穿越山城江水 助力八縱八橫

(資料圖片)

探訪我國首條穿越長江高鐵隧道

重慶至黔江鐵路2標(biāo)項目局部示意圖，其中盾構(gòu)段全長3845米。（受訪對象 提供）

工作人員正在啟動“長江號”盾構(gòu)機(jī)。劉福昌 攝

工作人員在“長江號”盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行調(diào)試驗收。劉福昌 攝

山體洞室內(nèi)，正在組裝中的“長江號”盾構(gòu)機(jī)。孫圣瑞 攝

盾構(gòu)施工段穿越地層示意圖，其中穿越長江水域段長1282米。（受訪對象 提供）

渝湘高鐵重慶長江隧道“長江號”盾構(gòu)機(jī)日前在重慶南山149米深的洞室內(nèi)徐徐轉(zhuǎn)動刀盤，啟動難度最大的穿江作業(yè)，標(biāo)志著全國首條穿越長江高鐵隧道正式進(jìn)入盾構(gòu)掘進(jìn)施工階段。

渝湘高鐵是“八縱八橫”高鐵網(wǎng)中廈渝通道的重要組成部分，全長近800公里。其中新建重慶至黔江鐵路，正線全長269.5公里，設(shè)計時速350公里，從重慶站引出，止于黔江區(qū)，是成渝城市群、長江中游城市群、海西城市群間高速客運(yùn)交流的通道。項目建成后，將有效縮短成渝兩地通勤時間，極大方便市民出行，有效實(shí)現(xiàn)成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈與海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)、長三角經(jīng)濟(jì)圈、京津冀的快捷聯(lián)系。

作為我國第一條穿江高鐵隧道，也是全國最長的水下高鐵隧道，重慶長江隧道的設(shè)計和建設(shè)克服了哪些難點(diǎn)？背后依靠哪些技術(shù)支撐？讓我們一起走近“萬里長江高鐵第一隧”，探尋其中的奧秘。

“萬里長江高鐵第一隧”

穿越“山、城、江、水”，面臨著不良地質(zhì)、有害氣體、高強(qiáng)水壓、噪音控制等多方面因素挑戰(zhàn)

在重慶，長江有著舉足輕重的地位，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一個重要特點(diǎn)就是過江。逢山開路、遇水架橋，“橋都”重慶擁有數(shù)十座跨江大橋，而橫跨長江的高鐵隧道，卻是第一次建設(shè)。

從2020年9月16日正式開工建設(shè)至今，重慶長江隧道工程的建設(shè)已有近三個年頭。對于“基建大國”來說，要建一條穿越長江的隧道，難度何在？

穿越“山、城、江、水”，是重慶長江隧道面對的四種環(huán)境，也是四大難題。

中鐵二院渝湘高鐵重慶段長江隧道設(shè)計負(fù)責(zé)人陳楊介紹，隧道穿越渝中半島和南岸區(qū)，下穿市人民醫(yī)院、市政道橋、軌道交通線路、人防洞室等126棟建筑物，地表最高建筑160米，6次穿越運(yùn)營地鐵軌道線。“市民在坐地鐵時，隧道開掘現(xiàn)場可能就在離他們不遠(yuǎn)的地方。因此，如何減少施工震動、噪音對地下以及地面正常生產(chǎn)生活的影響，是我們需要考慮的重要方面?！?/p>

而所謂“穿山”，是指重慶長江南岸的銅鑼山山脈，其中包含當(dāng)?shù)刂哪仙斤L(fēng)景區(qū)。此地地質(zhì)條件復(fù)雜特殊，巖溶、破碎帶、煤層瓦斯區(qū)、采空區(qū)等不良地質(zhì)段落長。比如，巖溶水會對隧道圍巖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溶蝕，進(jìn)而導(dǎo)致突水涌泥問題。此外，山體中的有害氣體像是儲存在巖層里的一個個“氣球”中，一旦隧道施工中不小心戳破了這些“氣球”，有害氣體就會釋放出來，甚至引發(fā)爆炸。

南山區(qū)域除了山體地質(zhì)復(fù)雜，水體也不少。

隧道掘進(jìn)過程中將穿越翠云水庫等4處大小水體，其中距離庫底最小凈距僅17米，地質(zhì)敏感、環(huán)保要求標(biāo)準(zhǔn)高。“雖然這些水體深度并不大，操作難度相對較低，但由于其生態(tài)特殊性，我們需要注意工程帶來的地下水流失、水庫水體污染等問題?！标悧畋硎尽?/p>

