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海底高鐵隧道建設(shè) 實(shí)現(xiàn)高鐵半小時(shí)生活圈、經(jīng)濟(jì)圈

2021-06-28 16:42:31

6月10日,來(lái)自中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)公司江門工程建設(shè)指揮部消息,開(kāi)工近一年的粵港澳大灣區(qū)重大交通項(xiàng)目,即新建深圳至江門高鐵(以下簡(jiǎn)稱深江高鐵)重要控制工程,跨越獅子洋的珠江口隧道工程進(jìn)展順利,斜井進(jìn)洞二三十米,盾構(gòu)部分將于11月始發(fā)。

深江高鐵途經(jīng)深圳、廣州、東莞、中山、江門5個(gè)地市,是深圳至茂名高鐵組成部分,線路全長(zhǎng)116公里。珠江口以隧道方式下穿,工程位于東莞、廣州之間的珠江入??冢淼廊L(zhǎng)13.69公里,設(shè)計(jì)時(shí)速250公里,計(jì)劃工期為56個(gè)月。

“珠江口隧道設(shè)計(jì)采用礦山法+盾構(gòu)法組合施工。礦山法段最大埋置深度達(dá)到了115米,盾構(gòu)法隧道最大水壓1.06兆帕,超過(guò)10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,與著名的土耳其博斯普魯斯海峽公路隧道水壓力相當(dāng)。”承擔(dān)全過(guò)程設(shè)計(jì)的中國(guó)中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司隧道院(以下簡(jiǎn)稱中鐵六院隧道院)負(fù)責(zé)人賀維國(guó)說(shuō)。

如此大的水壓,深江高鐵跨越珠江口為何要采用全程水下隧道方式?面臨的技術(shù)難點(diǎn),設(shè)計(jì)方案如何解決?

橋、隧方案論證比選長(zhǎng)達(dá)10年

深江高鐵是國(guó)家“八縱八橫”高鐵主通道沿海通道重要組成部分,也是粵港澳大灣區(qū)重大交通基礎(chǔ)設(shè)施。建成后,粵港澳大灣區(qū)將實(shí)現(xiàn)高鐵半小時(shí)生活圈、經(jīng)濟(jì)圈。

跨越河湖江海,或用橋梁、隧道,或用橋隧、島橋隧。

深江高鐵跨越珠江口獅子洋,為何要采用全程水下隧道方式?

賀維國(guó)告訴科技日?qǐng)?bào)記者,深(圳)茂(名)高鐵江門至茂名段已于2018年開(kāi)通,江門至深圳段,需要跨越珠江口獅子洋海域,因地理環(huán)境因素十分復(fù)雜,考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)多種因素,公鐵兩用橋方案、單一橋方案、隧道方案均有各自特點(diǎn),但究竟采用哪一種一直未有定論。

根據(jù)規(guī)劃圖,該深茂高鐵公鐵兩用大橋從東莞虎門(沙角炮臺(tái)對(duì)面)引出,跨獅子洋后進(jìn)入廣州南沙。

“橋梁、隧道方案論證比選,長(zhǎng)達(dá)10年時(shí)間。”賀維國(guó)說(shuō)。

多數(shù)專家認(rèn)為,橋梁方案采用公鐵兩用大橋,可增加跨江經(jīng)濟(jì)效益,但對(duì)城市規(guī)劃、通航及防洪等方面有一定的影響。且在建設(shè)期,橋墩的施工對(duì)海洋環(huán)境有一定的污染;后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段,橋梁應(yīng)對(duì)海洋環(huán)境及惡劣天氣的抵抗能力較差,運(yùn)維成本較高。

經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)科學(xué)比選,2017年8月,國(guó)鐵集團(tuán)發(fā)布第一次《新建鐵路深圳至茂名鐵路深圳至江門段環(huán)境影響評(píng)價(jià)》,確定將深江高鐵跨越珠江口方案,由虎門公鐵兩用大橋改為隧道形式。

