長江第一隧

李立新 胡雪君

武漢長江隧道于2004年11月28日開工，2008年12月28日通車試運(yùn)行。該隧道總建筑長度3630米，分左、右兩條隧道，其中東線隧道長3295米，西線隧道長3303.6米，每線各設(shè)兩車道，寬7米，車道凈高4.5米，設(shè)計(jì)車速50公里/小時(shí)。這條被稱為“萬里長江第一隧”的隧道，是我國最早開建、最先竣工的長江公路隧道，完全由我國自主設(shè)計(jì)、施工完成。

武漢長江隧道建設(shè)中產(chǎn)生了多項(xiàng)“第一”：國內(nèi)第一個(gè)采用10米以上特大直接的復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)貫通長江；國內(nèi)第一次在全斷面砂層中完成掘進(jìn)的盾構(gòu)隧道；第一個(gè)采用管道雙道防水的水下公路隧道；國內(nèi)第一個(gè)在隧道頂部設(shè)置專用排煙通道的隧道；國內(nèi)第一個(gè)采用9等分通用楔形管片的盾構(gòu)隧道；國內(nèi)第一條經(jīng)國家批準(zhǔn)立項(xiàng)、工程可行性研究報(bào)告第一個(gè)經(jīng)國家核準(zhǔn)、工程第一個(gè)開工，并第一個(gè)實(shí)現(xiàn)建成通車的長江水下公路隧道。

武漢長江隧道工程建設(shè)成套技術(shù)由鐵道部第四勘察設(shè)計(jì)院（簡稱“鐵四院”）、中鐵隧道局、武漢市城投公司等13家單位聯(lián)合完成。工程不僅入選由中國建筑業(yè)協(xié)會會同13家行業(yè)建設(shè)協(xié)會共同組織開展的“改革開放35年百項(xiàng)經(jīng)典工程”，還獲得了土木工程領(lǐng)域科技創(chuàng)新最高獎(jiǎng)項(xiàng)——“中國土木工程詹天佑大獎(jiǎng)”。

武漢長江隧道可抗擊6級地震和300年一遇的洪水侵襲。它的建成通車，有效改善了武漢中心城區(qū)的道路交通狀況，補(bǔ)充和優(yōu)化了武漢市道路交通網(wǎng)路，形成了武漢市過江通道水上、水面、水下三維立體格局，顯著提升了武漢市的城市功能，帶動(dòng)了隧道兩岸及周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展。武漢長江隧道的建設(shè)實(shí)踐，大大提升了我國水下盾構(gòu)隧道建造技術(shù)水平，使之達(dá)到國際領(lǐng)先，為我國在建或籌建的其他水下隧道提供了示范與借鑒經(jīng)驗(yàn)。

本文組織過程中，我們走訪了鐵四院、武漢長江隧道股份有限公司。高士粹（原武漢市人防辦主任）、胡潤州（原武漢地鐵建設(shè)前期工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室顧問）、肖明清（武漢長江隧道總設(shè)計(jì)師）幾位同志談了些隧道建設(shè)背后的故事。

孫中山最早構(gòu)想建隧

1919年2月，孫中山在《實(shí)業(yè)計(jì)劃》一書中首次提出在武漢修建長江隧道：“在京漢鐵路線，于長江邊第一轉(zhuǎn)彎處，應(yīng)穿一隧道過江底，以聯(lián)結(jié)兩岸。更于漢水口以橋或隧道，聯(lián)絡(luò)武昌、漢口、漢陽三城為一市。至將來此市擴(kuò)大，則更有數(shù)點(diǎn)可以建橋，或穿隧道?！?/p>

20世紀(jì)30年代，國民黨當(dāng)局曾請美國專家到武漢考察長江隧道選址，后因抗日戰(zhàn)爭爆發(fā)，無人再提此事。當(dāng)一個(gè)民族連存亡問題都沒有解決時(shí)，修建長江隧道這樣的大型基礎(chǔ)設(shè)施只能是一種空想。

直到1979年，武漢市人防辦在制定《武漢市人防工程規(guī)劃》時(shí)，重新提出修建過江地鐵及隧道，規(guī)劃圖上標(biāo)明的位置為漢口青島路附近至武昌大東門，與今天的武漢長江隧道位置大體相同。不過，人防部門并未對過江地鐵及隧道建設(shè)展開深入研究，改革開放之初的武漢也沒有經(jīng)濟(jì)實(shí)力建地鐵，長江隧道依然只是一紙規(guī)劃。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代，因輕軌造價(jià)低于地鐵、施工難度相對較小，武漢市決定優(yōu)先推進(jìn)輕軌建設(shè)，過江地鐵及隧道沒有進(jìn)入決策層視野，官方研究機(jī)構(gòu)對地鐵的關(guān)注也很少。

80年代末至90年代初，武漢市一些官方研究機(jī)構(gòu)注意到，輕軌有很大局限性，如運(yùn)力不如地鐵、對城市景觀破壞較大等。呼吁建設(shè)過江地鐵和隧道的聲音逐漸多了起來。

