2002年10月16日上午,记者在尚未贯通的隧道内亲身感受涌水:脚下,是没过高豄水靴一半的积水;头上,防水安全帽被滴水砸得噼啪作响,越往里走,涌水越大。四周岩缝里不断的涌水让人有头晕目眩之感…… 6月10日,西气东输延水关黄河穿越工程胜利竣工。这是西气东输三大控制性工程在历经磨难之后,首个宣告完工的工程;也是石油天然气管道首次以隧道形式成功穿越黄河。
全民抗非典的大背景多少冲淡了这条消息的受关注程度。但只要是过来人,就一定知道它的艰难,和它对整个工程的重要性。
这里有两幅照片,一幅是竣工当日施工队伍在延水关隧道口振臂欢呼的场面,那份写在脸上的笑意,可以感染所有看到它的人;另一幅是记者去年在尚未贯通的隧道内亲身感受涌水的情景,由于洞内光线和湿度等原因而略显漫漶不清的画面上,记者的凝重气色是显而易见的。
这是2002年10月16日上午,黄河河床下20米。记者沿一条111米长、坡度达28度的340级台阶下到183米掘进深处;尽管记者在入口处已按要求穿戴上全副武装的防水服,但四周岩缝里不断的涌水仍让人有头晕目眩之感:脚下,是没过高腰水靴一半的积水;头上,防水安全帽被滴水砸得噼啪作响。越往里走,涌水越大。在183米尽头,已是流水飞泻,一片轰鸣;对面说话,凑近耳边才可勉强听清。据施工的安能公司武警总队六支队总工程师谢东刚介绍,因采取岩层注浆、封堵裂缝等技术措施,我们看到的涌水已不太严重;从8月14日起,这里先后发生涌水十余次,其中特大涌水四次,都比现在要厉害得多。在这样的“水帘洞”里,要进行正常的布管、焊接等管道作业是不可能的。所以,当时作为外行的我们,自然对施工进度和工期保证心生几许担忧。
三山一塬,五越一网
事实上,涌水,只是西气东输河流穿越工程诸多难点中“冰山之一角”;而延水关黄河穿越,只是西气东输穿越70多条大中型河流中的一次。
西气东输到底有多难?作为业主的中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司,每每用“三山一塬,五越一网”来概括———三山一塬即太行、太岳、吕梁三山和黄土塬,五越一网即五次穿越大江大河(在宁夏中卫、陕晋边界延水关、河南郑州三过黄河,在蚌埠过淮河,在南京三江口过长江),及经过江南水网地区。
干管道的人都知道,长输管线施工,喜平,喜干;怕山,怕水。普通人难以想象的大漠戈壁上的孤军奋战,对管道人来讲正是可以摆开场面抡开干的好地方,社会依托差一点,根本算不得什么。而山则不同,西气东输豫皖段丘陵地带的那种小山也不在话下,但陕晋段“直上直下式”的断裂型山却是管道施工所最头疼的,太行、太岳、吕梁三山,正是这样的典型;这还不算,西气东输经过的陕晋北部,还有全世界唯一的湿陷性黄土带,唯一,所以对其地质特性认识不清;但它带来的种种麻烦,管道人却有着切肤之痛,比如,你不动它,看上去好好的;动一方土,就有可能大面积塌方,这就是“一塬”的厉害。“一网”所指的江南地区,常言道是“人间天堂”;但正应了另一句常言“天堂的隔壁是地狱”:那种江河纵横、水网密集、泥塘遍布给管道施工带来的极大束缚甚至恐惧心理,在管道人看来真不亚于地狱。西气东输工程中的山、水之难、之险,记者去年9、10月间在苏浙沪段、陕晋段,都有过切身的体验。
而“五越”,则是西气东输穿越70多条大中型河流施工复杂程度和技术难度的高度浓缩。“五越”依地质、地形地貌等自然条件不同,采用五种不同的穿越方式———宁夏中卫黄河穿越采用跨越式,陕晋边界延水关黄河穿越采用隧道式,郑州黄河穿越采用顶管式,蚌埠淮河穿越采用定向钻式,南京三江口长江穿越采用盾构式。其中,尤以延水关黄河穿越、郑州黄河穿越和南京三江口长江穿越,因困难多、风险大、不可预见因素多,而并称为三大控制性工程。
