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福州:地铁隧道过闽江 无隔水层渗水将前功尽弃

2015年01月29日07:31
来源:综合 作者:东南快报

  福州地铁工程开工以来,遇到其他城市地铁建设过程中从未有过的复杂地质条件,本报记者为您逐一解密

  □东快记者许才芳

  下月,福州地铁隧道将开始穿江底之行,地铁隧道将洞穿400米宽的闽江河床。而早在福州地铁决定动建前,相关单位已经对闽江进行过地质勘探了。

  福州地铁工程开工四年多来,隧道施工多次遭遇被泥沙埋藏的坚硬孤石阻挡,遭遇松软的河床泥沙透水困扰,遇到其他城市地铁建设过程中从未有过的复杂地质条件,这是福州地铁1号线工期被一再拖延的主要原因之一。

  那闽江地质到底如何?相关部门又是如何进行地质勘探的?为什么要进行地质勘探?勘探过程中又遇到哪些困难?东南快报记者就此进行了一番采访。

  据了解,从上藤站至达道站的地铁隧道采用分段的方式进行,一段用矿山法(即爆破方式)成形隧道,一段是用盾构机掘进。爆破从南江边开始,目前,上藤站300米棚户区下方、由北往南的上行线隧道已经贯通,下行线的隧道正准备贯通。

  上藤站的爆破施工隧道贯通后,由三叉街过来的盾构机往上藤站方向开进,与上藤站的爆破施工隧道相连后,盾构机就直接空推过这段隧道,到江边开始往江对面掘进隧道。

  勘探次数 闽江段至少要进行三次地质勘察

  福州地铁的过江段施工风险还是蛮大的,而这主要是地质问题。对地质进行勘探是诸多环节中相当重要的一环。

  昨日,记者在上藤站的施工办公室内看到一份“福州市轨道交通1号线工程(闽江过江段补充勘察)岩土工程勘察报告”,落款时间是2011年10月。报告封面已经泛黄,封面上还落下了几个土黄色的手指印,想来这份勘察报告使用率不低。

  这份报告已经是补勘了,在此之前的2010年10月,由浙江省工程勘察院和福州市建筑设计院还提供了一份“福州市轨道交通1号线工程(达道站-上藤站区间)岩土工程勘察报告详勘”。

  据上海基础工程集团的易总工介绍,即使是这份详勘,也算是比较迟的,因为在动工之前、线路设计之初,就必须进行一次地质勘察,也就是初勘,时间在2009年或者更早。也就是说,专业部门对福州地铁过江段至少进行了三次地质方面的勘察。

  勘察方式 钻机至少要打到闽江水面下30多米处取土样

  地质勘探是通过什么方式进入地层,又是如何分析出地质结构的呢?

  据了解,地质勘探主要是在地铁所过之处架起钻机,往地层深处打钻,钻机会从地下带上不同深度的土块。这些土块要么是淤泥、要么是沙粒、要么是鹅卵石,不同的土质则代表着不同的地层深度。

  这些不同质地的土块,会被送到实验室进行岩土分析,就此得出最终的地质勘察报告。

  在做地质勘探时,勘察单位一般会在地铁线上每隔几十米打下一个直径约几十厘米的钻探孔,取上来的土的直径在十厘米。

  一般来说,钻机的管子要打到隧道以下七八米左右的深度。换句话说,福州闽江最高的深度在19米,隧道要在河床下七八米深的位置,钻管至少要打到闽江水面下30多米的位置才行。

  在路面上,钻机只要直接从地面往下打就行了,那江面上又是如何进行地质勘察的呢?

  据东南快报记者了解,为了勘察闽江水下的地质,专业部门特地在江面上做了浮床,再往江底打。

  据透露,江面的地质勘察孔是根据隧道埋深来确定的,有些要达到隧道之下的十多米。

  野外的地质勘察结束后,就该回归室内的书面报告了,报告上一般会把相同的地层用线连起来,通过多个这样的分段,推断出大概的地质情况,并为地铁建设服务。

  地质报告没有绝对准确的资料,因为地质勘察时,是在地面上每隔若干米取钻探孔,并不是每一分一毫的土地上都有钻工取样。因此,确有需要时,还会进行补充勘察,补充勘察会向精准度再迈进一步。

