高鐵修到百米海底 探訪全國(guó)最大水壓最大埋深海底隧道

逢山開(kāi)路，遇水架橋，這對(duì)鐵路建設(shè)者來(lái)說(shuō)已是家常便飯。若要穿山越壑，潛江入海，能否依然沉穩(wěn)應(yīng)對(duì)？在廣東虎門珠江入?？?，建設(shè)中的深江鐵路珠江口隧道正在書(shū)寫(xiě)“答卷”。

深江鐵路途經(jīng)深圳、東莞、廣州、中山、江門5個(gè)地市，是中國(guó)“八縱八橫”高鐵網(wǎng)沿海通道的重要組成部分，也是對(duì)接服務(wù)“一帶一路”倡議、支持粵港澳大灣區(qū)和中國(guó)廣東自貿(mào)區(qū)建設(shè)的重大交通基礎(chǔ)設(shè)施。作為深江鐵路全線重點(diǎn)控制性工程，珠江口隧道連接?xùn)|莞與廣州南沙。隧道全長(zhǎng)13.69公里，為單洞雙線高速鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速200公里，是目前我國(guó)最大水壓最大埋深海底隧道。

自2020年7月開(kāi)工建設(shè)以來(lái)，珠江口隧道工期已持續(xù)3年有余。這條海底全新“大動(dòng)脈”是如何修建的？背后依靠哪些技術(shù)支撐？記者走近建設(shè)中的珠江口隧道。

海底最大埋深115米、水壓高至1.06兆帕，長(zhǎng)距離穿越多種復(fù)雜地層

施工難度在全世界范圍內(nèi)都是罕見(jiàn)的

廣東東莞、廣州隔珠江口而望，這一次它們因珠江口隧道變得更加緊密。根據(jù)線路規(guī)劃圖，隧道從東莞濱海灣站入地穿越珠江口，在廣州南沙萬(wàn)頃沙鎮(zhèn)上岸。待建成后，往來(lái)兩地不過(guò)4分鐘車程。

許多人不知道的是，4分鐘的快捷背后是長(zhǎng)達(dá)10年的方案論證比選。

跨越江河湖海的方式很多，橋梁、橋隧、島橋隧或隧道皆可行。深江鐵路選擇以全程水下隧道方式穿越珠江口。

據(jù)相關(guān)資料顯示，珠江口隧道海域段長(zhǎng)約11.05公里，最大埋深115米，接近40層樓高。隨著深度加大，水壓也在不斷增強(qiáng)。盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)承受的極值達(dá)1.06兆帕，超過(guò)10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，相當(dāng)于在指甲蓋大小的面積上承受10.6公斤的壓力。加之周邊環(huán)境水腐蝕性較為嚴(yán)重，會(huì)破壞鋼筋表面的防腐層，造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。

既要承受如此大的水壓，又要抵御海水侵蝕，為何偏偏選擇全程水下隧道方式？

“珠江口隧道穿越經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集、生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū)，對(duì)施工提出很高的要求。”中鐵十四局深江鐵路珠江口隧道工程項(xiàng)目總工程師陳興飛告訴記者，首先要最小程度干擾周邊社區(qū)、航運(yùn)航道、生態(tài)系統(tǒng)，以保持環(huán)境的穩(wěn)定。其次，施工要考慮地質(zhì)條件，確保隧道的安全和持久。為滿足這些要求，線路選定時(shí)需要綜合考慮交通需求、生態(tài)保護(hù)和地質(zhì)特征，同時(shí)與利益相關(guān)者充分協(xié)商，以達(dá)成最佳方案。

其實(shí)，綜合考慮多種因素，曾誕生公鐵兩用橋、單一橋、隧道等多種方案。這些方案各有特點(diǎn)，多數(shù)專家認(rèn)為，珠江口穿行的主航道是粵港澳大灣區(qū)港口群連接國(guó)際航道、通達(dá)國(guó)內(nèi)外港口的水路運(yùn)輸大動(dòng)脈，考慮到橋梁在建設(shè)和后期運(yùn)維階段會(huì)對(duì)通航、防洪、環(huán)境、成本造成一定影響，最終舍棄經(jīng)濟(jì)效益較好的公鐵兩用大橋方案，改為隧道下穿。

確定如何越過(guò)珠江口后，就是線路的選擇。針對(duì)珠江口東西兩岸施工點(diǎn)位、線路通道走向、工程合理性等情況，形成了南、北線兩個(gè)方案?？蔁o(wú)論如何走線規(guī)劃，都避不開(kāi)珠江口水域復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。

珠江三角洲是由珠江水系沖積而成、水況復(fù)雜、地形多變的復(fù)合型三角洲?？辈旖Y(jié)果顯示，兩條線位的地貌單元均為珠江三角洲平原，該水域底部覆蓋層成分基本相同，“上軟下硬”，上部主要是軟土、砂土沉積，下部由上更新統(tǒng)黏性土、砂礫石層組成，底部有微風(fēng)化花崗巖巖層。

