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目前我國最大水壓最大埋深海底隧道深江鐵路珠江口隧道
2023-11-20 來源:中新網(wǎng) 

  深江鐵路途經(jīng)深圳、東莞、廣州、中山、江門5個地市,是中國“八縱八橫”高鐵網(wǎng)沿海通道的重要組成部分,也是對接服務“一帶一路”倡議、支持粵港澳大灣區(qū)和中國廣東自貿(mào)區(qū)建設的重大交通基礎設施。作為深江鐵路全線重點控制性工程,珠江口隧道連接東莞與廣州南沙。隧道全長13.69公里,為單洞雙線高速鐵路,設計時速200公里,是目前我國最大水壓最大埋深海底隧道。

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

  海底最大埋深115米、水壓高至1.06兆帕,長距離穿越多種復雜地層

  施工難度在全世界范圍內(nèi)都是罕見的

  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,在廣州南沙萬頃沙鎮(zhèn)上岸。待建成后,往來兩地不過4分鐘車程。

  許多人不知道的是,4分鐘的快捷背后是長達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)相關資料顯示,珠江口隧道海域段長約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。盾構機施工時承受的極值達1.06兆帕,超過10個標準大氣壓,相當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)境水腐蝕性較為嚴重,會破壞鋼筋表面的防腐層,造成鋼筋混凝土結構性能劣化,影響結構的使用壽命。

  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)濟發(fā)達、人口密集、生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū),對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,線路選定時需要綜合考慮交通需求、生態(tài)保護和地質(zhì)特征,同時與利益相關者充分協(xié)商,以達成最佳方案。

  其實,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,多數(shù)專家認為,珠江口穿行的主航道是粵港澳大灣區(qū)港口群連接國際航道、通達國內(nèi)外港口的水路運輸大動脈,考慮到橋梁在建設和后期運維階段會對通航、防洪、環(huán)境、成本造成一定影響,最終舍棄經(jīng)濟效益較好的公鐵兩用大橋方案,改為隧道下穿。

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

  珠江三角洲是由珠江水系沖積而成、水況復雜、地形多變的復合型三角洲??辈旖Y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,底部有微風化花崗巖巖層。

  “海底凹凸不平、軟硬不均,其中全斷面硬巖長2.75公里,斷裂帶區(qū)間長達490米,巖石最大飽和抗壓強度達124兆帕。”陳興飛粗略算了下,這種情況下,隧道跨越珠江口要穿過17條斷裂破碎帶、13種地層、5種復合地質(zhì)。“其施工難度在全世界范圍內(nèi)都是罕見的。”

  “醒獅”鬧海、“蛟龍”潛底,量身定制國產(chǎn)盾構機

  用國之重器破解世界級工程難題

  在15平方米的駕駛室里,機器轟鳴,操作臺上閃爍的指示燈似乎在述說這里的忙碌。盾構機長陳興格目不轉睛地盯著眼前的9塊屏幕,不時轉動旋鈕調(diào)整參數(shù)。駕駛室外,盾構機巨大的刀頭緩緩轉動,開始前移。

  盾構機是目前最先進的隧道開挖裝備,在復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”的組合方法進行施工。所謂盾構法,即采用大型盾構機從兩端同時掘進施工。記者了解到,該隧道盾構段總長6520米,“深江1號”盾構機從東莞虎門方向掘進3590米,“深江2號”盾構機從廣州南沙萬頃沙方向掘進2930米。礦山法是用開挖地下坑道的作業(yè)方式修建隧道,為盾構機的順利拆解、回收騰挪空間,確保整個施工過程的安全有序。

  “與普通機械設備不同,盾構機是定制化產(chǎn)品,每一臺設備都需要結合工程實際量身打造。不同的地質(zhì)條件,會有不同的需求。”陳興飛說,珠江口隧道的超高水壓,在國內(nèi)尚無同等條件的工程經(jīng)驗、盾構設備和設計標準可供參考。因此,針對該隧道施工重難點設計的兩臺國產(chǎn)盾構機,也注定與眾不同。

  ——重工業(yè)外表下的反差萌。兩臺盾構機猶如“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。“深江1號”身披“醒獅”皮膚,威風凜凜,極富嶺南特色;“深江2號”噴涂“蛟龍”造型,寓意這臺“地下蛟龍”乘風破浪、無往不利。