新老方法結(jié)合應(yīng)對(duì)復(fù)雜作業(yè)環(huán)境

珠江口隧道是深江高路控制性工程,海域段長(zhǎng)約11.05公里,采用“盾構(gòu)+礦山”組合工法施工,預(yù)計(jì)在2025年建成通車。

“大灣區(qū)目前有3條在建穿海鐵路隧道,分別為廣湛高鐵湛江灣海底隧道、汕汕鐵路汕頭灣海底隧道和深江鐵路珠江口隧道,其中珠江口隧道長(zhǎng)度最長(zhǎng)、埋深最大、技術(shù)難度最高。”賀維國(guó)說(shuō),這條隧道工程水文、地質(zhì)極其復(fù)雜,周邊環(huán)境水腐蝕性較為嚴(yán)重。

資料顯示,目前國(guó)內(nèi)已建成的最大水下鐵路盾構(gòu)隧道是佛莞城際鐵路獅子洋隧道,最大埋深為64米,最大水壓0.78兆帕。

“如此大的埋深和更高的水壓,為工程帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn),也蘊(yùn)藏著更高的風(fēng)險(xiǎn)。一旦出現(xiàn)任何偏差,后果不堪設(shè)想。”賀維國(guó)說(shuō)。

珠江口隧道需要穿越淤泥、軟弱砂層、極硬基巖凸起等多種復(fù)合地層。礦山法段需穿越多處斷層,存在水頭貫通的可能性,在超高水壓作用下,預(yù)加固支護(hù)措施也面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。不僅如此,巨大的水壓及復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境,對(duì)盾構(gòu)機(jī)等設(shè)備也提出了更高的要求。

在項(xiàng)目開(kāi)工前的3年多時(shí)間,中鐵六院集團(tuán)隧道院成立專門的科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì),設(shè)計(jì)出一個(gè)“礦山+盾構(gòu)”穿越隧道的組合工法。礦山法,即用開(kāi)挖地下坑道的作業(yè)方式修建隧道的施工方法,是一種傳統(tǒng)的施工方法;而盾構(gòu)法,則是采用大型盾構(gòu)機(jī)施工的現(xiàn)代方法。

據(jù)賀維國(guó)介紹,針對(duì)工程中所有的重難點(diǎn)以及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),設(shè)計(jì)方案都進(jìn)行了分析以及專項(xiàng)方案設(shè)計(jì)。

經(jīng)過(guò)多次內(nèi)外部評(píng)審,珠江口隧道設(shè)計(jì)方案被認(rèn)為“在特長(zhǎng)海底隧道工法、超高水壓海域盾構(gòu)法隧道外水壓力取值及接縫防水、深厚淤泥地層大直徑盾構(gòu)欠壓始發(fā)、礦山法隧道洞內(nèi)大直徑盾構(gòu)接收及整體拆解等技術(shù)方面取得了多項(xiàng)突破性進(jìn)展”。

抗水壓防腐設(shè)計(jì)保證隧道行車安全

珠江口隧道現(xiàn)場(chǎng)施工共分虎門、南沙及萬(wàn)頃沙3個(gè)工區(qū)。2020年7月2日,3個(gè)工區(qū)施工全面展開(kāi)。

虎門工區(qū)和萬(wàn)頃沙工區(qū)明挖段基底,均位于大面積深厚淤泥層中,壓縮性高、承載力低,施工過(guò)程中基坑變形控制難度大。“為確保后期高鐵運(yùn)營(yíng)安全,設(shè)計(jì)方案中重點(diǎn)考慮了沉降要求控制,制定了高精度的指標(biāo)要求。”賀維國(guó)說(shuō)。

按照設(shè)計(jì)方案,待盾構(gòu)始發(fā)井完工后,兩臺(tái)大直徑盾構(gòu)機(jī)將分別從東莞虎門及廣州萬(wàn)頃沙始發(fā)相向掘進(jìn),盾構(gòu)管片外徑12.9米,盾構(gòu)獨(dú)頭掘進(jìn)最長(zhǎng)達(dá)3590米。