當(dāng)時(shí)，北京、天津已建成地鐵，上海首條地鐵正在施工中，廣州、沈陽、南京等地都在籌建地鐵，國家計(jì)委提出，總?cè)丝跀?shù)在100萬以上、GDP在100億元以上的大城市可建設(shè)地鐵。武漢完全符合國家計(jì)委提出的條件，全市上下建設(shè)地鐵的熱情迅速高漲。

1992年2月，時(shí)任武漢市委書記的錢運(yùn)錄收到一封信，標(biāo)題為《關(guān)于吸引世界銀行貸款建設(shè)武漢越江地鐵的建議》。信是由夏康裕（時(shí)任武漢市財(cái)政局局長）、高士粹（時(shí)任武漢市人防辦主任）、程濤平（時(shí)任武漢市委研究室處長）三人聯(lián)名寫的。錢運(yùn)錄批示：“這個(gè)建議有道理，需要認(rèn)真論證”，并表示市委常委會要研究一下。武漢過江地鐵及隧道的建設(shè)終于擺上市委、市政府的議事日程。

1994年6月，武漢市科協(xié)等單位舉辦“武漢地鐵研討會”；同年7月，武漢市科委組織對“武漢地鐵重大課題研究”進(jìn)行招標(biāo)；1995年12月課題完成，使武漢越江地鐵及隧道有了比較成熟的方案；1995年9月，武漢市成立地鐵建設(shè)前期工作領(lǐng)導(dǎo)小組，推進(jìn)地鐵項(xiàng)目前期工作開展，但因思想不統(tǒng)一，進(jìn)展不大。

隧道項(xiàng)目險(xiǎn)些下馬

1999年1月，新一屆武漢市政府調(diào)整了地鐵建設(shè)前期工作領(lǐng)導(dǎo)小組成員，充實(shí)了力量，地鐵過江隧道前期工作進(jìn)入快車道。

鐵四院在過去眾多機(jī)構(gòu)研究成果基礎(chǔ)上，經(jīng)進(jìn)一步研究論證，完成了長江隧道的預(yù)可行性研究報(bào)告，提出公路隧道與地鐵隧道合建。

2001年4月，國家發(fā)改委委托國際咨詢公司，組織專家組對該報(bào)告進(jìn)行審查。有專家質(zhì)疑：報(bào)告中武漢市有關(guān)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測武漢2020年過江交通流量只有十多萬輛，其中武漢長江隧道日通車量只有兩萬多輛。這么少的流量，一橋、二橋完全可以分擔(dān)，還有必要耗巨資修建長江隧道嗎？

這一質(zhì)疑非同小可，武漢長江隧道可能因此下馬。著名交通專家胡潤州臨危受命，進(jìn)行補(bǔ)充論證。胡潤州發(fā)現(xiàn)，報(bào)告中對武漢市2020年GDP預(yù)測過于保守，不到4000億元；過江交通流量預(yù)測也偏小。在修改了相關(guān)參數(shù)后，胡潤州預(yù)測，2010年武漢過江交通流量將達(dá)33.6萬輛，2020年達(dá)到55.2萬輛；長江隧道2010年的日交通流量為55643輛，2020年為68643輛（飽和）。這一補(bǔ)充論證結(jié)果得到了國家發(fā)改委的認(rèn)可，2002年春，武漢長江隧道獲準(zhǔn)立項(xiàng)。

武漢長江隧道總設(shè)計(jì)師肖明清說，早在武漢建設(shè)長江隧道之前，鐵四院的工程師們就開始在長江上勘測，研究在長江上修隧道的可能性，但那時(shí)候并不是在武漢，而是在南京。

高級工程師吳維參加了當(dāng)時(shí)的勘測研究。他介紹，1993年，國家準(zhǔn)備建設(shè)京滬高速鐵路，由于跨江地區(qū)距南京長江大橋僅1.7公里，若再修橋會對長江航運(yùn)帶來影響。因此，鐵四院當(dāng)時(shí)提出“以隧道方式過江”的設(shè)想，并且實(shí)地鉆孔勘測。有趣的是，后來京滬高鐵改變了設(shè)計(jì)方案，另選地址建橋過江，武漢過江隧道成了“長江第一隧”。

于是，南京的經(jīng)驗(yàn)被鐵四院用于武漢。吳維說：“南京與武漢長江水下地質(zhì)環(huán)境有許多相似處，于是我們將原南京的方案經(jīng)過改進(jìn)，大大加快了武漢過江隧道的‘上馬速度?！?h3>四次重大險(xiǎn)情

四年的酷暑嚴(yán)冬，四年的漫漫長路。武漢長江隧道的每一個(gè)施工階段，幾乎都伴隨著世界級技術(shù)難題的攻關(guān)。除了要防止長江高水壓造成透水，機(jī)械掘進(jìn)要一次性成功穿越長江江底2500多米等世界級難題之外，最為關(guān)鍵的是，隧道在兩岸掘進(jìn)時(shí)，部分地段離地面高樓僅有5至6米，其難度可想而知。工程總指揮長萬姜林（2008年1月至2008年11月）說：“我們把安全意識貫穿到每一個(gè)環(huán)節(jié)、每一顆螺絲釘上，確保了工程順利完工。”

