4月20日，由中铁十四局集团承建的济南轨道交通R1线风井至大杨庄站盾构区间左线顺利贯通，标志着济南首条地铁实现全线“洞通”。因为途经济西富水溶洞群，这条线也被称为世界首条泉下地铁。

据悉，济南轨道交通R1线创下四个国内首次：穿过1600米的高强度富水中风化灰岩溶洞群时，换了近20次刀头；地下水原位回灌，仅一个演马庄站工程全周期回灌量就能抵上一个大明湖；采用衡盾泥带压换刀施工时，施工方还专门请来了退役潜艇兵。

盾构机出洞遇难题　洞门处或涌水涌砂

4月20日，“攻坚一号”盾构机从济南轨道交通R1线风井至大杨庄区间破洞而出，标志着济南首条地铁线全线“洞通”。现场施工人员长长舒了一口气，只有他们才知道这次成功接收背后的不容易。

济南地下泉脉丰富，因泉闻名，丰沛的水量、优异的水质以及壮观的喷涌景观，成为我国岩溶泉的典型代表，八百多处泉水疏密有致地分布于济南各地。“我们在1个月前就通过水平探孔发现洞门附近会出现涌水涌砂现象，采用普通方式不但无法保证盾构机安全出洞，还可能造成经十路路面塌陷。”

26日，中铁十四局济南地铁R1线风大盾构区间工区技术主管张露介绍，一旦因路面塌陷造成自来水管破坏，将在经十路形成一个大喷泉。

防经十路塌陷　调来全省多半液氮车

为了解决漏水漏砂问题，他们完成了国内首次土压平衡盾构机在复杂工况下液氮垂直冻结和注浆加固、水中接收等施工。“这个看起来很复杂，实际上就是让水和砂凝结成冻土，方便施工。”张露说，他们从地面向洞门位置土体引孔后埋设冷冻管，再将液氮注入管内，随着液氮气化、挥发和不断向冻结管供给新的液氮，大量吸收周围土壤的热量后，使土壤冻结，直至形成满足要求的冻土墙，将接收端头的地下水以及流砂隔离。这样可以保证洞门破除过程的安全，为下一步盾构机顺利接收提供必要条件。

不过在实际施工中，液氮并不常用。“我们前后一共用了36罐液氮，全山东一共9台液氮运输专用车，绝大部分都在我们这里。”张露说，这样就解决了道路塌陷问题。但马上下一个问题又来了：因为刀盘与周围有缝隙，出洞后也会出现涌水涌砂现象，影响安全接收盾构机。经过研究，他们在洞门外用混凝土做了一个围堰，长近17米、宽9米多、高7米左右，这就像是一个大水池。“我们往围堰中注入了大约1000方水，能保持盾构机出洞时，洞内和洞外的水土平衡。”张露说，通过洞外围堰内水的压力，可以压住洞内的水和砂，避免了盾构机出洞时大量涌水涌砂。

全国罕见　地铁施工遇1600米中风化灰岩溶洞群

施工过程中遇到1600米高强度富水中风化灰岩溶洞群，在全国地铁中也非常罕见。”张露说，灰岩强度高达112Mpa，相当于房建混凝土强度的四倍。在这个过程中，他们更换了近20次刀头。硬度最高的地方，盾构机每掘进30米，就要换一次刀头。记者看到，盾构机上替换下来的切刀和滚刀，已磨得凹凸不平。一方面需要频繁更换刀头，一方面又因为地下水压大，施工人员没法在常压下进仓更换刀头。

为此，他们与国内知名高校合作，组织成立“盾构高强度富水灰岩地层掘进施工技术”专项科研小组，共同摸索济南地区富水灰岩地层中盾构掘进施工经验，在短时间内成功解决了刀具适应性不足、富水地层掘进螺旋机喷涌、盾构掘进效率低、高水压下无法常压换刀、溶洞群中盾构姿态不受控等多个施工技术难题。

他们对盾构机优化改进十余处，总结出土压平衡盾构机富水溶洞群掘进施工技术；采用国内罕用的衡盾泥泥膜技术，将衡盾泥首次应用在富水溶洞压气作业施工中，解决了溶洞发育区更换刀具的世界性难题。

