◎ 科技日報記者 矯陽
2020年10月30日，在濟南市天橋區濼口浮橋渡口旁，“泰山號”盾構機巨大刀盤破土而出，被譽為“萬里黃河第一隧”的濟南黃河隧道工程東線隧道率先貫通。標誌着我國在建最大直徑公軌合建盾構隧道取得重大進展。
黃河濟南濼口段，河牀高出南岸城區地面5米，最大洪水位高出河牀11.62米，是一條罕見的、水量巨大的地上“懸河”，濟南黃河隧道正從這裏穿越。隧道全長4760米，其中盾構段長2519米，隧道管片外徑15.2米，也是萬里黃河上迄今在建最大的隧道。
據介紹，針對大直徑盾構隧道首次穿越“地上懸河”，以全國勘察設計大師、中國鐵建首席專家、鐵四院副總工程師肖明清為核心的鐵四院設計團隊，首次設計了雙道防淹門解決方案，實現全方位有效封堵，保護城市安全。同時濟南黃河隧道穿越城市繁華區域，為拓展城市空間，隧道設計為雙管雙層，市政道路與軌道交通合建，上層為雙向六車道公路，下層為軌道交通以及管線和逃生通道。實現了一次穿越黃河的利用率最大化，極大降低了對環境的影響。
濟南黃河隧道工程採用兩台超大直徑泥水平衡盾構機施工，盾構機開挖直徑15.76米。施工面臨開挖斷面大、掘進距離長、淺覆土、深基坑、高水壓、地質情況複雜多變等一系列技術難題。
“在掘進過程中遇到的最大難題是河底長距離鈣質結核層，有1000米的區間為鈣質結核‘密集區’，最硬岩石強度達到45兆帕，相當於高鐵橋墩鋼筋混凝土的強度。大塊鈣質結核堵塞格柵，造成了泥水循環系統排漿困難，嚴重時可導致停機、管道被磨穿等問題。”中鐵十四局項目部盾構經理董冰説，其次是黃河底部全斷面粉質黏土地層，土質黏性高，廢漿量大，刀盤易結泥餅。
針對黃河隧道地層特點，工程技術人員在院士專家團隊指導下，依託大數據、BIM和物聯網技術，改造優化了世界最先進超大盾構機，制定出刀盤結泥餅判斷及位置檢測方法，研發一套泥餅形成的預測軟件治理“粘牙”問題。工程已形成“超大直徑泥水盾構廢棄泥漿環保處理及資源化關鍵技術”、“高粘粒地層超大直徑泥水盾構防結泥餅技術”等科研成果18項，報審實用專利13項。
濟南黃河隧道施工還有許多首創。“建設了國內第一條15米以上管片智能化自動化生產線，研發了管片抹面機器人、管片3D智能檢測系統。”董冰説。
據悉，隧道西線正按計劃順利掘進，預計2021年春節前實現貫通。
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