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“長江第一隧道”破解世界級難題

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2009-03-12  來源:中國混凝土網  作者:中華建筑報
核心提示:“長江第一隧道”破解世界級難題
  南京長江隧道,位于南京長江大橋與三橋之間,全長5853米,采用“左汊盾構隧道+右汊橋梁”方案,為雙向6車道,設計時速80公里,連接江北地區(qū)與江南繁華地段。

  在中國第一大河萬里長江上,已建成和正在修建的大橋有60多座,其中僅長江入海口的上海和中游的武漢建成過江隧道。南京長江隧道盾構直徑14.93米,遠大于武漢長江隧道的11.6米,也超過了目前世界上已建成的最大隧道——荷蘭格林哈特隧道。

  “南京長江隧道是極具挑戰(zhàn)性的世界級穿江工程,面臨許多世界級技術難題的挑戰(zhàn)。”中國工程院院士錢七虎說。

  據了解,長江隧道盾構直徑超大,開挖直徑為14.96米,水土壓力高,每平方厘米達6.5公斤,居世界同等直徑或更大直徑盾構工程之最。而且長江隧道地質條件復雜,地層透水性極強,施工風險巨大,加上江底隧道埋深超淺,由于隧道線路縱斷面受地形條件制約,江底有150米長的地段隧道上方覆土厚度不足1倍洞徑(約11.49米,僅為洞徑的0.77倍),且地質為粉細沙層,施工坍塌冒頂風險極大。

  此外,盾構機始發(fā)段超淺埋,隧道洞口段上方覆土厚度僅5.5米,在同類隧道中埋深最淺,對盾構開挖時開挖面穩(wěn)定和地層沉降控制的技術要求極高。再有在長江水下3020米的盾構段隧道掘進需一氣呵成,也開創(chuàng)了世界水下工程的新紀元。

  那么面對如此多的難題,中鐵十四局集團建設者是如何破題的呢?

  隊伍建設 培養(yǎng)一流施工團隊

  工程伊始,中鐵十四局集團南京長江隧道工程建設指揮部就確立了“堅持以我為主,依靠科學,占領地下工程的科技制高點;創(chuàng)新管理,提升企業(yè)核心競爭力”的指導思想。把隧道工程建設作為錘練隊伍,掌握超大盾構隧道工程建設核心技術、培育頂尖級隧道工程建設領軍人物和人才隊伍的機遇和戰(zhàn)場。

  為了建設好南京長江隧道,指揮部從基礎培訓入手提高隊伍素質,投入2000多萬元資金,采取崗培和外培等多種方式,對所有進場的管理人員、技術人員和設備操作人員,無論是內部職工還是外聘人員,堅持先培訓,持證上崗。先后對員工進行了紀律培訓、技術培訓和業(yè)務培訓。紀律培訓通過早晚點名、列隊上工等形式,實行半軍事化管理,培養(yǎng)了員工嚴謹認真的工作作風。

  專業(yè)技術和關健崗位培訓是培養(yǎng)人才的重中之重。指揮部對機械設備操作、液壓、設備維修保養(yǎng)、電路、泥水循環(huán)系統(tǒng)、管片生產和安裝等,重點進行技能培訓。結合與外商交流,還安排了外語能力等業(yè)務培訓。開工以來,組織崗位培訓2800多人次,還選送了1030人次到上海、廣州、武漢等盾構施工現場學習取經。選派了50名青年大學生持續(xù)3個月到廣州南沙德國海瑞克公司參加盾構工廠組裝,進行跟班學技,要求施工現場作業(yè)人員向德國海瑞克公司專業(yè)技術人員學習盾構專業(yè)技術。
  參建人員專業(yè)技術的提高,提升了南京長江隧道建設施工能力,盾構機機長和操作手,能根椐南京長江隧道不同地質,正確選擇盾構機的掘進參數,穩(wěn)健駕馭盾構機掘進。現場的外國專家感慨:“中國人真聰明。”

