水下隧道穿江越海铺坦途

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  8月9日,武汉地铁8号线长江隧道贯通。这是国内最大单洞双线地铁隧道。预计年底通车后,乘坐地铁只要4分钟就可轻松跨越长江。
  继武汉长江公路隧道、武汉地铁2号线、4号线长江隧道后,这是武汉第4次以隧道方式穿越长江。
  中国工程院院士钱七虎说,“19世纪是桥的世纪,20世纪是高层建筑的世纪,进入21世纪,为了节约能源、保护环境,人类必须大量利用地下空间,因此,21世纪对人类来说是地下空间的世纪”。水下隧道建设技术被称为地下空间开发结构工程技术的关键技术。通过我国隧道工程技术人员长期努力奋斗,尤其是近5年来,在多项世界首创水下隧道的工程实践中,我国水下隧道的设计、施工技术与管理,逐步走到世界的先进行列。
  创新成就“国内之最”
  走在直径12米多、4层楼高的武汉地铁8号线长江隧道内,宛如步行在一座宫殿里。
  “武汉地铁8号线长江隧道中,开往武昌和开往汉口的地铁都在一个隧道的两条线路上行驶,我们称之为‘单洞双线’。这也是这个地铁长江隧道与其他地铁长江隧道的不同之处。”中国铁建铁四院武汉地铁8号线长江隧道设计负责人吕延豪介绍,由于要容纳两列列车同时通过,所以也成就了这个隧道成为我国最大直径的地铁隧道。
  采用单洞双线的创新设计有很多好处。吕延豪说,采用单洞双线,可充分利用隧道内空间,设置专用风道满足通风要求,保证行车密度,满足远期最小发车间隔2分钟的服务要求以及防灾要求。同时,无需在地面建筑风井,可以最大限度保护该线路所经地区的文物和老建筑。此外,单洞双线只需要一台盾构机,一次性将双侧地铁列车隧道打通,减少一条隧道的挖掘,降低了施工风险。
  穿越长江,地质复杂,对施工要求极高。中铁十四局集团武汉地铁8号线长江隧道施工负责人张哲介绍,隧道施工中要穿越1365米强透水、上软下硬的复合地层,中等胶结砾岩硬度高达40多兆帕,对刀具造成严重磨损和破坏,同时强风化泥质胶结黏土层黏结刀盘,给盾构掘进造成巨大阻力,是当前穿越长江隧道施工遇到的世界级难题。
  为解决这些问题,中铁十四局集团向盾构机厂商量身定制了一台12.51米级泥水平衡盾构机,在世界盾构施工中首次实现了常压下滚刀、齿刀互换技术。
  “以往更换刀具必须带压作业,每次换刀前后,作业人员要在高压舱内待上很长时间让身体适应,每次带压作业时间不超过40分钟,换一把刀往往需要几个小时,换刀效率低,作业风险大。而我们研发的常压下滚刀、齿刀互换技术,可以在正常压力下直接更换刀具,效率大大提升。遇软土时盾构机的刀盘采用齿刀来掘进,遇砾石或岩石时操作人员直接在盾构机舱内换滚刀上阵。”张哲说。
  水下隧道蓬勃发展
  近年来,我国水下隧道建设蓬勃发展,众多水下公路、地铁、铁路隧道在构建城市、区域交通网建设中发挥了便利作用,也为水下隧道施工建设积累了丰富的技术和经验。
  2008年12月28日,武汉长江隧道通车运营,中华民族实现了“隧穿长江”的梦想。这条隧道打破了以往大直径盾构只适用于软土地层的局限,开创了我国在复杂条件下修建大直径盾构隧道的先河。先进的盾构技术为我国城市交通发展的“地铁时代”提供了有力的技术支撑。武汉长江隧道破解了五大世界级难题,取得了十多项國家专利,没发生一起安全事故。
  以“万里长江第一隧”为起点,一年半时间内,我国长江中下游三大越江隧道——武汉长江隧道、上海长江隧道、南京长江隧道相继建成通车。目前,万里长江上建成和在建的隧道已有12座,其中2012年以来建成通车和在建的有10座,这在世界水下交通建设史上是绝无仅有的,标志着我国穿越江河湖海的隧道技术臻于成熟,达到了世界先进水平。
  水下隧道的建设不仅收获了高品质的隧道实体,也带动了水下隧道设计、施工队伍的成长。科技人员在水下隧道领域不断“破题”,研发实力在关键技术的攻关中逐步成长,自主创新比重进一步扩大。吕延豪说,中国铁建铁四院年均建成通车一条水下隧道,成为国内设计水下隧道最多、拥有施工工法最多的设计院。
  从大江迈向大海
  遇水架桥是千百年来人类的习惯做法,随着水下地质勘探技术、施工水平的提高,以及地面交通压力的不断增长,水下交通隧道以其少拆迁、不影响航运和水域生态环境,具有很强的抵抗灾难灾害和突发事件的能力等独特优势,逐渐成为当今跨越江河湖海的新方式。
  众多水下隧道的开通,为我国在这一领域提供了强大的技术支持,并开启了水下隧道建设从大江迈向大海的新时代。
  厦门翔安海底隧道是国内第一座海底隧道,也是世界上最大断面钻爆法海底隧道。项目形成的“钻爆法海底隧道修建技术”已推广应用到多座跨江越海工程。之后,国内首条采用盾构法施工的地铁海底隧道也在厦门盾构始发。
  在珠海,世界上最长的超大断面曲线管幕隧道——港珠澳大橋拱北隧道贯通。中铁十八局集团通过引进精确制导技术,建立自动跟踪测量系统,专门定制了4套上亿元的国际顶尖的泥水平衡式顶管机,并采取一系列科学管理措施,攻克了超长、超大曲线管幕施工中面临的精确控制、地表沉降和管幕障碍物处理等一系列世界级难题,创造了“零误差”的曲线管幕施工纪录,确保了拱北口岸“安然无恙”。
  我国地处亚洲东部,海岸线漫长,岛屿众多,具备了修建海底隧道的先决条件。烟大海底隧道、琼州海峡隧道等专家正在关注和论证的项目,举世瞩目。随着技术的不断创新和进步,穿江越海的梦想正一步步实现。
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