我国隧道科技进入“穿江越洋”时代

万里长江第一隧——武汉长江隧道

    新华网湖北频道８月２７日电(段宏杰)厦门翔安隧道、青岛胶州湾隧道等著名工程拓宽沿海城市的发展空间；武汉、南京、上海等公路或地铁越江隧道，让长江天堑变通途；广（州）深（圳）（香）港高铁以350公里的时速穿越广东狮子洋，长（沙）株（洲）（湘）潭铁路穿越湘江构筑长株潭城市群和经济带……工程科技创新驱动着历史车轮飞速旋转，为人类文明进步提供了不竭动力源泉。以中国中铁隧道集团为代表的建筑企业，不断进行隧道掘进技术创新发展，穿越大江大河海洋，不断突破水下与海底隧道施工禁区，拓展人类生存发展空间，正引领我国隧道科技进入穿江越洋时代。

    “我国隧道建设正在从陆地向水下与海底延伸，交通变得更加高效快捷，使我国隧道科技进入穿江越洋时代，跻身国际先进行列。”著名隧道专家王梦恕院士近日表示。

    隧道科技主要分为盾构法、钻爆法和沉管法三种施工工艺。经过改革开放36年来的发展，我国工程科技从最初的跟进学习，到相互学习促进，到当前的创新超越，隧道科技的“中国梦”正越来越清晰。

    盾构科技让交通四通八达

    工程科技的每一次重大突破，都会催发社会生产力的深刻变革，都会推动人类文明迈向新的更高的台阶。

    盾构机是隧道掘进的一种专用工程机械，集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，是现代多学科交叉融合发展的产物，具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，是目前国际上最先进的隧道施工装备。

    中铁隧道集团总经理唐忠说：“国际先进施工装备盾构机在我国的引入、自主研制、广泛应用和创新发展，为人类开发大江大河与海底空间提供了强大的支持。”

    21世纪初，我国开始大规模应用盾构机施工。谈起采用盾构机下穿长江，不得不提2002年底开工的西气东输城陵矶长江隧道。该隧道总长2756米，其中盾构隧道长度2012米，被誉为“长江第一（输气）长隧”。穿越区地质围岩较为破碎，透水性较强，有29条断层。

    专业人士都明白，盾构始发很关键。为了确保成功，攻关小组的技术人员先后对始发洞门密封装置、始发基座、推力环等 8 种部件进行优化设计，最终确定始发方案分 12 步完成。为了提高管片安装效率，技术员们聚在一起争论得面红耳赤，经过反复摸索，管片安装提高了数倍，2004年10月顺利实现全隧贯通。

    可以说，城陵矶长江隧道修建发挥了“探路者”的作用。随后，中铁隧道集团承建川气东送安庆长江隧道。川气东送工程是国家“十一五”重大项目，是国内能源建设史上地质情况最复杂、难度最大、最具挑战性的工程。该隧为全线重点控制性工程之一，具有诸多工程技术难点，盾构法隧道总长约2770米。

    为了确保掘进精度，中铁隧道集团坚持对导向设备进行一天两循环的检测，发现问题立即停机整修。技术人员在掘进过程中采取同步注浆、调配循环泥浆、刀盘保压、壁后注浆等方法，控制地表沉降，确保了盾构机在长江流沙地层长距离掘进。2008年11月，安庆长江隧道历时20个月竣工，并获得2012-2013年度“国家优质工程奖”金奖。

    上世纪初，孙中山先生《实业计划》首次提出修建武汉长江隧道。2008年12月底，被誉为“万里长江第一隧”的武汉长江隧道经过四年多建设通车试运营，圆了中华民族“隧穿长江”的百年梦想，使长江天堑变通途。

    武汉长江隧道全长3.63公里，连接武昌和汉口两个中心，7分钟可穿越长江，大大缓解了汉口与武昌中心区的客运交通压力。长江武汉段江底地质条件复杂，每一个施工阶段，几乎都伴随着世界级技术难题的攻关。

    唐忠介绍，“高压进舱”是水下盾构施工面临的重要难题。当盾构刀盘磨损或前方遇到障碍物时，需要技术人员进入盾构机前面的高压机舱里了解情况。潜水员一般能承受3公斤的压力，而武汉江底需要承受4.5公斤压力。他们反复试验，大胆探索，成功解决了这一难题。武汉长江公路隧道获得詹天佑大奖，《复合式泥水盾构穿越长江水下软硬不均地层隧道修建技术研究 》通过河南省科技厅鉴定，达到国际先进水平。