1.江南豎井管涌

2005年8月23日，江南豎井快要封底的時(shí)候，出現(xiàn)了豎井里最為惡劣的險(xiǎn)情——管涌。當(dāng)時(shí)，聯(lián)合體項(xiàng)目部正在進(jìn)行明挖暗埋隧道及江南盾構(gòu)始發(fā)井的深基坑施工?；又苓叿植贾S多建筑：東側(cè)有距離防淹門基坑僅2米的三層樓學(xué)生宿舍，北側(cè)有理工大學(xué)三層樓校區(qū)的電教大樓，西側(cè)有該校區(qū)的幼兒園、教工家屬樓、體育館。

23日凌晨4點(diǎn)左右，指揮長肖龍鴿（2004年11月至2008年1月）、總監(jiān)理工程師張健智接到現(xiàn)場值班負(fù)責(zé)人朱繼紅報(bào)告，基坑內(nèi)鋼管固定角鋼或鋼筋發(fā)出爆裂響聲，三層樓北側(cè)附近的Φ800毫米排水鋼管接合箱突然拉裂，大量的雨水、排水管的漏水從地面和裂縫涌入基坑，房屋開裂加劇，局部地基出現(xiàn)塌陷40至50厘米、基坑支撐軸力加大、相鄰明挖段出現(xiàn)整體向西側(cè)的江南始發(fā)井方向移動(dòng)的現(xiàn)象。

針對出現(xiàn)的緊急情況，肖龍鴿立即召集聯(lián)合體相關(guān)成員單位：中鐵隧道集團(tuán)武漢長江項(xiàng)目部、武漢市政集團(tuán)武漢長江項(xiàng)目部、中鐵四院武漢長江項(xiàng)目部，并邀請了上海市政監(jiān)理公司，緊急召開專題會議，啟動(dòng)搶險(xiǎn)預(yù)案，并果斷采取向基坑拋填沙袋、坑內(nèi)回灌、拆遷三層樓宿舍等緊急措施。至8月25日10點(diǎn)多，基坑回灌水位標(biāo)高達(dá)到承壓水頭以下50厘米，滿足了反壓要求，險(xiǎn)情得以控制。

2.大雨威脅盾構(gòu)機(jī)

2006年6月26日，一場大雨把武漢三鎮(zhèn)淋了個(gè)透，到第二天天亮前還沒有停的意思。武漢的地下排水狀況一直不太理想，碰上連續(xù)的暴雨，市中心會有很深的積水。那時(shí)盾構(gòu)機(jī)正在豎井里掘進(jìn)，路面上來不及排的水往豎井里倒灌。聯(lián)合體項(xiàng)目部的人急得團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)。積水越來越多，繼續(xù)下去后果極為嚴(yán)重。水離電機(jī)只有20多厘米，如果水淹電機(jī)，整個(gè)盾構(gòu)機(jī)就將報(bào)廢，損失上億，耽誤至少一年的工期。肖龍鴿接到消息后，心急如焚。他的第一反應(yīng)是打電話找市政水務(wù)部門。接電話的人說，全市都被淹了，我們實(shí)在忙不過來，就把電話掛了。情況緊急，肖龍鴿想到了甲方——武漢城投。他分別給武漢城投的總經(jīng)理陳躍慶、總工程師徐建平打了電話。

武漢長江隧道建立了一整套應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，城投有規(guī)定，手機(jī)不關(guān)機(jī)，以便施工單位隨時(shí)找到人，遇到突發(fā)情況第一時(shí)間趕到現(xiàn)場。凌晨5點(diǎn)鐘，陳躍慶和徐建平一接到電話，分別從家里趕到施工現(xiàn)場，并及時(shí)聯(lián)系水務(wù)集團(tuán)請求協(xié)助。水務(wù)集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)二話沒說，緊急抽調(diào)10多名工人，外加一臺揚(yáng)程30多米的抽水泵從宗關(guān)水廠趕赴現(xiàn)場。車至大橋又碰上單雙號限行，他們層層聯(lián)絡(luò)，讓設(shè)備和救援人員火速到達(dá)。

經(jīng)過兩個(gè)多小時(shí)的搶險(xiǎn)工作，終于平安闖過了差點(diǎn)毀掉盾構(gòu)機(jī)的險(xiǎn)關(guān)。

3.河床塌陷

2007年4月，盾構(gòu)機(jī)正從武昌往漢口掘進(jìn)，離武昌江堤還有100多米時(shí)，盾構(gòu)機(jī)突然無法正常前進(jìn)。肖明清介紹，當(dāng)時(shí)他們擔(dān)心盾構(gòu)機(jī)在江底出現(xiàn)故障。后來，派潛水員三次進(jìn)入，反復(fù)檢查，始終沒有發(fā)現(xiàn)障礙物。最后專家確認(rèn)是機(jī)器磨合問題，試著再往前掘進(jìn)，不久便恢復(fù)了正常運(yùn)行。肖明清與他的同事們虛驚一場。

