世界最大直径水下盾构隧道在济南顺利贯通

原标题：世界最大直径水下盾构隧道在济贯通

8月17日，黄河济南段地下30米处，随着开挖直径17.5米的“山河号”盾构机刀盘破洞而出，由济南城市建设集团投资建设、中铁十四局集团承建的济南黄岗路黄河隧道盾构段掘进完成，世界最大直径水下盾构隧道顺利贯通。

济南黄岗路黄河隧道全长约5.75公里，其中盾构段长约3.3公里。单洞双层隧道布置，是国内首条穿黄单洞双层盾构隧道。其中，上层通行南向北交通，下层通行北向南交通，双向6车道，设计时速60公里。目前，在黄河起步区段42公里的河道上，整体规划了21处跨河通道，建成后跨河通道平均间距缩小到3公里。

水下挑战：穿越地上悬河与“地质迷宫”

隧道施工过程中挑战不少，第一关就是如何穿越地上悬河。

“万里黄河自流入河南开始形成地上悬河。”中铁十四局项目现场负责人周祥告诉记者，黄河到达济南泺口段，河床高出南岸城区地面5米，最大洪水位高出河床11.62米，是一条罕见的、水量巨大的地上悬河。黄河的平均水位高于地表8米，隧道最低点位于河床下54米，最大水土压力6.5巴。“相当于一个人手掌大小的面积上承受两个成年男子的重量。难度就像在豆腐上绣花。”

“施工中的未知风险也有不少。”周祥告诉记者，隧道施工是在地下进行的，即便前期有地质勘探，在实际掘进中会遇到哪些问题也难以预料。尤其“山河号”盾构机的开挖直径达17.5米，开挖面积达240平方米，地质勘探覆盖的区域有限，不可控的未知区域增多。

“地层扰动控制更难。”周祥说，盾构隧道下穿绕城高速、黄河大堤及河道，居民住宅区及沉砂池，地面沉降要求控制在1厘米之内。

此外，隧道每掘进1环，就会产生1200立方泥浆，整条隧道将会产生160万立方的泥浆，浆渣处理难度极大，这也增加了施工难度。

精准选型，提升掘进速度

“隧道高效建设的关键，在于盾构机选型的精准。”周祥说。与“泰山号”“黄河号”相比，“山河号”17.5米的开挖直径意味着要在黄河之下挖出一座6层楼高的空间，刀盘选择、管道抗压、断面稳定等问题接踵而至。

“常规300型泥浆管和500毫米管道造价低，但如此大的断面可能频繁堵管。”周祥算了一笔“风险账”：一次堵管至少耽误8—12小时，直接影响工期。若是选用400型号泥浆管和600毫米管道，造价高达2000多万元，但团队最终拍板：“为了‘血管’通畅，值！”

实践证明了选型精准的重要性，黄岗路黄河隧道每分钟35毫米的掘进速度，远超15.76米直径的黄河济泺路隧道每分钟25毫米的纪录。

“血管”通畅了，“牙口”也得锋利。项目团队大胆选用带压复合型刀盘，同时显著提升刀盘开口率。“更大的开口率能有效‘防粘防堵’，更多的撕裂刀专克‘刁钻’的顽石。优化刀具配置还减轻了刀盘自重，主驱动负载和扭矩也降下来了……”周祥细数着刀盘的“升级秘籍”。

不仅如此，“山河号”盾构机还装配伸缩式主驱动、开挖仓伸缩摄像头等装备，应用了第四代同步双液注浆工艺，并搭载“五官一脑”智能化装备系统，实现全流程感知、预警与智能决策。

3.3公里不换刀，“山河号”啃下“硬骨头”

勘探显示，黄岗路黄河隧道区间段存在大量“钙质结核”，不规则地镶嵌在粉质黏土层中，长度达两千米，占比超六成。

“这些‘硬骨头’，当年在黄河济泺路隧道可没少让我们吃苦头！”中铁十四局盾构经理薛永超回忆。

为啃下这块“硬骨头”，他们创新设计了双采石箱。薛永超说，当采石箱压力变小时，他们就对采石箱进行切换和清理，掘进初期每环就要清理一次。进入密集区后，清理频率飙升，最高峰每环要清理50次。以往使用单采石箱，需要人工往外搬，费时费事。如今通过远程控制和双箱轮换，实现不停机、快速的循环处理。

此外，面对强度达41兆帕的“顽石”，项目团队为“山河号”装备了自主研发的金刚石刀具，这款刀具更具有耐磨性。他们还规划了两处换刀点。当“山河号”到达第一处换刀点，伸缩摄像头传回的画面让人振奋：刀具完好，掌子面切割轨迹清晰。随后，他们一鼓作气完成掘进。最终，“山河号”创造了黄河下首次实现全程3.3公里连续掘进不换刀的纪录。

日“吞”万方泥浆，“吐”出清澈尾水

隧道的泥浆处理厂里，每天“吞”进上万立方米黄河泥浆，“吐”出清澈的尾水。“向北是济南一级水源地，向南横贯黄河，我们的泥浆处理必须零污染。”泥浆处理厂厂长胡修志说。

“山河号”盾构机每天会产生上万立方米泥浆，泥浆的高效处理，是保证掘进速度的关键之一。“我们考察过长江隧道污水处理的新型设备。”胡修志坦言，“但在黄河这种特殊泥层下，它有点‘水土不服’。”

别无选择，他们决定自主搭建一套泥浆处理设备。“这是行业内的新挑战，可借鉴经验少，参数配比确定更是难上加难。”胡修志告诉记者，“絮凝剂用量是关键。少了，泥饼含水量就会过高，达不到目的；多了，尾水絮凝剂含量超标，既达不到泥浆循环使用的标准，还会增加成本。”他们以2小时为周期反复试验，终于等来了如矿泉水般清澈的尾水。

同时，他们又进一步优化工艺，将原本必须匀速流转的泥浆管路，改造为可变速、间歇性供浆的“智能模式”，既能短时间内“大流量补浆”，又能有效防止罐底泥土“板结”。

2024年9月1日，“山河号”盾构机始发之际，这套完全自主创新的“絮凝+提浓+压滤”组合工艺同步启用。系统每小时可处理泥浆近600立方米，日处理效率提升50%，滤饼含水率降低至30%以下。

定制组合式台车，隧道施工“跑”起来

黄岗路黄河隧道为单管双层双向6车道设计，是首条穿黄单洞双层盾构隧道。相较于常规双隧，具有内部结构工序多、作业空间狭小、工序交叉复杂、施工协调难度大等特点。

在有限的空间内协调盾构掘进与内部结构同步施工，才能保证施工效率。掘进到300米时，隧道内部结构开始同步施工。起初，团队一门心思抓进度，却在狭窄的通道里频频遭遇阻碍。

“要保证每天6环的掘进目标，17辆运输管片、箱涵、双液浆的车辆就得日夜不停地‘输血’。”项目总工程师高同矿解释，“但内部施工，尤其是车道板浇筑，一块就耗时6—7小时，‘占道’工作让物资运输生命线瞬间‘卡壳’”。

困境倒逼智慧，项目发挥团队力量，定制出组合式台车，并创新研发可移动盘扣支架等工装，优化施工工艺10余项。组合式台车底部巧设万向轮及伸缩式承重底托，实现快速移位，为后续车道板施工腾出空间，同时为盾构物资运输留出畅通车道。

这如同在螺蛳壳里做道场，实现了内部结构施工与盾构掘进“双线并行”，内部结构施工工效提升60%，为整体高速推进提供了坚实保障。

本报记者 于泊升 王晓芳

陈景郁 刘飞跃