除了山、城、水帶來的挑戰(zhàn)，穿越長江是本項工程的“重頭戲”。

穿越長江主航道、穿江段長1282米、泥巖砂巖反復(fù)變化、節(jié)理裂隙帶多、最小覆巖厚度僅10米……陳楊介紹，同樣是水體，與“穿水”相比，“穿江”的難度在于高深度帶來的強(qiáng)水壓。“最大水壓達(dá)到0.9兆帕，相當(dāng)于在指甲蓋大小面積上承受9公斤的壓力，稍有不慎，就可能導(dǎo)致隧道變形甚至垮塌?！?/p>

“螺螄殼里做道場”

國內(nèi)第一條完全在山洞內(nèi)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)組裝、始發(fā)、接收并拆解的盾構(gòu)隧道

重慶南山149米深的洞室內(nèi)，長江高鐵隧道的盾構(gòu)工程正在火熱施工之中。地面上車流穿行、人來人往，人們并不會察覺到，此時一個“鋼鐵巨獸”正在地下穩(wěn)穩(wěn)掘進(jìn)。

鉆爆法、盾構(gòu)法、明挖法是挖掘隧道的常用工法。在重慶長江隧道工程中，這3種工法被組合運(yùn)用，其中盾構(gòu)段全長3845米，穿江區(qū)間長1282米。

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，就像是游戲“貪吃蛇”不斷前進(jìn)延長的過程。機(jī)器最前端圓形刀盤嵌著許多刀頭，緩緩旋轉(zhuǎn)的刀盤好似一張大嘴，刀頭如同牙齒，把巖石、砂土“嚼碎”，然后通過管道運(yùn)送排出。

重慶長江隧道項目總工程師劉志丹告訴記者，“盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)、管片拼裝等工作中，主要依靠自動化的系統(tǒng)設(shè)備，能夠有效降低工作人員勞動強(qiáng)度，且安全系數(shù)較高、隧道掘進(jìn)速度較快。同時盾構(gòu)施工對環(huán)境的影響也很小，施工過程不受氣候條件影響，施工中的防水工作比較容易，對地表的沉降影響也很少?！?/p>

跟普通機(jī)械設(shè)備不同的是，盾構(gòu)機(jī)是“定制化產(chǎn)品”，每一臺設(shè)備都需要結(jié)合實(shí)際需求單獨(dú)設(shè)計。為此次工程量身定做的“長江號”盾構(gòu)機(jī)由中鐵十四局負(fù)責(zé)，它身長142米，體重3500噸，個子高過4層樓房，僅刀盤直徑就有近13米。

如此龐然巨物，在以往的工程中，都是在洞外完成組裝后再進(jìn)洞施工。但由于重慶“兩岸高、江面低”的特殊地理環(huán)境，這次盾構(gòu)機(jī)的上萬個零部件要在山洞內(nèi)完成組裝，這條過江隧道也將成為國內(nèi)第一條完全在山洞內(nèi)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)組裝、始發(fā)、接收并拆解的盾構(gòu)隧道。

“螺螄殼里做道場”，大到技術(shù)工班的工人如何配合工序，小到如何精準(zhǔn)計算用于吊裝物件的鋼絲繩長度，都需要反復(fù)推敲。

而組裝完成只是盾構(gòu)工程的第一步，接下來，它將面臨更大的考驗。

“為攻克盾構(gòu)穿江難題，‘長江號’采用了多項最新配置和技術(shù)?！眲⒅镜づe例道，開挖倉高精度氣液壓力平衡控制技術(shù)可以確保江底盾構(gòu)施工開挖倉穩(wěn)定，攻克節(jié)理裂隙帶水量豐富難題；高壓沖刷系統(tǒng)能夠有效解決刀盤結(jié)泥餅、開挖倉堆積等難題；有害氣體自動化監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)τ泻怏w進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，并實(shí)時傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)早預(yù)警、早發(fā)現(xiàn)，保證作業(yè)安全等。

在長江下穿隧行進(jìn)，除了作業(yè)效率和安全，防止和減少對水體的污染，也是一項重要的功課。

作為盾構(gòu)掘進(jìn)的“保險鎖”，油脂可以防止外部地下水和泥漿等進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)內(nèi)，保證盾構(gòu)機(jī)內(nèi)施工人員以及設(shè)備的安全。劉志丹介紹，“長江號”作為一臺泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，使用的油脂包括盾尾密封油脂和軸承密封油脂兩種，其質(zhì)量、環(huán)保數(shù)據(jù)都達(dá)到國際先進(jìn)水平。同時，施工人員會根據(jù)水壓及地質(zhì)條件確定油脂注入?yún)?shù)，精準(zhǔn)控制油脂的注入壓力和注入量，在滿足施工要求的前提下，最大限度防止油脂擴(kuò)散和流失造成的污染。

