青岛地铁建设:打通“地质博物馆”

作者 青岛地铁 1月前
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10月26日,全长3.84千米的青岛地铁2号线一期工程延长段正式开工,引发了不少青岛市民的感慨。


他们记得,从1987年第一次提出青岛轨道交通规划,到2009年首条地铁线开工,等了22年。


不过,2009年以来10年间,多条地铁线路相继开工,他们终于等来了轨道交通快速发展的新时期。


在青岛市勘察测绘研究院副总工王殿斌看来,地铁2号线一期工程邮轮母港延长段的开工建设,不仅可以帮助正在崛起的世界级邮轮母港打通交通瓶颈,更是一个标志,意味着青岛向“轨道上的城市”这个目标,又迈进了一大步。“拥有快捷舒适的地铁,是青岛这座城市多年的梦想。但是,对于地质复杂程度犹如地质博物馆的青岛而言,地铁建设的每一步,都在披荆斩棘”。


地铁2号线一期线路图



地质条件“一米一个变化”


2016年12月,青岛市也是山东省首条城市地铁线路青岛地铁3号线正式通车。


这之前,青岛市民经常问一个问题:作为全国少有的海湾型城市,三面环海的青岛亟待降低出行成本,可为什么一直没有地铁?


地铁3号线全线通车


在王殿斌看来,这个问题不难回答。“如果评选中国建地铁难度最大的城市,青岛肯定名列前茅”。


王殿斌回忆,早在1987年,青岛就已经开始筹划地铁建设。不过,由于各种原因,青岛地铁建设搁置了20余年,直到2009年11月,首条地铁3号线工程奠基,青岛开始向着“轨道上的城市”目标全面发力。


地铁3号线开始铺轨施工


但是,从奠基到正式通车,3号线用了6年半时间,“跟其他城市相比,3号线建设速度不快,因为青岛简直就是一座地质博物馆,复杂的地形和地质结构给地铁建设带来了巨大的挑战”,王殿斌说。


地铁3号线太平角公园站出入口


青岛属于典型的滨海丘陵城市,在长期复杂的多种地质作用改造下,形成了上有性质各异的多种松散土体,下有硬度不均岩体的多元复杂地质环境,既有丘陵地带特有的地形起起伏伏、大河小沟,又有水文地质条件复杂的滨海区。


而且,随着城市化建设的飞速发展,冲沟、古河道、浅滩等大量原始地质信息被逐渐掩盖,导致地质信息越来越模糊。


“青岛建地铁,就是在复杂多变隐蔽的地质条件下,反复多次在硬岩、软岩、构造破碎带、性质各异的松散土层、饱和富水砂层、大河小沟、滨海浅滩和海底等多种不良地质条件下频繁‘穿越’”,王殿斌说,“可以说,一米一个变化,工程每推进一米,都极有可能遇到不同的地质条件,可能前半米还是坚硬的岩层,可是下半米,突然出现了一个掩藏的浅滩、暗渠”。


中铁投资集团多年来参与过青岛多条地铁线路建设,该集团隧道专家朱家稳也用“地质博物馆”这个词,形容青岛的“地下世界”。


“原来以为青岛建地铁应该相对容易,因为青岛的地质条件以花岗硬岩为主,这一点曾经被认为是修建地铁的有利条件。


但在实际建设中才发现,青岛地质条件的复杂程度远远超出预料”,朱家稳说,青岛的花岗岩地貌属于“百变”花岗岩,以地铁2号线为例,每个标段的围岩情况都不同,有的地段相隔五米,围岩的硬度就能发生五种变化,几种围岩结构同时出现,如同“鸡蛋和石头混杂”,施工难度可想而知。


而且除了花岗岩,还有安山岩、凝灰岩等等,目前,青岛地铁沿线探明的已知岩石就有30多种。“青岛建地铁,相当于对青岛地质条件的一次全面‘体检’”。


铁路桥隧专家张建民也认为,地铁建设最关键之处在于“治水”,妥善处置地下水以及饱和富水砂层等暗藏的“泥石流”。


但是对于青岛地铁建设来说,治水更是一个巨大的挑战,因为饱和富水砂层是青岛“地下世界”的重要成员;近海地铁线路地质破碎带密布,不少破碎带都有“能量”“沟通”海水。


每条线路都有N块“硬骨头”


