前海:打造国内首条三合一综合排水深隧

2020年11月13日14:38  来源:深圳特区报
 

“前海深隧项目‘前海先锋号’盾构始发。”昨日上午10时许,随着一声令下,特制盾构机在地下46米的深处隆隆转动,前海—南山排水深隧系统工程(简称“前海深隧”)开始以每月约120米的速度向前推进。至此,这条国内首创的集旱季污水收集、雨季污染控制、防洪排涝三重功能于一体的综合型排水深层隧道工程正式进入盾构施工,向“洞通”的目标迈出了坚实一步。未来,在三台特制盾构机的共同作业下,前海深隧项目将在两年内完成盾构“洞通”。

前海深隧跨南山区和前海深港合作区,是国内第一条集三重功能于一体的综合型排水深层隧道。项目总投资约24.1亿元,定位为“前海水屏障”,是前海水城建设的关键组成部分,也是深圳市重大项目、治水提质关键性工程。前海深隧兼有防洪排涝和控污截污双重功能,将流域上游初(小)雨提升至南山污水厂处理,涝水提升至前湾河水廊道排放,解决雨季前海片区控污、南山片区排涝及渠道水质问题。

据悉,前海深隧工程于2019年5月30日正式开工建设,计划于2024年底建成试运营。目前,主隧盾构始发井基坑土石方开挖完成100%,在进行盾构机组装、调试后,于11月12日始发;桂庙渠、郑宝坑渠、关口渠预处理站及结合井围护结构完成100%,预处理站基坑土石方开挖完成约50%;进口水泵、闸门设备招标完成,正在进行二次深化设计。

大胆探索 为深隧建设贡献“前海经验”

前海深隧是前海控股公司构建前海水屏障、保障前海水安全承担的一项使命任务,不仅是国内第一条大型综合排水深隧系统,也是深圳市重大项目,社会关注度高,地质条件及周边环境复杂,技术含量高、难度大。

“面对困难和挑战,前海控股公司会同各参建单位统筹谋划、科学组织、不断优化施工方案,有效解决各种难题,确保项目快速推进。” 前海控股公司总经理郭军表示,施工方中铁隧道局破解各项施工难题,加快施工进度,为前海深隧首台盾构始发奠定了坚实的基础。接下来,前海控股公司将在前海管理局的领导下,紧紧联合参建单位,在市水务局、南山土地整备局、城管局等部门支持指导下,持续加大力度、加快进度,创新工艺、精准施策,把前海深隧打造成为精品工程、亮点工程,为保障前海水安全,为粤港澳大湾区和社会主义先行示范区建设贡献力量。

郭军表示,前海深隧工程是前海水环境建设的核心工程之一,工程在高密度建设城区中高质量打造“水城”,将为深圳市探索地下空间综合利用,解决市政设施建设面临的土地短缺问题作出探索和贡献。项目建成后,不仅解决前海水环境安全问题,还将研究攻克超深地下工程的防水、防腐、水土压力、盾构、连续墙等多项施工技术难点,为全国城市防洪排涝工程系统建设提供可借鉴、可参考、可推广的“前海经验”。

三项功能集一隧 设计标准百年一遇

“前海深隧工程是由前海管理局出资建设的深圳市重大项目、治水提质关键工程,将构建前海湾外围水屏障,保障前海‘水安全’,改善‘水生态’,提升‘水景观’,打造优质营商环境。工程总投资估算约29亿元,建设目标为防潮标准200年一遇,防洪标准100年一遇,排涝标准50年一遇。”前海控股有关负责人表示,前海深隧工程集三重功能于一体,同时具备旱季、初(小)雨、调蓄、排涝、超标洪水等多种运行工况。工程服务南山区和前海深港合作区,有效解决雨季前海片区控污、南山片区排涝及渠道水质问题。

“前海深隧项目位于地质条件及周边环境极为复杂的填海区,技术含量高、挑战难度大、设备要求高,需要各参建单位团结一致攻坚克难,根据现场实际情况完善、优化设计,积极提供技术支持。”前海控股有关负责人告诉记者,前海深隧工程在国际上某些先进城市已得到一定程度的应用,但已有案例多为单一功能,或为排洪隧洞,或为合流溢流污染控制隧洞。如香港市区截流蓄洪工程是香港的城市排洪系统,通过建设多条隧道将城市上游山区的洪水截流,并从城市地下穿越后直接排放到维多利亚湾,有效提高香港市区的防洪能力。为进一步保护维多利亚港的水环境,香港建设污水转输隧洞,将原一级处理污水处理厂的污水输送至昂船洲二级污水处理厂进行生物处理后,再排放到维多利亚湾,项目建成后维多利亚湾水质得到有效改善。

