隧道工程施工技巧

     南京长江隧道，位于南京长江大桥与三桥之间，全长5853米，采用“左汊盾构隧道+右汊桥梁”方案，为双向6车道，设计时速80公里，连接江北地区与江南繁华地段。 

    在中国第一大河万里长江上，已建成和正在修建的大桥有60多座，其中仅长江入海口的上海和中游的武汉建成过江隧道。南京长江隧道盾构直径14.93米，远大于武汉长江隧道的11.6米，也超过了目前世界上已建成的最大隧道——荷兰格林哈特隧道。 

    “南京长江隧道是极具挑战性的世界级穿江工程，面临许多世界级技术难题的挑战。”中国工程院院士钱七虎说。 

    据了解，长江隧道盾构直径超大，开挖直径为14.96米，水土压力高，每平方厘米达6.5公斤，居世界同等直径或更大直径盾构工程之最。而且长江隧道地质条件复杂，地层透水性极强，施工风险巨大，加上江底隧道埋深超浅，由于隧道线路纵断面受地形条件制约，江底有150米长的地段隧道上方覆土厚度不足1倍洞径（约11.49米，仅为洞径的0.77倍），且地质为粉细沙层，施工坍塌冒顶风险极大。 

    此外，盾构机始发段超浅埋，隧道洞口段上方覆土厚度仅5.5米，在同类隧道中埋深最浅，对盾构开挖时开挖面稳定和地层沉降控制的技术要求极高。再有在长江水下3020米的盾构段隧道掘进需一气呵成，也开创了世界水下工程的新纪元。 

    那么面对如此多的难题，中铁十四局集团建设者是如何破题的呢？ 

    队伍建设 培养一流施工团队 

    工程伊始，中铁十四局集团南京长江隧道工程建设指挥部就确立了“坚持以我为主，依靠科学，占领地下工程的科技制高点；创新管理，提升企业核心竞争力”的指导思想。把隧道工程建设作为锤练队伍，掌握超大盾构隧道工程建设核心技术、培育顶尖级隧道工程建设领军人物和人才队伍的机遇和战场。 

    为了建设好南京长江隧道，指挥部从基础培训入手提高队伍素质，投入2000多万元资金，采取岗培和外培等多种方式，对所有进场的管理人员、技术人员和设备操作人员，无论是内部职工还是外聘人员，坚持先培训，持证上岗。先后对员工进行了纪律培训、技术培训和业务培训。纪律培训通过早晚点名、列队上工等形式，实行半军事化管理，培养了员工严谨认真的工作作风。 

    专业技术和关健岗位培训是培养人才的重中之重。指挥部对机械设备操作、液压、设备维修保养、电路、泥水循环系统、管片生产和安装等，重点进行技能培训。结合与外商交流，还安排了外语能力等业务培训。开工以来，组织岗位培训2800多人次，还选送了1030人次到上海、广州、武汉等盾构施工现场学习取经。选派了50名青年大学生持续3个月到广州南沙德国海瑞克公司参加盾构工厂组装，进行跟班学技，要求施工现场作业人员向德国海瑞克公司专业技术人员学习盾构专业技术。 

    参建人员专业技术的提高，提升了南京长江隧道建设施工能力，盾构机机长和操作手，能根椐南京长江隧道不同地质，正确选择盾构机的掘进参数，稳健驾驭盾构机掘进。现场的外国专家感慨：“中国人真聪明。”

    管理优化 成倍提高工作效率 

    根椐盾构隧道施工现场相对集中的特点，传统的集团公司、子分公司两级项目管理形式，不适应高效运转的南京长江隧道建设要求。指挥部改变传统的管理模式，对组织架构进行了整合、优化，实行一体化管理。即主要生产要素统一调配；财务资金统一管理；项目成本统一核算；管理技术人员统一使用；对外关系统一协调。 

    过去，物资设备由各项目部自行采购，造成重复购置和闲置浪费，现在由指挥部统一采购，量体裁衣，量入而出，既满足了施工所需，又降低了成本，堵塞了漏洞。财务的统一管理，有效地控制了非生产性开支，保证了建设资金用在刀刃上。对技术管理人员的统一调配，两级形成一体，推动了技术和管理力量下沉，促进了生产力的提高。 

    以往，各项目分部需应对大量对外协调等事务性工作，由指挥部统一协调后，不仅能将指挥长的指令直面作业层，还将基层项目部从繁琐的事务性工作中解脱出来，集中精力抓施工、抓现场，一心扑在隧道建设上，确保安全质量，加快了隧道施工任务完成。 

