8月17日，黄河济南段地下30米处，涂装着“麒麟”图案的“山河号”盾构机破壁而出，世界最大直径水下盾构隧道——济南黄岗路黄河隧道贯通。当盾构机刀盘带着黄河泥沙露出真容时，中铁十四局项目现场负责人周祥在接收井旁激动地说：“11个月，我们创造了17米级盾构施工的世界新纪录。”
水下挑战：
穿越地上悬河与“地质迷宫”
在施工中，“山河号”盾构机的挑战有不少。首先摆在施工团队面前的难题就是穿越地上悬河。
“万里黄河自流入河南开始形成地上悬河。”周祥告诉记者，黄河到达济南泺口段，河床高出南岸城区地面5米，最大洪水位高出河床11.62米，是一条罕见的、水量巨大的地上悬河。济南黄岗路黄河隧道穿越“地上悬河”，是继“万里黄河第一隧”—黄河济泺路隧道后又一连接南北向的大通道，也是首条穿黄单洞双层盾构隧道。黄河的平均水位高于地表8米，隧道最低点位于河床下54米，最大水土压力6.5巴。“这相当于一个人手掌大小的面积上承受两个成年男子的重量。”周祥打了个形象的比方，这个难度就像在豆腐上绣花。
“施工中的未知风险也有不少。”周祥透露，隧道施工是在地下环境中进行，即便有前期地质勘探，在实际掘进中前方会遇到哪些具体的地质难题、遭遇哪些不可控的地质灾害，也难以预料。尤其是“山河号”盾构机的开挖直径达17.5米，开挖面积达到240平方米，地质勘探覆盖的区域有限，不可控的未知区域增多，犹如“摸黑”前进。
“地层扰动控制更难。”周祥表示，盾构隧道下穿绕城高速、黄河大堤及河道，居民住宅区及沉砂池，对地面沉降控制要求较高，沉降要求控制在1厘米之内。
此外，浆渣处理也增加了施工难度。黄岗路黄河隧道每掘进1环，就会产生1200方泥浆，整条隧道将会产生160万方的泥浆，浆渣处理的难度极大。
值得注意的是，较常规大直径盾构隧道，黄岗路黄河隧道每环管片有12块，管片链接数量也多出一倍，拼装时间长、拼装精度难度上升、管片运输与拼装风险增大。
破局之路：
①选型之战关乎成败
17日上午，走进黄岗路黄河隧道南岸接收井，涂装“麒麟”图案的“山河号”半潜于黄河之下，宛如一条静卧的巨龙。这台总长163米、重达5200吨的“工程机械之王”，从设计之初就面临着“直径每增加一米，难度呈几何式增长”的挑战。
“隧道高效建设的关键，在于盾构机选型的精准。”周祥的话道出了核心。与前辈“泰山号”“黄河号”相比，17.5米的开挖直径意味着要在黄河之下挖出一座6层楼高的空间，刀盘选择、管道抗压、断面稳定等问题接踵而至。周祥告诉记者，他们总部的盾构专家与项目团队开展了数十次头脑风暴，仅泥浆管选型就引发激烈争论。
“常规300型泥浆管和500毫米管道造价低，但如此大的断面可能频繁堵管。”周祥算了一笔“风险账”：一次堵管至少耽误8-12小时，直接影响工期。尽管新方案选用400型号泥浆管和600毫米管道，造价高达2000多万元，但团队最终拍板：“为了‘血管’通畅，值！”
实践证明了选型的正确性。“山河号”实现每分钟35毫米的掘进速度，远超15.76米直径的黄河济泺路隧道每分钟25毫米的纪录。
“血管”通畅了，“牙口”也得锋利。项目团队大胆选用带压复合型刀盘，并显著提升刀盘开口率。“更大的开口率能有效‘防粘防堵’，更多的撕裂刀专克那些‘刁钻’的顽石。优化刀具配置还减轻了刀盘自重，主驱动负载和扭矩也降下来了……”周祥细数着刀盘的“升级秘籍”。
不仅如此，“山河号”盾构机还装配伸缩式主驱动、开挖仓伸缩摄像头等先进装备，应用了第四代同步双液注浆工艺，并搭载“五官一脑”智能化装备系统，构建起盾构掘进的“智慧大脑”，实现全流程感知、预警与智能决策。
②与黄河“顽石”智勇较量
黄河河床深处的地质，是给建设者出的考卷。勘探显示，黄岗路黄河隧道区间段内存在大量“钙质结核”，长度达2000米，占比超六成。它们像大小不一、不规则分布的“顽石”，不规则地镶嵌在粉质黏土层中，宛如“黏糕里的硬骨头”。
“这些‘硬骨头’，当年在黄河济泺路隧道可没少让我们吃苦头，甚至让盾构掘进停滞不前！”中铁十四局盾构经理薛永超回忆。
随着“山河号”盾构机挺进钙质结核区，管道内石头碰撞的响声由疏变密、由弱变强。早有准备的项目团队也亮出了“法宝”，他们创新性设计的双采石箱，可以实现一用一备。
薛永超说，当采石箱压力变小时，他们就对采石箱进行切换和清理，掘进初期每环就要清理一次。而随着掘进进入密集区，清理频率飙升，最高峰的时候每环要清理50次。以往是单采石箱，需要人工往外搬，费时费事。如今通过远程控制和双箱轮换，每次清理仅需5分钟，实现不停机、快速的循环处理，硬是将“拦路石”变成了高效流程中的“小插曲”。
