福州地铁攻克世界级穿江难题 4号线金洪区间左线贯通

地铁4号线金洪区间穿江示意图。

近日，在闽江大道地下30米，盾构机刀盘徐徐切削地连墙后破墙而出，刀盘精准进入钢套筒，标志着福州地铁4号线金牛山站至洪塘站区间（简称“金洪区间”）左线盾构（上游）顺利接收。至此，4号线全线隧道已完成98.8%。

接下来，福州地铁春节不停工，120多人将全力攻坚金洪区间右线隧道（下游）。该隧道全长1185.42米，盾构下穿位于洪山桥附近的闽江底两条地质断裂带交会处，江面宽约440米，险关重重。

“金洪区间过江段涉及27种地层，隧道断面占21种。施工过程中，由于地质复杂，导致频繁发生开挖面坍塌、刀具异常损坏等情况，右线掘进风险甚于左线隧道。”上海隧道工程有限公司福州地铁4号线1标盾构总工杨燚说，早在施工前期，中国工程院院士卢耀如等专家就把此处的施工评判为世界级难题。

冲破重大风险源

过江段左线贯通

自2021年4月11日左线盾构始发，至2023年1月11日洞通，耗时640天。其中450天攻坚440多米过闽江段施工，施工工效不足1米/天，是在普通地层中日常掘进速度的十分之一。

盾构机在上软下硬的复合地层中掘进本就艰难，又遇上多处岩脉区域常产生基岩突起，造成机体刀盘刀具磨损严重，不得不频繁开仓作业清除石块、换刀。全过程累计损坏刀具140余把，工人轮班高压进仓作业850余次，共打捞石块900多立方米。

面对“盲盒”一样的复杂地质，加上闽江暗流翻涌的水文条件，上海隧道工程有限公司福州地铁4号线1标盾构经理樊俊松说：“每一天都有可能遇到新问题、新风险。大家都如履薄冰，一刻也不敢松懈。”

就在左线接收前20米处，盾构机还在下穿附属风亭段突然遭遇长3.8米的辉绿岩孤石。为确保运营中的地铁5号线和风亭安全，施工方及时加注高分子材料，提升正面支护能力，调整推进参数，精准控制沉降；同时在风亭内外加密监测巡视频次，24小时实时监测分析数据，杜微慎防。经过推进班组、监测班组、技术人员两天两夜坚守，终于顺利“拿下”孤石，风亭监测沉降控制在1毫米内。

此次左线隧道顺利贯通，标志着福州地铁4号线单线全线贯通，为福州地铁攻克过江和复杂地质难题积累了丰富经验。

施工团队实时监控盾构作业。

三座“大山”挡道

右线施工难度甚于左线

左线接收之际，右线进入新的攻坚阶段，右线隧道的难题更加严峻。

“虽然两条隧道相隔仅6米，但由于右线地处两条地质断裂带交会处，在地下形成了三座最难啃的、坚硬如钢又支离破碎的‘大山’。地质情况更加恶劣，施工难度更大。”樊俊松说，三大施工难题也给推进施工造成巨大困难。右线盾构于2021年10月18日开始过江，经过近15个月艰难施工，目前仅推进60米，施工工效急剧下降至4米/月。

重难点一：“碎石带”导致“肠梗阻”，掘进1米开仓200多次。

据介绍，去年11月底掘进至563环时，右线盾构正位于两条地质断裂带交会处上软下硬复合地层，破碎的大石块不断掉入泥水仓，导致环流严重堵塞，停滞不前。施工方权衡各种利弊后，决定聘请专业开仓队伍顶着高压进入盾构机气泡仓清理碎石块。

工人连续20天不间断开仓作业，掘进1米最多要开仓200多次。在气泡仓内，工人承受着犹如在36米水下深潜的重压，还要徒手搬运大石块，每当有掉落的大石块尺寸大于前闸门无法直接掏出时，还要使用破石工具对石块进行破碎。他们像“蚂蚁搬家”一样把碎石块逐步清出，每次开仓用时5小时（1.5小时作业，3.5小时减压）仅能清理0.2立方米石块。在清理出20余立方米石块后，盾构机终于再次加速前进。