整合深港技术力量 攻克多项难题

“前海深隧工程是复合型深隧工程,不仅在国内没有先例,在国际上也缺乏成熟经验可供借鉴。”前海控股有关负责人说,深层排水隧洞作为一种有效的大规模雨洪控制措施,是现代城市应对极端天气变化所造成内涝灾害的有效办法。前海深隧建成后,将为老城区和中心城区在解决排水问题上提供一个新的思路。

记者了解到,为突破施工难点,完成技术攻坚,在前海管理局的大力支持下,前海控股精心谋划、统筹推进,整合国内外顶尖技术资源和各方力量,充分借鉴国际知名机电顾问公司在国外复杂深隧项目中的先进管理经验和机电设备招标管理经验,高质高效推进前海深隧工程建设。其中,来自香港的技术力量包括艾奕康有限公司的香港团队等设计咨询单位,此外,机电设备顾问团队科进顾问(亚洲)有限公司(该公司总部位于香港),派出参与深隧机电咨询的项目团队共10人,均以香港工程师团队为主。

地质条件复杂 施工难度巨大

前海控股基建事业部负责人告诉记者,前海深隧工程主要沿月亮湾大道西侧敷设,起点为现状关口渠,终点为铲湾渠水廊道。主隧长约3.74公里,内径6.0米,埋深约45米,为深层隧道。其中,枢纽泵站基坑直径156米,开挖深度55米,为超大超深基坑。沿途分别收集关口渠、郑宝坑渠、桂庙渠的初(小)雨水、涝水。工程由主隧、支隧、预处理站及大型枢纽泵站组成。

“前海深隧所处地质条件及周边环境复杂程度在国内是罕见的。工程下穿1号线、9号线及11号线三条地铁线路,与11号线最小净距不足6米。基坑上部地层由填海形成,土质松软、易坍塌,双轮铣须在泥浆护壁下掘进坚硬岩层达20米。”前海控股基建事业部负责人说,工程技术含量高、挑战难度大、设备要求高,需要各参建单位团结一致攻坚克难,根据现场实际情况完善、优化设计,积极提供技术支持。

定制个性化“盾构机” 为前海深隧工程掘进施工保驾护航

昨日首发的“前海先锋号”中铁784号盾构机,是中铁装备集团有限公司专门为前海复杂地形量身定做的盾构机,造价4950万元。这是一台土压平衡式盾构机。目前,该盾构机属于深圳市最高配盾构机,具有刀盘转速高、超前注浆管配置优化、土仓可视化等独特优点。

前海控股公司主要领导牵头成立深隧工程建设指挥部,公司党委批复成立深隧党支部及参建者党员先锋队、青年志愿者服务队,全方位推进项目建设,确保完成任务目标。

结合工程特点、难点和关键点,前海控股联合中铁隧道局等施工参建单位,科学统筹工期、合理调配资源、精心组织施工,克服了疫情影响,按时完成主隧盾构始发井基坑土石方开挖和盾构机组装、调试,为盾构施工创造了积极条件。

围绕盾构施工,项目组对盾构施工方案进行多次专家评审论证,顺利通过盾构始发前条件验收,同时严格落实安全技术交底,安全高效地完成了场地布设、材料进场,盾构机下井、组装、调试和试运行工作。

为提升盾构施工中的掘进效率,项目组联合中铁装备对盾构机实施了“个性化定制”,在满足适应地层的前提下,对“前海先锋号”盾构机进行了优化提升:一是对刀盘转速、超前注浆管进行合理调整优化;二是增加了土仓可视化、人仓可视化功能;三是增设空压机运行分析系统、皮带机称重系统;四是加装了现场触摸屏及掘进参数反馈信息系统;五是在土仓胸板处增设一套物料吊装门洞,有效确保了盾构施工安全性、可控性。

据前海控股前海深隧工程项目管理人员介绍,盾构始发后,前海深隧工程项目部将通过抓方案、抓过程、抓细节来抓好落实,严格控制掘进参数,确保盾构机安全平稳推进。

枢纽泵站 保障前海“水安全”

“前海深隧系统工程的排涝设计标准为50年一遇。” 前海控股基建事业部负责人表示,城市地下深隧系统的打造如同人身体的动脉血管,有效疏通是城市防洪排涝的唯一出路。

这位负责人说,前海深隧工程涉及多种核心设备,包括大型水泵及配套电机、通风除臭系统设备、闸门等。枢纽泵站作为深隧系统的中枢神经,核心设备水泵的选择至关重要。由于深隧项目枢纽泵站为超深泵站,水位变幅大,需多泵分段组合运行,泵组流量大、扬程高、功率大(泵组最大单泵流量10.75m3/s,最大扬程46m,最大功率1600kw),安装、检修条件极为苛刻,耐腐蚀性及可靠性要求高。

