地鐵十八號線實現“長距離小半徑”下穿珠江
11月12日，在冼村路的盾構接收井內，隨着盾構機刀盤緩緩轉動，負責地鐵十八號線琶洲西區站至冼村站區間右線隧道掘進任務的“鐵兵40號”盾構機破土而出，標誌着國內首次長距離小半徑下穿珠江的難題挑戰成功。
據瞭解，十八號線琶洲西區站至冼村站區間全長3公里，“鐵兵40號”盾構機在位於海珠區的琶洲西區站始發後，以“S”型兩次在珠江底下實現小半徑轉彎，隨後進入冼村站。盾構機掘進過程中，先後下穿了珠江啤酒博物館、有軌電車、獵德大橋、珠江前航道、既有地鐵5號線、珠江新城16號地下通道等重大風險源，主要穿越的地層包括泥質粉砂岩地層、砂礫岩等，岩土黏性高。其中，盾構機長距離（約1612米）、小半徑（600米）、“S”型（兩次轉彎）下穿珠江水系，在廣州尚屬首次，工程技術難度、施工水平要求、施工風險係數、外界環境敏感度在國內同類型施工中首屈一指。
“升級”盾構機 應對下穿珠江複雜挑戰
由於盾構機超過一半的掘進里程位於珠江底部，地層裂隙水發育，這對盾構機主軸承密封和盾尾密封提出極高要求。同時，由於區間隧道穿越地層67%以上為微風化砂岩和礫岩地層，其中下穿珠江段微風化岩層比例更是高達80%，容易造成刀具磨損，而在珠江底的複雜地層中進行開倉作業更換刀具存在着較大風險。
“我們成立了盾構施工小組，在盾構機設計階段着手就採取應對風險的措施。”施工單位中鐵建華南公司廣州地鐵十八號線七分部（中鐵十四局管段）項目經理陳陣説道。為確保盾構機順利穿越珠江，地鐵建設者們與盾構機研發設計人員做了針對性設計，通過優化刀盤開口率、渣土改良系統，降低土倉內渣土倉位，並採用氣壓反壓技術防止裂隙水進入土倉，其中主軸承密封設計上最高可承受6個大氣壓，從根本上提高了密封對高壓水的耐受性，有效解決了螺旋機噴湧、刀盤“結泥餅”等技術難題，
同時，地鐵建設者們還多次組織技術專家到現場研判和探討，從盾構機性能設計聯絡、刀具選型配置、掘進模式選擇等多方面進行充分論證，最終確定採用鑲嵌合金齒式滾刀。在施工過程中，通過時刻關注參數變化和渣土分析，在岩層較好、裂隙水較少的地層主動檢查刀具，降低了被動開倉的風險。據統計，地鐵建設者們在江底僅開倉作業4次，且未出現刀具異常磨損情況，不僅確保了盾構機順利下穿珠江，也在刀具選型和施工參數控制方面為同類地層和水下盾構施工提供了良好的借鑑。
此外，“鐵兵40號”盾構機在江底以600米半徑曲線轉彎掘進的長度超過2200米，這在直徑達8.8米的盾構隧道施工中非常罕見，使得施工軸線控制、管片上浮、管片錯台和滲漏水控制難度非常大。為此，施工單位調集優勢資源，並多次邀請行業專家和技術能手從掘進控制要點、管片選型、糾偏技巧和管片拼裝要點技巧等多方面進行理論和實操培訓。“我們還根據掘進姿態與成型隧道軸線情況，嚴格做好同步注漿和二次注漿跟進，控制管片上浮、調整掘進姿態。從掘進姿態控制上確保了成型隧道與設計軸線的擬合，從管片拼裝標準控制上確保了管片拼裝質量，最終確保了成型隧道管片接縫平順、全線不滲不漏。”陳陣介紹道。
實施信息化管控 “360度”監測確保施工安全
在下穿珠江啤酒博物館、獵德大橋等重大風險源，以及下穿珠江段施工前，為確保盾構開挖面的穩定，防止對珠江堤岸、獵德大橋等建（構）築物造成任何不良影響，地鐵建設者們充分運用信息化管控手段，通過三維數值模擬計算分析，制定各風險源的安全影響評估報告，提前做好盾構施工的風險研判和處置準備。同時，加密下穿珠江段的地質勘察,在隧道兩側3米外進行地質補勘,勘察孔間距不超過30米,確保地質情況信息準確。
在穿越珠江前航道時, 地鐵建設者們還特別加強監控量測,通過洞內監測手段，對隧道管片拱頂沉降和水平位移進行實時監測。同時，運用GIS+航拍技術，研發綜合監控系統，並在珠江堤岸和獵德大橋前後布控了多個高清攝像頭，對獵德大橋主塔和橋面實施全自動化監測，實時顯示盾構機在江面的準確位置，根據監測數據及時調控盾構機掘進參數,同時做好同步注漿加固,確保施工安全。
此外，地鐵建設者們通過建立完善的信息反饋網絡和現場指揮中心，應用“遠程監控系統”，將盾構施工面和監測點的即時情況及時反饋指揮中心，動態實時掌握盾構掘進情況，並通過監測數據結果，指導盾構掘進施工。為保證下穿珠江段施工安全，地鐵建設者們還制定了現場巡視和觀測等措施，租賃船隻在珠江範圍內按照半小時一次的頻率定時巡查，為盾構機安全施工提供“地上+地下”的全方位保障。
“鐵兵40號”的順利出洞，標誌着全線土建工程又完成一個里程碑目標。廣州地鐵十八/二十二號線建管部資深項目經理程學昌介紹，地鐵十八號線全線土建工程已累計完成83%：9座車站中，6座已封頂，2座進行土建施工，1座在進行施工前準備；8個區間中，7個進行土建施工，1個區間在進行施工前準備。萬頃沙車輛段、隴枕停車場進行土建施工。部分車站已進場進行車站裝修及機電安裝施工。
儘管土建工程進度已超八成，但由於地質條件複雜，且受上半年疫情造成的工期影響，全線仍然有多個施工難題需要攻克，譬如番禺廣場至南村萬博區間2號盾構井至南村萬博站南端暗挖豎井盾構區間下穿既有地鐵七號線、冼村站超大斷面暗挖、橫瀝至中間風井盾構區間聯絡通道開挖施工等。目前，廣州地鐵正在採取積極措施，投入優勢資源，統籌推動全線的土建、機電工程施工，確保年度建設任務順利完成。
文、圖：廣州日報全媒體記者 李天研 通訊員 李遠雷、曾智威廣州日報全媒體編輯 曹騰