没有最难,只有更难
在西气东输工程中,没有最难,只有更难———相对于所穿越的全部大小河流,70多条大中型河流的穿越无疑更难;70多条大中型河流中,“五越”又更难;“五越”中,宁夏中卫、蚌埠淮河稍易,三大工程更难。
“五越”中,只有宁夏中卫黄河一处弃地(水)下穿越而用明面跨越方式。众所周知,管道过河,一般“宁穿勿跨”,不得已才跨越。而中卫黄河跨越,正是这样不得已的产物:当地地质条件属坚硬的岩石,开挖、钻孔都极其困难;而岩石结构稳定,最有利于跨越,建几个作支撑的墩子即可。
地(水)下穿越中,定向钻又是最好的方式,它适合砂土、粘土及不太硬的岩石,最怕卵砾石和土石混杂;只要地质条件合适,定向钻被最多地选用。蚌埠淮河穿越之所以较早成功,与其地质条件适合定向钻有很大关系。淮河穿越成功后,西气东输共有40多条河流采用定向钻穿越(这一项可能也创下了世界第一),它们主要在集中在水网密布的江苏,定向钻在河底以下8米(洪水冲刷后的河底)打孔、扩孔、拖管,毫不影响水面通航。而西部河流则不必如此费心,因为它们通常都是季节性河流,大多不通航,所以一般采用常规的大开挖方式施工,省时、省力、省钱。
三大工程:都有哪些难念的经
延水关,位于陕西省延川县境内,在山西省永和县一侧为永和关,两岸隔河相望,形成奇险峻峭的陕晋大峡谷,自古号称要塞。西气东输管线在此穿过,选址时首先考虑的是符合线路总体走向:靖边-郑州600公里线路设计时,有5个方案比选,最后确定的是中线,而延水关正处于中线上。由于地质条件为较坚硬的基岩,最初设计采用跨越方式;但西气东输专题研究请权威部门评价时,黄河水利委员会提出,2020年左右,延水关上游规划建古贤水库,届时延水关水位将升高90米。跨越方案变得不可考虑,于是改成隧道;深度之所以放在黄河以下20米,是按地质深勘结果,为了找一个较好的岩层。
延水关黄河隧道由东西两个斜巷和平巷组成,其中西岸斜巷97米,东岸斜巷111米,坡度分别为22度、28度,平巷310米;隧道为直壁半圆拱形,钢筋混凝土结构。如前所述,水是延水关穿越工程的头号难题。该工程于2001年9月18日先行开工后,针对裂隙发育、岩体破碎、出水点多、涌水量大的难点,采取相应的岩层注浆、封堵裂缝、隔离水源、堵塞水点等措施,多次成功地封堵涌水,完成了开挖、支护、永久衬砌的全部工作;历时15个月,隧道主体于2003年元月8日贯通,在三大工程中最先进行隧道内管线安装焊接,共完成焊口50道口,焊接一次合格率100%,确保管线焊接主体贯通,并转入管线试压和连头,达到注水封洞条件。
郑州黄河穿越工程位于河南郑州黄河大桥上游约30公里处,北岸穿越点在焦作市武陟县境内,南岸穿越点在郑州市荥阳县境内,穿越主河槽位于黄河孤柏嘴至官庄峪河段,穿越总长7645米。这一选址除了线路总体上的考虑,还加上南、北岸都有长期可靠稳定的用户。具体位置则是黄委会推荐的路线,其难度远远超出了想象———河道不宽,仅一二百米,但河道控制范围近8公里,其中3600米主河道冲刷深度达20米,4000多米河滩冲刷深度5-8米;按黄委会的要求,为保护河床,管道必须在滩地十多米以下、河床二十多米以下穿越。这样的长度和深度,原定的定向钻一次过成为不可能,因为国际最先进的定向钻穿越,在管径1016毫米条件下一次钻进距离不宜超过1000米,最多1200米。后经反复比较,采用现在的方案:3600米主河道采用顶管法,建4个竖井,在30米以下顶管;剩下4公里用定向钻,南岸地段长560米,只需一次钻进,北岸3160米,分3次钻穿,这就是俗称的“黄河三穿”。
