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东北地区首例!哈尔滨地铁成功攻关技术难题

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ARTS轨道交通展消息 2024年8月20日,哈尔滨地铁集团组织中交一航局分别对地铁3号线二期西北半环公路大桥站~河松街站区间、河松街站-河山街站区间的两处“C”型联络通道进行了一次全面“体检”,各项指标均达到设计及规范要求,这标志着东北地区首例叠落区间冻结法“C”型联络通道技术难题的成功解决。

哈尔滨地铁3号线二期工程,作为城市轨道交通的网络骨干线路,其设计施工极具挑战性。其中公路大桥站~河松街站~河山街站连续两个区间位于前进路高架桥下方,附近为既有建筑物,周边环境复杂,若采用平行区间需下穿大量建筑物及桥桩,施工风险和难度极大,因此采取了上下叠落布置。这两个区间的联络通道因此需要设计成同样为上下叠落的叠落“C”型联络通道。

该形式联络通道国内少见,是东北地区首例。由于周边施工场地狭窄、交通组织困难,无法进行明挖施工作业,地铁集团和中交一航局组织相关专家结合哈尔滨地质情况及现场可实施条件,确定了联络通道采用冷冻暗挖的工艺工法。并创新性提出采取全断面冷冻分四阶段开挖形式,克服冻结形式复杂,冻结体量大,冻结时间长,冻结孔布置多等诸多难点,顺利完成两个C型联络通道施工,期间多次邀请中国工程院院士陈湘生来现场进行方案论证与评审,得到了陈院士的高度肯定。

东北地区首例!哈尔滨地铁成功攻关技术难题(图2)
(陈湘生院士 来现场检查指导)

 

一、结构型式复杂,施工工序多变

常规的平行隧道联络通道采用“一”字型设计,施工相对简单,通常只需打通十余米的水平通道。然而,叠落区间的“C”型联络通道则复杂得多,其结构为上下叠落,需要分四个阶段进行施工。首先需施工下隧道连接的横通道部分,然后施工联络通道底部基础及泵房部分,再施工与上隧道连接的横通道部分,最后完成上、下通道的竖直连接。这种结构形式在全国范围内较为少见,在东北地区相似地层中更是没有先例,对哈尔滨地铁集团和中交一航局构成了严峻的挑战。

为确保施工顺利进行,工程团队对各个工序的作业流程、工期安排及风险控制进行了详细研究。地铁集团在每次作业前都会进行条件验收,确保现场准备完备后再开展下一步施工。

相比于常规联络通道的130天工期,其中冻结时间约为70天,“C”型联络通道的施工工艺显著复杂。其开挖方量约为1200立方米,为常规设计的四倍,总工期约为300天,下层冻结时间为200天,上层冻结时间为175天,是常规冻结时长的三倍之多。

东北地区首例!哈尔滨地铁成功攻关技术难题(图3)
(C型联络通道结构示意图)

 

二、工程时间长难度大,冻结体量创空前

面对冻结壁体量大、风险把控难的问题,施工单位中交一航局的项目团队采取了地面垂直结与洞内水平冻结相结合的先进方法,确保了土体的稳定。其中竖井段底板冻结壁厚度4m,其他部位冻结壁厚度3m,冻结体量约5000m³,约为常规联络通道的7倍。冻结管路长度4736米,是常规联络通道的5-7倍。由于冻结体积大,融沉范围和影响也会相应增大,因此在解冻期间需要密切观察地面沉降情况,及时启动融沉注浆,保证地面和周边建筑稳定。两个联络通道自结构完工后,冻融注浆时间长达6-7个月。

东北地区首例!哈尔滨地铁成功攻关技术难题(图5)
(C型联络通道施工现场)

 

三、攻克施工难题,探索科技研发

为应对高寒地区富水砂层叠落区间复杂地质条件,哈尔滨地铁建设者们凭借卓越的技术与创新精神,成功攻克了“C”型联络通道冻结施工的技术难题。地铁集团、中交一航局成立了技术攻关小组,开展了富水砂层叠落联络通道冻结法施工中的关键技术研究:针对冻结体量大、冻结壁发展速度快等特点,充分考虑冻结壁的防水作用和强度,实施分区分期冻结方案;采用间歇冻结控制技术,避免冻结壁体积过大引起地层隆起;进行了初支及二衬结构受力监测,分析冻结开挖及结构成型后的受力情况,为结构安全判定提供可靠依据;利用哈尔滨冬季极寒环境进行盐水降温,研究适用的冻结孔布置间距,布置方式,有效节约了冷冻能效和经济成本,并形成了一套自然冷量利用技术,为严寒地区冻结施工提供参考,同时也是引领行业进步,实现双碳目标的重要尝试。

东北地区首例!哈尔滨地铁成功攻关技术难题(图7)

(C型联络通道施工现场)

通过创新克难,哈尔滨地铁建设者们不断总结经验教训,形成了一套高寒地区富水砂层叠落区间“C”型联络通道冻结的施工工法,不仅展现了我国在轨道交通建设领域的深厚实力,更标志着我国在高寒地区地铁施工技术上迈出了坚实的一步,实现了对国内先进水平的追赶与超越。

四、践行国企使命,担当社会责任

哈尔滨地铁3号线二期工程的两个叠落区间紧邻高架桥,周边老旧建筑物众多,道路狭窄且车流量大。如果采用明挖法施工,将会产生较大的施工围挡,产生噪音污染,对周边居民的居住及出行、道路交通、商铺营业等产生严重影响。

尽管暗挖法工程难度大风险高,但是地铁建设者们克服了冻结形式复杂、冻结体量大、冻结周期长、融沉注浆量大、变形控制严格、施工结构复杂等诸多难点,有效解决了地下管线迁改、道路占用、树木移植、商铺停业、噪音扰民等难题,大大降低了建构筑物变形风险,同时能够不受季节变化影响组织施工作业,有效节省了工期,提前16天完成了施工任务。

东北地区首例!哈尔滨地铁成功攻关技术难题(图11)

该项目工法的实施为东北严寒地带富水地区的地铁施工提供了新的思路,向哈尔滨市民交上了一份满意的答卷。这不仅是地铁建设者对社会影响最小化、民众利益最大化的坚定承诺,也体现了地铁集团“把方便让给市民、把困难留给自己”的服务理念,以及不畏艰难、勇于担当、做民生福祉守护者的国企风范。

编辑:卓卓

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