根据青岛市城市轨道交通线网规划,青岛轨道交通远景年线网由18条线路(含两条支线)组成。


复杂多变隐蔽的地质条件是18条线路都必须面对的客观难题,此外,每一条线路还有N块自己必须啃下的“硬骨头”。


以首条线路3号线为例,这条拿下我国土木工程重大奖项——詹天佑奖的线路,建设过程中克服了诸多困难,如基岩以高硬度花岗岩为主,地质突变、节理、断裂带较多,地质“上软下硬”;山地丘陵较多,道路狭窄、曲折、起伏较大;从西往东,经过繁华的老城区,人口众多、房屋密集、管道繁多,需要下穿、旁穿的文保建筑较多等。


参加单位之一、中铁十七局集团一公司副总经理兼2标项目部经理秦志斌回忆,3号线建设过程中至少打了六场硬仗:下穿115米胶济线,成功穿越康有为故居、朱树屏故居、小鱼山、海底世界等文保建筑群,泉李区间通过李村商圈建筑群等等。


每一场硬仗,在当时看来都是难以逾越的障碍。比如下穿115米胶济线,当年,青岛地铁联合项目部组织国内资深专家对下穿胶济铁路方案进行把脉,确定了下穿隧道先搭设115米大管棚作为支撑体系,后在胶济线架设钢便梁的方案。施工方利用晚上列车不运行的一小段时间间隔施工,最终成功下穿胶济线。


地铁3号线泉李区间贯通


去年贯通的青岛地铁1号线海底隧道,被形容为海下88米的奇迹,创造了三个记录:国内首条地铁海底隧道、国内最深的海底隧道和最长的地铁海底隧道。


其中,隧道海域段长度约3.49公里,并不算长,但是从2015年9月动工到去年11月贯通,用时3年多,相当于每年只打通了约1公里。


施工单位项目经理胡红星回忆,1号线海底隧道贯通的那一刻,所有施工人员都长舒了一口气,紧崩了一千多天的神经终于放松下来,“施工难度非常大,最深处比胶州湾隧道还要深,距海平面88米,所以隧道上方每平方厘米至少承受8.8公斤水压,相当于隧道每延米承受300辆小汽车的压力。


而且整条隧道穿越18条岩石破碎、地下水量丰富的断裂破碎带,稍有不慎就有海水突涌、围岩垮塌的危险”。


地铁1号线海底隧道贯通


胡红星说,为准确预判软硬岩层分布情况、裂缝情况、夹层泥土分布位置及渗水部位,1号线海底隧道综合运用了TSP地质超前预报系统、超前地质钻孔取芯、孔内成像、高分辨直流电法、地质雷达法、红外线法、地质素描等多种手段,“常规的地质勘探,只需要用2-3种手段判断即可,而我们综合使用了6种方案,远近结合,相互验证,力求对前方的岩层进行一个全面准确的分析。”


海底隧道修建方法主要有钻爆法、沉管法和掘进机法。因具有适应性强等诸多优点,钻爆法是主流方法。但在青岛地铁1号线海底隧道施工中,遇到了新情况。


1号线海底隧道与胶州湾海底隧道平行,相距仅150米。“这么近的距离,如果爆破的力度掌握不好,很有可能对正常运营的胶州湾海底隧道造成极大影响”,胡红星回忆,技术人员反复研究爆破施工对胶州湾海底隧道结构的振动影响规律,计算海底地铁隧道合理的爆破施工参数,终于得出一次起爆药量、单段起爆药量、最大爆破循环进尺等主要参数的控制指标,“在爆破时,我们都是多打孔、少放药,控制爆破的振速,先爆破岩石内部,然后再逐层向外爆破,终于将爆破对胶州湾海底隧道的影响降到了最小”。


去年底开始运行的青岛地铁13号线和在建的8号线,施工难度不亚于3号线和1号线。


8号线串联起青岛主城区、红岛和胶州市,几乎连起青岛所有地铁线和重要交通枢纽,被喻为“上高架、穿地下、过大海”。


线路不仅多次下穿铁路、国道、省道、高速路、桥梁、居民密集区等,还要穿越河流、滩涂和海域,尤其是市观区间,约两千余米下穿滨海浅滩虾池、海参池。


地铁8号线完成高架段上跨桃源河


13号线全部位于西海岸新区,全线穿越上软下硬不良地质或软弱围岩多达88处,开挖过程中极易发生地表沉降、路面断裂、坍塌等问题,且周边环境复杂,要穿越6条河流,下穿44处建筑物。


