【人民日报】跨江越海绘蓝图

日期:2020-08-07  作者:  来源:  浏览:681


江山秀丽,重峦叠嶂;大海壮阔,惊涛暗涌。

从盘山越岭到穿山越岭,从浮萍舟渡到穿江越海,隧道技术的每一步前行,都给人类带来了快捷与舒适,但也是人类对未知领域的苦心探索。

2020年8月7日,当盾构接收井中宁静的水面泛起阵阵涟漪,施工现场响起一片片欢呼声,在国家“863”计划的强力支撑下,由中信集团投资,中铁隧道局设计施工总承包的“世界级挑战性工程”——汕头海湾隧道西线宣告正式贯通!也昭示着汕头海湾隧道关键技术获得了全面突破!

已成型的汕头海湾隧道.JPG

当地百姓和建设者洋溢着振奋和喜悦,在现场备感欣慰的中铁隧道局总工程师洪开荣说:“历经技术与心智煎熬,终于啃下了这块硬骨头,我国的跨江越海隧道建设将迎来新的篇章!”。

自信且豪迈的言语背后,是现场1560名建设者816个日夜的呕心沥血,更饱含了钱七虎、孙钧、周丰峻、周福霖、王复明、陈湘生等多名院士,以及众多专家、技术人员的无悔付出。

2020年初,新冠肺炎疫情袭来之时,正值汕头海湾隧道海底段的攻坚时刻,中铁隧道局党委书记、董事长于保林,总经理曹彬多次部署,疫情防控物资优先保障项目建设,千余名建设者放弃春节团聚,全部坚守在一线。

波涛之下,中铁隧道局、中铁装备、中信重工联合研制的15.03米超大直径盾构机,在孤石、基岩、8度地震烈度区等施工禁区,绘出一道长达3047.5米的海底长虹,成功穿越汕头苏埃海湾。

这掀开了穿江越海隧道建设的崭新篇章!

一座隧道串起来的百年梦想

汕头地处广东省东部,韩江、练江和榕江三江汇流入海口,风景秀丽,地理位置优越,是古代海上丝绸之路的重要节点,我国东南部的重要对外贸易港口。

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自1860年汕头开埠通商起,至今已有200余年历史。新中国成立后,汕头也是首批经济特区之一。汕头还是世界潮人的故里,是国内被称之为“东方犹太人”的著名潮汕商帮的发源地。

但限于四面环山,汕头市区成岛状分离,自古以来无法便捷实现各区互通互联。特别是国内唯一一座内陆海湾——苏埃海湾将汕头分割为南北两岸,人们隔湾相望,交通极为不便。

虽然上世纪90年代,汕头就建成了海湾大桥和礐石大桥,但时至今日仅靠两座桥已远远不能满足通行需求,更兼台风、暴雨季节的封桥禁行,潮人全天候通行南北两岸的梦想始终未曾照进现实。

进入21世纪,随着国家经济实力的不断增强和隧道技术的快速进步,潮人自由出行的百年梦想终于迎来了梦圆时刻。

——汕头海湾隧道工程被提上建设日程。

从前期可行性研究到海底隧道全部贯通,汕头海湾隧道经历了12年之久。这漫长的12年,既是海内外潮人日夜期盼的12年,更是中国隧道建设者皓首穷经、苦心孤诣的12年。

著名的隧道科学家、我国海底隧道技术的重要奠基者、已故中国工程院院士王梦恕,生前多次参与了汕头海湾隧道的相关研究,直接推动了工程的进展。

“甚至在恩师生命的最后停留时刻,仍然念念不忘地让我一定要建设好汕头海湾隧道,为我国未来的海峡隧道建设做好技术储备。”每当想起汕头海湾隧道的点点滴滴,洪开荣脑海中萦绕的始终是恩师王梦恕的谆谆教导。

可以说,这条连接汕头南北两岸的海湾隧道,串起来的不仅仅是汕头人民的百年梦想,更承载了无数专家的心血和期待。

挺起中国制造的脊梁

汕头海湾隧道位于海湾大桥和礐石大桥之间,起于汕头市北岸龙湖区天山南路与金砂东路交叉口,依次下穿天山南路、中山东路、华侨公园,然后穿越苏埃海湾,在南岸汕头市跳水馆西侧200米处上岸,终于虎头山隧道口,与规划中的安海路相接。

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隧道全长6680米,其中海底隧道段长3047米,双向六车道,设计时速60公里,海底段采用2台直径分别为15.01米和15.03米的超大直径盾构机施工。

汕头海湾隧道是国内最大直径越海盾构隧道,也是国内首条在8度地震烈度区建设的海底隧道,综合难度是同类工程的顶峰。可以用“大”“浅”“高”“硬”“险”五个字概括:

“大”是指盾构机直径达15.03米,属于超大直径;“高”是指地处高地震烈度区,达到8度;“硬”是指岸上段孤石和海中基岩段,岩石强度高达216MPa;“浅”是指盾构机上方覆盖层厚度薄,在始发地段隧道上覆土体仅为8.2米;“险”是指海湾隧道处于高度软硬不均地层,海底软土稳定性极差,施工难度大,安全风险高,特别是盾构机需要穿越的三段长达182米基岩凸出段。