  ——裝備升級提升盾構適應性。在“醒獅”“蛟龍”身上,有多項為保障安全、高效掘進而采用的先進技術。如“深江1號”配置了“常壓+帶壓”滾刀、可伸縮主驅(qū)動,同時集成了高效重載物料運輸、超高水壓主驅(qū)動密封自動加壓、盾尾間隙測量等一系列智能化系統(tǒng)。“深江2號”的研發(fā)團隊針對性配備了小刀間距常壓復合刀盤、可伸縮主驅(qū)動、超高壓壓力自動補償、四回路保壓、氣墊直排掘進系統(tǒng)等創(chuàng)新科技,在質(zhì)量上精益求精,嚴格把關。

  ——雙殼設計確保“金蟬脫殼”。盾構機完成任務后如何接收是設計團隊必須考慮的問題。傳統(tǒng)盾構機由大型起重設備輔助進行盾構機拆解運輸,但這在珠江口隧道顯然無法實現(xiàn),且海底拆解施工風險高。“我們?yōu)?lsquo;深江1號’設計了‘雙殼’模式,隧道貫通后,外層殼體作為支護留在地層中,這樣可以保證掌子面穩(wěn)定;同時為拆解盾構機提供吊裝支撐。如此一來,盾構機便可‘金蟬脫殼’般從海底全身而退。”陳興飛解釋道。

  “醒獅”“蛟龍”為珠江口隧道的建設施工按下了“快進鍵”。記者從承建方了解到,截至目前,“深江1號”盾構機已掘進2646米,“深江2號”盾構機已掘進2380米,工程進度條已加載過半。

  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航

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

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

  為解決工程盾構過程中的技術難題,來自建設、施工、設計、監(jiān)理單位的黨員組建了上述創(chuàng)新工作室。“施工尾水直排會對環(huán)境造成嚴重危害,施工的同時對尾水進行有效處理是必要的。”中鐵十四局深江鐵路項目黨支部書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。張偉說,混合渣土的泥漿經(jīng)過排漿管路運至泥漿處理廠,通過泥水分離設備實現(xiàn)泥漿與渣土的分離。經(jīng)過進一步處理的渣土被運送至指定渣土廠后,可再用于種地、栽樹、路基施工,從而達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。為解決此問題,兩個工作室開展了課題攻關。

  張偉進一步解釋道,先用離心機進行廢漿處理,降低泥漿比重;再利用泥漿泵將處理后的尾水送至初級沉淀池,添加復合藥劑加速水中懸浮物絮凝沉降;沉淀后的上清液會被導入二級沉淀池。經(jīng)過多道處理的尾水觀感無色,且滿足環(huán)保排放標準及循環(huán)利用的要求,可用于制漿及洗車槽洗車,從而實現(xiàn)保護環(huán)境、節(jié)約水資源的目的。

  珠江口隧道工況復雜,建設過程中面臨諸多挑戰(zhàn)。工期緊、任務重,設計建設者們堅持用創(chuàng)新為綠色、高效施工保駕護航。

  “管片是確保隧道結構完整的關鍵,珠江口隧道的特殊性對管片性能、針對性提出了更高要求。”中鐵十四局深江鐵路項目負責人李兵舉例說,“深江1號”盾構機掘進的盾構段長3590米,由1.6萬余塊管片環(huán)環(huán)拼裝而成,每塊管片重達13噸,拼裝一塊平均耗時6分鐘。無論是制作還是拼裝都是一項耗時、耗力的大工程。

  為了進一步提升施工效率,管片的制作和拼裝都插上了智能“翅膀”。李兵介紹,通過在預制基地引進模具清理涂油機器人、智能收面機器人、無人駕駛運輸車等10余種智能化設備,以及智能養(yǎng)護、無人值守過磅智能系統(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,也少不了智能設備的身影。無人運輸車將澆筑完成的管片運至指定位置,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開始工作。放鉤、吊起、轉體,三個簡單的動作,管片就隨傳送帶前往盾構機最前方,等待被拼接嵌入隧道壁。“智能設備進一步解放了勞動力。”建設人員感慨道。(中國紀檢監(jiān)察報記者 陳瑤)



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