中国内地首个穿越黄河的铁路隧道2014年于兰州地铁工程实施

2014年11月1日8时，正在修建中的甘肃省兰州市的轨道交通1号线一期工程迎来了一个重要的里程碑时刻：泥水盾构机“金城5号”正式从迎门滩右线隧道始发。至此，国内首条穿越黄河的地铁隧道工程——迎门滩至马滩区间盾构下穿黄河正式实施。

工程计划于2015年1月至3月盾构正式进入黄河底部进行掘进作业，整个隧道位于黄河河底下15.13米至22.45米。该工程意义重大，影响深远，也意味着兰州人的“地铁梦”又向前迈进了一步。

采用最先进的泥水加压技术

迎门滩站至马滩站区间位于安宁区银滩黄河大桥南北两侧，右线长约1906米，左线长1908米，将采用盾构法施工。为了避开银滩黄河大桥桥桩，本区间选择在银滩黄河大桥上游约50米位置进行盾构下穿黄河，其中左、右线下穿黄河段长度均为404米。整个隧道位于黄河河底下15.13米至22.45米。

此次盾构下穿黄河，专门采用了直径6.48米、长96米、总重达500多吨的泥水盾构机。该盾构机采用目前世界上最先进的泥水加压技术，计划于2015年1月至3月盾构正式进入黄河底部进行掘进作业。如果进展顺利，该隧道工程将在10个月内完成。

中铁第一勘察设计院穿黄隧道总体设计负责人王飞向记者介绍道，整个掘进过程高度自动化，始发井内只需2名操作司机以及几名辅助工人进行工作，每个月的平均掘进速度可以达到200米左右，每天平均掘进速度可以达到10米左右。

工程建设条件国内罕见

“此次迎门滩至马滩区间盾构下穿黄河是国内第一条穿越黄河的地铁隧道工程，如此高难度的工程建设条件在国内十分罕见，更面临着许多技术难题。”据项目负责人介绍，由于黄河水量丰富，河床以下地层基本以砂卵石为主，渗透系数较大，盾构掘进过程中，可能存在局部土体失稳或涌砂涌水问题；部分地段岩层较硬，可能存在较大粒径飘石，从而造成盾构刀盘受损；特殊地层仓内作业时存在土体塌陷，有毒有害气体会对作业人员造成伤害等。

据介绍，为了应对盾构穿越黄河过程中各类技术难题，兰州市轨道交通公司与施工单位专门制定了专项应对措施。针对地层中可能存在大于粒径500毫米的飘石，施工单位将采用面板式刀盘，并设置滚刀，可将螺旋输送机送不出去的大卵石切碎以便排出；在隧道施工过程中，还将加强内部通风，防止有毒有害气体侵入，并加强监测，发现问题后及时采取有效措施。

工程将两次穿越黄河

其实，地铁穿越黄河只是兰州轨道交通1号线一期工程遇到的难题之一，还有盾构穿越砂卵石地层、湿陷性黄土地层、地下水防腐处理等，是兰州轨道交通建设中遇到的“四大技术难题”。目前，已经进行有针对性的研究，制定了相应的解决方案。

在此次建设中，轨道交通将两次穿越黄河，分别在奥体中心-世纪大道和迎门滩—马滩区间，下穿黄河隧道分别为317米和404米。这是国内首次穿越黄河的地铁修建工程，主要存在的施工难点有：两穿黄河区段水文地质条件复杂，可能出现涌水、涌砂、隧洞内渗漏水、高水压下盾尾密封失效、隧洞上浮难题；管片拼装及管片接缝、进出洞圈密封等部位的防渗处理；地层软硬不均，对刀具磨损大；长距离掘进存在刀具磨损及换刀作业等技术难点。

针对这些难点，建设方提出了技术解决方案。根据工程地质条件特点，两穿黄河段施工法将采用泥水平衡盾构法。

盾构将穿越砂卵石地层

在轨道交通1号线修建中，盾构区间大部分在卵石层中掘进通过。据介绍，卵石层具有渗透系数大、透水性强、围岩稳定性差、最大粒径可达30—60厘米，承载力特征值达到650KPA，且分布无规律、局部地段有胶结等特点，这些都对轨道交通建设产生影响。

针对兰州砂卵石地层特征，工程建设将结合国内盾构法在相似地层成功施工的案例，从盾构选型、土体改良、刀盘和刀具配置以及盾构推进参数的选定等方面进行认真分析研究，最终确定各项控制参数的最优组合。

据悉，湿陷性黄土层是轨道交通工程建设遇到的又一个难点。在东部市场—东岗区段，地面以下9米至13米为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅲ级（严重）局部Ⅳ级（很严重），对工程修建影响较大。

针对这些问题，建设方提出技术方案，对于地基湿陷等级为Ⅲ级，局部Ⅳ级的，当结构底板下失陷性土层小于2米时，采用2:8灰土换填来处理，当结构底板下失陷性土层大于2米时，采用灰土挤密桩措施处理。