高铁修到百米海底 探访全国最大水压最大埋深海底隧道

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高铁修到百米海底 探访全国最大水压最大埋深海底隧道

2023年11月20日 03:39 来源:精品国产va久久久久久久 中方纪检监察报
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  逢山开路,遇水架桥,这对铁路建设者来说已是家常便饭。若要穿山越壑,潜江入海,能否依然沉稳应对?在广东虎门珠江入海口,建设中的深江铁路珠江口隧道正在书写“答卷”。

  深江铁路途经深圳、东莞、广州、中山、江门5个地市,是精品国产va久久久久久久 中方“八纵八横”高铁网沿海通道的重要组成部分,也是对接服务“一带一路”倡议、支持粤港澳大湾区和精品国产va久久久久久久 中方广东自贸区建设的重大交通基础设施。作为深江铁路全线重点控制性工程,珠江口隧道连接东莞与广州南沙。隧道全长13.69公里,为单洞双线高速铁路,设计时速200公里,是目前我国最大水压最大埋深海底隧道。

  自2020年7月开工建设以来,珠江口隧道工期已持续3年有余。这条海底全新“大动脉”是如何修建的?背后依靠哪些技术支撑?记者走近建设中的珠江口隧道。

  海底最大埋深115米、水压高至1.06兆帕,长距离穿越多种复杂地层

  施工难度在全世界范围内都是罕见的

  广东东莞、广州隔珠江口而望,这一次它们因珠江口隧道变得更加紧密。根据线路规划图,隧道从东莞滨海湾站入地穿越珠江口,在广州南沙万顷沙镇上岸。待建成后,往来两地不过4分钟车程。

  许多人不知道的是,4分钟的快捷背后是长达10年的方案论证比选。

  跨越江河湖海的方式很多,桥梁、桥隧、岛桥隧或隧道皆可行。深江铁路选择以全程水下隧道方式穿越珠江口。

  据相关资料显示,珠江口隧道海域段长约11.05公里,最大埋深115米,接近40层楼高。随着深度加大,水压也在不断增强。盾构机施工时承受的极值达1.06兆帕,超过10个标准大气压,相当于在指甲盖大小的面积上承受10.6公斤的压力。加之周边环境水腐蚀性较为严重,会破坏钢筋表面的防腐层,造成钢筋混凝土结构性能劣化,影响结构的使用寿命。

  既要承受如此大的水压,又要抵御海水侵蚀,为何偏偏选择全程水下隧道方式?

  “珠江口隧道穿越经济发达、人口密集、生态环境敏感地区,对施工提出很高的要求。”中铁十四局深江铁路珠江口隧道工程项目总工程师陈兴飞告诉记者,首先要最小程度干扰周边社区、航运航道、生态系统,以保持环境的稳定。其次,施工要考虑地质条件,确保隧道的安全和持久。为满足这些要求,线路选定时需要综合考虑交通需求、生态保护和地质特征,同时与利益相关者充分协商,以达成最佳方案。

  其实,综合考虑多种因素,曾诞生公铁两用桥、单一桥、隧道等多种方案。这些方案各有特点,多数专家认为,珠江口穿行的主航道是粤港澳大湾区港口群连接国际航道、通达国内外港口的水路运输大动脉,考虑到桥梁在建设和后期运维阶段会对通航、防洪、环境、成本造成一定影响,最终舍弃经济效益较好的公铁两用大桥方案,改为隧道下穿。

  确定如何越过珠江口后,就是线路的选择。针对珠江口东西两岸施工点位、线路通道走向、工程合理性等情况,形成了南、北线两个方案。可无论如何走线规划,都避不开珠江口水域复杂的地质环境。

  珠江三角洲是由珠江水系冲积而成、水况复杂、地形多变的复合型三角洲。勘察结果显示,两条线位的地貌单元均为珠江三角洲平原,该水域底部覆盖层成分基本相同,“上软下硬”,上部主要是软土、砂土沉积,下部由上更新统黏性土、砂砾石层组成,底部有微风化花岗岩岩层。

  “海底凹凸不平、软硬不均,其中全断面硬岩长2.75公里,断裂带区间长达490米,岩石最大饱和抗压强度达124兆帕。”陈兴飞粗略算了下,这种情况下,隧道跨越珠江口要穿过17条断裂破碎带、13种地层、5种复合地质。“其施工难度在全世界范围内都是罕见的。”

  “醒狮”闹海、“蛟龙”潜底,量身定制国产盾构机

  用国之重器破解世界级工程难题

  在15平方米的驾驶室里,机器轰鸣,操作台上闪烁的指示灯似乎在述说这里的忙碌。盾构机长陈兴格目不转睛地盯着眼前的9块屏幕,不时转动旋钮调整参数。驾驶室外,盾构机巨大的刀头缓缓转动,开始前移。

  盾构机是目前最先进的隧道开挖装备,在复杂多变的硬岩地层下,虽然每天只能前行6米至8米,却是隧道工程的“得力干将”。珠江口隧道也不例外。

  珠江口隧道采用“矿山+盾构”的组合方法进行施工。所谓盾构法,即采用大型盾构机从两端同时掘进施工。记者了解到,该隧道盾构段总长6520米,“深江1号”盾构机从东莞虎门方向掘进3590米,“深江2号”盾构机从广州南沙万顷沙方向掘进2930米。矿山法是用开挖地下坑道的作业方式修建隧道,为盾构机的顺利拆解、回收腾挪空间,确保整个施工过程的安全有序。