“海底凹凸不平、軟硬不均，其中全斷面硬巖長(zhǎng)2.75公里，斷裂帶區(qū)間長(zhǎng)達(dá)490米，巖石最大飽和抗壓強(qiáng)度達(dá)124兆帕?！标惻d飛粗略算了下，這種情況下，隧道跨越珠江口要穿過(guò)17條斷裂破碎帶、13種地層、5種復(fù)合地質(zhì)?！捌涫┕るy度在全世界范圍內(nèi)都是罕見(jiàn)的?！?/p>

“醒獅”鬧海、“蛟龍”潛底，量身定制國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)

用國(guó)之重器破解世界級(jí)工程難題

在15平方米的駕駛室里，機(jī)器轟鳴，操作臺(tái)上閃爍的指示燈似乎在述說(shuō)這里的忙碌。盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)陳興格目不轉(zhuǎn)睛地盯著眼前的9塊屏幕，不時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕調(diào)整參數(shù)。駕駛室外，盾構(gòu)機(jī)巨大的刀頭緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始前移。

盾構(gòu)機(jī)是目前最先進(jìn)的隧道開(kāi)挖裝備，在復(fù)雜多變的硬巖地層下，雖然每天只能前行6米至8米，卻是隧道工程的“得力干將”。珠江口隧道也不例外。

珠江口隧道采用“礦山+盾構(gòu)”的組合方法進(jìn)行施工。所謂盾構(gòu)法，即采用大型盾構(gòu)機(jī)從兩端同時(shí)掘進(jìn)施工。記者了解到，該隧道盾構(gòu)段總長(zhǎng)6520米，“深江1號(hào)”盾構(gòu)機(jī)從東莞虎門方向掘進(jìn)3590米，“深江2號(hào)”盾構(gòu)機(jī)從廣州南沙萬(wàn)頃沙方向掘進(jìn)2930米。礦山法是用開(kāi)挖地下坑道的作業(yè)方式修建隧道，為盾構(gòu)機(jī)的順利拆解、回收騰挪空間，確保整個(gè)施工過(guò)程的安全有序。

“與普通機(jī)械設(shè)備不同，盾構(gòu)機(jī)是定制化產(chǎn)品，每一臺(tái)設(shè)備都需要結(jié)合工程實(shí)際量身打造。不同的地質(zhì)條件，會(huì)有不同的需求。”陳興飛說(shuō)，珠江口隧道的超高水壓，在國(guó)內(nèi)尚無(wú)同等條件的工程經(jīng)驗(yàn)、盾構(gòu)設(shè)備和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可供參考。因此，針對(duì)該隧道施工重難點(diǎn)設(shè)計(jì)的兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)，也注定與眾不同。

——重工業(yè)外表下的反差萌。兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)猶如“鋼鐵穿山甲”，鑿巖破壁，可“體型”龐大的它們，有著萌化人心的顏值?！吧罱?號(hào)”身披“醒獅”皮膚，威風(fēng)凜凜，極富嶺南特色；“深江2號(hào)”噴涂“蛟龍”造型，寓意這臺(tái)“地下蛟龍”乘風(fēng)破浪、無(wú)往不利。

——裝備升級(jí)提升盾構(gòu)適應(yīng)性。在“醒獅”“蛟龍”身上，有多項(xiàng)為保障安全、高效掘進(jìn)而采用的先進(jìn)技術(shù)。如“深江1號(hào)”配置了“常壓+帶壓”滾刀、可伸縮主驅(qū)動(dòng)，同時(shí)集成了高效重載物料運(yùn)輸、超高水壓主驅(qū)動(dòng)密封自動(dòng)加壓、盾尾間隙測(cè)量等一系列智能化系統(tǒng)。“深江2號(hào)”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)性配備了小刀間距常壓復(fù)合刀盤、可伸縮主驅(qū)動(dòng)、超高壓壓力自動(dòng)補(bǔ)償、四回路保壓、氣墊直排掘進(jìn)系統(tǒng)等創(chuàng)新科技，在質(zhì)量上精益求精，嚴(yán)格把關(guān)。

——雙殼設(shè)計(jì)確?！敖鹣s脫殼”。盾構(gòu)機(jī)完成任務(wù)后如何接收是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須考慮的問(wèn)題。傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)由大型起重設(shè)備輔助進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)拆解運(yùn)輸，但這在珠江口隧道顯然無(wú)法實(shí)現(xiàn)，且海底拆解施工風(fēng)險(xiǎn)高。“我們?yōu)椤罱?號(hào)’設(shè)計(jì)了‘雙殼’模式，隧道貫通后，外層殼體作為支護(hù)留在地層中，這樣可以保證掌子面穩(wěn)定；同時(shí)為拆解盾構(gòu)機(jī)提供吊裝支撐。如此一來(lái)，盾構(gòu)機(jī)便可‘金蟬脫殼’般從海底全身而退?！标惻d飛解釋道。

