6月22日10時18分，河南滎陽，南水北調(diào)中線穿黃工地，“穿越號”盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過720個日夜、4250米的掘進(jìn)，順利到達(dá)黃河南岸隧洞的進(jìn)水口，這標(biāo)志著國內(nèi)最大的穿黃隧洞——南水北調(diào)中線穿黃上游隧洞全線貫通，清澈的漢江水將由此北上，與滔滔黃河十字立交，各行其道。這是國內(nèi)第一次采用大直徑隧洞穿越黃河，國內(nèi)水利工程最深的盾構(gòu)始發(fā)，隧洞雙層襯砌的結(jié)構(gòu)型式在世界前所未有……這不僅是空間的穿越，也是無數(shù)工程技術(shù)難題的穿越。
在黃河下最深35米處，如何挖掘數(shù)公里長的隧洞？如何防范漏水和坍塌？技術(shù)難題是如何解決的？
黃河底部隧洞怎么挖？
直徑9米的盾構(gòu)機(jī)，挖洞就像電動剃須刀刮胡子
南水北調(diào)中線工程從長江支流漢江上的丹江口水庫引水，沿伏牛山和太行山一路北上，在鄭州市附近穿越黃河。
然而，要在黃河底部鑿出兩條長4250米的隧洞，每條隧洞直徑7米，談何容易！“穿黃不通，千里無功?！蹦纤闭{(diào)中線建管局局長石春先說，穿黃工程是南水北調(diào)中線的關(guān)鍵性工程，是整個干線工程的“咽喉”，也是技術(shù)難度最大的工程。
在黃河底部35米深處怎么挖隧洞？
中線河南直管建管部總工王江濤說，穿黃工程使用的盾構(gòu)機(jī)直徑達(dá)9米，總長度80米，重量達(dá)1166噸。盾構(gòu)機(jī)前面有一個刀盤，刀盤上有145把刀片，刀盤旋轉(zhuǎn)，把大塊土體切成小碎塊，就像電動剃須刀刮胡子。
據(jù)介紹，工程人員首先在黃河北岸開挖兩個直徑18米，深76米的豎井，然后從兩口豎井中放置盾構(gòu)機(jī)，2007年7月和2008年3月下游線和上游線盾構(gòu)分別順利始發(fā)，自北向南開挖黃河隧洞。
盾構(gòu)機(jī)主機(jī)如同火車頭，輔助部件像一節(jié)節(jié)車廂，盾殼鋼板以抵抗地下高水土壓力。工作時，后面的推進(jìn)系統(tǒng)有14組千斤頂，總推力6034噸，千斤頂頂在已拼好的管片側(cè)壁，牽引整臺盾構(gòu)機(jī)，以每天10多米的速度向前推進(jìn)。
如何對付復(fù)雜地層？
隨時調(diào)整技術(shù)參數(shù)，帶壓進(jìn)倉更換刀具
“黃河河底千百年來沉積的膠結(jié)泥沙，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，甚至幾百米一個樣?！蓖踅瓭扔髡f，穿黃盾構(gòu)像在骨肉相連的一板肉上切割，不得不經(jīng)常調(diào)整刀具的運行參數(shù)，摸著石頭過河。
長江水利委員會勘測設(shè)計院副總工程師符志遠(yuǎn)說，盾構(gòu)機(jī)每前進(jìn)一段，就要提供一張地質(zhì)縱向剖面圖，告訴它前方是什么地質(zhì)，應(yīng)該采取哪些技術(shù)措施，如何調(diào)整技術(shù)參數(shù)。
王江濤說，盾構(gòu)機(jī)的145把刀具，每種刀具“各司其職”，如切削采用大尺寸刮刀，減少開挖時產(chǎn)生細(xì)顆粒，適應(yīng)帶有礫石的土壤條件；先行刀和齒刀布置在刮刀前面，可預(yù)先松動刮刀前的土壤；鏟刀用于清理外圍開挖的渣土；滾刀用于對硬物的開挖等。
盾構(gòu)機(jī)刀具不可避免地會受到磨損，刀片崩了怎么辦？中鐵十六局項目部副經(jīng)理吳慶紅說，帶壓進(jìn)倉檢查盾構(gòu)機(jī)、更換刀具，生產(chǎn)人員要在相當(dāng)于水下35米的壓力的環(huán)境下作業(yè)。經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的進(jìn)倉人員，共完成1600多人次、400多倉帶壓進(jìn)倉作業(yè)。
另外，技術(shù)人員通過焊接增加30多把刀，降低了刀具磨損程度，在滾刀上增加合金柱，強(qiáng)化了耐磨性，適應(yīng)穿黃復(fù)雜地層的掘進(jìn)。
