水下隧道穿江越海鋪坦途

齊慧

8月9日，武漢地鐵8號(hào)線長江隧道貫通。這是國內(nèi)最大單洞雙線地鐵隧道。預(yù)計(jì)年底通車后，乘坐地鐵只要4分鐘就可輕松跨越長江。

繼武漢長江公路隧道、武漢地鐵2號(hào)線、4號(hào)線長江隧道后，這是武漢第4次以隧道方式穿越長江。

中國工程院院士錢七虎說，“19世紀(jì)是橋的世紀(jì)，20世紀(jì)是高層建筑的世紀(jì)，進(jìn)入21世紀(jì)，為了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，人類必須大量利用地下空間，因此，21世紀(jì)對(duì)人類來說是地下空間的世紀(jì)”。水下隧道建設(shè)技術(shù)被稱為地下空間開發(fā)結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。通過我國隧道工程技術(shù)人員長期努力奮斗，尤其是近5年來，在多項(xiàng)世界首創(chuàng)水下隧道的工程實(shí)踐中，我國水下隧道的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)與管理，逐步走到世界的先進(jìn)行列。

創(chuàng)新成就“國內(nèi)之最”

走在直徑12米多、4層樓高的武漢地鐵8號(hào)線長江隧道內(nèi)，宛如步行在一座宮殿里。

“武漢地鐵8號(hào)線長江隧道中，開往武昌和開往漢口的地鐵都在一個(gè)隧道的兩條線路上行駛，我們稱之為‘單洞雙線。這也是這個(gè)地鐵長江隧道與其他地鐵長江隧道的不同之處。”中國鐵建鐵四院武漢地鐵8號(hào)線長江隧道設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人呂延豪介紹，由于要容納兩列列車同時(shí)通過，所以也成就了這個(gè)隧道成為我國最大直徑的地鐵隧道。

采用單洞雙線的創(chuàng)新設(shè)計(jì)有很多好處。呂延豪說，采用單洞雙線，可充分利用隧道內(nèi)空間，設(shè)置專用風(fēng)道滿足通風(fēng)要求，保證行車密度，滿足遠(yuǎn)期最小發(fā)車間隔2分鐘的服務(wù)要求以及防災(zāi)要求。同時(shí)，無需在地面建筑風(fēng)井，可以最大限度保護(hù)該線路所經(jīng)地區(qū)的文物和老建筑。此外，單洞雙線只需要一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，一次性將雙側(cè)地鐵列車隧道打通，減少一條隧道的挖掘，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。

穿越長江，地質(zhì)復(fù)雜，對(duì)施工要求極高。中鐵十四局集團(tuán)武漢地鐵8號(hào)線長江隧道施工負(fù)責(zé)人張哲介紹，隧道施工中要穿越1365米強(qiáng)透水、上軟下硬的復(fù)合地層，中等膠結(jié)礫巖硬度高達(dá)40多兆帕，對(duì)刀具造成嚴(yán)重磨損和破壞，同時(shí)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)膠結(jié)黏土層黏結(jié)刀盤，給盾構(gòu)掘進(jìn)造成巨大阻力，是當(dāng)前穿越長江隧道施工遇到的世界級(jí)難題。

為解決這些問題，中鐵十四局集團(tuán)向盾構(gòu)機(jī)廠商量身定制了一臺(tái)12.51米級(jí)泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，在世界盾構(gòu)施工中首次實(shí)現(xiàn)了常壓下滾刀、齒刀互換技術(shù)。

“以往更換刀具必須帶壓作業(yè)，每次換刀前后，作業(yè)人員要在高壓艙內(nèi)待上很長時(shí)間讓身體適應(yīng)，每次帶壓作業(yè)時(shí)間不超過40分鐘，換一把刀往往需要幾個(gè)小時(shí)，換刀效率低，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。而我們研發(fā)的常壓下滾刀、齒刀互換技術(shù)，可以在正常壓力下直接更換刀具，效率大大提升。遇軟土?xí)r盾構(gòu)機(jī)的刀盤采用齒刀來掘進(jìn)，遇礫石或巖石時(shí)操作人員直接在盾構(gòu)機(jī)艙內(nèi)換滾刀上陣。”張哲說。

