1月5日，世界首條時速350千米穿海高鐵隧道——汕頭灣海底隧道建設(shè)的盾構(gòu)機“永平號”順利下線，預計將于3月底開始隧道盾構(gòu)段的掘進。待汕汕鐵路順利通車之時，高鐵不到1分鐘便能橫穿汕頭灣。
連接汕頭與汕尾兩座城市的汕汕鐵路，是粵東地區(qū)城際軌道交通網(wǎng)的重要組成部分，也是支撐“一帶一路”國家戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)設(shè)施，對促進粵東加快融入粵港澳大灣區(qū)建設(shè)、推動汕頭加快振興發(fā)展具有重要意義。由中鐵十四局承建的汕頭灣海底隧道，是汕汕鐵路全線的控制性工程。
汕汕鐵路站前六標項目部總工程師盛圣勝介紹，跨海隧道全長超9千米，分為海域段和陸域段，由南北岸相向而行施工，從南岸往北采用礦山法，從北岸往南采用盾構(gòu)法。其中海域礦山法為國內(nèi)第三次采用，時速350千米的跨海高鐵隧道盾構(gòu)法施工是國內(nèi)首例。
近日，汕汕鐵路站前六標項目部接受記者專訪，解讀汕汕鐵路汕頭灣海底隧道施工面臨的技術(shù)難點。
難點1
地下6.5米超淺埋始發(fā)
如何預防地面隆起、開裂滲水？
“形象一點說，就好比一個160米長的電鉆在地底下開挖。”汕汕鐵路站前六標項目部盾構(gòu)分部副總工程師劉弈言這樣描述盾構(gòu)法。
用于此次施工的“永平號”屬于超大直徑混合式盾構(gòu)機，整機長度160米、刀盤直徑14.57米，預計于今年3月底始發(fā)掘進施工。
本次盾構(gòu)法施工的開端面臨著超淺埋始發(fā)的困難，盾構(gòu)機始發(fā)施工僅位于地下6.5米處，其上方土層的深度還不足刀盤直徑的一半。“盾構(gòu)機上方覆土深度過淺意味著工地附近土層很可能隨著盾構(gòu)機刀盤的旋轉(zhuǎn)攪動不斷起伏，如果沒有做足防護措施，甚至可能發(fā)生地面隆起、開裂滲水或沉降的危險。”劉弈言說。
由于盾構(gòu)法施工始發(fā)段位于鬧市區(qū)，如果增加地面土層厚度會影響中泰立交橋橋墩，考慮到工程安全需要，汕汕鐵路站前六標項目部采取對始發(fā)段附近地基進行MJS工法樁（全方位高壓噴射工法）的方式，來規(guī)避盾構(gòu)機超淺埋始發(fā)會帶來的危險。
劉弈言補充道，經(jīng)過對當?shù)氐牡刭|(zhì)、水文情況勘察，下一步項目部將對施工區(qū)域地基進行化學冷凍，通過凍結(jié)土層和其中的水分提高其強度，避免盾構(gòu)機刀盤攪動給附近土層帶來的影響。
難點2
距橋墩最小間距僅2.4米
如何加固橋下土體，保建筑安全？
隧道盾構(gòu)段始發(fā)29米后即下穿中泰立交橋，隧道結(jié)構(gòu)外輪廓線距離橋墩最小間距僅2.4米。如何在順利進行地下大型施工的同時確保地面建筑的安全？
“項目部將對橋墩和橋下土體分別加固。”劉弈言介紹，對于橋墩，項目部將采用對周邊環(huán)境及地基擾動影響微小的MJS工法樁進行加固；而中泰立交橋橋面到地面高度不到9米，加固橋下土體必須在受限作業(yè)空間下進行，經(jīng)考察，項目部將大型設(shè)備旋噴樁施工工藝調(diào)整為MJS工法樁加固，滿足高鐵地基承載力要求同時，也滿足橋下受限作業(yè)空間要求。
在隧道施工現(xiàn)場附近還鋪設(shè)有海底光纜。如果沒有做好保護措施，地下6.5米處盾構(gòu)機運行帶來的起伏震動，可能會拉斷淺埋在地下2米處的光纜。為保護電纜，項目部在施工前用U形鋼板將光纜與土層隔開，避免土層震動造成光纜的起伏，同時持續(xù)對電纜進行監(jiān)測，利用專業(yè)設(shè)備測量電纜有無位置波動情況。
整條跨海隧道還下穿G15沈海高速、220KV高壓鐵塔、泰興路，近距離下穿14條重要市政管線，面臨著極高的穿越風險。項目部通過前期調(diào)研、專家經(jīng)驗借鑒等也做足了方案準備。
難點3
隧道將穿越17條斷裂帶
如何避免海水倒灌、填滿隧道？