请退役潜艇兵帮忙换刀头　出来后要减压数小时

我们把衡盾泥像黏土一样搅拌好，然后注入到土仓前面，把水逼出去，补水通道也注入衡盾泥；然后我们再用空压机把空气压缩到土仓里，把衡盾泥排出去。”张露介绍，这样开挖面与刀盘之间就形成了一层有一定强度的泥土膜。下一步，就需要专业人员带着气压去更换刀片。为此，施工方特意从四川请来了最专业的带压作业团队。“他们大多是退役潜艇兵，受过专业训练。”张露说，即使这样，等他们出来时，也需要先慢慢减压数个小时，否则会对他们的身体造成巨大伤害。

R1线须途经济西富水溶洞群　储水量超100亿吨

地铁施工的最大难题就在于水处理，而济南作为泉城，节水保泉是必须考虑的问题。受地形条件限制，R1线必须途经100多个溶洞组成的济西富水溶洞群。这片地域水量丰沛，错落不一，储存量超100亿吨。中铁十四局R1号线项目总工程师张德文介绍，早在2014年6月，济南轨交集团就联合上海交通大学、山东省地矿勘察研究院、山东大学，共同对“济南地铁富水地层基坑降水与回灌保泉关键技术应用研究”课题立项。针对基坑稳定、环境安全和泉水保护这三个核心问题，课题组着力进行了三项关键技术攻关，即：基坑降水与回灌机理、回灌适宜性分区与分级的设计方法和基坑降水与回灌一体化系统设计与施工技术。

地下水原位回灌　一个车站回灌量就相当于一个大明湖

2016年10月，“济南地铁富水地层基坑降水与回灌保泉关键技术应用研究”课题顺利结题。中铁十四局项目部参与设计了抽灌一体化装置。该装置由降水井、抽水泵、沉淀池、过滤器、压力罐、回灌泵、止水阀、压力表、流量计、回灌井构成。操作时，使用电控话系统用于远程控制压力和流量，十分方便。

如何保证回灌的地下水无污染？张德文介绍，抽灌一体化装置选用最优质的成井材料，给无缝井管加双层缠丝过滤器，最大力度避免小颗粒堵塞，将抽出的水保持在专门的沉淀池内，再经滤器净化后回灌，只有达标水才能进入回灌流程。据悉，他们的地下水回灌系统，对地下水控制设计以封闭降水为主，再通过基坑降水抽灌一体化装置，可以将施工抽出的地下水80%以上回灌到地下。每个基坑都需抽取大量地下水。据悉，大杨庄站基坑施工时，有90多口井连续不断往外抽水，仅一个演马庄站车站工程全周期回灌量就相当于一个大明湖。正是通过这些技术手段，最终施工没影响泉水喷涌。

下穿京沪高铁　沉降值不足A4纸厚

李克金介绍，地下穿越京沪铁路是R1线建设中最关键也是难度最大的环节。2017年7月17日晚上11点左右，中铁十四局“开拓二号”盾构机成功下穿时速350公里京沪高铁，完成了国内首个多重复杂工况下对运营高铁线路的下穿施工，沉降控制在0.3毫米以内，沉降值不足一张A4纸的厚度，实现了“零沉降”。

中铁十四局济南地铁R1线地下一标副经理兼副总工耿传政介绍，这次盾构下穿施工，是国内首次地铁盾构隧道在大埋深、高富水、小半径、小净距叠落多重复杂工况下，对运营高铁线路的盾构下穿施工。“小半径”即长达85米的盾构机在半径仅300米的曲线下穿，如同大卡车行驶时转了个90度急弯，已经达到盾构机转弯性能极限；“大埋深、小净距叠落”即左右线两条隧道在埋深近30米的地下呈上下叠落布置，两条隧道的上下净距离仅有4米，对重达500吨的盾构机掘进精度控制提出了更高要求。施工过程中，铁路桥墩和梁底共设置44个监测点。监测分为三级预警，桥墩沉降及水平位移按照1毫米控制，并按容许沉降值的60%、75%、90%作为黄色、橙色、红色三级预警。

为了降低对京沪高铁桥桥桩影响，施工方在高铁桥桩和地铁隧道之间打设两排隔离桩。隔离桩深30米，每一根的直径为80厘米，能有效分隔施工区域和桥桩。通过隔离桩，有效控制了地层变化范围。经过两年的准备和试验，施工人员确定了相关参数。参数确定了，一切也就按部就班。施工过程中，在隧道外面，有人在桥下24小时巡视；现场巡护和位于济南西站的驻站联络员每隔20分钟就会通一个电话，保证高铁运营安全。

（首席记者　王健　实习生　苗馨方）