四次定向钻穿越全长4045米,因地质情况复杂,属极易造成塌方和卡钻的粉细砂、中砂层,夹有部分粘土、砂岩和卵石,施工中采用多级扩孔、加强洗孔作业、调整泥浆配方、安装中心定位器等有效措施,定向钻穿越已于2002年12月20日全部完成。
主河道的顶管穿越是真正的世界级难题:全长3600米,建4个竖井,分三段顶进,每段都在千米以上。工程位于历史上无数次改道的黄河古老河床下30米深处,地质条件变化莫测。在面临摩擦力、水压、中心定位等诸多难题的情况下,将直径1.8米的钢管一次顶进千米以上,这在世界上是绝无仅有的,而且施工过程中还遇到人类历史上首次冲沙试验,使河道改变,竖井受到很大影响。参建的中铁十六局曾有过建设北京西单和东直门、南京新街口及上海地铁等多项辉煌纪录,但这一次碰到了闻所未闻的难题,比如去年9、10月间工程最困难阶段,竖井下沉进度每天以厘米计,三号竖井下沉到离目的层仅90厘米后,所遇到的胶泥层竟使它在近一个月内只下沉了10厘米,在后来的4天中,剩下的80厘米竟分毫未动。而在工程进度上,只有4口竖井都下沉到位后,黄河穿越才算结束了第一阶段主体工程,顶穿才真正开始,其方法为:用巨大的动力,在河床下30米深处,将内径1844毫米的钢套管按水平线生生顶进,而不是推进;顶进的速度也以厘米计算。套管在河床下最终要穿连4口竖井井壁预留洞,最后与滩地定向钻穿越的管道相连,才算实现黄河穿越成功。顶管穿越原计划2003年2月底完工;截至5月底,已完成两段(1150米×2),剩下一段1200米,大概会成为西气东输全线最后完工段。这可能影响局部工期,但不会影响全线投产。
三江口长江盾构工程位于南京长江二桥下游约22公里处,是南京附近主要的水陆交通要塞。南岸属南京市栖霞区靖安镇滨江村,井口距长江大堤210米;北岸属仪征市砖井村,井口距大堤102米,全长1992米。
郑州黄河穿越的难度超出想象,而三江口盾构则是预料之中最难的。作为中国石油的一块心病,“管线过江”一直悬了几十年;西气东输立项伊始,长江就单独成为一个专题。首先是选址,一开始有4个:3个在南京附近,1个在芜湖,每处4个方案,共16个方案反复对比,大多数否决掉了,如跨越法,需在长江上建200多米高的塔架,是完全不可能的。最后选定“铁打的三江口”,因其地质结构稳定,适合盾构。之所以用盾构法,因为它能适应各种不同地质条件,而普通隧道只适合较稳定的基岩;而且盾构还不怕南方多见的涌水。
像三江口这样的盾构,在世界上也是绝无仅有的:江底45米以下,近2000米长,过3根管线,地质结构极其复杂。工程采用泥水平衡式盾构机施工,于2002年9月8日开始掘进,起步艰难。最困难时候,每天盾构进度只有几厘米。参建的台湾工程界名列前茅的中鼎公司和丰顺营造股份有限公司前两任项目经理都因工程进展缓慢而被迫打道回府;记者去年9、10月间在三江口见到中鼎新任项目经理董方洧先生时,他尽管为能拿到西气东输这样的高精尖项目而自豪,但当时对工程之难确有些一筹莫展,主要因为在世界上没有先例,谁都是在摸索着干。工期几经推迟,一度考虑到备用方案。但从现在的进度看,一天达到七八米,最多十几米;截至5月底,累计掘进1400米,占总长的70%,预计8月中旬可完成长江盾构工程。看来,备用方案将“备而不用”了。
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