圖為7月8日在河南溫縣黃河北岸拍攝的穿黃工程隧洞盾構機掘進現場。成海忠攝(新華社發)
在黃河底部40米處掘進
7月8日上午10時10分,在河南鄭州附近的黃河北岸河床底部近40米深處,龐大的盾構機刀盤像“剃須刀”一樣開始旋轉,一邊“剃”出膠結泥沙,一邊完成隧洞襯砌加固。這標志著南水北調中線“咽喉”——穿黃工程施工進入關鍵階段。
經過10年論證,確定在黃河河床底部40米處,打兩個長4250米的平行隧洞穿過黃河。
南水北調中線工程一期工程到2010年完成后,年均可調水95億立方米。
根據設計,中線工程從長江支流漢江上的丹江口水庫引水,沿伏牛山和太行山山前平原一路北上,在鄭州市附近通過黃河。
但是,中線調水通過黃河,是凌空飛架渡槽,還是開鑿河底隧洞?在兩個方案之間,曾經存在著爭論。
據介紹,隧洞與渡槽兩個方案在技術上各有利弊。相比之下,隧洞方案可免受溫度、冰凍、大風、地震、意外災害等不利因素影響,耐久性好,檢修維護相對簡單。經過長時間論證,隧洞方案最終入選。
然而,在黃河河床底部50米至35米深的沙層中,開鑿出兩條隧洞,技術含量和施工難度很大。
“經過10年技術論證,確定了目前的方案:在黃河河床底部40米處,打通兩個各長4250米的平行隧洞穿過黃河。這個方案不影響河道走勢,抗地震特性優越,且施工機械、技術比較成熟。”南水北調中線建管局局長張野介紹說。
日掘進10米左右;最擔心的是在掘進過程中遇到古樹、孤石
在黃河河床底部40米深處怎么挖隧洞?南水北調中線建管局技術部負責人龐敏介紹,現在采用的盾構機掘進技術是安全、可行的。
記者在穿黃工程現場看到,由德國海瑞克隧道機械股份公司制造的盾構機,直徑達到9米,總重量達1100噸。盾構機前面有一個刀盤,刀盤上有許多刀片,眾多馬達帶動刀盤,刀盤旋轉起來就像剃須刀刮胡子一樣把泥沙切削下來。
盾構機機頭后面是50米長的后續臺車,每往前走一個外襯砌管片的距離,伸縮節就把“腿”縮回去,施工人員著手外層襯砌管片的安裝、注漿……
千年沉積的黃河河底有很多不可預知的情況。技術人員坦言,他們最擔心的是在掘進過程中遇到古樹、孤石等,如克服不了這一難題,將影響工期。
對此,他們的應對方法是:在盾構機上設置超聲波探測儀,加強施工中的超前預報工作,發現情況及時處理;在盾構機上設置破碎設備,當遇到孤石、古樹時,將其破碎成小于16厘米的渣塊,順泥漿管排出。
盾構機在水下做工,為了防止泥沙進入機器,整個機器都是封閉的。那么工人吃飯、方便怎么辦?
據介紹,在盾構機配套設備中,備有衛生間,還有休息室和咖啡屋。機器里面空氣不流通,但機器后側連接一個直徑1米左右的管道,負責送風、抽風。
這次首發掘進的是右引水洞,盾構機日掘進10米左右,預計2008年9月穿過黃河,10月開始邙山斜洞掘進,2009年3月完成右隧洞盾構施工任務。
隧洞安全有保障:管壁厚達40厘米,設計可防震、防洪、防凍
為保證已經開挖的隧洞不發生滲水、坍塌,盾構機每前進1.6米,就要停下來“喘口氣”,而此時是施工人員最忙的時候,他們要給挖好的隧洞安裝鋼筋混凝土管片,再進行加固、灌縫等操作。這些管壁厚達40厘米,完全可以支撐整個隧洞的壓力,不必擔心滲水、坍塌。
根據國家地震局分析預報中心的地震危險性分析,穿黃隧洞場區地形復雜,地震設計基本烈度為7度,即整個設計和施工應能夠承受住7度地震的考驗。
如何防洪?據了解,穿黃工程過河建筑物按黃河300年一遇洪水設計,按1000年一遇洪水校核;北岸河灘明渠及新、老蟒河交叉建筑物,按100年一遇洪水設計,按300年一遇洪水校核。穿黃工程過河建筑物施工導流按20年一遇洪水設計。
防凍防冰也是保證隧道安全的重要因素。工程設計者在穿黃隧洞進口、出口、工作閘門、退水洞門等處,均設有防冰凍設備;而在渠道邊坡,則設有聚苯乙烯塑料保溫板。
這么深的隧洞,萬一“患病”怎么辦?據介紹,隧洞建成后,維護時可關閉雙洞隧道中的一個,對另一隧洞進行維護和搶修。雙洞隧道內直徑為7米,外直徑為8.7米,維修車輛可直驅入洞。
根據設計,半年左右將放空其中一個隧洞的水檢查一次,隧洞每年有15天至30天檢修期,每3年至5年安排30天至60天大修。
此外,隧洞內還布置有現代化的觀測儀器,洞內受力、變異等情況,通過觀測儀器在自動控制室即可看到。維修時,啟用抽水系統,把水從洞內排到黃河或渠道里,排空時間為80個小時。
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穿黃工程是南水北調中線建設的關鍵性、控制性工程。該工程位于鄭州市區以西30公里處,從孤柏山嘴灣處穿過黃河,南岸起自滎陽,北岸終點為溫縣,各類渠道與隧洞總長19.3千米。其中穿黃隧洞段長4.25千米,單洞內徑7米,是我國穿越大江大河規模最大的輸水隧洞。
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