汕頭灣地處8度地震烈度區(qū)，地質(zhì)情況復雜。盛圣勝介紹，整條海底隧道將穿越17條斷裂帶，其中以爆破為主的礦山法施工段穿越13條，盾構(gòu)法施工段穿越4條。在這17條斷裂帶中共有8條活動斷裂帶。
“斷裂帶地層是運動的，把變形量夸大來說，就是要考慮斷裂帶帶來的地層運動有沒有可能把隧道切斷。”盛圣勝說，如果施工掘進中遇到斷層處與海水相連又缺乏提前防范，會出現(xiàn)海水倒灌填滿隧道的災難性后果。為此，項目部多次組織專家組現(xiàn)場會診，根據(jù)圍巖的變化情況合理選擇開挖工法，優(yōu)化支護參數(shù)，加強工序?qū)憣嵎治?，在確保安全質(zhì)量的同時提高效率。1月10日上午，項目部還邀請在此方面有相關(guān)經(jīng)驗的專家學者共同探討交流，為海底隧道海域礦山法施工做好準備。
除斷裂帶風險外，盾構(gòu)法施工段還將穿越不同性質(zhì)的土層。盾構(gòu)機自始發(fā)井開始，將依次穿越890米軟土、430米上軟下硬及809米全斷面硬巖。軟土部分硬度過低土層承載力不足，易變形沉降；上軟下硬部分因上下土層性質(zhì)不同，下部硬度足夠的部分打出的碎石易卡入刀葉導致盾構(gòu)機停轉(zhuǎn)，同時軟硬不均的工作面也易導致盾構(gòu)掘進偏離中心線；全斷面硬巖部分則易造成刀具磨損，需要海中頻繁常壓換刀甚至帶壓進倉作業(yè)。
為保證盾構(gòu)機正常掘進，項目部針對過軟的地層進行打樁加固，過硬的地層爆破注漿，使地層性質(zhì)達到施工標準。施工方在與盾構(gòu)機生產(chǎn)方充分溝通的基礎(chǔ)上，結(jié)合汕頭蘇埃海灣隧道經(jīng)驗，適當加大刀盤開口率，對常壓可更換滾刀安裝鎖具和固定式刮刀固定螺栓等加強設(shè)計。針對長距離全斷面花崗巖層掘進，采用正面滾刀刀間距90毫米的常壓復合式刀盤設(shè)計，并在每個常壓可更換滾刀刀筒內(nèi)裝有滾刀旋轉(zhuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，可監(jiān)測滾刀的旋轉(zhuǎn)、溫度，以便有針對性地對刀具進行檢查和更換，減少不必要的停機，提高施工效率。
難點4
大直徑盾構(gòu)機海底拆解
回收后要能重復使用，無先例可供借鑒
根據(jù)前期規(guī)劃，盾構(gòu)機從北岸往南掘進至2.169千米處，將進入海域段礦山法施工段。
按照規(guī)劃，此次汕頭灣海底隧道的盾構(gòu)拆解，將是國內(nèi)首次真正意義上的海底拆解盾構(gòu)機——此前曾有其他項目嘗試在海底進行盾構(gòu)機拆解，但并未對盾構(gòu)機進行回收，此次設(shè)備拆解回收后經(jīng)組裝還能再次使用。劉弈言坦言，因為沒有經(jīng)驗可以借鑒，海底拆解仍面臨著許多未知的風險。
盛圣勝介紹，盾構(gòu)機在盾構(gòu)法施工段時周圍都是巖石，因此需要在礦山法施工段與盾構(gòu)法施工段匯合前為盾構(gòu)機制造一個超大的空間供其拆解，“這個洞室長40米、寬23米、高19米，將是世界上最大的海底拆解洞”。
“拆解盾構(gòu)機不像拆家電一樣，用扳手松一松螺絲就能完成。”劉弈言稱，為了拆解盾構(gòu)機，項目部需要將約450噸大型吊裝設(shè)備通過礦山法施工段隧道運入拆解洞，在狹小的空間內(nèi)完成組裝后，對近4200噸的盾構(gòu)機進行切割、吊裝、裝車運輸。
筆者獲悉，“永平號”盾構(gòu)機刀盤已于1月10日到達施工現(xiàn)場，隨著盾構(gòu)機其他零部件的陸續(xù)到達、組裝，盾構(gòu)法施工段隧道將于3月底試掘進，預計2022年8月至10月完成盾構(gòu)法施工段隧道掘進工作并于海底拆解盾構(gòu)機。
盡管隧道項目面臨重重困難，但項目部已做足了準備迎接挑戰(zhàn)。劉弈言介紹，預計汕頭灣海底隧道將在2022年底進行最后的鋪軌、電路安裝等工作。屆時，汕汕鐵路通車，“飛越”汕頭灣將不再是夢。
記者 余丹 實習生 劉銘勤 通訊員 姜雅寧
