高鐵修到百米海底 探訪全國(guó)最大水壓最大埋深海底隧道
逢山開路,遇水架橋,這對(duì)鐵路建設(shè)者來說已是家常便飯。若要穿山越壑,潛江入海,能否依然沉穩(wěn)應(yīng)對(duì)?在廣東虎門珠江入海口,建設(shè)中的深江鐵路珠江口隧道正在書寫“答卷”。
深江鐵路途經(jīng)深圳、東莞、廣州、中山、江門5個(gè)地市,是中國(guó)“八縱八橫”高鐵網(wǎng)沿海通道的重要組成部分,也是對(duì)接服務(wù)“一帶一路”倡議、支持粵港澳大灣區(qū)和中國(guó)廣東自貿(mào)區(qū)建設(shè)的重大交通基礎(chǔ)設(shè)施。作為深江鐵路全線重點(diǎn)控制性工程,珠江口隧道連接?xùn)|莞與廣州南沙。隧道全長(zhǎng)13.69公里,為單洞雙線高速鐵路,設(shè)計(jì)時(shí)速200公里,是目前我國(guó)最大水壓最大埋深海底隧道。
自2020年7月開工建設(shè)以來,珠江口隧道工期已持續(xù)3年有余。這條海底全新“大動(dòng)脈”是如何修建的?背后依靠哪些技術(shù)支撐?記者走近建設(shè)中的珠江口隧道。
海底最大埋深115米、水壓高至1.06兆帕,長(zhǎng)距離穿越多種復(fù)雜地層
施工難度在全世界范圍內(nèi)都是罕見的
廣東東莞、廣州隔珠江口而望,這一次它們因珠江口隧道變得更加緊密。根據(jù)線路規(guī)劃圖,隧道從東莞濱海灣站入地穿越珠江口,在廣州南沙萬頃沙鎮(zhèn)上岸。待建成后,往來兩地不過4分鐘車程。
許多人不知道的是,4分鐘的快捷背后是長(zhǎng)達(dá)10年的方案論證比選。
跨越江河湖海的方式很多,橋梁、橋隧、島橋隧或隧道皆可行。深江鐵路選擇以全程水下隧道方式穿越珠江口。
據(jù)相關(guān)資料顯示,珠江口隧道海域段長(zhǎng)約11.05公里,最大埋深115米,接近40層樓高。隨著深度加大,水壓也在不斷增強(qiáng)。盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)承受的極值達(dá)1.06兆帕,超過10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,相當(dāng)于在指甲蓋大小的面積上承受10.6公斤的壓力。加之周邊環(huán)境水腐蝕性較為嚴(yán)重,會(huì)破壞鋼筋表面的防腐層,造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化,影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。
既要承受如此大的水壓,又要抵御海水侵蝕,為何偏偏選擇全程水下隧道方式?
“珠江口隧道穿越經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集、生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū),對(duì)施工提出很高的要求?!敝需F十四局深江鐵路珠江口隧道工程項(xiàng)目總工程師陳興飛告訴記者,首先要最小程度干擾周邊社區(qū)、航運(yùn)航道、生態(tài)系統(tǒng),以保持環(huán)境的穩(wěn)定。其次,施工要考慮地質(zhì)條件,確保隧道的安全和持久。為滿足這些要求,線路選定時(shí)需要綜合考慮交通需求、生態(tài)保護(hù)和地質(zhì)特征,同時(shí)與利益相關(guān)者充分協(xié)商,以達(dá)成最佳方案。
其實(shí),綜合考慮多種因素,曾誕生公鐵兩用橋、單一橋、隧道等多種方案。這些方案各有特點(diǎn),多數(shù)專家認(rèn)為,珠江口穿行的主航道是粵港澳大灣區(qū)港口群連接國(guó)際航道、通達(dá)國(guó)內(nèi)外港口的水路運(yùn)輸大動(dòng)脈,考慮到橋梁在建設(shè)和后期運(yùn)維階段會(huì)對(duì)通航、防洪、環(huán)境、成本造成一定影響,最終舍棄經(jīng)濟(jì)效益較好的公鐵兩用大橋方案,改為隧道下穿。
確定如何越過珠江口后,就是線路的選擇。針對(duì)珠江口東西兩岸施工點(diǎn)位、線路通道走向、工程合理性等情況,形成了南、北線兩個(gè)方案??蔁o論如何走線規(guī)劃,都避不開珠江口水域復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。
珠江三角洲是由珠江水系沖積而成、水況復(fù)雜、地形多變的復(fù)合型三角洲??辈旖Y(jié)果顯示,兩條線位的地貌單元均為珠江三角洲平原,該水域底部覆蓋層成分基本相同,“上軟下硬”,上部主要是軟土、砂土沉積,下部由上更新統(tǒng)黏性土、砂礫石層組成,底部有微風(fēng)化花崗巖巖層。