怎樣防滲水防坍塌？
2156環(huán)管片嚴(yán)絲合縫，保證隧洞滴水不漏
穿黃隧洞橫臥黃河水下，不僅要承受黃河水壓，還要承受河床土體壓力，一旦發(fā)生滲水、坍塌，后果不堪設(shè)想。
中線河南直管建管部部長高必華介紹，盾構(gòu)機(jī)每前進(jìn)1.6米，就要停下來“喘口氣”。施工人員要馬上給隧洞安裝管片，7片弧形的管片緊貼隧洞一圈。管片由鋼筋混凝土澆筑，每環(huán)厚度達(dá)40厘米，重6噸，每片之間還要用雞蛋一樣粗的螺絲上緊，可以支撐整個隧洞壓力。
為了防止?jié)B漏，隧洞設(shè)計三層保護(hù)措施：外部的管片邊緣都有橡膠條，遇水膨脹能讓管片連接得無縫隙，把水和泥沙擋在外面；中間是一層有保護(hù)膜的鋼絲網(wǎng)，起到第二層防護(hù)作用；內(nèi)襯還有第三層保護(hù)，保證滴水不漏。
管片拼裝也容不得閃失。盾構(gòu)工區(qū)長宋昀東說，2007年8月黃河北岸盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)了10環(huán)后卻意外地停了下來，阻擋前進(jìn)的就是管片拼裝——安裝超出規(guī)定值，則會出現(xiàn)涌水涌沙，甚至整條隧洞塌陷。于是，院士、專家、技術(shù)人員趕到工地調(diào)研，經(jīng)過半年反復(fù)的論證、試驗，改變插入角、增加防裂鋼筋，通過6項技術(shù)改進(jìn)，管片終于環(huán)環(huán)緊扣，接縫被堵得嚴(yán)嚴(yán)實實。
科學(xué)設(shè)計再加上嚴(yán)格施工，4250米的隧洞，2156環(huán)管片，片片精準(zhǔn)，環(huán)環(huán)相扣，嚴(yán)絲合縫，保證了隧洞滴水不漏。
如何保證挖偏精度？
貫通誤差控制在50毫米以內(nèi)
差之毫厘，失之千里。精確的掘進(jìn)方向?qū)τ诖S隧洞工程至關(guān)重要。
“這里沒有差不多的概念?！蓖踅瓭f，整個穿黃隧洞，3450米的直隧洞，只允許有千分之一的傾斜度，而最后的800米傾斜隧洞，傾斜度達(dá)到4.91%，這是一項高難度的挑戰(zhàn)。
精準(zhǔn)測量引導(dǎo)著盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)確前行。中鐵項目部測量工程師李連朝說：“平常一個施工項目，GPS定位系統(tǒng)最多用到三四臺，在這個項目上，我們增加到八九臺?！睘榱恕熬_”二字，他們付出了更多的努力，幾公里長的穿黃隧洞，前后共組織了8次測量。
業(yè)主、監(jiān)理、建設(shè)者共同努力，3450米的穿黃直隧洞，實際貫通誤差控制在了50毫米以內(nèi)，這在國內(nèi)實屬罕見。
隧洞“患病”怎么辦？
3年—5年大修一次，維修車輛可直驅(qū)入洞
穿黃工程主體建筑物地震設(shè)計基本烈度為７度，防洪標(biāo)準(zhǔn)按黃河300年一遇洪水設(shè)計，北岸河灘明渠及新、老蟒河交叉建筑物，按100年一遇洪水設(shè)計。另外，在穿黃隧洞進(jìn)口、出口、工作閘門、退水洞門等處，均設(shè)有防冰凍設(shè)備，在渠道邊坡，設(shè)有聚苯乙烯塑料保溫板。
但隧洞建成通水后，也免不了進(jìn)行檢修。黃河南岸豎井800米傾斜隧洞，就是為此而特別設(shè)計建造的。
王江濤說，隧洞建成后，維護(hù)時可關(guān)閉雙洞隧道中的一個，對另一隧洞進(jìn)行維護(hù)和搶修，不影響正常輸水。雙洞隧道內(nèi)直徑為７米，維修車輛可直驅(qū)入洞。
根據(jù)設(shè)計，半年左右將放空其中一個隧洞的水檢查一次，隧洞每年有15天至30天檢修期，每３年至５年安排30天至60天大修。
此外，隧洞內(nèi)還布置有現(xiàn)代化的觀測儀器，洞內(nèi)受力、變異等情況，通過觀測儀器在自動控制室即可看到。維修時，啟用抽水系統(tǒng)，把水從洞內(nèi)排到黃河或渠道里，排空時間為80個小時。
720多個日夜，對于古老的黃河，只是一瞬。但對于南水北調(diào)建設(shè)者，穿黃隧洞完成了一次歷史的穿越。（記者 趙永平）