  闽江地质

  区间内连贯出现多种地质层对盾构机考验极大

  通过上述的地质勘察,闽江之底的地质情况才为世人所知。闽江水之下的地质主要以一些砂层为主。地质勘探资料显示,在闽江南岸的江边,有30米左右的岩层,其中软硬不均的岩层长度在12米左右。这12米都则在隧道范围之内。而在闽江之北的18米左右范围内的隧道上面是砂层,隧道下面则是硬度很高的中等风化花岗岩。

  盾构机在掘进隧道时必须通过南北这两种地层。而这就意味着,闽江过江段的施工风险还是蛮大的。风险主要体现在地质问题上,因为地质一下从极硬的地层马上就过渡到到软硬不均的地层里,对盾构机的考验也是极大的。

  1.盾构机要在过江砂层换刀具,风险高

  闽江的地质特性决定了盾构机将面临很大的挑战,一是体现在刀具上。众所周知,盾构机的刀盘上安装了几十把刀具,盾构机掘进时,就靠刀具转动土层,形成隧道。

  不过,就盾构机的刀具来说,盾构刀具有适应软土的,有适应孤石的,刀具配置不同,盾构机开动后要换刀具的话,要看地质条件是否允许。

  闽江段,盾构穿越地层有17中等风化花岗岩、32中砂、52细砂、82中砂、83淤泥质土夹薄层粉砂、少量砂夹淤泥。在残积土或者岩层当中,通过气压或者常压的方式可以到土仓里换刀具,但若过江砂层里换刀的话,工作难度相当大,具有高

  风险,没有七八分的把握不会去做。

  2.闽江无隔水层,若渗水,闽江段隧道就保不住

  闽江的地质除了对盾构机是个挑战外,由于闽江地质的特殊性,在400米的过江段,由于没有隔水层,盾构机在推进时,始终在和水接触。

  隔水层是什么?参与过上海地铁建设的上海基础工程集团易总工解释说,以前在上海施工时,黄浦江就是淤泥质地层,淤泥也就是说水一般会浮在淤泥上面,水渗透不下来。淤泥质地层,或者是粉质粘土,它们的共同点就是渗透性较低,这在地铁工程上被称为隔水层。

  盾构机在隔水层下面推进时,没什么风险,隧道不会和江水联通。而福州闽江由于没有隔水层,盾构机和闽江水很容易直接接触,若不采取措施,闽江水会沿着砂层渗透入盾构机内从而进入隧道里,这样的话即使1号线能保住,闽江段的这段隧道就保不住了,这意味着需要更改设计,重新再掘新隧道。

  闽江地质砂层较多,渗水性强,那怎样把水和盾构机隔开呢?据介绍,这就要利用到土压平衡技术,就是盾构机前面有一个水土压力,盾构机本身也有一定的压力,通过土仓里的渣土和渣土改良剂,让它填充满土仓,达到一个土压平衡的效果,外界的压力和盾构机本身的压力会达到一个比较匹配的程度,且里面的压力会比外面大一点,外面的水就进不去。

  3.勘探时碰到十余处孤石,分布不均、石头坚硬

  上海和广州地铁线众多,不过,福州地质却不同于它们,这也是区域地质演变的结果。

  比如说,上海则以软土为主,上海基础工程集团在上海做了几条隧道,没有碰到过孤石,盾构机掘进时地层最硬的也就是地铁六号线,也就是粘土层。像上海这种地质,若是地质勘察好后,盾构机就能一马平川地推进了,过程会比较连续和顺利。

  广州地质岩层含有石英的东西会少一些,演变没有这么剧烈,从地铁施工角度来说,地层虽然没有上海好,也有硬岩(孤石),但硬岩分布比较均匀、规律,便于选择更合适的盾构机。

  而福州在地质勘探时,比较容易碰到孤石,且孤石分布不均匀。根据地质勘探资料显示,上藤站到达道站,发现五处孤石。而上(藤)三(叉街)区间又碰到了六七处处孤石;二是,福州孤石相比较广州来说,石英含量更高,含量越高石头就越硬,也就越难对付。

  据解释,河沙的主要成分就是石英,刀具在转动时候,与石英摩擦时对盾构机的刀具磨损相当大,磨着磨着,刀具就毁坏殆尽,相当于人的牙齿全部脱落。

  虽然从地质复杂程度上,广州、福州并不好单纯类比,但从闽江这段来看,广州遇到比较单一的地层,强度不太高的岗岩,广州地铁也碰到过砂层,但没有遇到像福州闽江在一个区间如此连贯地组合在一起的多种地质层的,也就是说,没有隔水层、从硬岩马上过渡到软土的现象在广州还没有遇到。

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(责任编辑:黄养生)

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