清晨,第一缕阳光穿过双子塔,赶着上班的人们涌进新建成的吉隆坡地铁二号线站内。一阵低沉声中传来“吱”的一声轮盘摩擦铁轨的尖锐声。“去往布城中环站的列车已经进站,请乘客在站台门前排队等候,依次上车。”清亮的女声响起,地铁门轻声开了,难掩喜悦和惊奇的人们迫不及待地挤进车内。
这是中国交建承建的首条海外地铁——马来西亚吉隆坡地铁二号线,3月16日已全线通车,当地时间当天下午3点开始对乘客开放。
吉隆坡地铁二号线是大吉隆坡地区轨道交通网线南北走向的“大动脉”,将使沿线200多万居民实现“半小时生活圈”,极大缓解当地交通拥堵及居民出行不便的现状。二号线全长57.7公里,高架段长38.7公里,地下段长13.5公里,共设36座车站。线路分两阶段建设运营,一期工程已于2022年6月16日开通,共18公里。
中交二航局承建的地下段,包含3座车站、1个盾构区间以及1个逃生井,是地铁二号线的核心工程,其中盾构施工是最难啃的“硬骨头”。回想起当时的艰辛,盾构负责人郭军感慨万千。
隧道全长约2.2公里,呈曲线型,下穿马来西亚皇家剧院、一座泰国神庙、吉隆坡医院和一座高架桥。经勘测,吉隆坡医院足球场下是一片由沼泽地回填而成的软土层,长300米,含水率高达80%,犹如一块“豆腐”。“豆腐”前面是地质较硬的石英岩层,地质起伏较大。
吉隆坡地铁二号线项目采用欧洲标准施工,较为严苛,项目总承包方要求盾构机与轴线偏差不超过6厘米,管片错台和地面沉降均不得超过1厘米,远超国内标准。郭军感受到了前所未有的压力。
2017年11月,盾构机刚始发便遇到了难题。拼装好的盾构机总长135米,项目总承包方提供的始发井长度仅为70米,始发段又处于曲线上,而盾构始发时不能左右纠偏。
如何让135米的“长龙”在狭小的空间内实现始发,并安全通过300米小半径曲线?国内没有先例可循。项目团队不停翻阅资料、进行数值模拟和无数次演练验证,最终决定采取“分体始发”和“割线始发”技术。
拼装完的盾构机分为主机和10台配套设备(即台车)。始发时,分两部分进行,主机和前3台台车先始发,另外7台台车在工作井外,用延长的管线和盾构主机连接,等前部分进入隧道,再将后面7台台车吊装下井与前面3台台车连接。
“割线始发就是把盾构机始发的临时轴线定为设计轴线的一段割线的一种始发方法。而临时割线的终点,需定在保证盾构机与轴线偏差控制在6厘米以内、并且到达这里时就可以纠偏的点。”项目技术负责人熊栋栋说。
中交二航局项目团队一次次计算模拟,反复进行验证,最终确定了盾构机最佳始发角度。三个月后,盾构机顺利始发。
牛刀小试并没有让郭军放松下来,他知道更大的考验还在后面,“豆腐”地层始终是压在他心头的一块大石头。盾构机从硬土进入“豆腐”地层时,正好处于300米转弯半径的曲线段,且距离接收井最近距离不到50米。
“盾构机从硬土里突然钻进‘豆腐块’,土体承载力突然变小,软土层易造成较大沉降,可能发生喷涌,甚至塌陷。盾构机自身过重,若停机时间过长,存在栽头风险。同时,盾构机沿着曲线掘进,必须时时纠偏,而土体难以提供盾构机纠偏的反力,更不能完全依赖管片纠偏,如纠偏量过大,容易造成管片上浮、错台、破损或破裂以及地面较大沉降。”郭军说。
因此,如何控制盾构机掘进姿态,控制纠偏,保证盾构机一次性快速通过“豆腐”地层,并且不能仅依赖于管片纠偏,成为了项目团队亟待解决的难题。
为攻克难关,郭军带领团队再次精进研究,多少个通宵达旦,一遍遍计算,一次次模拟演示,终于找到突破口。
国内普遍使用的盾构机为单铰接系统,只在盾构机前盾和中盾之间设一个单铰接,整体长度过长,转弯半径过大。只有缩小盾构机转弯半径,才能使盾构机实现小幅度灵活纠偏。
项目团队决定在盾构机中盾和尾盾之间增加一节铰接,即增加一节“关节”,保证盾构机可以在小半径曲线上一点一点连续转弯掘进。同时,盾尾采用双液浆同步注浆,让土层在14秒内快速凝结,提升土层自稳性。掘进过程中,盾构机通过不断调整铰接打开度和掘进油缸油压调整盾构姿态,以铰接纠偏为主,管片纠偏为辅,实现时时纠偏。
这一天,盾构机即将穿入“豆腐块”,所有人员屏住呼吸,郭军一边紧紧盯着控制屏,一边发号施令。盾构机犹如一条游龙缓缓滑入隧道。经过几个月不断演练,司机熟练操控,一点点纠偏,一点点行进,显示屏上盾构机始终在轴线上下6厘米范围内平稳前进。经监测,最终地面沉降和管片错台全都控制在1厘米内,盾构机与轴线偏差平均控制在4厘米内。
对于施工标准,中交二航局项目团队给出了更高版本。(刘新梅)