2007年9月，當(dāng)?shù)诙_盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，發(fā)生了更大的險(xiǎn)情——河床塌陷！肖明清回憶，當(dāng)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)江中200米，由于泥水泵故障，導(dǎo)致氣壓艙的高壓空氣躥到泥水艙后通過地層從江底冒出，導(dǎo)致河床塌陷了4米多深。同時(shí)刀盤被卡，泥水壓力建立不了，盾構(gòu)機(jī)一下子轉(zhuǎn)不動(dòng)了。過往船只上的人看到長江江面上直冒氣泡，以為發(fā)生了地震，趕緊打電話報(bào)警。幸好盾構(gòu)機(jī)是封閉的，沒有影響到施工人員的安全。項(xiàng)目部立即制訂方案，修復(fù)被氣體沖開的通道，通過反復(fù)的壓漿使泥漿壓力逐步建立。然后，通過泥漿循環(huán)把塌落在刀盤艙內(nèi)的砂土循環(huán)出去，減輕了刀盤負(fù)荷。經(jīng)過一個(gè)多星期的出漿排砂，盾構(gòu)機(jī)才修復(fù)好并恢復(fù)

掘進(jìn)。

4.“高壓進(jìn)艙”作業(yè)

施工人員多次進(jìn)行“高壓進(jìn)艙”作業(yè)也十分驚險(xiǎn)。為了修復(fù)泥漿門、檢查碎石機(jī)漏油情況并開展焊接工作，過江前檢查刀盤及刀具的情況，施工人員必須帶壓進(jìn)艙。高壓進(jìn)艙猶如進(jìn)入鯊魚嘴，保壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，巨大壓力作用下，泥水就會迅速?zèng)_進(jìn)氣艙，艙內(nèi)人員幾乎無逃生可能。高壓進(jìn)艙作業(yè)又如大象穿針鼻—?dú)馀搶挾葍H83厘米，作業(yè)人員不帶任何設(shè)備待在里面轉(zhuǎn)身都很困難，可以想象在里面開展泥漿門復(fù)位、焊接等工作是何等的不易。潛水員一般只能承受3公斤的壓力，而進(jìn)艙時(shí)的壓力達(dá)4.5公斤。為解決這一問題，施工方請了海軍工程大學(xué)的專家來培訓(xùn)，采用了新技術(shù)。當(dāng)技術(shù)人員第一次進(jìn)去時(shí)，大家都捏了一把汗，出來時(shí)，大家才松了一口氣。

在“長江一號”“長江二號”長距離的掘進(jìn)過程中，遇到的不只上述幾場驚心動(dòng)魄的風(fēng)險(xiǎn)，還有很多大大小小的事故。比如當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在江底掘進(jìn)時(shí)，居然碰到了日軍入侵武漢時(shí)丟到江底的炸彈。當(dāng)時(shí)，施工人員只是感覺到盾構(gòu)機(jī)碰到了異物，但并沒有發(fā)現(xiàn)炸彈，直到盾構(gòu)機(jī)在漢口出洞后人們清理盾構(gòu)機(jī)前面的雜物時(shí)，才發(fā)現(xiàn)一枚長50厘米的炸彈，想起來就讓人后怕。盾構(gòu)機(jī)穿越江南的武九鐵路時(shí)，因?yàn)榛疖囯S時(shí)都可能經(jīng)過，施工人員繃緊了神經(jīng)，24小時(shí)巡視，擔(dān)心路基會沉降塌陷，影響火車正常運(yùn)行。所幸最后沒有出現(xiàn)任何異常。位處漢口的魯茲故居，是湖北省重點(diǎn)文物保護(hù)單位，離江北的豎井南側(cè)僅20米，保護(hù)難度極大。魯茲故居是一棟西式兩層磚木結(jié)構(gòu)樓房，盾構(gòu)機(jī)從它下面經(jīng)過時(shí)，距離上面房屋只有6米，該處地質(zhì)條件差，容易下陷。施工方控制掘進(jìn)參數(shù)，科學(xué)防護(hù)監(jiān)測，盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過后，房屋下陷不超過1厘米，建筑完好無損。

攻克技術(shù)難關(guān)

武漢長江隧道建設(shè)集河床沖積變化大、地層縱向復(fù)雜多變、江中局部穿切一半硬一半軟的硬質(zhì)巖石、水壓力高、地層透水性強(qiáng)、掘進(jìn)距離長、下穿建筑物密集等諸多難點(diǎn)于一身，是當(dāng)時(shí)中國地質(zhì)條件最復(fù)雜、工程技術(shù)含量最高、施工難度最大的江底隧道工程。