“汕头海湾隧道的难,不仅难在已探知的五项挑战,更体现在层出不穷的未知挑战,无类似工程借鉴。”中信城市开发运营有限公司董事长聂学群对工程难度有着清醒的认识。

多次到现场调研的中国工程院院士钱七虎、孙钧、周福霖等了解到相关情况后,都称汕头海湾隧道为“世界级挑战性工程”。

围绕汕头海湾隧道建设的种种争论贯穿了工程始终:建桥,还是建海底隧道?是盾构隧道,还是沉管隧道?是进口盾构还是国产盾构?面对海底孤石、基岩,是直接掘进,还是进行预处理?……

特别是在盾构机选择上,无论是广东省交通厅、汕头市政府,还是建设单位中信集团,设计单位湖南省交通规划勘察设计院,施工单位中铁隧道局等,都承担了巨大的压力和风险。

盾构机诞生于国外,以德国海瑞克公司为代表的当今国际著名盾构机制造商,具有丰富的制造业绩。我国虽然在21世纪初开启了盾构国产化进程,承担国家“863”项目的中铁隧道局也于2008年成功自主研制出我国首台复合式盾构,但此时的国产盾构应用范围有限,而国内制造15米级的超大直径盾构尚无先例。

一边是技术成熟的进口盾构,一边是正在成长需要在实践中汲取营养的国产盾构,面对汕头海湾隧道这样的“世界级挑战性工程”,选择进口盾构无疑能降低风险,这种方案在专家技术人员里面也占据了主流。

而作为国家“863”重大科技项目—“超大直径泥水盾构关键技术研究和应用”的带头人洪开荣的心中始终有一个振兴民族工业的梦想:“盾构机作为一种高端复杂设备,是‘大国重器’代表之一,是一个国家科研水平、工业制造水平和综合国力的重要体现,国产盾构经过几十年的追赶,取得了飞跃的发展。但国产盾构仍有许多空白需要填补,其中一个重要原因就是,许多人都倾向于选择成熟的进口盾构,而不愿承担国产盾构应用过程中所带来的风险,以至于国产盾构错失了很多成长机会。”

洪开荣直言:“在汕头海湾隧道力推国产盾构,一方面是基于国产盾构是施工单位、设备制造单位与科研单位优势互补的结晶,我们充满信心;另一方面,作为国家重点工程的建设者,不仅要对工程负责,更要对国家和历史负责,没有从天而降的胜利,与推动民族工业的发展相比,我们承受的压力大一点,也是值得的,同时也是汕头海湾隧道应该有的责任和使命。”

最终在洪开荣技术团队的坚持下,各方都认可了支持民族工业发展的方案,并在建设过程中给予了大力帮扶和支持。“一中一外”两台盾构同场竞技的方案被确认,国产盾构第一次迈进15米级超大直径领域。

而作为这台国产盾构制造商,中铁装备的副总经理王杜娟的心里别有一番感受:“国产盾构用几十年走过了发达国家近两百年的历程,汕头海湾隧道是时代赐予我们的舞台,我们要做的就是无愧于这个舞台、无愧于这个时代。”

2018年4月,进口盾构从汕头海湾隧道南岸始发,历时736天,穿越苏埃海湾,于2020年5月成功抵达北岸;

2018年10月,国产盾构亦从汕头海湾隧道南岸启航,历时660天,穿越苏埃海湾,于2020年8月成功抵达北岸。

国产盾构和进口盾构先后始发、同向掘进、同台竞技,在苏埃海湾20余米的水下,共同演奏了惊艳世界的壮美音符。

创新成就海底隧道建设名片

苏埃海湾是我国唯一的一个内陆海湾,我国三大候鸟迁徙区之一,每年来往的候鸟数量达数十万只,有白鹭、苍鹭、海鸥等鸟类70多种,更有黑脸琵鹭、中华秋沙鸭等世界濒危鸟类。

海面上,候鸟群飞,海风拂面,处处皆是大自然的和谐之美;而海面之下,则是车流如织,巨龙穿行,无一不显隧道工程的鬼斧神工。

2018年4月,汕头海湾隧道第一台盾构从苏埃海湾南岸始发,正式开启了跨海之旅。也正是从这个时刻起,中铁隧道局汕头海湾隧道项目经理王国安的心就随着盾构穿行在海底。

汕头海湾隧道穿越海底3047米,既是潮人百年梦想的长度,更是中国海底隧道建设的新起点。面对这项世界级挑战性工程,王国安在员工面前始终显得举重若轻:“我经常鼓励大家,要把自己当作大海中的泳者,既要一鼓作气游过眼前的这片海,更要不负使命争做中国隧道的弄潮儿。”

盾构机是建设隧道的利器,前方刀盘上分布了几十、上百把刀具,相当于人的牙齿,通过刀盘的旋转,刀具切削磨碎前方的障碍物,实现不停地向前推进。而刀盘刀具结泥饼是制约盾构机在粘性地层高效掘进施工的难题。汕头海湾隧道盾构始发段100米开挖面,存在50%以上的粉质粘土,极易附着于刀盘刀具造成结泥饼。传统的掘进参数控制、泥浆环流控制、添加离散剂、进仓清理等措施无法在根本上解决结泥饼问题。