特别是13号线井冈山路站—嘉陵江路站区间,距离海岸线最近仅约17m,穿越碎裂岩,与海水存在连通性,对于工程建设十分不利。


地铁13号线


为克服13号线隧道涌水的工程难题,青岛地铁集团多次邀请国内权威专家咨询指导。


2016年8月,已故著名隧道及地下工程专家、中国工程院院士王梦恕受邀来到建设中的13号线,他当时指出,13号线离海太近,施工难度在国内是最大的。


地铁13号线车站


“王梦恕院士现场把脉,对混凝土耐久性设计、隧道防排水方案、注浆堵漏措施、防海水腐蚀材料等进行了全面深入的论证研究”,青岛地铁集团总工程师迟建平说,通过采用系统的深孔注浆工艺及先进的注浆材料,13号线最终攻克了隧道涌水的难题,“去年底通车以来,隧道洞内干燥无水,取得了良好的工程和社会效益。王梦恕院士如果知道,一定很开心”。


地铁13号线俯瞰


“豆腐”里成功雕出了花


迟建平回忆,王梦恕生前非常关心青岛地铁建设,数次到青岛考察,他曾经用“豆腐里挖隧道”、“豆腐里雕花”,形容青岛地铁建设的难度,并且为青岛地铁建设开出了“药方”——“创新”。


“‘创新引领’一直是青岛地铁建设的强力引擎”,迟建平说,青岛地铁自开建以来,在隧道掘进、减震降噪、爆破震动等领域,采用了多个新技术、新设计、新设备,多项达到国际领先水平或在国内首次采用,“地铁在哪里施工,哪里就有新动能在蓬勃生长”。


来青岛前,中铁十二局集团有限公司青岛地铁四号线土建01工区项目经理安振超参与过多个城市的地铁建设,见多识广,不过,青岛地铁采用的不少新技术、新设计、新设备,仍令他惊奇。


青岛地铁博物馆陈列的一张图片,就给安振超留下了深刻印象。一个身长近百米、形如“小火车”般的“大家伙”,从从青岛地铁2号线高雄站地下30多米深处“破壳”而出。


这张图片记录了青岛地铁建设的一个重要时刻,2016年8月3日,青岛地铁2号线首个TBM区段——高(雄站)海(安路站)区段右线提前20天贯通。


形如“小火车”般的“大家伙”,学名为“紧凑型双护盾(DSUC)TBM”。


不过,见过它真容的青岛市民,为它取了“穿山甲”、“钻地龙”等别名,“别名更能形象描述它的功能,不论什么岩石,遇到它都会‘服软’,掘进速度是常规钻爆法的3到5倍”,安振超说,这是青岛地铁集团联合中船重工集团“量体裁衣”,针对青岛独特的地质条件研发的一台隧道掘进机,并以此为基础形成了设备制造、土建设计、施工、应急管理等的成套技术,“2号线在国内地铁领域首次成功应用该技术,小试牛刀之后,如今这套技术在4号线等各条在建线路上大显身手,青岛地铁应对复杂地质状况、加快施工进度的信心更足了”。


TBM


安振超说,一项被比喻为“在豆腐里掏洞”的技术,也给他留下了深刻印象。


这项技术解决的是青岛地铁建设中的减震降噪难题。青岛地铁集团联合高校和科研院所,将应用于国防军工领域中的喷涂型高分子减振材料经过改进,在地铁工程中进行应用试验,开发出粘弹性约束阻尼新材料和新工艺,专用于地铁隧道减振降噪,取得具有完全自主知识产权的科技成果,经鉴定达到国际领先水平,并获得国际发明专利。


已经开通的3号线和13号线,也有多项技术填补了国内行业空白点。


3号线人民会堂站至汇泉广场站区间借鉴国外隧道的经验,创新性采用了单层锚喷衬砌支护,以及基于可降解生物材料的新型防排水体系,填补国内行业空白,成为青岛地铁乃至全国地铁最具特色的区间隧道之一,既能保证结构的强度和耐久性,又达到节能、环保的效果。


人民会堂站斜井


传统的地铁施工中,安全监管大多由人力来完成。但是在地下隧道里,人的目视距离只有50米左右,如果要对轨行区实时全程监控,每隔100米就要部署人力。


13号线则采用了“智慧云平台”,集轨行区全程视频监控、隧道内外语音通信、人员机具实时定位、车辆运行临近报警、交叉施工虚拟安全防护、限速区域设置和超速报警、手机客户端管理等功能于一体,对于传统地铁施工管理中遇到的每个问题,都有相应的解决对策。



“智慧云”上岗,13号线施工中节省人力成本上千万元,总工期节省近6个月。


安振超说,在青岛建地铁,是一段难得的经历,“从青岛地铁走出去的,基本能满足国内其他任何一座城市的地铁建设要求,因为这里的建设条件足够复杂,施工技术基本囊括了国内领先的所有工法,的确是在豆腐里雕花。



到现在,青岛开通了4条地铁线路,成功雕出了4朵花,相信未来还能雕出更美的花”。



平台编辑:青岛地铁

图文来源:部分图文源自网络

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