武漢長江隧道復(fù)雜苛刻的外在客觀條件給隧道施工帶來了五大困難：一是姿態(tài)控制。盾構(gòu)機(jī)穿越軟硬不均的地質(zhì)，掘進(jìn)姿態(tài)難以控制，弄不好就走偏了，難以到達(dá)指定位置；二是高水壓。隧道從水面到底部深57米，江水的壓力極大，防止隧道透水是最大難點(diǎn)；三是超淺埋。部分地段盾構(gòu)機(jī)離地面只有五六米，要不“驚動(dòng)”地面建筑，穿越長江大堤等，難度極大；四是強(qiáng)透水。隧道兩岸大部分為粉細(xì)砂地層，一旦透水，后果不堪設(shè)想；五是長距離掘進(jìn)，由于地質(zhì)變化大，盾構(gòu)機(jī)必須一次性成功穿越2500多米。

（一）克服開挖深基坑難題，確保盾構(gòu)始發(fā)順利

2005年6月21日，江南始發(fā)井正式開挖。江南豎井由于連續(xù)墻是致密粉砂層不良地質(zhì)，成槽困難，聯(lián)合體項(xiàng)目部采用鉆機(jī)引孔、先引后開挖的“三鉆一抓”施工工藝，調(diào)整盾構(gòu)始發(fā)由部分為整體始發(fā)，使用國內(nèi)最先進(jìn)的三軸攪拌機(jī)和旋噴機(jī)施工，同時(shí)精心組織、合理安排、集中勞動(dòng)力，確保了江南盾構(gòu)始發(fā)井正式開挖。

開挖處地下水與長江水連通，水位高、水壓大，黏性或砂性土壓縮性高而強(qiáng)度低，具有高靈敏度、易觸變、流變的工程地質(zhì)特征，開挖過程中極易造成地面沉降，對周邊建筑物產(chǎn)生破壞，基坑施工風(fēng)險(xiǎn)極大。始發(fā)井施工采用明挖順作法，以地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑開挖深度為21.34米，地下連續(xù)墻厚度0.8米，與內(nèi)襯結(jié)構(gòu)共同受力，組成復(fù)合結(jié)構(gòu)（只傳遞壓力，不傳遞減力）；基坑設(shè)置六道支撐；基坑采用高壓旋噴樁對基底進(jìn)行抽條加固；陰角處地基加固為水泥旋噴樁；底下連續(xù)墻分幅接頭處采用三根Φ600旋噴樁止水，深度與墻深相同；采用現(xiàn)澆鋼筋砼內(nèi)襯，在沿工作井深度方向設(shè)置兩道橫向框架，底板設(shè)置底梁，沿豎向設(shè)置壁柱；內(nèi)襯施工時(shí)預(yù)留盾構(gòu)始發(fā)洞門；基坑防水采用“以封為主，減壓降水為輔，封降結(jié)合”的原則；降水主要采用管井降水和井點(diǎn)降水，有效制服了長江高水壓危害。

（二）攻破盾構(gòu)掘進(jìn)險(xiǎn)關(guān)，保障隧道施工運(yùn)營安全

盾構(gòu)掘進(jìn)是武漢長江隧道施工中的關(guān)鍵工序之一，事關(guān)工程安全、進(jìn)度、成本、質(zhì)量等。但是盾構(gòu)地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高水壓、強(qiáng)透水、長距離等特點(diǎn)不僅導(dǎo)致掘進(jìn)方向容易出現(xiàn)偏差，而且掘進(jìn)過程面臨滲水、地面沉降、江水壓力、隧道變形、火災(zāi)等諸多問題。這些問題也會嚴(yán)重影響隧道的使用和運(yùn)營。為了最大限度地確保施工安全和后期隧道運(yùn)營安全，中隧聯(lián)合體成功破解了多項(xiàng)世界性難題。

1.掘進(jìn)模式

盾構(gòu)機(jī)在地底下掘進(jìn)，容易引發(fā)土壤沉降，造成建筑坍塌。專家們采用“氣墊式泥水平衡盾構(gòu)法”，使盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)波動(dòng)很小，水土沉降控制在3厘米以內(nèi)。

這個(gè)技術(shù)是指掘進(jìn)過程中的兩種掘進(jìn)模式：泥水模式和“D”模式。

泥水模式是指在盾構(gòu)機(jī)的前部刀盤后側(cè)設(shè)置隔板，它與刀盤之間形成泥水壓力室，將加壓的泥水送入泥水壓力室，當(dāng)泥水壓力室充滿加壓的泥水后，通過加壓作用和壓力保持機(jī)構(gòu)，來保持開挖面的穩(wěn)定。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)由旋轉(zhuǎn)刀盤切削下來的土砂經(jīng)過攪拌裝置攪拌后形成高濃度泥水，用流體輸送方式送到地面。