而在国产盾构制造之初,洪开荣就提出了“顺流者畅,纹流者滞”的理念,可以利用常压刀盘的结构特点,优化泥水循环系统,加大刀盘前方的泥水输入量,既加强面板的冲刷防结泥,又能够更好解决滞排问题,具有安全性高、效率高、成本低的优点。

“刀具刀盘结泥是盾构机掘进的顽疾,又难以根治,而我们在汕头海湾隧道创新的环流系统和高压冲洗系统这一关键技术,彻底解决了这个问题,能够让盾构机始终处于高效健康的掘进状态。”中铁隧道局汕头海湾隧道项目总工程师王超峰感受颇深。

遇到软土粘性地层,刀盘刀具容易结泥,在遭遇极硬的岩层时,又易出现刀具异常磨损破坏等情况。而海底隧道通常都会遭遇软硬不均地层,两种情况同时存在、此起彼伏。

为更有效应对超强硬岩,中铁隧道局进行了一系列创新,如采用重型滚刀并且加宽刀刃厚度、升级刀圈的梯度硬度设计、常压滚刀防后退监测装置、常压滚刀刀具安装优化创新、刀具螺栓强制防松等,并形成了刀具运行状态智能监测融合掘进参数评价的理论与关键技术,实现了刀具可感可知可换。据统计,汕头海湾隧道东线盾构海域182米基岩凸起段掘进共计换刀225次,平均每掘进1米需要更换刀具2.5次。

每一项技术革新,既离不开施工现场的技术攻关,也离不开后方科研团队的潜心研究。中铁隧道局汕头海湾隧道项目党工委书记陈广江回忆道:“我们依托国内唯一的盾构及掘进技术国家重点实验室,随时将现场采集的地层标本送到郑州进行检测,每一块漂洋过海上千里的石头,最终都化成了盾构机向前掘进的针对性参数、刀具设计和防护措施。”

在汕头海湾隧道这个世界级挑战性工程的舞台上,多项前沿研究交叉汇聚:中铁隧道局与广州大学、西南交通大学共同进行高烈度地震区海底超大直径盾构隧道地震响应规律及抗震技术研究;与中铁装备共同开展盾构机设计制造专题研究;与中南大学共同研究海底单管特长隧道防火关键技术;与盾构及掘进技术国家重点实验室、同济大学进行土-岩-孤石混合地层超大直径盾构装备及施工关键技术研究……

汕头市苏埃通道建设投资有限公司总经理孔少波将工程的成功推进归结于创新与科技:“汕头海湾隧道既是一项超级工程,也是一座学校、一所实验室,各行业的大咖群星荟萃,多领域的前沿成果不断碰撞融合,为我国未来的长距离深埋海峡隧道奠定了技术基础。”

开启跨江越海时代的新篇章

汕头海湾隧道跨海隧道段处于海中主航道下方,有三段基岩凸起,长度约182米,凸起的基岩强度达到216Mpa,面对超高强度基岩,许多专家认为不能直接掘进,应进行预处理。

洪开荣带领的技术团队坚持盾构直接掘进。他们依托盾构及掘进技术国家重点实验室进行了一系列破岩试验,提出了可利用适宜刀具和合理的掘进参数,建立了泥水参数与稳定压力相结合的工作面稳定性控制关键技术,实现了在海底极端软硬不均地层的可掘可稳。

从2019年7月8日到2020年2月5日,在对刀具、刀筒等进行针对性的大胆革新后,历时156天,最终安全顺利通过基岩凸起段,开创了国内采用盾构机直接通过基岩的先例。

回顾整个建设历程,汕头市苏埃通道建设投资发展有限公司董事长肖观平说:“这是一项史无前例的超级工程,过程中的每一次争论和决策,都化为了15米级超大直径盾构安全穿越海底的守护力量。”

行业内不少人起初对盾构机直接通过的方案持怀疑观点,但随着时间的推移,盾构机一米一米的向前,怀疑声逐渐被肯定和赞叹取代,每一次小心翼翼地穿行,都吸引了大量的调研观摩团队。最终看着成型的隧道摆在眼前,观摩团惊叹不已:“你们抢先拿到了建设海峡隧道的门票!”

看着眼前已经贯通的汕头海湾隧道,对于以前的执着或者说固执,洪开荣才坦然地揭开了他的谜底:“三大海峡通道是无数国人的期盼,也是中国隧道界的‘珠峰’,其工程地质、水文地质及环境条件更为复杂,我们必须超前探索、进行技术储备。”

中国工程院院士周福霖评价道:“汕头海湾隧道海底段只有3047米,长度虽不算长,但这是一个里程碑式的工程,建设过程中形成的高烈度地区隧道建造体系,对未来中国隧道建设、世界隧道建设将起到一个示范作用。”


人民日报:https://wap.peopleapp.com/article/5815707/5736193


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