    为有效调动各方面积极性，促进长江隧道建设，指挥部创新绩效考核机制，将现场分别为安全、质量、进度、文明施工、机械设备、物资、工程技术、计划合同、财务和综合治理十大板块，每月组织绩效考核，考核的方法，在内部考核的同时，请业主、监理和地方质检部门参与共同评分，并根椐不同时期的工作重点，随时调整权重和分值比例。 

    在一体化管理的架构下，根椐隧道施工专业特点，指挥部以工序为载体组建专业化工段或班组，选派老职工或近年毕业的大学生担任工段长和班组长。要求他们根椐每天的工作量，坚持工前动员、工中检查、工后小结的“三工”制度，在关健技术环节中，采取导师带徒等方式，引导员工在实践中学技学艺。在长江隧道工地，员工队伍中没有职工和民工的区别，各项目部统一职工宿舍，统一生活标准，统一娱乐设施，统一发放工资时间，在住地还安设电话亭。 

    针对工程的布局和特点，指挥部坚持技术集成和管理集成的系统管理，将项目工程分为江北、江心洲两大战区，在江北主战场又划分为盾构掘进、管片生产、附属工程建设三大片区。围绕盾构掘进这一主线，指挥部坚持建立工作流程，闭合管理链条，在工序流程上建立隧道掘进、泥水循环、管片拼装、物流、监测检测、设备维修保养等六大系统。在每个系统中，建立工作流程，明确工作标准、业务职责，责任落实到位。使每道工序环环衔接，每个岗位人员都明白做什么，每项业务工作由谁来做，每项工作做到什么程度，创新管理，使工效成倍提高。 

    工程推进 攻克四大尖端难题 

    根据南京长江隧道施工的设计需要，中铁十四局集团专门委托德国海瑞克公司，依据长江隧道的地质水文条件，量身定做了两台直径为14.93米的盾构设备，每台机器长134米，重达4000余吨，约5层楼高，有3万多个零部件组成，是名副其实的“巨无霸”。 

    如此庞大的设备，运输、安装、调试以及掘进施工中的难度都极具挑战性。业内人士根据南京长江隧道所处地段的地质水文情况分析后认为，盾构机要成功穿江掘进需攻克、防范六大世界级的技术难题和风险。 

    为破解技术难题，应对风险挑战，队伍进场以来，工程指挥部依靠专家团队的智慧，坚持“重大技术方案专家论证，疑难问题专家咨询”，以核心技术为平台，走科技创新“产、学、研”相结合、在实践中走自主创新之路，先后确立了60余项专业技术课题，现场组织科技攻关。 

    超大直径盾构机能否安全破门入洞是决定始发成败的最关键因素，在尚无同类施工经验可借鉴的情况下，围绕重难点和控制风险点，如何将洞内的矛盾解决在洞外，把水中问题化解在岸上，施工中历经了艰难的探索、反复的论证。早在盾构机开始工地组装调试时，建设者就着手反复优化破门方案，组织课题攻关。对洞门周围的连续墙加强支撑，对洞门前方18米土体采用全断面旋喷加固，为防止前方因覆土厚度不足产生盾构机上浮，又延伸37米的半段面旋喷加固，同时，为确保洞门破除及始发安全，在全断面加固的基础上，还采取了2米厚的冷冻墙加强方案，实现了“双保险”。 

    为使盾构机按轴线顺利滑移，科技人员通过改造轨道，安装4条滑轨，并控制焊缝精度，严防了刺渣损伤盾体，避免了相互咬合，使盾构机按精确轴线前移。洞门密封关系到泥水建仓和浆液封堵的成败，施工中通过改革传统单一使用橡胶帘布的方法，既使密封圈和洞门吻合，又使盾体通过时刀具不划破帘布，确保泥水仓及时建立、防渗防漏、压力平衡，同时在施工中还自主创新在帘布后边增设了1.5毫米厚的弹簧钢板，并采用压注高分子聚合材料封堵，使帘布和钢板同时发挥作用，达到密封效果。 

    盾构推进时，综合冷冻、解冻、拔管和泥水仓内压力，综合各种数据、参数，密切关注、检测各类数据系数，决定推力和速度。按照泥水循环分离、掘进、管片安装的严格程序，环环相扣，使右线隧道、左线隧道分别于2008年1月15日、5月8日成功安全始发并不断总结经验，成熟掘进。 