  管理優(yōu)化 成倍提高工作效率

  根椐盾構隧道施工現場相對集中的特點,傳統(tǒng)的集團公司、子分公司兩級項目管理形式,不適應高效運轉的南京長江隧道建設要求。指揮部改變傳統(tǒng)的管理模式,對組織架構進行了整合、優(yōu)化,實行一體化管理。即主要生產要素統(tǒng)一調配;財務資金統(tǒng)一管理;項目成本統(tǒng)一核算;管理技術人員統(tǒng)一使用;對外關系統(tǒng)一協(xié)調。

  過去,物資設備由各項目部自行采購,造成重復購置和閑置浪費,現在由指揮部統(tǒng)一采購,量體裁衣,量入而出,既滿足了施工所需,又降低了成本,堵塞了漏洞。財務的統(tǒng)一管理,有效地控制了非生產性開支,保證了建設資金用在刀刃上。對技術管理人員的統(tǒng)一調配,兩級形成一體,推動了技術和管理力量下沉,促進了生產力的提高。

  以往,各項目分部需應對大量對外協(xié)調等事務性工作,由指揮部統(tǒng)一協(xié)調后,不僅能將指揮長的指令直面作業(yè)層,還將基層項目部從繁瑣的事務性工作中解脫出來,集中精力抓施工、抓現場,一心撲在隧道建設上,確保安全質量,加快了隧道施工任務完成。

  為有效調動各方面積極性,促進長江隧道建設,指揮部創(chuàng)新績效考核機制,將現場分別為安全、質量、進度、文明施工、機械設備、物資、工程技術、計劃合同、財務和綜合治理十大板塊,每月組織績效考核,考核的方法,在內部考核的同時,請業(yè)主、監(jiān)理和地方質檢部門參與共同評分,并根椐不同時期的工作重點,隨時調整權重和分值比例。

  在一體化管理的架構下,根椐隧道施工專業(yè)特點,指揮部以工序為載體組建專業(yè)化工段或班組,選派老職工或近年畢業(yè)的大學生擔任工段長和班組長。要求他們根椐每天的工作量,堅持工前動員、工中檢查、工后小結的“三工”制度,在關健技術環(huán)節(jié)中,采取導師帶徒等方式,引導員工在實踐中學技學藝。在長江隧道工地,員工隊伍中沒有職工和民工的區(qū)別,各項目部統(tǒng)一職工宿舍,統(tǒng)一生活標準,統(tǒng)一娛樂設施,統(tǒng)一發(fā)放工資時間,在住地還安設電話亭。

  針對工程的布局和特點,指揮部堅持技術集成和管理集成的系統(tǒng)管理,將項目工程分為江北、江心洲兩大戰(zhàn)區(qū),在江北主戰(zhàn)場又劃分為盾構掘進、管片生產、附屬工程建設三大片區(qū)。圍繞盾構掘進這一主線,指揮部堅持建立工作流程,閉合管理鏈條,在工序流程上建立隧道掘進、泥水循環(huán)、管片拼裝、物流、監(jiān)測檢測、設備維修保養(yǎng)等六大系統(tǒng)。在每個系統(tǒng)中,建立工作流程,明確工作標準、業(yè)務職責,責任落實到位。使每道工序環(huán)環(huán)銜接,每個崗位人員都明白做什么,每項業(yè)務工作由誰來做,每項工作做到什么程度,創(chuàng)新管理,使工效成倍提高。

  工程推進 攻克四大尖端難題

  根據南京長江隧道施工的設計需要,中鐵十四局集團專門委托德國海瑞克公司,依據長江隧道的地質水文條件,量身定做了兩臺直徑為14.93米的盾構設備,每臺機器長134米,重達4000余噸,約5層樓高,有3萬多個零部件組成,是名副其實的“巨無霸”。

  如此龐大的設備,運輸、安裝、調試以及掘進施工中的難度都極具挑戰(zhàn)性。業(yè)內人士根據南京長江隧道所處地段的地質水文情況分析后認為,盾構機要成功穿江掘進需攻克、防范六大世界級的技術難題和風險。