重难点二：岩层成浆能力严重不足，导致盾构“血栓”。

由于右线过江段岩石地层本身没有成浆条件，自盾构机掘进至岩石地层以来，泥水循环系统的泥浆指标不断下降，进而造成泥浆携渣能力降低，盾构机刀盘切削下来的石块带不出来，滞留在泥水仓和气泡仓内堵塞环流。这好比人体血液循环系统中出现血栓，导致血液循环受阻，整个机体也因此停摆。

重难点三：超硬岩层和孤石频繁“磕牙”，稍有不慎就会“头破血流”。

从勘测地质图纸可以看到，右线盾构途经路线的混合地质更为复杂，上软下硬的地质范围更广，孤石出现得更频繁，这是右线进度滞后于左线许多的原因。由于岩石段地层石块最高强度达161MPa，平均强度也有90MPa，相当于水泥马路的三四倍，嶙峋交错且坚硬的破碎地层常常会磨损刀盘上的刀具，使得盾构机的“牙齿”处于亚健康状态，破岩能力大打折扣。

“先是磨‘牙’，然后就是‘牙床’，再进一步就是‘头破血流’了。”樊俊松介绍，刀具发生磨损如果不及时处理，会导致刀盘受损，水下维修及加固难度极大，严重的将危害整个盾构机和隧道的安全。

除了上述重难点外，下穿既有建筑、下穿重要管线、下穿江河、穿越复合地层及全断面硬岩地层和孤石等盾构施工所能遇到的问题，几乎都在地铁4号线金洪区间右线过江段出现。

盾构机刀盘精准进入钢套筒。

十八般武艺上阵

破解各项难题

预知风险点后，为了克服难题，福州地铁采取了优化推进参数、动态调整盾构正面压力、加大盾构机各密封油脂注入量、江面注浆加固破碎地层、江面应急船跟机巡视、在泥水循环系统中加入高分子材料、主动开仓检查更换刀具及清理大石块、加强设备检查维护保养等手段，全力保障穿江安全、高效、顺利。

亮点一：国内首次应用，500吨位大船如“医”随形。

据介绍，由于洪山桥段闽江常年水流湍急，紊流带来的漩涡足以让鹅毛沉底，每日两次潮汐涨落水位差高达5米，不同时段潮汐更是变化莫测，水文条件可与海上作业相提并论。为提前加固江底地质、做足应急救援的准备，福州地铁首次使用江面随行的大型施工保障船。

这艘500吨位的船宽11米、长60米，通常应用于海上作业，用于过江盾构施工在国内是首次。这艘大船对过江盾构来说，好比一个随身医护。樊俊松说：“如果把过江隧道看作一条脊柱，这船能够给骨节断裂的地方做注入骨髓泥的手术，将碎块状的石头固结起来，稳定开挖地层，让盾构走到那些地方的时候更安全。”盾构过江过程中，这艘船也作为应急救援船全程跟班保驾，在江面巡视，守护江底盾构安全掘进。

亮点二：高分子材料不间断“输血”。

针对岩石地层无造浆能力问题，福州地铁立即决定启动新浆拌制系统，使用优质高分子材料每天不停歇拌制高黏度新浆加入泥水循环系统，每环加入新浆高达150立方米。虽然施工成本大大增加，但在一股股“新鲜血液”的注入下，终于保障盾构机可以再度前进。

亮点三：创新建泥膜工艺，保障开仓作业顺利。

针对岩石地层刀具磨损严重的问题，施工团队主动出击，根据推进参数提前预判刀具状态，每推进3米就主动开仓进泥水仓检查更换刀具。由于破碎带地层带压开仓保气困难，施工团队还创新建泥膜工艺，成功在破碎带地层4次建立优质泥膜并带压进入泥水仓作业，提高开仓作业效率，保障施工安全。

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地铁4号线最新进展

地铁4号线一期工程设23个车站，起于半洲站，途经金山、鼓楼、晋安、仓山片区，终于帝封江站。

截至目前，全线车站主体结构已封顶，盾构区间除金洪区间右线过江段外已全部贯通，全线隧道进度98.8%，铺轨进度约96%，机电安装及装修施工进度约90%。电客车目前已到场17列，其中10列已完成动态调试。（记者 赵铮艳/文 陈暖/摄）