福建首個雙模盾構(gòu)區(qū)間雙線貫通

9月7日，由中交三航局廈門分公司承建的福建省首個雙模盾構(gòu)區(qū)間——福州地鐵4號線林浦站至城門站區(qū)間（以下簡稱“林城區(qū)間”）雙線順利實現(xiàn)貫通目標(biāo)。

林城區(qū)間為單線單洞設(shè)計，左線長約2183米，右線長約2173米，盾構(gòu)機(jī)從林浦站大里程端始發(fā)依次下穿福泉快速路、連坂村、三環(huán)線、城門村后到達(dá)城門站。隧道兩端均為軟土地質(zhì)，中間洞段則為硬巖地質(zhì)。

值得關(guān)注的是，為了滿足軟硬交替變化地層的施工需求，一臺為福州地鐵量身定制的雙模盾構(gòu)機(jī)——“三航盾6”應(yīng)運而生。它集土壓平衡（EPB）和硬巖掘進(jìn)（TBM）兩種功能模式于一身，可實現(xiàn)洞內(nèi)模式轉(zhuǎn)換，既是中交集團(tuán)首例，也是福建省首例。

盾構(gòu)機(jī)開挖直徑為6.47米，整機(jī)長達(dá)125米，總重達(dá)650噸，足足有兩層樓高。和常規(guī)單一模式的盾構(gòu)機(jī)相比，“三航盾6”的“軟硬兼施”體現(xiàn)在既能以EPB模式滿足軟土地層和上軟下硬地層掘進(jìn)，又能以TBM模式實現(xiàn)長距離超硬巖地層掘進(jìn)。

為保障盾構(gòu)施工，地鐵工程處與研發(fā)單位通力合作，開展聯(lián)合科研攻關(guān)，就各種技術(shù)難題進(jìn)行針對性設(shè)計。施工過程中，地鐵工程處主要負(fù)責(zé)盾構(gòu)法區(qū)間隧道施工及始發(fā)接收相關(guān)事宜，項目部負(fù)責(zé)管片供應(yīng)、渣土外運、對外協(xié)調(diào)等工作，合力攻堅確保了盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行。

千方百計“啃硬骨頭”

盾構(gòu)機(jī)穿越長度近1.3公里的全斷面硬巖，是施工過程中最大的重難點。巖層硬度最高達(dá)193兆帕，幾乎達(dá)到了堅硬如鐵，盾構(gòu)施工充滿挑戰(zhàn)。

地鐵工程處和項目部多次邀請專家對施工方案進(jìn)行科學(xué)論證，對掘進(jìn)參數(shù)匹配性、刀具失效形式及磨損機(jī)理展開試驗及分析，確定最合理的參數(shù)控制范圍，有效降低了石渣石粉含量及刀具磨損速度。

施工過程中，根據(jù)地層情況，嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，且每推進(jìn)三環(huán)就進(jìn)倉檢查刀具，并對管片環(huán)號、點位及施工流程等進(jìn)行嚴(yán)格控制，對管片壁后的建筑空隙采用跟葡萄大小的石頭（豆粒石）進(jìn)行填充灌漿，有效提高管片壁后回填密實度，避免了成型隧道軸線偏差、管片錯臺及滲漏水等質(zhì)量缺陷。同時采用HSP聲波反射法地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，對開挖面前方不良地質(zhì)體進(jìn)行預(yù)測以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

鋼鐵巨龍“華麗變身”

林城區(qū)間雙模盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中需完成兩次模式轉(zhuǎn)換，先進(jìn)行EPB 到TBM模式轉(zhuǎn)換，再由TBM到EPB 模式的轉(zhuǎn)換，并最終順利完成盾構(gòu)機(jī)接收。其中，左線盾構(gòu)機(jī)于2020年4月完成EPB 到TBM的模式轉(zhuǎn)換，這是該類型盾構(gòu)機(jī)在福建省內(nèi)首次成功完成洞內(nèi)模式轉(zhuǎn)換。

左線盾構(gòu)機(jī)完成硬巖段的掘進(jìn)施工后，根據(jù)施工組織需進(jìn)行TBM到EPB模式轉(zhuǎn)換，但目前國內(nèi)該類型的雙模轉(zhuǎn)換施工參考實例較少。確定最佳轉(zhuǎn)換點是模式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，盾構(gòu)經(jīng)理王建忠?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊結(jié)合現(xiàn)有的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)、姿態(tài)控制以及地質(zhì)情況等資料進(jìn)行分析。在一次次的模擬實驗和地質(zhì)補(bǔ)勘中，他們確定下了在出硬巖段5米處為最佳轉(zhuǎn)換點，該處開挖面穩(wěn)定，且符合模式切換安全性的最小距離。

模式轉(zhuǎn)換前，地鐵工程處召集專家研究，對相關(guān)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底培訓(xùn)、模擬模式轉(zhuǎn)換操作教學(xué)等，組織參建各方召開專項條件驗收，梳理各項準(zhǔn)備工作，確保萬無一失。歷經(jīng)15個日夜不間斷操作，“三航盾6”正式由EPB模式轉(zhuǎn)換為TBM模式。該掘進(jìn)模式的轉(zhuǎn)換節(jié)省了人力、物力，極大縮短施工工期，有效保障后續(xù)施工進(jìn)度。

創(chuàng)新工藝“洞內(nèi)拆機(jī)”

盾構(gòu)機(jī)接收是盾構(gòu)施工的最后一個重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)操作是將破洞門后的盾體停放在接收井，在戶外進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的拆除吊裝工作。但接收井的凈長度僅有9.7米，而“三航盾6”盾體長達(dá)10.6米，遠(yuǎn)超接收井長度，不符合常規(guī)接收條件。

地鐵工程處創(chuàng)新改變接收方式，在盾構(gòu)機(jī)破洞門后，采用人工直接在洞內(nèi)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)拆卸工作。這對項目的安全管理和施工組織都是極大的考驗。

為此，地鐵工程處制定更精細(xì)化的現(xiàn)場管理措施，對拆裝工人進(jìn)行多次安全交底，在洞口安裝洞門密封裝置，以防止地層及管片壁后漿液流失，進(jìn)而保證洞內(nèi)施工環(huán)境安全可靠。拆卸過程中，使用軸流風(fēng)機(jī)，保證作業(yè)區(qū)的空氣流通，確保了拆卸工作安全有序完成，為區(qū)間施工畫上圓滿句號。

據(jù)了解，林城區(qū)間作為福建省首個雙模盾構(gòu)雙線貫通的區(qū)間，為福州地鐵4號線下一階段的施工打下堅實基礎(chǔ)，林城雙模盾構(gòu)區(qū)間作為國內(nèi)少數(shù)雙模盾構(gòu)施工成功案例，為中交集團(tuán)后續(xù)雙模盾構(gòu)機(jī)施工作業(yè)提供了實踐案例支撐。