“海底凹凸不平、軟硬不均,其中全斷面硬巖長(zhǎng)2.75公里,斷裂帶區(qū)間長(zhǎng)達(dá)490米,巖石最大飽和抗壓強(qiáng)度達(dá)124兆帕。”陳興飛粗略算了下,這種情況下,隧道跨越珠江口要穿過17條斷裂破碎帶、13種地層、5種復(fù)合地質(zhì)?!捌涫┕るy度在全世界范圍內(nèi)都是罕見的?!?/p>
“醒獅”鬧海、“蛟龍”潛底,量身定制國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)
用國(guó)之重器破解世界級(jí)工程難題
在15平方米的駕駛室里,機(jī)器轟鳴,操作臺(tái)上閃爍的指示燈似乎在述說這里的忙碌。盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)陳興格目不轉(zhuǎn)睛地盯著眼前的9塊屏幕,不時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕調(diào)整參數(shù)。駕駛室外,盾構(gòu)機(jī)巨大的刀頭緩緩轉(zhuǎn)動(dòng),開始前移。
盾構(gòu)機(jī)是目前最先進(jìn)的隧道開挖裝備,在復(fù)雜多變的硬巖地層下,雖然每天只能前行6米至8米,卻是隧道工程的“得力干將”。珠江口隧道也不例外。
珠江口隧道采用“礦山+盾構(gòu)”的組合方法進(jìn)行施工。所謂盾構(gòu)法,即采用大型盾構(gòu)機(jī)從兩端同時(shí)掘進(jìn)施工。記者了解到,該隧道盾構(gòu)段總長(zhǎng)6520米,“深江1號(hào)”盾構(gòu)機(jī)從東莞虎門方向掘進(jìn)3590米,“深江2號(hào)”盾構(gòu)機(jī)從廣州南沙萬頃沙方向掘進(jìn)2930米。礦山法是用開挖地下坑道的作業(yè)方式修建隧道,為盾構(gòu)機(jī)的順利拆解、回收騰挪空間,確保整個(gè)施工過程的安全有序。
“與普通機(jī)械設(shè)備不同,盾構(gòu)機(jī)是定制化產(chǎn)品,每一臺(tái)設(shè)備都需要結(jié)合工程實(shí)際量身打造。不同的地質(zhì)條件,會(huì)有不同的需求?!标惻d飛說,珠江口隧道的超高水壓,在國(guó)內(nèi)尚無同等條件的工程經(jīng)驗(yàn)、盾構(gòu)設(shè)備和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可供參考。因此,針對(duì)該隧道施工重難點(diǎn)設(shè)計(jì)的兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī),也注定與眾不同。
——重工業(yè)外表下的反差萌。兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)猶如“鋼鐵穿山甲”,鑿巖破壁,可“體型”龐大的它們,有著萌化人心的顏值?!吧罱?號(hào)”身披“醒獅”皮膚,威風(fēng)凜凜,極富嶺南特色;“深江2號(hào)”噴涂“蛟龍”造型,寓意這臺(tái)“地下蛟龍”乘風(fēng)破浪、無往不利。
——裝備升級(jí)提升盾構(gòu)適應(yīng)性。在“醒獅”“蛟龍”身上,有多項(xiàng)為保障安全、高效掘進(jìn)而采用的先進(jìn)技術(shù)。如“深江1號(hào)”配置了“常壓+帶壓”滾刀、可伸縮主驅(qū)動(dòng),同時(shí)集成了高效重載物料運(yùn)輸、超高水壓主驅(qū)動(dòng)密封自動(dòng)加壓、盾尾間隙測(cè)量等一系列智能化系統(tǒng)?!吧罱?號(hào)”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)性配備了小刀間距常壓復(fù)合刀盤、可伸縮主驅(qū)動(dòng)、超高壓壓力自動(dòng)補(bǔ)償、四回路保壓、氣墊直排掘進(jìn)系統(tǒng)等創(chuàng)新科技,在質(zhì)量上精益求精,嚴(yán)格把關(guān)。
——雙殼設(shè)計(jì)確保“金蟬脫殼”。盾構(gòu)機(jī)完成任務(wù)后如何接收是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須考慮的問題。傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)由大型起重設(shè)備輔助進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)拆解運(yùn)輸,但這在珠江口隧道顯然無法實(shí)現(xiàn),且海底拆解施工風(fēng)險(xiǎn)高?!拔覀?yōu)椤罱?號(hào)’設(shè)計(jì)了‘雙殼’模式,隧道貫通后,外層殼體作為支護(hù)留在地層中,這樣可以保證掌子面穩(wěn)定;同時(shí)為拆解盾構(gòu)機(jī)提供吊裝支撐。如此一來,盾構(gòu)機(jī)便可‘金蟬脫殼’般從海底全身而退?!标惻d飛解釋道。