“醒獅”“蛟龍”為珠江口隧道的建設(shè)施工按下了“快進(jìn)鍵”。記者從承建方了解到，截至目前，“深江1號(hào)”盾構(gòu)機(jī)已掘進(jìn)2646米，“深江2號(hào)”盾構(gòu)機(jī)已掘進(jìn)2380米，工程進(jìn)度條已加載過(guò)半。

尾水變“廢”為寶，智慧化拼裝管片

創(chuàng)新為綠色高效施工保駕護(hù)航

“全體注意，開(kāi)始推進(jìn)！”11月17日上午，隨著油泵、泥漿泵、刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)，“深江1號(hào)”在珠江口水面下73米開(kāi)始了新一輪作業(yè)。

盾構(gòu)機(jī)的刀盤在作業(yè)隧道內(nèi)“吃”土，施工現(xiàn)場(chǎng)卻干凈整潔，沒(méi)有渣土、沒(méi)有泥水。這得益于“大盾構(gòu)工匠工作室”和“黨員創(chuàng)新工作室”的課題研究成果。

為解決工程盾構(gòu)過(guò)程中的技術(shù)難題，來(lái)自建設(shè)、施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位的黨員組建了上述創(chuàng)新工作室。“施工尾水直排會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，施工的同時(shí)對(duì)尾水進(jìn)行有效處理是必要的?！敝需F十四局深江鐵路項(xiàng)目黨支部書(shū)記張偉向記者介紹起如何變“廢”為寶。

首先將渣土從泥漿中分離出來(lái)。張偉說(shuō)，混合渣土的泥漿經(jīng)過(guò)排漿管路運(yùn)至泥漿處理廠，通過(guò)泥水分離設(shè)備實(shí)現(xiàn)泥漿與渣土的分離。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理的渣土被運(yùn)送至指定渣土廠后，可再用于種地、栽樹(shù)、路基施工，從而達(dá)到資源的綠色減排再利用。

珠江口隧道穿越的含礫砂巖地層富含鐵離子、懸浮物等，初步分離的尾水水質(zhì)渾濁，水體呈棕紅色。為解決此問(wèn)題，兩個(gè)工作室開(kāi)展了課題攻關(guān)。

張偉進(jìn)一步解釋道，先用離心機(jī)進(jìn)行廢漿處理，降低泥漿比重；再利用泥漿泵將處理后的尾水送至初級(jí)沉淀池，添加復(fù)合藥劑加速水中懸浮物絮凝沉降；沉淀后的上清液會(huì)被導(dǎo)入二級(jí)沉淀池。經(jīng)過(guò)多道處理的尾水觀感無(wú)色，且滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)及循環(huán)利用的要求，可用于制漿及洗車槽洗車，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約水資源的目的。

珠江口隧道工況復(fù)雜，建設(shè)過(guò)程中面臨諸多挑戰(zhàn)。工期緊、任務(wù)重，設(shè)計(jì)建設(shè)者們堅(jiān)持用創(chuàng)新為綠色、高效施工保駕護(hù)航。

“管片是確保隧道結(jié)構(gòu)完整的關(guān)鍵，珠江口隧道的特殊性對(duì)管片性能、針對(duì)性提出了更高要求?！敝需F十四局深江鐵路項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李兵舉例說(shuō)，“深江1號(hào)”盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的盾構(gòu)段長(zhǎng)3590米，由1.6萬(wàn)余塊管片環(huán)環(huán)拼裝而成，每塊管片重達(dá)13噸，拼裝一塊平均耗時(shí)6分鐘。無(wú)論是制作還是拼裝都是一項(xiàng)耗時(shí)、耗力的大工程。

為了進(jìn)一步提升施工效率，管片的制作和拼裝都插上了智能“翅膀”。李兵介紹，通過(guò)在預(yù)制基地引進(jìn)模具清理涂油機(jī)器人、智能收面機(jī)器人、無(wú)人駕駛運(yùn)輸車等10余種智能化設(shè)備，以及智能養(yǎng)護(hù)、無(wú)人值守過(guò)磅智能系統(tǒng)，整條生產(chǎn)線僅需11名工人就能生產(chǎn)出質(zhì)量上乘的管片。

在拼裝階段，也少不了智能設(shè)備的身影。無(wú)人運(yùn)輸車將澆筑完成的管片運(yùn)至指定位置，工作人員只需操縱手中的遙控器，即可“指揮”安裝在隧道上部的管片吊機(jī)開(kāi)始工作。放鉤、吊起、轉(zhuǎn)體，三個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作，管片就隨傳送帶前往盾構(gòu)機(jī)最前方，等待被拼接嵌入隧道壁。“智能設(shè)備進(jìn)一步解放了勞動(dòng)力?！苯ㄔO(shè)人員感慨道。（中國(guó)紀(jì)檢監(jiān)察報(bào)記者 陳瑤）

來(lái)源：中國(guó)紀(jì)檢監(jiān)察報(bào)