“中國制造”新名片

盾構(gòu)機(jī)反映我國高超的工業(yè)水平和完善的產(chǎn)業(yè)鏈，未來將向多樣化、智能化繼續(xù)發(fā)展

從重慶站開車去黔江大約需要4個小時；而等渝湘高鐵通車后，僅需40分鐘。成倍縮短的路程和時長，帶來的是成倍增加的便利和幸福感。

陳楊表示，長江隧道建成后，將實(shí)現(xiàn)重慶站與重慶東站快捷貫通，將重慶站由盡頭式火車站變?yōu)樨炌ㄊ交疖囌?，使渝湘高鐵、渝萬高鐵在中心城區(qū)的重慶站與成渝高鐵貫通，形成廈長渝蓉、沿江高鐵大通道。

不止重慶，隨著我國水下盾構(gòu)技術(shù)的成熟與發(fā)展，越來越多沿海沿江城市選擇隧道作為越海穿江通道，武漢、南京、上海等沿江城市相繼修建了不同使用功能的隧道，涵蓋公路、鐵路、城市地鐵等。鉆山入地、穿江過海，國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)穿梭在大江南北的工程現(xiàn)場，助力一個個高難度項目順利完工，極大地提高了運(yùn)輸效率，進(jìn)而帶動地區(qū)經(jīng)濟(jì)。

一臺盾構(gòu)機(jī)包含上萬個零部件，產(chǎn)業(yè)鏈涉及機(jī)械制造、電子元器件、液壓管路等多個工業(yè)領(lǐng)域，體型巨大、技術(shù)精密，需要強(qiáng)大的集成控制系統(tǒng)才能正常工作，其自主化程度直接反映一個國家的工業(yè)水平和產(chǎn)業(yè)鏈完善程度。

穿山打隧、鏗鏘突進(jìn)，長江隧道前進(jìn)的狀態(tài)，也是中國盾構(gòu)機(jī)一路突破的歷程。

從天價進(jìn)口到完全自主知識產(chǎn)權(quán)獨(dú)立制造，從最初只能挖地鐵到能挖大埋深、長距離的硬巖隧道，從只能水平前進(jìn)到能水平S形連續(xù)轉(zhuǎn)彎、大傾角斜坡向上……近年來，中國盾構(gòu)機(jī)和它背后的技術(shù)服務(wù)、中國施工力量一起走出國門，構(gòu)成了完整的中國盾構(gòu)品牌，贏得了國際市場的信任，成為新的中國制造名片。

作為一名在盾構(gòu)領(lǐng)域深耕多年的工程師，劉志丹認(rèn)為，與世界其他盾構(gòu)機(jī)相比，中國生產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)在一些技術(shù)特點(diǎn)上有自己獨(dú)特的優(yōu)勢?！氨热纾覀兩a(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)更加多樣化，具有更加靈活的調(diào)節(jié)能力，可以滿足不同地形的施工要求，更耐用，安全性也更高。與此同時，我們也正在加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，不斷提高盾構(gòu)機(jī)的性能和質(zhì)量，通過智能化技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的自動化操作，提高工作效率?！?/p>

智能化、自動化，也是陳楊對盾構(gòu)機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢的期待。

“同樣的施工工作量，用傳統(tǒng)的礦山法完成，可能需要100個人；而用盾構(gòu)法的話，可能只需要10個人。如此強(qiáng)烈的對比，就是盾構(gòu)機(jī)智能化所帶來的人力解放。”陳楊表示，在智能掘進(jìn)模式下，盾構(gòu)機(jī)將由大數(shù)據(jù)庫云端提供掘進(jìn)參數(shù)，在智能算法的控制下完成智能自主掘進(jìn)，能夠自主分析不同復(fù)雜地層條件，識判各類重大風(fēng)險源，系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)預(yù)警和事件預(yù)警功能，并給出科學(xué)掘進(jìn)參數(shù)。隨著盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展到一定程度，它將慢慢取代一些傳統(tǒng)工法，并逐漸在更多作業(yè)線實(shí)現(xiàn)“有人值守，無人操作”的智能化作業(yè)。（本報記者 沈東方）

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