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）