  為破解技術難題,應對風險挑戰(zhàn),隊伍進場以來,工程指揮部依靠專家團隊的智慧,堅持“重大技術方案專家論證,疑難問題專家咨詢”,以核心技術為平臺,走科技創(chuàng)新“產、學、研”相結合、在實踐中走自主創(chuàng)新之路,先后確立了60余項專業(yè)技術課題,現場組織科技攻關。 

  超大直徑盾構機能否安全破門入洞是決定始發(fā)成敗的最關鍵因素,在尚無同類施工經驗可借鑒的情況下,圍繞重難點和控制風險點,如何將洞內的矛盾解決在洞外,把水中問題化解在岸上,施工中歷經了艱難的探索、反復的論證。早在盾構機開始工地組裝調試時,建設者就著手反復優(yōu)化破門方案,組織課題攻關。對洞門周圍的連續(xù)墻加強支撐,對洞門前方18米土體采用全斷面旋噴加固,為防止前方因覆土厚度不足產生盾構機上浮,又延伸37米的半段面旋噴加固,同時,為確保洞門破除及始發(fā)安全,在全斷面加固的基礎上,還采取了2米厚的冷凍墻加強方案,實現了“雙保險”。

  為使盾構機按軸線順利滑移,科技人員通過改造軌道,安裝4條滑軌,并控制焊縫精度,嚴防了刺渣損傷盾體,避免了相互咬合,使盾構機按精確軸線前移。洞門密封關系到泥水建倉和漿液封堵的成敗,施工中通過改革傳統(tǒng)單一使用橡膠簾布的方法,既使密封圈和洞門吻合,又使盾體通過時刀具不劃破簾布,確保泥水倉及時建立、防滲防漏、壓力平衡,同時在施工中還自主創(chuàng)新在簾布后邊增設了1.5毫米厚的彈簧鋼板,并采用壓注高分子聚合材料封堵,使簾布和鋼板同時發(fā)揮作用,達到密封效果。

  盾構推進時,綜合冷凍、解凍、拔管和泥水倉內壓力,綜合各種數據、參數,密切關注、檢測各類數據系數,決定推力和速度。按照泥水循環(huán)分離、掘進、管片安裝的嚴格程序,環(huán)環(huán)相扣,使右線隧道、左線隧道分別于2008年1月15日、5月8日成功安全始發(fā)并不斷總結經驗,成熟掘進。

  截至目前,指揮部已投入2000多萬元科研經費組織科技攻關,攻克了隧道施工中的四大尖端技術難題,化解了24項施工技術風險點。特別是安全破門、穿越超淺埋、及時排除設備故障、在超高壓條件下?lián)Q刀具和左線近距離、零位移超越右線等科研成果,在業(yè)內刷新了水平和紀錄。中國工程院院士、南京長江隧道專家組組長錢七虎稱,南京長江隧道始發(fā)以來,規(guī)避了所有能夠預測到的施工技術風險。

  盾構機成功始發(fā)后,緊隨其后的是如何安全穿越超淺埋、水塘段、長江大堤和城南河。超淺埋段,上方覆土厚度僅為5.5米,施工中通過對地表沉降、水位監(jiān)測、土壓測定、土體位移監(jiān)測等設立多個觀測點,反復觀察、分析、判斷,制定、優(yōu)化施工方案,還聯(lián)合北方交大科研人員進行覆土劈裂的靜、動態(tài)試驗,利用傳感器對地面動態(tài)、土體多次進行檢測,使得盾構機掘進時泥漿配置、壓力設定和水土壓力吻合,實現快速、安全通過。

  右線掘進至1316米時,因地質和盾構機刀具問題,掘進受阻。在停機修復過程中,現場依靠專家團隊,聯(lián)合德國海瑞克技術人員,反復研制并實踐對盾構機姿態(tài)、掌子面穩(wěn)定和成型管片變形等問題的應對措施,對泥水壓力參數、泥漿指標、盾尾密封等一系列技術標準積累了成熟經驗。使高氣壓條件下刀盤刀具修復工作的這一世界級難題成功告破。