“D”模式也叫間接控制模式，它由空氣和泥水雙重系統(tǒng)組成。在盾構(gòu)機(jī)的泥水室內(nèi)，裝有一道半隔板，將泥水室分割成兩部分，在半隔板的前面充滿壓力泥漿，半隔板后面在盾構(gòu)軸線以上部分加入壓縮空氣，形成氣壓緩沖層，氣壓作用在隔板后面的泥漿接觸面上。由于在接觸面上的氣、液具有相同的壓力，因此只要調(diào)節(jié)空氣壓力，就可以確定開挖面上相應(yīng)的支護(hù)壓力。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，由于泥漿的流失或盾構(gòu)速度推進(jìn)的變化，進(jìn)出泥漿量會失去平衡，空氣和泥漿接觸面位置就會出現(xiàn)上下波動(dòng)現(xiàn)象。通過液位傳感器，根據(jù)液位的變化控制泥漿泵的轉(zhuǎn)速，使液位恢復(fù)到設(shè)定位置，以保持開挖面支護(hù)壓力的穩(wěn)定。當(dāng)液位達(dá)到最低極限位置時(shí)，排泥泵自動(dòng)停止工作。

由于盾構(gòu)表面與地層間的摩擦阻力不均勻，地層軟硬不均、隧道曲線和坡度變化以及操作等因素的影響，盾構(gòu)推進(jìn)不可能完全按照設(shè)計(jì)的隧道軸線前進(jìn)，而會產(chǎn)生一定的偏差，開挖面上的泥水壓力以及刀盤切削地層所引起的阻力不均勻，也會引起一定的偏差，在盾構(gòu)推進(jìn)過程中由于不同部位推進(jìn)千斤頂參數(shù)設(shè)定的偏差易引起推進(jìn)方向的偏差。當(dāng)這種偏差超過一定界限時(shí)就會使隧道襯砌侵限、盾尾間隙變小使管片局部受力惡化，并造成地層損失增大而使地表沉降風(fēng)險(xiǎn)加大。因此，盾構(gòu)施工中必須采取有效技術(shù)措施控制掘進(jìn)方向，及時(shí)有效糾正掘進(jìn)偏差。

2.掘進(jìn)方向的控制

（1）采用SLS-T隧道自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)和人工測量輔助開展盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測。SLS-T隧道自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)配置了導(dǎo)向、自動(dòng)定位、掘進(jìn)程序軟件和顯示器等，能夠全天候在盾構(gòu)機(jī)主控室動(dòng)態(tài)顯示盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向，使其始終保持在允許的偏差范圍內(nèi)。隨著盾構(gòu)推進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng)后視基準(zhǔn)點(diǎn)前移，需要通過人工測量來進(jìn)行精確定位，為保證推進(jìn)方向的準(zhǔn)確可靠，人工測量每周進(jìn)行兩次，校核自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)并復(fù)核盾構(gòu)機(jī)的位置、姿態(tài)，確保盾構(gòu)方向的正確。

（2）采用分區(qū)操作盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸，控制盾構(gòu)掘進(jìn)方向。根據(jù)線路條件所作出的分段軸線擬合控制計(jì)劃，導(dǎo)向系統(tǒng)反映的盾構(gòu)姿態(tài)信息，結(jié)合隧道地層情況，通過分區(qū)操作盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸來控制掘進(jìn)方向。

在上坡段掘進(jìn)時(shí)，適當(dāng)加大盾構(gòu)機(jī)下部油缸的推力；在下坡段掘進(jìn)時(shí)則適當(dāng)加大上部油缸的推力；在左轉(zhuǎn)彎曲線段掘進(jìn)時(shí)，適當(dāng)加大右側(cè)油缸推力；在右轉(zhuǎn)彎曲線掘進(jìn)時(shí)，適當(dāng)加大左側(cè)油缸的推力；在直線平坡段掘進(jìn)時(shí)，則應(yīng)盡量使所有油缸的推力保持一致；在軟硬不均的地層中掘進(jìn)時(shí)，則應(yīng)根據(jù)不同地層在斷面的具體分布情況，遵循硬地層一側(cè)推進(jìn)油缸的推力適當(dāng)加大，軟地層一側(cè)油缸的推力適當(dāng)減小的原則來操作。

3.大直徑盾構(gòu)

盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)是影響工程安全、工程造價(jià)和施工速度的關(guān)鍵因素，在國內(nèi)缺少在砂土地層、長距離掘進(jìn)的大直徑盾構(gòu)隧道相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的前提下，施工單位結(jié)合武漢長江隧道特殊的建設(shè)條件，對其襯砌環(huán)類型、襯砌環(huán)分塊，管片厚度、寬度等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。盾構(gòu)隧道襯砌環(huán)類型有：左轉(zhuǎn)彎環(huán)，右轉(zhuǎn)彎環(huán)，直線環(huán)，通用楔形環(huán)。以往我國大直徑盾構(gòu)隧道襯砌環(huán)與日本采用相同的型式，即采用左轉(zhuǎn)彎環(huán)加右轉(zhuǎn)彎環(huán)，或者采用左轉(zhuǎn)彎環(huán)加右轉(zhuǎn)彎環(huán)加直線環(huán)的型式。這兩種方式如用于武漢長江隧道存在以下缺點(diǎn)：（1）襯砌環(huán)類型多，需要更多的管片制造模具，增加了造價(jià)；（2）由于各種襯砌在外觀尺寸上差別很小，增加了施工管理難度；（3）管片本身無法擬合豎曲線，在豎曲線地段需在環(huán)面加設(shè)不等厚的墊片，這在高水壓、強(qiáng)透水地層中對防水不利；（4）由于施工中不可避免會產(chǎn)生掘進(jìn)方向的誤差，因而在一環(huán)掘進(jìn)完成前無法預(yù)知該采用何種襯砌環(huán)，不利于管片提前組織運(yùn)輸，因而施工速度較慢，當(dāng)掘進(jìn)時(shí)間較長時(shí)極為不利。