    “急转弯”是水下隧道施工面临的又一道重要难题。在武汉地铁二号线越江隧道施工中，盾构机小弯道施工极易造成盾构卡壳、管片破损甚至漏水等现象。项目科研人员让“盾头”和“盾尾”分离，通过精确计算，减小推力，严控掘进速度，最终取得成功。2012年底，武汉地铁２号线过江隧道正式通车，开创了中国首次在长江上游砂层建地铁连通道的新纪录。

    建设中的武汉地铁4号线过江隧道。江底掘进时刀盘突然遭遇到卵石较多的全断面的圆砾土层。施工人员开创性地果断采用盾构仓内减压的办法，让刀盘前方的地质变得松软，以利于盾构继续向前推进。“这就像刀尖上跳舞，必须把握好分寸和火候，过了就可能造成隧道漏水甚至坍塌的严重后果。”

    武汉地铁２号线越江盾构施工２４个月，４号线只用了１6个月，每环管片安装时间从原来的１小时提高到现在的十几分钟，实现了安全、高效江底掘进。专家认为，中国越江隧道开掘技术正在大步迈向成熟。

    南水北调中线被称为人类历史上穿越大江大河的宏大水利工程。2014年2月，“咽喉”工程穿黄隧洞开始充水试验。穿黄隧洞长4.25千米，是南水北调工程中投资较大、施工难度最高、立交规模最大的控制工期建筑物。中铁隧道集团攻克了诸多盾构施工难题。２０１３年１１月３０日，穿黄隧洞进出口建筑物施工完成，主体工程全面完工。

    盾构机不仅用于地铁施工，不仅能够穿越大山，而且已经成功用于铁路水下隧道。夺得国际项目管理大奖银奖的广（州）深（圳）（香）港高铁狮子洋隧道就是典型代表，其建设标志着中国施工行业项目管理逐步与国际标准接轨，从而向具有卓越管理水平的国际项目管理标准迈进。

    广深港高速铁路是京广深港高速铁路的组成部分，是珠三角城际快速轨道交通网的骨干部分,时速大陆段可达350公里。2011年12月26日，广深段正式开通，广州南站到深圳北站只需35分钟。

    狮子洋隧道全长10.8千米，是当时中国最深的水下隧道和首条水下铁路特长盾构隧道，三次穿江越洋，深埋处达62米，无论长度、直径还是时速目标值均可以与英法海峡隧道、东京湾海底隧道相较量。科研人员对子系统进行改进，故障率显著降低，逐一攻克了600米江底裂隙发育段等12项重大危险源，逐步探索出一套高速铁路特长水下高风险隧道盾构施工及对接技术，获2013年度河南省科技进步奖一等奖，为我国建设类似长大水下与海底隧道建设提供了具体参数和借鉴。

    在长沙，长（沙）株（洲）（湘）潭城际铁路2013年11月成功穿越湘江。目前国内盾构过江主要采用泥水盾构，而中铁隧道集团针对湘江复杂的地质特点，率先选择9.34米大直径土压平衡盾构机。为了顺利通过江底170米的砾岩与板岩不整合接触带，施工人员根据地质裂隙发育丰富，地层透水性强，渣土容易裹住刀具影响正常转动的特点，严格控制刀具密封性、严格配件质量装配工艺关，尽量避免江底换刀。建设者采取动态监控地质情况，全土压模式掘进，采用合理的掘进参数实现刀具的最优化管理，有效控制了地表沉降，成功穿越居民区、商业区、湘江大堤、江底、银盆岭大桥等施工风险点。

    提起采用盾构技术修建海底隧道，不得不提我国第一座采用盾构法施工的海底隧道——深圳前湾综合过海管廊工程。该工程是深圳市“十五”规划重大建设项目——深圳前湾友联船厂修船基地的重要配套工程之一。隧道全长1448米，内径2.44米。

    中铁隧道建设者逐步熟练掌握了盾构掘井最优的施工参数、沉降控制措施及泥水盾构过海技术，实现了在海底淤泥层的快速掘进，还实现了盾构机拆卸、组装自主化， 2006年10月16日工程胜利贯通，标志着我国成功掌握海底隧道修建技术。

    随后，中铁隧道集团承建世界单机容量最大的台山核电站1、2号机组取水隧洞工程，每条长4330.6米，主要解决核电厂的循环冷却水供应，是核电站建设的关键环节之一，成功采用海底爆破方式消除基岩突起和孤石群，获得国家级工法，施工进度提高了3倍多，进一步拓宽盾构机的应用范围，为今后穿越江河湖海积累了宝贵经验。

    专家认为，盾构掘进面失稳、关键部件失效、掘进方向失准，是三大国际公认的世界难题。中铁隧道集团在实践中不断突破，不但成功攻克了这三大难题，而且成为规则的制订者，其主编完成的《盾构法隧道施工与验收规范》等规范已成为国家标准。