此外，面对强度高达41兆帕的“顽石”，项目团队为“山河号”装备了自主研发的金刚石刀具，这款刀具更具有耐磨性。他们还规划了两处换刀点，计划对盾构机刀具进行检查更换。
随着掘进的推进，“山河号”到达第一处换刀点，伸缩摄像头传回的画面让人振奋。刀具完好，掌子面切割轨迹清晰。随后，他们一鼓作气完成掘进。
最终，“山河号”创造了黄河下首次实现全程3.3公里连续掘进不换刀，为高效掘进赢得了宝贵时间，打赢了这场与“硬骨头”的攻坚战。
2024年5月19日，这台涂装“麒麟”图案的“山河号”盾构机在济南下线，高颜值、高性能的“巨无霸”为穿黄隧道建设按下了“快进键”，原计划日掘进6-8米，实际达到12-18米。
③百十万方泥浆变“清泉”
站在黄岗路黄河隧道泥浆处理厂旁，很难想象这里每天“吞”进上万方黄河泥浆，“吐”出的却是清澈的尾水。“向北是济南一级水源地，向南横贯黄河，我们的泥浆处理必须零污染。”泥水处理厂厂长胡修志说。
据了解，区间段内，地层以粉质黏土为主，比重提升快，泥浆黏度大，处理难度高。且“山河号”盾构机开挖面积达240平方米，每掘进1环就会产生1200立方米泥浆，每天会产生上万立方米泥浆。泥浆的高效处理，直接成为制约掘进速度的“核心”瓶颈。“我们考察过长江隧道借鉴污水处理的新型设备。”胡修志坦言，“在黄河这种特殊泥层下，它有点‘水土不服’。”
别无选择，自主创新成为唯一出路。他们决定，自主搭建一套泥浆处理设备。“这是行业内的新挑战，可借鉴经验少，参数配比确定更是难上加难。”胡修志告诉记者，他们在类似地质的济泺路北延黄河项目泥浆池旁建起临时试验场地，开始了“从零开始”的压滤试验。
“絮凝剂用量是关键。少了泥饼含水量就会过高，达不到目的。多了尾水絮凝剂含量超标，既达不到泥浆循环使用的标准，并且还会让成本剧增。”他们以2小时为周期反复试验，当看到压滤出来的尾水如矿泉水般清澈时，胡修志心头一热，“有戏了”！
然而，现场原位试验时，尾水却出现了浑浊。他们迅速“会诊”，认为是絮凝剂“醒发”时间不够。“就像是加入了酵母的面团，需要充分醒发。”为此，他们将膨化箱从2个增加为3个，给絮凝剂留足“反应时间”，这一次，效果立竿见影。精益求精，他们进一步优化工艺，将原本必须匀速流转的泥浆管路，改造为可变速、间歇性供浆的“智能模式”，既能短时间内“大流量补浆”，又能有效防止罐底泥土“板结”。
2024年9月1日，“山河号”盾构机始发之际，这套完全自主创新的“絮凝+提浓+压滤”组合工艺同步启用。系统每小时可处理泥浆近600立方米，日处理效率提升50%，滤饼含水率降低至30%以下
此外，项目团队还将泥浆分离出来的尾水开展无害化及梯级资源化利用关键技术研究，将尾水再用于调制盾构泥水循环浆液，参与掌子面渣土携带，实现了盾构尾水的零排放、再利用，真正做到了绿色施工、环保施工。
④螺蛳壳里做“空间魔术”
济南黄岗路黄河隧道为单管双层双向6车道设计，是首条穿黄单洞双层盾构隧道。相较于常规双隧，节约地下空间的同时可节约投资15%左右，但也带来了内部结构工序多、作业空间狭小、工序交叉复杂、施工协调难度大等多重挑战。
如何在有限空间内协调盾构掘进与内部结构同步施工，成为制约整体效率的“紧箍咒”。当掘进到300米时，隧道内部结构同步施工的“双重奏”开启。起初，团队一门心思抓进度，却在狭窄的通道里频频遭遇“肠梗阻”。
“要保证每天6环的掘进目标，17辆运输管片、箱涵、双液浆的车辆就得日夜不停地‘输血’。”项目总工程师高同矿解释，“但内部施工，尤其是车道板浇筑，一块就耗时6-7小时，‘占道’工作让物资运输生命线瞬间‘卡壳’”。
困境倒逼智慧。项目发挥团队力量，定制出组合式台车，并创新研发可移动盘扣支架等工装，优化施工工艺10余项。组合式台车底部巧设万向轮及伸缩式承重底托，实现快速移位，为后续车道板施工腾出空间，同时为盾构物资运输留出畅通车道。
这如同在螺蛳壳里做道场，硬是实现了内部结构施工与盾构掘进“双线并行”，内部结构施工工效提升60%，用巧妙的“空间魔术”破解了同步施工的制约难题，为整体高速推进提供了坚实保障。
大众新闻·齐鲁壹点 于泊升
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