“這就意味著,盾構(gòu)機(jī)必須在高水壓下不良地質(zhì)段進(jìn)行磨損刀具的更換。這無(wú)異于在水中打開(kāi)了一扇窗戶,安全風(fēng)險(xiǎn)極大。”賀維國(guó)表示,對(duì)此設(shè)計(jì)上要求采用更可靠的常壓刀盤+氣墊模式換刀技術(shù)。同時(shí),對(duì)于掘進(jìn)極高風(fēng)險(xiǎn)地段,在盾構(gòu)機(jī)上還將配置相應(yīng)超前地質(zhì)探測(cè)手段,對(duì)前方地層進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。

除水下?lián)Q刀問(wèn)題,還有一塊更難啃的骨頭,就是盾構(gòu)機(jī)未來(lái)如何在海中完成接收及拆解。

賀維國(guó)說(shuō),盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)距離掘進(jìn)后,必須精準(zhǔn)在海中擴(kuò)大硐室實(shí)現(xiàn)對(duì)接,這猶如在大海中穿針引線,不僅在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮足夠預(yù)留量,對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)控制要求也極為苛刻。同時(shí),在盾構(gòu)接收中還必須確保零滲水的要求。

“設(shè)計(jì)方案采取了依靠洞內(nèi)外聯(lián)動(dòng)測(cè)量,使盾構(gòu)機(jī)認(rèn)準(zhǔn)方向進(jìn)行掘進(jìn)施工;通過(guò)地質(zhì)勘查和超前地質(zhì)預(yù)報(bào),摸清前方地質(zhì)條件,及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)和姿態(tài),保障盾構(gòu)機(jī)在正確的方向掘進(jìn);設(shè)置大型接收洞室,在接收端預(yù)留有一定容錯(cuò)的接收洞門及止水系統(tǒng),保障盾構(gòu)機(jī)能夠直接進(jìn)入。”賀維國(guó)說(shuō)。

除了在設(shè)計(jì)方案中嚴(yán)格把關(guān),新工藝、新材料、新技術(shù)的運(yùn)用也成為了珠江口隧道的一大亮點(diǎn)。

海洋是氯離子的主要來(lái)源,而氯離子會(huì)滲透到混凝土內(nèi)部對(duì)鋼筋表面的鈍化膜進(jìn)行破壞,最終導(dǎo)致鋼筋銹蝕,造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化,影響到結(jié)構(gòu)的使用壽命。為解決海洋帶來(lái)的腐蝕問(wèn)題,設(shè)計(jì)采用了浸入型硅烷浸漬材料來(lái)加強(qiáng)混凝土管片的抗侵蝕作用。

普通穿海盾構(gòu)隧道工程,由于處于低水壓環(huán)境下,主要考慮提高混凝土強(qiáng)度以及抗?jié)B標(biāo)準(zhǔn)來(lái)抵抗氯離子的侵蝕。“而珠江口隧道,是通過(guò)利用硅烷材料的小分子結(jié)構(gòu),將有機(jī)硅分子牢固地附著在管片混凝土表面和毛細(xì)孔道中,形成一層致密的保護(hù)層。”賀維國(guó)說(shuō),這同時(shí)也避免了常規(guī)外防腐材料在管片拼裝時(shí)受到盾尾刷對(duì)其產(chǎn)生的破壞問(wèn)題。

結(jié)構(gòu)自身的防腐措施,結(jié)構(gòu)接縫處的防腐設(shè)計(jì)也至關(guān)重要,在管片接縫處,設(shè)計(jì)方案采用了兩道三元乙丙橡膠彈性密封墊設(shè)計(jì),增強(qiáng)了抗水壓效果,以保證隧道的安全。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為,珠江口隧道工程具有“‘礦山+盾構(gòu)’組合工法技術(shù)難度大、極端地層盾構(gòu)掘進(jìn)長(zhǎng)、淤泥環(huán)境施工風(fēng)險(xiǎn)高、防災(zāi)疏散組織救援難、世界級(jí)高水壓無(wú)案例”的特點(diǎn),項(xiàng)目建成后將成為一個(gè)世界級(jí)的超級(jí)工程,更為世界海底隧道工程技術(shù)提供獨(dú)特的樣本和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

標(biāo)簽: 高鐵隧道 建設(shè) 經(jīng)濟(jì) 生活

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