6月22日10時(shí)18分，河南滎陽(yáng)，南水北調(diào)中線穿黃工地，“穿越號(hào)”盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過(guò)720個(gè)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(guó)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(guó)內(nèi)第一次采用大直徑隧洞穿越黃河，國(guó)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(wú)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(zhǎng)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(dòng)剃須刀刮胡子
南水北調(diào)中線工程從長(zhǎng)江支流漢江上的丹江口水庫(kù)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(zhǎng)4250米的隧洞，每條隧洞直徑7米，談何容易！“穿黃不通，千里無(wú)功?！蹦纤闭{(diào)中線建管局局長(zhǎng)石春先說(shuō)，穿黃工程是南水北調(diào)中線的關(guān)鍵性工程，是整個(gè)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(shuō)，穿黃工程使用的盾構(gòu)機(jī)直徑達(dá)9米，總長(zhǎng)度80米，重量達(dá)1166噸。盾構(gòu)機(jī)前面有一個(gè)刀盤(pán)，刀盤(pán)上有145把刀片，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，把大塊土體切成小碎塊，就像電動(dòng)剃須刀刮胡子。
據(jù)介紹，工程人員首先在黃河北岸開(kāi)挖兩個(gè)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(kāi)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(shí)，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(tái)盾構(gòu)機(jī)，以每天10多米的速度向前推進(jìn)。
如何對(duì)付復(fù)雜地層？
隨時(shí)調(diào)整技術(shù)參數(shù)，帶壓進(jìn)倉(cāng)更換刀具
“黃河河底千百年來(lái)沉積的膠結(jié)泥沙，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，甚至幾百米一個(gè)樣。”王江濤比喻說(shuō)，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(yùn)行參數(shù)，摸著石頭過(guò)河。
長(zhǎng)江水利委員會(huì)勘測(cè)設(shè)計(jì)院副總工程師符志遠(yuǎn)說(shuō)，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(shuō)，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(kāi)挖時(shí)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(dòng)刮刀前的土壤；鏟刀用于清理外圍開(kāi)挖的渣土；滾刀用于對(duì)硬物的開(kāi)挖等。
盾構(gòu)機(jī)刀具不可避免地會(huì)受到磨損，刀片崩了怎么辦？中鐵十六局項(xiàng)目部副經(jīng)理吳慶紅說(shuō)，帶壓進(jìn)倉(cāng)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(guò)專業(yè)培訓(xùn)的進(jìn)倉(cāng)人員，共完成1600多人次、400多倉(cāng)帶壓進(jìn)倉(cāng)作業(yè)。
另外，技術(shù)人員通過(guò)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(zhǎng)高必華介紹，盾構(gòu)機(jī)每前進(jìn)1.6米，就要停下來(lái)“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(gè)隧洞壓力。
為了防止?jié)B漏，隧洞設(shè)計(jì)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(wú)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(zhǎng)宋昀東說(shuō)，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(lái)，阻擋前進(jìn)的就是管片拼裝——安裝超出規(guī)定值，則會(huì)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(guò)半年反復(fù)的論證、試驗(yàn)，改變插入角、增加防裂鋼筋，通過(guò)6項(xiàng)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(shí)實(shí)。
科學(xué)設(shè)計(jì)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(méi)有差不多的概念?！蓖踅瓭f(shuō)，整個(gè)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(xiàng)高難度的挑戰(zhàn)。
精準(zhǔn)測(cè)量引導(dǎo)著盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)確前行。中鐵項(xiàng)目部測(cè)量工程師李連朝說(shuō)：“平常一個(gè)施工項(xiàng)目，GPS定位系統(tǒng)最多用到三四臺(tái)，在這個(gè)項(xiàng)目上，我們?cè)黾拥桨司排_(tái)?！睘榱恕熬_”二字，他們付出了更多的努力，幾公里長(zhǎng)的穿黃隧洞，前后共組織了8次測(cè)量。
業(yè)主、監(jiān)理、建設(shè)者共同努力，3450米的穿黃直隧洞，實(shí)際貫通誤差控制在了50毫米以內(nèi)，這在國(guó)內(nèi)實(shí)屬罕見(jiàn)。
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(jì)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(jì)，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(jì)。另外，在穿黃隧洞進(jìn)口、出口、工作閘門(mén)、退水洞門(mén)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(jì)建造的。
王江濤說(shuō)，隧洞建成后，維護(hù)時(shí)可關(guān)閉雙洞隧道中的一個(gè)，對(duì)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(jì)，半年左右將放空其中一個(gè)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(cè)儀器，洞內(nèi)受力、變異等情況，通過(guò)觀測(cè)儀器在自動(dòng)控制室即可看到。維修時(shí)，啟用抽水系統(tǒng)，把水從洞內(nèi)排到黃河或渠道里，排空時(shí)間為80個(gè)小時(shí)。
720多個(gè)日夜，對(duì)于古老的黃河，只是一瞬。但對(duì)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）
