繼港珠澳大橋后，又一項(xiàng)挑戰(zhàn)世界難題、突破科技壁壘的超級(jí)跨海工程——甬(寧波)舟(舟山)鐵路項(xiàng)目準(zhǔn)備開建。“全線控制性工程——金塘海底隧道，全長16.2公里，海底盾構(gòu)段長10.87公里，最大埋深78米，直徑14米。建成后將刷新世界紀(jì)錄。”中國鐵建第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)公司(以下簡稱鐵四院)金塘海底隧道項(xiàng)目負(fù)責(zé)人唐雄俊告訴科技日報(bào)記者。

7月底，歷經(jīng)2年多，由鐵四院勘察設(shè)計(jì)的“隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與金塘海底隧道關(guān)鍵技術(shù)方案”，通過了以中國工程院院士錢七虎為組長的專家組評(píng)審，標(biāo)志著這條世界最長海底高鐵隧道，技術(shù)方案已準(zhǔn)備就緒。

看似簡單增加長度，實(shí)則挑戰(zhàn)科技極限

甬舟鐵路全長77公里，設(shè)計(jì)時(shí)速250公里，主體工程采用橋+隧組合，被譽(yù)為“鐵路版港珠澳大橋”。寧波北侖至金塘島，設(shè)計(jì)為海底隧道;金塘島至舟山島，設(shè)計(jì)為主跨1488米的特大橋。

“港珠澳大橋越海隧道全長6.7公里，屬沉管公路隧道，而金塘隧道是高鐵盾構(gòu)隧道，16.2公里占全線五分之一里程，都將沉在東海。”唐雄俊說，長度的簡單增加看似輕松，工程背后從量變到質(zhì)變的難度跨越，挑戰(zhàn)著科技極限。

據(jù)唐雄俊介紹，金塘海底隧道主要面臨如下技術(shù)挑戰(zhàn)。

首先是地質(zhì)條件差。隧道海中段位于巖土復(fù)合地層，硬巖與粉質(zhì)黏土，使地層軟硬不均，區(qū)域共有9處斷層，6處節(jié)理密集帶。盾構(gòu)機(jī)在這樣的地層掘進(jìn)，硬巖加快磨損刀具，粉質(zhì)黏土又結(jié)成泥餅貼在刀盤上，大大增加了大直徑、長距離、高水壓更換刀具的風(fēng)險(xiǎn)和施工難度。

其次是水壓高。相比港珠澳大橋隧道海底埋深40多米，甬舟鐵路金塘盾構(gòu)隧道需承受78米的最大海底埋深，海水壓力高達(dá)1.0兆帕(MPA)以上，而目前國內(nèi)水下施工技術(shù)水平可承受的壓力為0.8MPA。

再有是防災(zāi)救援難度大。世界已建成的鐵路海底隧道均采用一條線路、兩個(gè)隧洞設(shè)計(jì)，一旦出現(xiàn)災(zāi)情事故，可利用兩個(gè)隧洞互相疏散。受地質(zhì)條件所限，金塘隧道則采用單洞設(shè)計(jì)，且海中段長約9公里，無法設(shè)置直通地面的出入口，對(duì)隧道內(nèi)的防災(zāi)救援設(shè)計(jì)難度極大，要求極高。

此外，還面臨海中對(duì)接難度大。金塘隧道建設(shè)采用兩頭盾構(gòu)掘進(jìn)、中途對(duì)接貫通模式，寧波側(cè)4920米，金塘側(cè)約5950米。長距離相向掘進(jìn)，對(duì)接精度要求更高，技術(shù)更復(fù)雜。

進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)嘗試，探索最先進(jìn)的技術(shù)

面對(duì)諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，2017年，鐵四院成立了以全國勘察設(shè)計(jì)大師、副總工程師肖明清為首的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，立項(xiàng)“隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與金塘海底隧道關(guān)鍵技術(shù)方案”，初設(shè)14個(gè)課題。

勘察設(shè)計(jì)嘗試探索了諸多最先進(jìn)的技術(shù)手段和理念。

“為詳細(xì)收集海域地質(zhì)資料，隧道加大了鉆孔采樣密度，平均30米一個(gè)孔。而此前鐵路地質(zhì)勘探基本為50米—100米。”唐雄俊說，金塘海域還是寧波港黃金航道，這也加大了鉆孔難度。因此，勘探首次采用了三維物探、海上鉆井平臺(tái)以及智能化勘察手段。

針對(duì)含粉質(zhì)黏土、凝灰?guī)r又有多處斷層的軟硬不均的復(fù)雜地質(zhì)，盾構(gòu)隧道采用單洞雙線不設(shè)隔墻橫斷面，設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)專門進(jìn)行了盾構(gòu)選型專題的研究，經(jīng)反復(fù)比選、模擬計(jì)算和驗(yàn)證，設(shè)計(jì)出適合該地質(zhì)的盾構(gòu)刀具參數(shù)。

長距離海底兩頭掘進(jìn)，怎樣保證精準(zhǔn)對(duì)接?

唐雄俊說：“通過對(duì)國內(nèi)外對(duì)接案例的調(diào)研，對(duì)海底對(duì)接位置、對(duì)接段不同襯砌結(jié)構(gòu)形式的受力與變形、不同加固方案圍巖穩(wěn)定性、盾構(gòu)對(duì)接精度及姿態(tài)控制進(jìn)行了研究，最后根據(jù)實(shí)際情況，做出洞外貫通中誤差18毫米、洞內(nèi)貫通中誤差17毫米或洞內(nèi)外貫通中誤差25毫米的設(shè)計(jì)。”

隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線，防災(zāi)檢修通道利用雙線軌道之間下方的空間，設(shè)置疏散與檢修廊道，這也是鐵路建設(shè)中首次采用的設(shè)計(jì)方案。

除金塘海底隧道外，甬舟鐵路橋+隧組合中的“一橋”，即主跨1488米的西堠門特大橋，將突破不久前通車的滬通鐵路大橋單跨1092米紀(jì)錄，成為世界同類項(xiàng)目中跨度最大的公鐵合建大橋。

甬舟鐵路建成后，將結(jié)束舟山群島不通火車的歷史，屆時(shí)從寧波到舟山只要30分鐘，從杭州至舟山只需80分鐘。專家表示，該項(xiàng)目的建設(shè)，將使我國隧道、橋梁設(shè)計(jì)水平提升到一個(gè)新高度。

本報(bào)記者 矯 陽

關(guān)鍵詞： 海底高鐵隧道