水下隧道蓬勃發(fā)展

近年來，我國水下隧道建設(shè)蓬勃發(fā)展，眾多水下公路、地鐵、鐵路隧道在構(gòu)建城市、區(qū)域交通網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮了便利作用，也為水下隧道施工建設(shè)積累了豐富的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

2008年12月28日，武漢長江隧道通車運(yùn)營，中華民族實(shí)現(xiàn)了“隧穿長江”的夢(mèng)想。這條隧道打破了以往大直徑盾構(gòu)只適用于軟土地層的局限，開創(chuàng)了我國在復(fù)雜條件下修建大直徑盾構(gòu)隧道的先河。先進(jìn)的盾構(gòu)技術(shù)為我國城市交通發(fā)展的“地鐵時(shí)代”提供了有力的技術(shù)支撐。武漢長江隧道破解了五大世界級(jí)難題，取得了十多項(xiàng)國家專利，沒發(fā)生一起安全事故。

以“萬里長江第一隧”為起點(diǎn)，一年半時(shí)間內(nèi)，我國長江中下游三大越江隧道——武漢長江隧道、上海長江隧道、南京長江隧道相繼建成通車。目前，萬里長江上建成和在建的隧道已有12座，其中2012年以來建成通車和在建的有10座，這在世界水下交通建設(shè)史上是絕無僅有的，標(biāo)志著我國穿越江河湖海的隧道技術(shù)臻于成熟，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

水下隧道的建設(shè)不僅收獲了高品質(zhì)的隧道實(shí)體，也帶動(dòng)了水下隧道設(shè)計(jì)、施工隊(duì)伍的成長。科技人員在水下隧道領(lǐng)域不斷“破題”，研發(fā)實(shí)力在關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)中逐步成長，自主創(chuàng)新比重進(jìn)一步擴(kuò)大。呂延豪說，中國鐵建鐵四院年均建成通車一條水下隧道，成為國內(nèi)設(shè)計(jì)水下隧道最多、擁有施工工法最多的設(shè)計(jì)院。

從大江邁向大海

遇水架橋是千百年來人類的習(xí)慣做法，隨著水下地質(zhì)勘探技術(shù)、施工水平的提高，以及地面交通壓力的不斷增長，水下交通隧道以其少拆遷、不影響航運(yùn)和水域生態(tài)環(huán)境，具有很強(qiáng)的抵抗災(zāi)難災(zāi)害和突發(fā)事件的能力等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，逐漸成為當(dāng)今跨越江河湖海的新方式。

眾多水下隧道的開通，為我國在這一領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，并開啟了水下隧道建設(shè)從大江邁向大海的新時(shí)代。

廈門翔安海底隧道是國內(nèi)第一座海底隧道，也是世界上最大斷面鉆爆法海底隧道。項(xiàng)目形成的“鉆爆法海底隧道修建技術(shù)”已推廣應(yīng)用到多座跨江越海工程。之后，國內(nèi)首條采用盾構(gòu)法施工的地鐵海底隧道也在廈門盾構(gòu)始發(fā)。

在珠海，世界上最長的超大斷面曲線管幕隧道——港珠澳大橋拱北隧道貫通。中鐵十八局集團(tuán)通過引進(jìn)精確制導(dǎo)技術(shù)，建立自動(dòng)跟蹤測量系統(tǒng)，專門定制了4套上億元的國際頂尖的泥水平衡式頂管機(jī)，并采取一系列科學(xué)管理措施，攻克了超長、超大曲線管幕施工中面臨的精確控制、地表沉降和管幕障礙物處理等一系列世界級(jí)難題，創(chuàng)造了“零誤差”的曲線管幕施工紀(jì)錄，確保了拱北口岸“安然無恙”。

我國地處亞洲東部，海岸線漫長，島嶼眾多，具備了修建海底隧道的先決條件。煙大海底隧道、瓊州海峽隧道等專家正在關(guān)注和論證的項(xiàng)目，舉世矚目。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步，穿江越海的夢(mèng)想正一步步實(shí)現(xiàn)。