“醒獅”“蛟龍”為珠江口隧道的建設(shè)施工按下了“快進(jìn)鍵”。記者從承建方了解到,截至目前,“深江1號(hào)”盾構(gòu)機(jī)已掘進(jìn)2646米,“深江2號(hào)”盾構(gòu)機(jī)已掘進(jìn)2380米,工程進(jìn)度條已加載過半。
尾水變“廢”為寶,智慧化拼裝管片
創(chuàng)新為綠色高效施工保駕護(hù)航
“全體注意,開始推進(jìn)!”11月17日上午,隨著油泵、泥漿泵、刀盤運(yùn)轉(zhuǎn),“深江1號(hào)”在珠江口水面下73米開始了新一輪作業(yè)。
盾構(gòu)機(jī)的刀盤在作業(yè)隧道內(nèi)“吃”土,施工現(xiàn)場(chǎng)卻干凈整潔,沒有渣土、沒有泥水。這得益于“大盾構(gòu)工匠工作室”和“黨員創(chuàng)新工作室”的課題研究成果。
為解決工程盾構(gòu)過程中的技術(shù)難題,來自建設(shè)、施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位的黨員組建了上述創(chuàng)新工作室?!笆┕の菜迸艜?huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害,施工的同時(shí)對(duì)尾水進(jìn)行有效處理是必要的?!敝需F十四局深江鐵路項(xiàng)目黨支部書記張偉向記者介紹起如何變“廢”為寶。
首先將渣土從泥漿中分離出來。張偉說,混合渣土的泥漿經(jīng)過排漿管路運(yùn)至泥漿處理廠,通過泥水分離設(shè)備實(shí)現(xiàn)泥漿與渣土的分離。經(jīng)過進(jìn)一步處理的渣土被運(yùn)送至指定渣土廠后,可再用于種地、栽樹、路基施工,從而達(dá)到資源的綠色減排再利用。
珠江口隧道穿越的含礫砂巖地層富含鐵離子、懸浮物等,初步分離的尾水水質(zhì)渾濁,水體呈棕紅色。為解決此問題,兩個(gè)工作室開展了課題攻關(guān)。
張偉進(jìn)一步解釋道,先用離心機(jī)進(jìn)行廢漿處理,降低泥漿比重;再利用泥漿泵將處理后的尾水送至初級(jí)沉淀池,添加復(fù)合藥劑加速水中懸浮物絮凝沉降;沉淀后的上清液會(huì)被導(dǎo)入二級(jí)沉淀池。經(jīng)過多道處理的尾水觀感無色,且滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)及循環(huán)利用的要求,可用于制漿及洗車槽洗車,從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約水資源的目的。
珠江口隧道工況復(fù)雜,建設(shè)過程中面臨諸多挑戰(zhàn)。工期緊、任務(wù)重,設(shè)計(jì)建設(shè)者們堅(jiān)持用創(chuàng)新為綠色、高效施工保駕護(hù)航。
“管片是確保隧道結(jié)構(gòu)完整的關(guān)鍵,珠江口隧道的特殊性對(duì)管片性能、針對(duì)性提出了更高要求。”中鐵十四局深江鐵路項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李兵舉例說,“深江1號(hào)”盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的盾構(gòu)段長(zhǎng)3590米,由1.6萬余塊管片環(huán)環(huán)拼裝而成,每塊管片重達(dá)13噸,拼裝一塊平均耗時(shí)6分鐘。無論是制作還是拼裝都是一項(xiàng)耗時(shí)、耗力的大工程。
為了進(jìn)一步提升施工效率,管片的制作和拼裝都插上了智能“翅膀”。李兵介紹,通過在預(yù)制基地引進(jìn)模具清理涂油機(jī)器人、智能收面機(jī)器人、無人駕駛運(yùn)輸車等10余種智能化設(shè)備,以及智能養(yǎng)護(hù)、無人值守過磅智能系統(tǒng),整條生產(chǎn)線僅需11名工人就能生產(chǎn)出質(zhì)量上乘的管片。
在拼裝階段,也少不了智能設(shè)備的身影。無人運(yùn)輸車將澆筑完成的管片運(yùn)至指定位置,工作人員只需操縱手中的遙控器,即可“指揮”安裝在隧道上部的管片吊機(jī)開始工作。放鉤、吊起、轉(zhuǎn)體,三個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作,管片就隨傳送帶前往盾構(gòu)機(jī)最前方,等待被拼接嵌入隧道壁?!爸悄茉O(shè)備進(jìn)一步解放了勞動(dòng)力?!苯ㄔO(shè)人員感慨道。(中國(guó)紀(jì)檢監(jiān)察報(bào)記者 陳瑤)
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