  “与普通机械设备不同,盾构机是定制化产品,每一台设备都需要结合工程实际量身打造。不同的地质条件,会有不同的需求。”陈兴飞说,珠江口隧道的超高水压,在国内尚无同等条件的工程经验、盾构设备和设计标准可供参考。因此,针对该隧道施工重难点设计的两台国产盾构机,也注定与众不同。

  ——重工业外表下的反差萌。两台盾构机犹如“钢铁穿山甲”,凿岩破壁,可“体型”庞大的它们,有着萌化人心的颜值。“深江1号”身披“醒狮”皮肤,威风凛凛,极富岭南特色;“深江2号”喷涂“蛟龙”造型,寓意这台“地下蛟龙”乘风破浪、无往不利。

  ——装备升级提升盾构适应性。在“醒狮”“蛟龙”身上,有多项为保障安全、高效掘进而采用的先进技术。如“深江1号”配置了“常压+带压”滚刀、可伸缩主驱动,同时集成了高效重载物料运输、超高水压主驱动密封自动加压、盾尾间隙测量等一系列智能化系统。“深江2号”的研发团队针对性配备了小刀间距常压复合刀盘、可伸缩主驱动、超高压压力自动补偿、四回路保压、气垫直排掘进系统等创新科技,在质量上精益求精,严格把关。

  ——双壳设计确保“金蝉脱壳”。盾构机完成任务后如何接收是设计团队必须考虑的问题。传统盾构机由大型起重设备辅助进行盾构机拆解运输,但这在珠江口隧道显然无法实现,且海底拆解施工风险高。“我们为‘深江1号’设计了‘双壳’模式,隧道贯通后,外层壳体作为支护留在地层中,这样可以保证掌子面稳定;同时为拆解盾构机提供吊装支撑。如此一来,盾构机便可‘金蝉脱壳’般从海底全身而退。”陈兴飞解释道。

  “醒狮”“蛟龙”为珠江口隧道的建设施工按下了“快进键”。记者从承建方了解到,截至目前,“深江1号”盾构机已掘进2646米,“深江2号”盾构机已掘进2380米,工程进度条已加载过半。

  尾水变“废”为宝,智慧化拼装管片

  创新为绿色高效施工保驾护航

  “全体注意,开始推进!”11月17日上午,随着油泵、泥浆泵、刀盘运转,“深江1号”在珠江口水面下73米开始了新一轮作业。

  盾构机的刀盘在作业隧道内“吃”土,施工现场却干净整洁,没有渣土、没有泥水。这得益于“大盾构工匠工作室”和“党员创新工作室”的课题研究成果。

  为解决工程盾构过程中的技术难题,来自建设、施工、设计、监理单位的党员组建了上述创新工作室。“施工尾水直排会对环境造成严重危害,施工的同时对尾水进行有效处理是必要的。”中铁十四局深江铁路项目党支部书记张伟向记者介绍起如何变“废”为宝。

  首先将渣土从泥浆中分离出来。张伟说,混合渣土的泥浆经过排浆管路运至泥浆处理厂,通过泥水分离设备实现泥浆与渣土的分离。经过进一步处理的渣土被运送至指定渣土厂后,可再用于种地、栽树、路基施工,从而达到资源的绿色减排再利用。

  珠江口隧道穿越的含砾砂岩地层富含铁离子、悬浮物等,初步分离的尾水水质浑浊,水体呈棕红色。为解决此问题,两个工作室开展了课题攻关。

  张伟进一步解释道,先用离心机进行废浆处理,降低泥浆比重;再利用泥浆泵将处理后的尾水送至初级沉淀池,添加复合药剂加速水中悬浮物絮凝沉降;沉淀后的上清液会被导入二级沉淀池。经过多道处理的尾水观感无色,且满足环保排放标准及循环利用的要求,可用于制浆及洗车槽洗车,从而实现保护环境、节约水资源的目的。

  珠江口隧道工况复杂,建设过程中面临诸多挑战。工期紧、任务重,设计建设者们坚持用创新为绿色、高效施工保驾护航。

  “管片是确保隧道结构完整的关键,珠江口隧道的特殊性对管片性能、针对性提出了更高要求。”中铁十四局深江铁路项目负责人李兵举例说,“深江1号”盾构机掘进的盾构段长3590米,由1.6万余块管片环环拼装而成,每块管片重达13吨,拼装一块平均耗时6分钟。无论是制作还是拼装都是一项耗时、耗力的大工程。

  为了进一步提升施工效率,管片的制作和拼装都插上了智能“翅膀”。李兵介绍,通过在预制基地引进模具清理涂油机器人、智能收面机器人、无人驾驶运输车等10余种智能化设备,以及智能养护、无人值守过磅智能系统,整条生产线仅需11名工人就能生产出质量上乘的管片。

  在拼装阶段,也少不了智能设备的身影。无人运输车将浇筑完成的管片运至指定位置,工作人员只需操纵手中的遥控器,即可“指挥”安装在隧道上部的管片吊机开始工作。放钩、吊起、转体,三个简单的动作,管片就随传送带前往盾构机最前方,等待被拼接嵌入隧道壁。“智能设备进一步解放了劳动力。”建设人员感慨道。(精品国产va久久久久久久 中方纪检监察报记者 陈瑶)

【编辑:李岩】
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