    截至目前，指挥部已投入2000多万元科研经费组织科技攻关，攻克了隧道施工中的四大尖端技术难题，化解了24项施工技术风险点。特别是安全破门、穿越超浅埋、及时排除设备故障、在超高压条件下换刀具和左线近距离、零位移超越右线等科研成果，在业内刷新了水平和纪录。中国工程院院士、南京长江隧道专家组组长钱七虎称，南京长江隧道始发以来，规避了所有能够预测到的施工技术风险。 

    盾构机成功始发后，紧随其后的是如何安全穿越超浅埋、水塘段、长江大堤和城南河。超浅埋段，上方覆土厚度仅为5.5米，施工中通过对地表沉降、水位监测、土压测定、土体位移监测等设立多个观测点，反复观察、分析、判断，制定、优化施工方案，还联合北方交大科研人员进行覆土劈裂的静、动态试验，利用传感器对地面动态、土体多次进行检测，使得盾构机掘进时泥浆配置、压力设定和水土压力吻合，实现快速、安全通过。 

    右线掘进至1316米时，因地质和盾构机刀具问题，掘进受阻。在停机修复过程中，现场依靠专家团队，联合德国海瑞克技术人员，反复研制并实践对盾构机姿态、掌子面稳定和成型管片变形等问题的应对措施，对泥水压力参数、泥浆指标、盾尾密封等一系列技术标准积累了成熟经验。使高气压条件下刀盘刀具修复工作的这一世界级难题成功告破。 

    “我们要以‘如临深渊、如履薄冰’的心态，做到稳字当头、安全第一，保证万无一失、确保成功。”中铁十四局集团南京长江隧道工程指挥部一负责人说。 

    质量严控 建一流精品工程 

    指挥部从进场伊始，就把建设质量目标锁定在创国优精品工程上。 

    管片生产是盾构隧道质量保证的前提，生产过程中，项目部确定“不是精品就是废品”的质量理念，在生产过程和施工环节中，严格选料和按比例精确配料，严格工序自验、复验和审验程序，严格工艺程序和工作流程，严格拆、清模时间和养护；对管片的性能结构，联合西南交大科技人员进行1：1的力学实验，通过模拟管片在地下的受力状态，验证管片结构及设计的合理性，保证了管片质量抗渗、防裂，面层光洁，块块是精品，环环为优良，全过程创优。这一课题已被列入国家“863”科研项目。 

    管片拼装质量是盾构隧道质量创优的保证，安装时既不允许出现错台、喇叭口，也要严格注浆、填实盾体和管片之间的空隙，预防管片沉降和隧道渗水。在负环拼装时，作业人员用20多天时间，昼夜反复探索实践，对基础块、相邻块和压顶块管片，用精益求精、毫厘不差、差一点不行的要求，多次拆卸，追求拼装的完美。按照标准几何尺寸，对预埋的螺栓，严格3次紧固工序。从左右线3500多米成洞的盾构隧道工程质量看，美观整洁，滴水不漏。隧道成型后的管片不漏、不渗、不裂、无错台的这一质量亮点，被国内外行业专家一致认可并感到震撼。德国海瑞克公司雷曼副总裁看过工程后说：你们的工程质量绝对是排在世界前列的，你们第一次做就做得这么好，很了不起。 

    实现质量目标，指挥部在坚持内控制度的同时，还充分依靠和发挥“两院设计”、地方质监、现场监理的职能作用，施工过程中主动接受检查、监督、挑剔，个别工艺上出现的质量问题整改不过夜，实现了开工以来整个工程“质量零缺陷、安全零事故、文明施工零投诉”的目标。 

    仅用5个月时间完成了按正常工期需要一年才能完成的江北超大基坑盾构始发井的全部土建工程；本需5个月而实际用58天时间超常规、超负荷地完成了第一台盾构机现场组装，保证了两台盾构机的调试、安全下井和始发；用4个月时间完成了职工公寓建设，并达到入住条件；对技术参数高、质量要求严、工艺必须达标的管片和箱涵生产，工地坚持生产专业化、工厂化，生产质量已达到了世界级专业水平，箱涵生产去年7月底提前两个月全部完成，管片生产去年11月13日提前48天结束；江北接线道路工程超前组织，基础部分完工；管理中心大楼施工处于可控状态；右线负环拆除方案已经论证并开始拆除施工。江心洲接收井坚持冬季施工，在四面临水的河漫滩上已全部完成基坑开挖和支撑防护，暗埋段所有回填土方全部完工，为迎接盾构机到达做好充分准备。 

    目前，南京长江隧道单线正以日均10米的速度向江南推进，今年年底实现贯通。南京跨江发展战略将很快增添一个强劲的“助推器”。