動”戰(zhàn)略，構建了科學完整的技術管理及技術創(chuàng)新體系。聚焦盾構施工，發(fā)揮數(shù)據(jù)增值效用；儲備低碳技術，布局綜合能源管控；加強智能裝備研發(fā)，促進高效生產(chǎn)。同時，大盾構公司還擁有一批在大直徑盾構施工和管理領域的專業(yè)團隊，包括頂尖專家隊伍、科技拔尖人才隊伍、優(yōu)秀項目經(jīng)理隊伍、復合型政工干部隊伍、專業(yè)技術人才隊伍和高素質技能人才隊伍。

在科技創(chuàng)新的過程中，大盾構公司擁有了六大核心技術，即“軟硬通吃”的盾構設備適應性選型設計技術，“土巖兼融”的新型常壓/帶壓換刀技術，“AI智能”的盾構智能掘進控制技術，“安全平穩(wěn)”的微擾動防控精準穿越技術，“綠色環(huán)保”的盾構漿渣無污染處理技術，“不滲不漏”的成型隧道精品打造技術。形成五大核心技術群，即“大型結構管片高精度制作”“長江隧道群大盾構安全施工”“海底隧道復雜環(huán)境高效掘進”“城域高鐵大盾構智能化建造”“城市軌道交通綠色綜合修建”。

憑借著過硬的技術，大盾構公司被業(yè)內權威專家、2018年國家最高科學技術獎獲得者——中國工程院院士錢七虎譽為國內第一家率先掌握大直徑盾構施工核心技術的施工企業(yè)，在復雜地質條件大盾構施工這一領域擁有核心競爭力。

截至目前，大盾構公司已經(jīng)成為全國乃至全球盾構隧道建造行業(yè)的領軍者和技術先導隊，是中國大盾構國家隊的引領者和開拓者。

廣湛高鐵湛江灣海底隧道— —中國獨頭掘進距離最長海底盾構隧道

大盾構公司榮譽墻

2021 年獲評“國家高新技術企業(yè)”稱號，推動中國由水下盾構隧道大國真正建設成為隧道技術強國。在大盾構領域累計獲得國家科學技術進步獎3 項，中國土木工程詹天佑獎5項，省部級科學技術獎12 項，國家優(yōu)質工程獎8 項，中國建設工程魯班獎5 項，省部級工法27 項；累計擁有專利227 項。