地铁2号线将走海底隧道到海沧
2015-08-14
连通大兔屿的施工钢便桥，为建设风道做准备。
海上勘探需要在大型船舶上进行。
在地下打洞穿行，本就是件不易的事情，岩层、孤石、泥沙……厦门复杂的地质条件让地铁建设的难度更上一层楼。如今，地铁1号线建设如火如荼地顺利进行，那么，需要过海而行的地铁2号线建设会遇到怎样的难题，厦门轨道交通集团有限公司（下简称“轨道集团”）的技术人员又要拿出怎样的解决方案和努力来保障这一工程顺利进行呢？记者专门采访了地铁建设的相关负责人和专家，为您揭开地铁2号线过海段建设的奥秘。
文/本报记者卓悦佳
图/本报记者王协云
国内第一条
采用盾构法施工地铁海底隧道
地铁2号线是厦门地铁交通线网中的中心放射骨干线，主要承担了本岛与海沧城区间跨海交通功能，全长41.5公里，设计车站32站，均为地下站点。其中，整条线路施工最大的难点在于工程需要穿越厦门本岛与海沧区之间的海域。地铁1号线同样需要过海，但1号线通过改造现有的高集海堤，地铁将从改造后的海堤桥上通行过海，连接厦门本岛与集美区；而2号线的过海段并没有合适的可以直接利用的连接通道，必须从海底挖掘两条地铁海底隧道，以供地铁车辆通行。
根据方案，2号线的过海段位于海沧大道站-东渡路站区间，地铁线路呈东西走向，西起海沧大道站，先沿海沧大道向北敷设，后折向东入海，海底隧道下穿厦门西海域、大兔屿、厦门西港，于东渡国际码头1号泊位上岸，然后向南下穿邮轮城二期地块，到达东渡路站。过海段区间全长2.7公里，其中，仅海底隧道的长度就达2.1公里。去年年底，2号线就率先开始对过海段进行施工，目前海沧大道站已经围挡施工。
结合2号线过海隧道所处的地层条件，经专家多次研究论证，地铁2号线的过海段将采用“盾构法+矿山法”的组合施工方案。而为确保隧道的建成质量，矿山法段只用作初期支护，采用盾构机在海底土层中掘进，同时，为了尽量减少对周边环境的影响，盾构设备将选择对地层沉降变形控制更好的泥水平衡盾构机，盾构机开挖的泥渣采用压滤处理，实现“零污染”。
据介绍，厦门地铁2号线的过海隧道是全国首条采用盾构法施工的地铁海底隧道，“根据国家的标准，地铁的所有工序都是危险性较大的分项工程，而海底施工被列入高风险项目。”轨道集团安全总监白国斌告诉记者，这就意味着所有工序都要有专项方案，有专门的应急预案，所有方案内容都要由专家论证通过，并且在施工前还要提前对高风险和关键性节点等进行专项验收，只有所有准备工作就绪后才能动工建设。
历时20个月
勘察地质地震和海底孤石
要使用盾构机掘进，就要提前摸清海底的地质情况，这是施工前期最重要的工作，甚至决定了地铁的最终走向。在陆地上，通过钻孔了解地质是常用且容易操作的做法，但是在海面上对海底的地质进行钻探，难度却大大增加。
“地面上钻探可以暂停，海面上钻探必须连续作业。”轨道集团副总工程师徐超说，由于主航道上海况复杂，需利用大型船舶作为勘探平台，下钢套管作为导管进行钻探作业。一旦中途避让过往大型邮轮或货船，就会前功尽弃。
记者了解到，地铁2号线过海段的勘察共分为三个阶段，即初勘、详勘和加密补充勘察。2013年2月，当人们还在享受春节假期时，由两艘工程船搭建的钻探平台驶入厦门西海域，经过长达4个月的水上钻探和物探，至6月14日完成了外业工作。同年12月又进行了过海段线位专家咨询会，勘察单位又对优化后的方案进行了补充初勘。初勘结束后，2号线过海段的走向基本确定下来，2014年3月开始针对过海段进行详细勘察工作，详勘历时7个月，至2014年10月结束。这段长达20个月的勘探过程中，共完成海上钻孔236个，钻探长度达9000余米，另外还完成了47.5公里的海上地震勘探工作，为稳定设计方案及施工工法提供了详实的地质依据。由于西海域段主要底层为花岗岩，其特点是，风化后的土层中一般残留孤石。为了进一步查清“漏网”孤石，给盾构施工扫清障碍，提前进行爆破处理，目前正针对孤石进行专项勘察（加密补勘方案）。
实际上，除了海上勘探的技术难题以外，如何减少对海上航道交通的影响也是重中之重。据介绍，海上钻探的地点正位于厦门船舶通行的主航道上，船舶往来密集，勘探又必须在白天进行，如何在尽量减少对船舶通行影响的情况下，完成2号线海上地质钻探的任务呢？
记者了解到，厦门轨道集团、勘察实施单位中铁大桥院在厦门海事局的指导下，委托集美大学的专家，专门编制了钻探施工期间的通航安全评估报告评估钻探平台占据主航道施工时对船舶通航的影响，提出了不同吨级、不同类型船舶通航限制条件，及不同施工阶段的临时通航方案，还不断根据专家及相关单位意见进行修改，仅通航论证就做了四次评估。而在实施过程中，也得到了市地铁办、海事局、引航站、港口局以及相关的十余家码头单位的大力支持，“有时候施工延长了几个小时，所有的船舶都在旁边等着。”徐超说，有了众多单位的帮助和支持，这才有了此次勘探的顺利进行。
