3月29日，我國(guó)首座設(shè)計(jì)時(shí)速350公里的大直徑海底高鐵隧道——汕汕高鐵汕頭灣海底隧道“永平號(hào)”盾構(gòu)機(jī)開(kāi)始掘進(jìn)，開(kāi)啟2169米的汕頭灣“穿越之旅”。
汕頭灣海底隧道位于廣東省汕頭市汕頭灣內(nèi)，是汕汕高鐵全線控制性工程，隧道全長(zhǎng)9191米，其中穿越汕頭灣海底段2169米采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機(jī)刀盤開(kāi)挖直徑14.57米，是目前最大直徑高鐵海底盾構(gòu)隧道。
為什么要設(shè)計(jì)成海底隧道形式?
“這是前期建設(shè)者進(jìn)行了詳細(xì)的方案比選論證后的結(jié)果。”中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱中國(guó)鐵設(shè))汕汕鐵路項(xiàng)目隧道專業(yè)負(fù)責(zé)人王旭說(shuō)，《沿?？蛯Ｉ俏仓裂?span id="cguxevi" class="keyword">平段規(guī)劃研究報(bào)告》從2016年初開(kāi)始編制，至2019年8月份方案趨于成熟，歷時(shí)三年半進(jìn)行多方案比選論證，隧道方案被認(rèn)為可有效規(guī)避臺(tái)風(fēng)威脅且抗震性能優(yōu)于地面結(jié)構(gòu)，同時(shí)運(yùn)營(yíng)服役期間可降低對(duì)海洋環(huán)境及航道通行的影響。
這座時(shí)速350公里海底隧道將面臨哪些技術(shù)挑戰(zhàn)?
汕頭灣海底隧道為國(guó)內(nèi)外首座單洞雙線350公里運(yùn)行時(shí)速的海底高鐵隧道，其建設(shè)難度及風(fēng)險(xiǎn)控制均為世界之最，建設(shè)過(guò)程將面臨在高烈度地震區(qū)穿越密集斷層破碎帶、海域高水壓環(huán)境、海域高等級(jí)侵蝕性環(huán)境和工程地質(zhì)條件復(fù)雜等世界級(jí)難題。
“隧道在8度地震區(qū)穿越17條斷層破碎帶，均具有強(qiáng)導(dǎo)水性，其中8條為活動(dòng)斷層(為國(guó)內(nèi)外水下隧道之最)。在地震及斷層蠕動(dòng)、錯(cuò)動(dòng)條件下，控制防范隧道結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、錯(cuò)臺(tái)、局部滲漏水、突水突泥甚至海水倒灌等風(fēng)險(xiǎn)成為重中之重。”王旭說(shuō)。
海域高水壓和海域高等級(jí)侵蝕性環(huán)境也是橫亙?cè)诮ㄔO(shè)者面前的一道難關(guān)。
“汕頭灣海底隧道長(zhǎng)距離位于高水壓風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，隧底最大水壓可達(dá)0.97兆帕，為國(guó)內(nèi)水下隧道之最。在承受高水壓滲透作用的同時(shí)需要適應(yīng)規(guī)范最高等級(jí)氯鹽侵蝕環(huán)境及鹽類結(jié)晶環(huán)境，兩者的耦合作用導(dǎo)致海底隧道服役環(huán)境更為惡劣。”王旭說(shuō)。
地質(zhì)勘測(cè)條件還顯示，隧道先后穿越淤泥及淤泥質(zhì)黏土地層、淤泥與花崗巖軟硬不均地層、軟硬巖軟硬不均地層以及全斷面弱風(fēng)化花崗巖地層。隧道開(kāi)挖無(wú)異于“先切豆腐后磨生鐵，中間軟硬夾生、孤石分布”。
中國(guó)鐵建十四局集團(tuán)汕頭灣海底隧道項(xiàng)目部盾構(gòu)負(fù)責(zé)人趙海濤說(shuō)，由于隧道建設(shè)環(huán)境嚴(yán)苛、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件復(fù)雜、施工風(fēng)險(xiǎn)高，同時(shí)受到貫通工期制約，汕頭灣海底隧道在不同段落共采用了6種工法進(jìn)行施工：陸域礦山法(I類大機(jī)配套)、海域礦山法、盾構(gòu)法、盾構(gòu)空推法、海底擴(kuò)大洞室盾構(gòu)整體拆解法、明挖法。工法復(fù)雜多樣、工序銜接多變。
對(duì)面臨的挑戰(zhàn)有什么應(yīng)對(duì)方案?
王旭說(shuō)，針對(duì)海域高水壓和海域高等級(jí)侵蝕性環(huán)境，設(shè)計(jì)建議針對(duì)地震及斷層不利影響，優(yōu)化防排水理念、創(chuàng)新防排水技術(shù)方案，采用閾值泄壓限排等技術(shù)手段確保隧道結(jié)構(gòu)安全、防水可靠、運(yùn)營(yíng)成本可控;通過(guò)系統(tǒng)性抗侵蝕方案，諸如提高結(jié)構(gòu)抗裂標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化混凝土配比及摻加劑、創(chuàng)新高標(biāo)號(hào)混凝土現(xiàn)澆及養(yǎng)護(hù)方案、細(xì)化構(gòu)件防腐處理工藝等。
“為攻克難關(guān)，中國(guó)鐵建十四局集團(tuán)在院士專家團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)下，量身打造了‘永平號(hào)’混合式盾構(gòu)機(jī)，滾刀刀間距由傳統(tǒng)的100毫米壓縮至90毫米，可以有效磨碎巖石，提高掘進(jìn)效率。滾刀配備全自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，這些在大直徑盾構(gòu)隧道施工中均為首次應(yīng)用。”趙海濤說(shuō)，盾構(gòu)機(jī)刀盤具備常壓換刀功能，開(kāi)口率28.5%，共配備303把刀具，最小刀間距90毫米，并具備滾動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，這些參數(shù)均代表著世界先進(jìn)水平。
汕汕鐵路起自廣汕鐵路汕尾站，終至廣梅汕鐵路汕頭站，正線全長(zhǎng)162.368千米，其中橋梁35座113.691千米，隧道13座32.404千米，橋隧比89.77%。全線設(shè)7座車站，計(jì)劃2023年通車。
