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汕头海湾隧道如何攻克世界级难题?

发布时间:2020/08/12 新闻 浏览:34

正文

  汕头海湾隧道建设地点位于汕头海湾大桥和礐石大桥之间

  国内最大直径越海盾构隧道昨日全线贯通,明年实现通车

  “咕咕咕……”7日8时26分许,五层楼高的“巨无霸”盾构机将接收井地连墙切削,挤压破碎,整个刀盘全部顺利通过,到达隧道贯通预定位置,盾构接收井中平静的水面开始源源不断冒出水泡,施工现场响起阵阵欢呼声———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。

  接下来,施工方将进行隧道内部建设,预计将于2021 年亚青会举办前实现通车。

  挑战

  在8度地震烈度区建设 综合难度达同类工程顶峰

  据介绍,汕头海湾隧道是国内最大直径的越海盾构隧道,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。该隧道项目存在“大、浅、高、硬、险”等五大施工技术难点,被业内誉为最具挑战性的世界级工程之一。

  其中,“大”是指采用的盾构机直径超过15 米,属于超大直径;“高”是指隧道地处高地震烈度区,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,没有达到通常要求的盾构机直径一倍以上;“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三段长达182 米基岩凸出段。

  据悉, 为确保汕头海湾隧道的建设能顺利进行, 自2018 年4 月17 日东线盾构正式掘进以来,中信集团、中铁隧道局依托汕头海湾隧道项目成立了钱七虎、孙钧等院士专家委员会,设立了周福霖、王复明、陈湘生等院士工作室,成立了盾构及掘进技术国家重点实验室现场实验室。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”。

  抉择

  让国产盾构机挑大梁 大国重器填补技术空白

  羊城晚报记者在采访中了解到, 围绕汕头海湾隧道建设的种种争论其实一直贯穿于工程始终,特别是在盾构机选择上,参与项目各方都承担了巨大的压力和风险。

  据悉,盾构机诞生于国外,以德国海瑞克公司为代表的当今国际着名盾构机制造商具有丰富的制造业绩。我国虽然在21 世纪初开启了盾构机国产化进程,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机, 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机尚无先例。

  一边是技术成熟的进口盾构机,一边是正在成长需要在实践中汲取营养的国产盾构机,面对汕头海湾隧道这样的“世界级挑战性工程”, 选择进口盾构机无疑能降低风险。

  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。国产盾构机经过几十年的追赶,取得了飞跃的发展。但国产盾构机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机,而不愿承担国产盾构机应用过程中所带来的风险,以至于国产盾构机错失了很多成长机会。”

  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”两台盾构机同场竞技的方案最终被确认, 国产盾构机第一次迈进15 米级超大直径领域,其中东线隧道采用进口盾构机,而西线隧道则采用国产盾构机。

  2018年4月, 进口盾构机从汕头海湾隧道南岸始发,历时736天,穿越苏埃海湾;2018年10月, 国产盾构机亦从汕头海湾隧道南岸启航,历时660天,穿越苏埃海湾,在同台竞技的舞台上共同演奏了惊艳世界的壮美音符。

  汕头海湾隧道西线隧道掘进使用的国产“巨无霸”盾构机

  克难

  应用多项前沿技术 海峡隧道建设迎新篇章

  在此前的走访中, 汕头海湾隧道项目部南岸工区土木副总李文玉就告诉记者, 在盾构掘进施工中,他们先后遭遇不同阶段困难,尤其是海中基岩凸起段是盾构施工最大的障碍,具有岩面高、强度大、变化快、埋深浅、覆土软、水压高的突出特点。

  其中,从2019 年7 月8日至2020 年2 月5 日,项目部就在历时156 天之后,才终于顺利突破东线盾构隧道海中182 米基岩凸起段掘进施工任务,“掘进时共计换刀225 次,平均每掘进1 米需要更换刀具2.5 次。”李文玉说,两条盾构隧道都采用直接通过的方式通过基岩凸起段,开创了复杂环境、复杂地质条件盾构机直接掘进基岩的技术路线。

  据介绍, 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。“遇到软土粘性地层时,刀盘刀具容易结泥;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。”中铁隧道局汕头海湾隧道项目总工程师王超峰说。

  对此,项目施工方在汕头海湾隧道创新的环流系统和高压冲洗系统彻底解决了刀具刀盘结泥“顽疾”;而为更有效应对超强硬岩,项目施工方则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等措施,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。

  据悉,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……在昨天上午宣告汕头海湾隧道西线正式贯通的现场,洪开荣激动地说:“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! ”

  文/ 图 羊城晚报全媒体记者赵映光 实习生韩妙銮 通讯员朱文君 余纪伟

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