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高铁修到百米海底!探访这一大型工程最新进展

中国纪检监察报记者 陈瑶

逢山开路,高铁工程遇水架桥,百米这对铁路建设者来说已是海底家常便饭。若要穿山越壑,探访潜江入海,大型能否依然沉稳应对?在广东虎门珠江入海口,最新建设中的进展深江铁路珠江口隧道正在书写“答卷”。

深江铁路途经深圳、高铁工程东莞、百米广州、海底中山、探访江门5个地市,大型是最新中国“八纵八横”高铁网沿海通道的重要组成部分,也是进展对接服务“一带一路”倡议、支持粤港澳大湾区和中国广东自贸区建设的高铁工程重大交通基础设施。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。

深江铁路走向示意图 图片来源:东莞发布微信公号

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?

深江铁路珠江口隧道内部 图片来源:东莞发布微信公号

“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。

“深江1号”采用醒狮造型涂装 图片来源:中国铁路微信公号

——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。

“深江2号”采用蛟龙造型涂装 图片来源:中国铁路微信公号

——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。

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