  “我們要以‘如臨深淵、如履薄冰’的心態(tài),做到穩(wěn)字當頭、安全第一,保證萬無一失、確保成功。”中鐵十四局集團南京長江隧道工程指揮部一負責人說。

  質量嚴控 建一流精品工程

  指揮部從進場伊始,就把建設質量目標鎖定在創(chuàng)國優(yōu)精品工程上。

  管片生產是盾構隧道質量保證的前提,生產過程中,項目部確定“不是精品就是廢品”的質量理念,在生產過程和施工環(huán)節(jié)中,嚴格選料和按比例精確配料,嚴格工序自驗、復驗和審驗程序,嚴格工藝程序和工作流程,嚴格拆、清模時間和養(yǎng)護;對管片的性能結構,聯(lián)合西南交大科技人員進行1:1的力學實驗,通過模擬管片在地下的受力狀態(tài),驗證管片結構及設計的合理性,保證了管片質量抗?jié)B、防裂,面層光潔,塊塊是精品,環(huán)環(huán)為優(yōu)良,全過程創(chuàng)優(yōu)。這一課題已被列入國家“863”科研項目。

  管片拼裝質量是盾構隧道質量創(chuàng)優(yōu)的保證,安裝時既不允許出現錯臺、喇叭口,也要嚴格注漿、填實盾體和管片之間的空隙,預防管片沉降和隧道滲水。在負環(huán)拼裝時,作業(yè)人員用20多天時間,晝夜反復探索實踐,對基礎塊、相鄰塊和壓頂塊管片,用精益求精、毫厘不差、差一點不行的要求,多次拆卸,追求拼裝的完美。按照標準幾何尺寸,對預埋的螺栓,嚴格3次緊固工序。從左右線3500多米成洞的盾構隧道工程質量看,美觀整潔,滴水不漏。隧道成型后的管片不漏、不滲、不裂、無錯臺的這一質量亮點,被國內外行業(yè)專家一致認可并感到震撼。德國海瑞克公司雷曼副總裁看過工程后說:你們的工程質量絕對是排在世界前列的,你們第一次做就做得這么好,很了不起。

  實現質量目標,指揮部在堅持內控制度的同時,還充分依靠和發(fā)揮“兩院設計”、地方質監(jiān)、現場監(jiān)理的職能作用,施工過程中主動接受檢查、監(jiān)督、挑剔,個別工藝上出現的質量問題整改不過夜,實現了開工以來整個工程“質量零缺陷、安全零事故、文明施工零投訴”的目標。

  僅用5個月時間完成了按正常工期需要一年才能完成的江北超大基坑盾構始發(fā)井的全部土建工程;本需5個月而實際用58天時間超常規(guī)、超負荷地完成了第一臺盾構機現場組裝,保證了兩臺盾構機的調試、安全下井和始發(fā);用4個月時間完成了職工公寓建設,并達到入住條件;對技術參數高、質量要求嚴、工藝必須達標的管片和箱涵生產,工地堅持生產專業(yè)化、工廠化,生產質量已達到了世界級專業(yè)水平,箱涵生產去年7月底提前兩個月全部完成,管片生產去年11月13日提前48天結束;江北接線道路工程超前組織,基礎部分完工;管理中心大樓施工處于可控狀態(tài);右線負環(huán)拆除方案已經論證并開始拆除施工。江心洲接收井堅持冬季施工,在四面臨水的河漫灘上已全部完成基坑開挖和支撐防護,暗埋段所有回填土方全部完工,為迎接盾構機到達做好充分準備。

  目前,南京長江隧道單線正以日均10米的速度向江南推進,今年年底實現貫通。南京跨江發(fā)展戰(zhàn)略將很快增添一個強勁的“助推器”。
 
 
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