作为全国首个集多功能于一体的复合型深隧工程,项目无先例可循,超深基坑技术管理、复杂环境下多功能箱涵改造施工及泥水顶管施工难度极大,主隧、支隧施工风险极高、极大,核心设备选择至关重要。为保证核心设备质量,确保工程建成后达到设计效果,深隧系统运营管理安全可靠、方便快捷,枢纽泵站水泵、闸门及除臭设备采用国际招标方式进行采购,均选用原装进口设备。

深隧系统工程预处理站设置在前海环状水廊道西岸,是前海桂湾片区的城市景观带,对臭气控制的要求非常严格。项目通过对不同工况下各构筑物的排气方式进行模拟分析,确定了“一主三站”的臭气控制系统,保证周边的大气环境。

防洪排涝+污染控制 改善“水生态”

记者了解到,前海深隧工程有两大功能目标:一是防洪排涝,保障城市安全,解决雨季南山片区内涝频发问题;二是污染控制,保障湾区水质,截流旱季漏排污水及雨季初期雨水污染。

根据设计方案,前海深隧工程由深层主隧、浅层接驳工程和末端枢纽泵站组成。前海深隧的浅层接驳工程包含浅层进水竖井、浅层支隧、预处理站、深层竖井和深层支隧。跌水竖井的选型和设计是深隧工程的重点,结合本项目实际情况采用了两级跌水,据其位置、跌差不同,选择了直落式和旋流式两种竖井。

浅层接驳工程项目沿途分别收集关口渠、郑宝坑渠、桂庙渠的初(小)雨水、涝水。其中,关口渠进水接驳工程设计流量32m3/s, 关口渠的雨水通过浅层进水竖井接入浅层支隧,穿越规划平南铁路及月亮湾大道接入关口渠预处理站,经过沉砂预处理后进入深层进水竖井,接入主隧;郑宝坑渠进水接驳工程设计流量为65m3/s,通过浅层进水竖井接入浅层支隧,穿越规划平南铁路及月亮湾大道接入郑宝坑渠预处理站,经过沉砂预处理后进入深层进水竖井,接入主隧;桂庙渠的雨水是通过浅层进水竖井接入浅层支隧,穿越规划平南铁路及月亮湾大道接入桂庙渠预处理站,经过沉砂预处理后进入深层进水竖井,接入主隧。

根据设计,前海深隧在小雨、涝水、降雨增大等不同情况下,通过不同的模式,保障水生态处于良好状态。

小雨:经过初雨泵抽排至南山污水厂进行一级处理后排放,采用立式蜗壳泵(干式安装)。

涝水:经过排涝泵抽排至就近前湾河水廊道排放,采用立式混流泵。介于初雨与排涝工况之间采用中间泵抽排。

降雨增大:隧洞内水位超过排涝泵启动水位时进入排涝工况,排涝泵设计总规模为86m3/s。

雨水可利用隧洞容积来调蓄,调蓄后通过泵站转输到南山污水厂现有的一级强化处理设施处理后直接排海。

项目区域内污染浓度最高的初小雨经过预处理和水泵提升,通过沿环状水廊道铺设的一根专用转输管转输到南山污水厂,进入到南山污水厂的污水处理流程中,通过生物处理后排放,雨季处理规模为15万m3/d。

超长连续墙 为盾构施工提供安全保障

地下连续墙是深隧盾构施工的重要保障。中铁隧道局前海深隧项目负责人说,主隧结合井地下连续墙存在成槽时槽壁稳定性差、施工过程中极易出现连续墙塌孔、混凝土鼓包、侵限等风险,且地下连续墙垂直度控制难度大,尤其是土岩结合面处容易出现“夹渣”“夹泥”等缺陷。超深地下连续墙成槽质量控制是施工的重难点。

地下连续墙施工过程中,监理单位会同施工单位从泥浆材料选择、浆液配比、拌制、泥浆性能检测等环节层层把关,施工单位根据现场地层情况不断优化浆液配比,并在现场监理人员的见证下每天不定时地对泥浆性能指标进行检测,保证槽壁在长达19天的铣槽过程中始终保持稳定。

地下连续墙槽壁的垂直度是保证钢筋笼顺利下放的前提条件。经过参建各方多次考察研究,施工单位最终选定了性能最佳的德国宝峨双轮铣。地下连续墙成槽过程中,施工单位通过优化施工工艺,严控成槽施工过程,先后采用了3台不同型号的超声波探测仪对槽壁垂直度进行了高达26次的检测对比,最终将槽壁垂直度控制在设计允许偏差范围内。

中铁隧道局前海深隧项目负责人说,一般地下连续墙长度不超过30米,而前海深隧这面地下连续墙长达56米,是超长的地下连续墙。“前海深隧地下连续墙的成功构建,为后续大面积施工、标准化操作积累了前海经验,为主隧盾构始发创造了有利条件。”

(责编:李慧博、董菁)