為克服以上缺點(diǎn)，武漢長江隧道工程在國內(nèi)大直徑盾構(gòu)隧道中率先采用通用楔形環(huán)襯砌。該種類型襯砌環(huán)只需要一種類型模具，通過襯砌環(huán)沿圓心的旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)直線、平曲線、豎曲線和糾偏的擬合需要，且擬合精度高。通用楔形環(huán)的缺點(diǎn)在于管片空中旋轉(zhuǎn)位置不固定，為找出結(jié)構(gòu)最不利受力狀態(tài)，需進(jìn)行高達(dá)幾十種甚至上百種拼裝組合狀態(tài)的計(jì)算，工作量大。

設(shè)計(jì)方鐵四院從地質(zhì)環(huán)境、管片制作、運(yùn)輸難度、防水、防變形、結(jié)構(gòu)受力等綜合角度，通過對五種管片分塊方案，四種管片厚度，五種管片環(huán)寬進(jìn)行研究對比，經(jīng)過數(shù)百次計(jì)算機(jī)模擬，決定采用“9等分分塊方式，2.0米環(huán)寬，0.50米環(huán)厚”的管片結(jié)構(gòu)。這種楔形環(huán)結(jié)構(gòu)整體剛度較大，對結(jié)構(gòu)的變形控制和防水有利，所增加的結(jié)構(gòu)內(nèi)力不是很大，所需鋼筋用量很小，并可節(jié)省工程投資。

這種“9等分分塊方式，2.0米環(huán)寬，0.50米環(huán)厚”的楔形管片是專為武漢長江隧道研制，隧道內(nèi)拼裝了2533片管片，猶如一層盔甲支撐起整個(gè)隧道。2007年5月，被列入“863”計(jì)劃的“高抗?jié)B長壽命大管徑隧道管片材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用”課題，通過國家科技部驗(yàn)收。此項(xiàng)新成果的研究成功，標(biāo)志著我國盾構(gòu)隧道管片材料的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，使管片“抗?jié)B”明顯“增壽”50%以上，大大延長了隧道工程的服役年限。

4.防水設(shè)計(jì)

在0.6mpa左右高水壓的條件下，防水是長江隧道施工過程中的一大難題。盾構(gòu)隧道防水設(shè)計(jì)遵循“以防為主，多道設(shè)防，綜合治理”的原則，在管片自防水的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)處理管片接縫防水。一般在隧道建設(shè)中，采用彈道彈性密封墊可以滿足二級防水要求，但考慮到工程位于強(qiáng)透水的粉細(xì)砂地層和長江防洪大堤，而且防水等級要求為一級。從減少滲漏水的概率，確保工程的安全和防水效果，長江隧道采用雙道彈性密封墊方案。管片采用C50S12的高強(qiáng)度防水鋼筋砼，管片接縫采用兩道三元乙丙橡膠與遇水膨脹的復(fù)合材料。遇水膨脹橡膠寬20.5毫米，厚3.5毫米，膨脹后可以進(jìn)一步提高防水可靠性，滿足后期可能產(chǎn)生較大變形的防水要求，且二者復(fù)合后有利于膨脹橡膠的單項(xiàng)膨脹，側(cè)向受限，利于充分發(fā)揮膨脹應(yīng)力，不僅加強(qiáng)了止水性，而且還減少了水膨脹樹脂的溢出，有利于延長材料的使用壽命。管片內(nèi)部環(huán)縱縫凹槽采用雙組份聚硫密封膠嵌填。管片壁后注漿采取盾尾同步單液注漿，預(yù)埋二次注漿孔，達(dá)到防水和防沉降的雙重效果。管片外壁還有一層8至15厘米的砂漿保護(hù)層，這些防水措施，能讓隧道的使用壽命達(dá)100年。

5.通風(fēng)防火設(shè)計(jì)

在武漢長江隧道的初步設(shè)計(jì)里，沒有設(shè)計(jì)煙道層，對逃生通道的設(shè)計(jì)上爭議較大。有人認(rèn)為煙道難得用上，不要也行。鐵四院堅(jiān)持要做，并反復(fù)做施工方和業(yè)主的工作。當(dāng)時(shí)國際上有兩例做過煙道的隧道，都是穿山隧道。上海的水底隧道曾提出過設(shè)想，但未實(shí)施。