名片
厦门地铁2号线
厦门地铁2号线全长41.5公里，设计车站32站，覆盖了岛内东海岸两岸金融核心区、邮轮母港开发区、海沧CBD开发区、马銮新城开发区等厦门市重要的开发建设区域，构建了本岛与海沧区的快速过海连接通道，是促进岛内外城市新功能区的开发建设，增加地铁沿线土地利用价值，改善投资环境、生态环境、城市环境的一条重要地铁交通线路。这条线路除了要跨越西海域而行以外，还将在海沧区的海沧湖底、五缘湾海底通行，也要下穿鹰厦铁路和厦深高铁，施工难度极大。
进展
海沧大道站开挖
记者了解到，目前地铁2号线的海沧大道站已经进入开挖阶段，利用海沧大道站端头作为盾构井，力争今年年底具备盾构机下井入地的条件，明年初能够始发2号线的第一台盾构机。同时，2号线的岛内段正准备进行施工前期的道路、管线等迁改工作，计划年底开工。
解密
工程师巧妙应对
海底施工“拦路虎”
地质勘探的前期准备工作做完，接下来就该轮到用盾构机在海底挖隧道了，那么在海底又会碰上哪些难题，该如何解决呢？
1、海底地层可能会坍塌
破解:通过冷冻方法将土体变成冻土
与其他隧道一样，地铁隧道也需要建设联络通道，地铁运营期间特殊工况下（如列车阻塞、火灾等），人员可通过联络通道疏散至另外一条安全隧道。2号线的过海段左、右线隧道间设置了4座联络通道。其中1座位于海底中-微风化地层中，3座联络通道地处海底全强风化地层中，全强风化地层中联络通道常规开挖容易发生坍塌。要想工程安全施工，就需要在开挖前对地层进行加固处理。
厦门轨道交通集团邀请了盾构及掘进技术国家重点实验室开展“过海区间冻结法科学研究”，提出了海底冻结法，即通过冷冻方法将土体变成冻土，有效减少渗漏、涌水出现，这种做法在国内尚属首次，有效填补了国内海底联络通道冻结法施工技术的空白。“海水的冰点比淡水低，但不同含盐量的海水冰点又各不相同，在实际施工过程中，难度将会更大。”厦门轨道交通集团工程管理二部经理苏文德说，因此，在施工时，要随时监控土体的冷冻速度和厚度、冻土平均温度等等参数，以减少工程风险。
2、盾构机刀盘磨损需更换
破解:专业人员穿戴潜水设施,进入盾构机刀盘仓作业
盾构机掘进虽然速度快，安全性高，但是负责切削土体的刀盘不可避免地会出现磨损，使用一段时间后就需要进行更换。在陆地上，暂停盾构机来更换刀盘都是一件不容易的工程，更何况是在深入海底几十米的高压环境下更换刀盘:水下压力大、盾构机停机时间长可能导致地层坍塌、需要潜水作业等等。
轨道集团副总工程师徐超告诉记者，这个工程预计需要在海底更换刀盘约20次，要根据不同的水压，调整好盾构机刀盘仓压力，请专业人员穿戴潜水设施，乘坐高压仓，进入盾构机刀盘仓进行作业，为了确保安全，一般选择在地质稳定地段进行换刀，随时监控仓内压力。
3、两段隧道对接可能海水倒灌
破解:在矿山法隧道内先制作密封“盒子”，供盾构机安全进入
2号线的过海段将由盾构法和矿山法共同建设，但是当盾构机从一头的盾构法隧道掘进到另一头的矿山法隧道时，风险极大，一旦处理不当，就可能导致海水或者土体从两种工法隧道接缝处倒灌涌进隧道内，造成工程事故，那么如何保证不同工法建设的隧道在海底顺利对接呢？
工程师们想到了一个好办法。他们在对接处矿山法隧道内先制作密封“盒子”，然后盾构机安全进入“盒子”，再打开“盒子”，让盾构机进入到矿山法隧道口。
4、风道需穿过三十多米深海水
破解:在大兔屿上修建风道
地下隧道需要通风换气，确保隧道内的空气流通，因此需要修建风道。隧道内发生事故时，风道也可以用于逃生。修建风道对于陆地上的隧道而言并不是个复杂的事情，但是对于海底隧道却是个十足的难题:风道修几个？在什么地方修？怎么修？如何能保证安全？地铁2号线过海段的风道施工也面临着这些难题。
实际上，由于2号线的过海段长达2.7公里，而根据隧道风道建设的标准，每1.8公里就应该修建一个风道，这就意味着，过海段的风道必须修建在海面上，同时穿过三十多米深的海水，与隧道准确对接。
好在，这片海域并不是茫茫一片，工程师们将利用大兔屿修建风道——地铁2号线的隧道刚好从大兔屿下通过。根据设计方案，大兔屿上修建的风道竖井深度达32米，竖井完工后还需暗挖通道至过海隧道，临海施工，施工难度大，风险高，且大兔屿为孤岛，无进出通道。为了解决这些问题，施工单位将搭设450米的临时钢栈桥，解决岛上施工所需的机械设备和材料问题；严格控制把控竖井施工的精度与进度，同时加强地面及围护结构监测等措施来应对风险。本文来源：台海网
