国内最大穿黄隧洞贯通——黄河底4250米的穿越

　　6月22日10时18分，河南荥阳，南水北调中线穿黄工地，“穿越号”盾构机经过720个日夜、4250米的掘进，顺利到达黄河南岸隧洞的进水口，这标志着国内最大的穿黄隧洞——南水北调中线穿黄上游隧洞全线贯通，清澈的汉江水将由此北上，与滔滔黄河十字立交，各行其道。这是国内第一次采用大直径隧洞穿越黄河，国内水利工程最深的盾构始发，隧洞双层衬砌的结构型式在世界前所未有……这不仅是空间的穿越，也是无数工程技术难题的穿越。

　　在黄河下最深35米处，如何挖掘数公里长的隧洞？如何防范漏水和坍塌？技术难题是如何解决的？

　　黄河底部隧洞怎么挖？

　　直径9米的盾构机，挖洞就像电动剃须刀刮胡子

　　南水北调中线工程从长江支流汉江上的丹江口水库引水，沿伏牛山和太行山一路北上，在郑州市附近穿越黄河。

　　然而，要在黄河底部凿出两条长4250米的隧洞，每条隧洞直径7米，谈何容易！“穿黄不通，千里无功。”南水北调中线建管局局长石春先说，穿黄工程是南水北调中线的关键性工程，是整个干线工程的“咽喉”，也是技术难度最大的工程。

　　在黄河底部35米深处怎么挖隧洞？

　　中线河南直管建管部总工王江涛说，穿黄工程使用的盾构机直径达9米，总长度80米，重量达1166吨。盾构机前面有一个刀盘，刀盘上有145把刀片，刀盘旋转，把大块土体切成小碎块，就像电动剃须刀刮胡子。

　　据介绍，工程人员首先在黄河北岸开挖两个直径18米，深76米的竖井，然后从两口竖井中放置盾构机，2007年7月和2008年3月下游线和上游线盾构分别顺利始发，自北向南开挖黄河隧洞。

　　盾构机主机如同火车头，辅助部件像一节节车厢，盾壳钢板以抵抗地下高水土压力。工作时，后面的推进系统有14组千斤顶，总推力6034吨，千斤顶顶在已拼好的管片侧壁，牵引整台盾构机，以每天10多米的速度向前推进。

　　如何对付复杂地层？

　　随时调整技术参数，带压进仓更换刀具

　　“黄河河底千百年来沉积的胶结泥沙，结构复杂，甚至几百米一个样。”王江涛比喻说，穿黄盾构像在骨肉相连的一板肉上切割，不得不经常调整刀具的运行参数，摸着石头过河。

　　长江水利委员会勘测设计院副总工程师符志远说，盾构机每前进一段，就要提供一张地质纵向剖面图，告诉它前方是什么地质，应该采取哪些技术措施，如何调整技术参数。

　　王江涛说，盾构机的145把刀具，每种刀具“各司其职”，如切削采用大尺寸刮刀，减少开挖时产生细颗粒，适应带有砾石的土壤条件；先行刀和齿刀布置在刮刀前面，可预先松动刮刀前的土壤；铲刀用于清理外围开挖的渣土；滚刀用于对硬物的开挖等。

　　盾构机刀具不可避免地会受到磨损，刀片崩了怎么办？中铁十六局项目部副经理吴庆红说，带压进仓检查盾构机、更换刀具，生产人员要在相当于水下35米的压力的环境下作业。经过专业培训的进仓人员，共完成1600多人次、400多仓带压进仓作业。

　　另外，技术人员通过焊接增加30多把刀，降低了刀具磨损程度，在滚刀上增加合金柱，强化了耐磨性，适应穿黄复杂地层的掘进。

　　怎样防渗水防坍塌？

　　2156环管片严丝合缝，保证隧洞滴水不漏

　　穿黄隧洞横卧黄河水下，不仅要承受黄河水压，还要承受河床土体压力，一旦发生渗水、坍塌，后果不堪设想。

　　中线河南直管建管部部长高必华介绍，盾构机每前进1.6米，就要停下来“喘口气”。施工人员要马上给隧洞安装管片，7片弧形的管片紧贴隧洞一圈。管片由钢筋混凝土浇筑，每环厚度达40厘米，重6吨，每片之间还要用鸡蛋一样粗的螺丝上紧，可以支撑整个隧洞压力。

　　为了防止渗漏，隧洞设计三层保护措施：外部的管片边缘都有橡胶条，遇水膨胀能让管片连接得无缝隙，把水和泥沙挡在外面；中间是一层有保护膜的钢丝网，起到第二层防护作用；内衬还有第三层保护，保证滴水不漏。

　　管片拼装也容不得闪失。盾构工区长宋昀东说，2007年8月黄河北岸盾构机向前推进了10环后却意外地停了下来，阻挡前进的就是管片拼装——安装超出规定值，则会出现涌水涌沙，甚至整条隧洞塌陷。于是，院士、专家、技术人员赶到工地调研，经过半年反复的论证、试验，改变插入角、增加防裂钢筋，通过6项技术改进，管片终于环环紧扣，接缝被堵得严严实实。

　　科学设计再加上严格施工，4250米的隧洞，2156环管片，片片精准，环环相扣，严丝合缝，保证了隧洞滴水不漏。

　　如何保证挖偏精度？

　　贯通误差控制在50毫米以内

　　差之毫厘，失之千里。精确的掘进方向对于穿黄隧洞工程至关重要。

　　“这里没有差不多的概念。”王江涛说，整个穿黄隧洞，3450米的直隧洞，只允许有千分之一的倾斜度，而最后的800米倾斜隧洞，倾斜度达到4.91%，这是一项高难度的挑战。

　　精准测量引导着盾构机准确前行。中铁项目部测量工程师李连朝说：“平常一个施工项目，GPS定位系统最多用到三四台，在这个项目上，我们增加到八九台。”为了“精确”二字，他们付出了更多的努力，几公里长的穿黄隧洞，前后共组织了8次测量。

　　业主、监理、建设者共同努力，3450米的穿黄直隧洞，实际贯通误差控制在了50毫米以内，这在国内实属罕见。

　　隧洞“患病”怎么办？

　　3年—5年大修一次，维修车辆可直驱入洞

　　穿黄工程主体建筑物地震设计基本烈度为7度，防洪标准按黄河300年一遇洪水设计，北岸河滩明渠及新、老蟒河交叉建筑物，按100年一遇洪水设计。另外，在穿黄隧洞进口、出口、工作闸门、退水洞门等处，均设有防冰冻设备，在渠道边坡，设有聚苯乙烯塑料保温板。

　　但隧洞建成通水后，也免不了进行检修。黄河南岸竖井800米倾斜隧洞，就是为此而特别设计建造的。

　　王江涛说，隧洞建成后，维护时可关闭双洞隧道中的一个，对另一隧洞进行维护和抢修，不影响正常输水。双洞隧道内直径为7米，维修车辆可直驱入洞。

　　根据设计，半年左右将放空其中一个隧洞的水检查一次，隧洞每年有15天至30天检修期，每3年至5年安排30天至60天大修。

　　此外，隧洞内还布置有现代化的观测仪器，洞内受力、变异等情况，通过观测仪器在自动控制室即可看到。维修时，启用抽水系统，把水从洞内排到黄河或渠道里，排空时间为80个小时。

　　720多个日夜，对于古老的黄河，只是一瞬。但对于南水北调建设者，穿黄隧洞完成了一次历史的穿越。（记者 赵永平）