肖明清說：“這個(gè)隧道與其他隧道有不同點(diǎn)，由于兩岸路網(wǎng)狹窄，隧道里會經(jīng)常發(fā)生堵車現(xiàn)象。如果堵車時(shí)又發(fā)生火災(zāi)，前面的車跑不掉，煙往哪里跑？火災(zāi)時(shí)，煙流動(dòng)的速度是2米/秒，車一般的速度是16米/秒，正常情況下煙跑不了，人會在里面被煙嗆死。”

他還介紹說，傳統(tǒng)的隧道廢氣（如汽車尾氣、火災(zāi)引發(fā)的煙塵等）的排放，都通過隧道兩端的出入口外排，對周邊環(huán)境影響大，通排效果也差。特別是遭遇火警時(shí)，煙霧從出入口排放，會對人群疏散造成影響。

武漢長江隧道在建設(shè)煙道層的過程中，每60米設(shè)有一個(gè)排煙閥，同時(shí)建有兩座高達(dá)40米的風(fēng)塔。因?yàn)殚L江隧道長度較長，在排氣、通風(fēng)的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)采用了“射流風(fēng)機(jī)縱向誘導(dǎo)通風(fēng)模式”加“重點(diǎn)排煙”，以確保隧道內(nèi)良好的通風(fēng)環(huán)境。兩座風(fēng)塔直接與隧道頂部的數(shù)臺大功率抽流風(fēng)機(jī)相連，隧道內(nèi)產(chǎn)生的廢氣將通過抽流風(fēng)機(jī)向上輸向風(fēng)塔，再由風(fēng)塔排向40米的高空，經(jīng)過稀釋后擴(kuò)散，并將富含氧氣的新鮮空氣，通過一臺臺射流風(fēng)機(jī)的傳接，快速、及時(shí)地輸送到隧道各個(gè)角落，噪聲及空氣污染均可大幅下降。

此外武漢長江隧道一旦遇到火警火災(zāi)，除公安消防部門有嚴(yán)密的應(yīng)急預(yù)案外，隧道內(nèi)還設(shè)有自動(dòng)水霧噴頭，可以直接為隧道滅火。

萬姜林介紹說：“隧道暗埋段及頂部裝備了水霧噴淋滅火系統(tǒng)，每25米設(shè)一個(gè)噴淋閥，每個(gè)噴淋閥控制16個(gè)自動(dòng)噴頭，其4944個(gè)自動(dòng)噴頭，幾乎覆蓋了隧道車道板每一處空間。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，這些噴頭會自動(dòng)噴水，每個(gè)噴頭每分鐘可噴水120升?！?/p>

另外初步設(shè)計(jì)方案里的逃生通道是橫向聯(lián)通道，用于打通兩條隧道，便于逃生。但是這樣的方法曾出現(xiàn)過很大的施工問題，風(fēng)險(xiǎn)太大。設(shè)計(jì)人員將橫向聯(lián)通道改為向下的逃生通道，位于車道層的下方。逃生通道口設(shè)在左右兩條隧道的中間，在每條隧道的左側(cè)地面上，每隔80米就可看到一個(gè)長方形黑蓋，那便是逃生通道口。一旦隧道遭遇失火等緊急情況，中央控制系統(tǒng)就自動(dòng)開啟通道口，同時(shí)，通道口旁邊的墻體上也設(shè)置了通道口的電動(dòng)開關(guān)，只要輕輕一按，這扇門便能自動(dòng)開啟。因?yàn)槔稚习苍O(shè)了手動(dòng)助力裝置，停電時(shí)，這扇重達(dá)200多千克的防壓門，也可單人徒手拉開。在通道口的下方，緊接通道口的是一個(gè)長約3米的橙色滑梯，人只要一跳進(jìn)通道口，幾秒鐘內(nèi)就能滑到隧道下約2米高的逃生通道，沿著這一通道，便可直接撤離到長江兩岸。按隧道距岸邊最遠(yuǎn)距離1.8公里計(jì)算，行人按每小時(shí)5公里速度計(jì)，一般20分鐘就可撤至岸邊。

這是國內(nèi)首次使用了具有三重開關(guān)的逃生通道門，其安全逃生系統(tǒng)整體上達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

武漢長江隧道是繼武漢長江大橋之后武漢市在過江通道建設(shè)方面的又一里程碑，無論從科技含量、整體效益，還是從便民利民和安全管道等管理方面看，武漢長江隧道可堪稱是萬里長江“科技第一隧、效率第一隧、人文第一隧、安全第一隧”。

中國工程院院士王夢恕說：“武漢長江隧道在建設(shè)施工中的眾多創(chuàng)新，標(biāo)志著我國穿越江河湖海的隧道技術(shù)已接近世界先進(jìn)水平，為目前正在規(guī)劃或籌建的其他穿江城市隧道提供了非常有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)，必將有力地推動(dòng)中國過江交通隧道的發(fā)展?！保ň庉?楊 琳）

（作者李立新是湖北省委黨史研究室研究三處副處長；胡雪君是湖北省委黨史研究室研究

三處科員）