渝湘高鐵是“八縱八橫”高鐵網(wǎng)中廈渝通道的重要組成部分，全長(zhǎng)近800公里。其中新建重慶至黔江鐵路，正線全長(zhǎng)269.5公里，設(shè)計(jì)時(shí)速350公里，從重慶站引出，止于黔江區(qū)，是成渝城市群、長(zhǎng)江中游城市群、海西城市群間高速客運(yùn)交流的通道。項(xiàng)目建成后，將有效縮短成渝兩地通勤時(shí)間，極大方便市民出行，有效實(shí)現(xiàn)成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈與海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)、長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)圈、京津冀的快捷聯(lián)系。

 

　　作為我國(guó)第一條穿江高鐵隧道，也是全國(guó)最長(zhǎng)的水下高鐵隧道，重慶長(zhǎng)江隧道的設(shè)計(jì)和建設(shè)克服了哪些難點(diǎn)？背后依靠哪些技術(shù)支撐？讓我們一起走近“萬(wàn)里長(zhǎng)江高鐵第一隧”，探尋其中的奧秘。

 

　　“萬(wàn)里長(zhǎng)江高鐵第一隧”

 

　　穿越“山、城、江、水”，面臨著不良地質(zhì)、有害氣體、高強(qiáng)水壓、噪音控制等多方面因素挑戰(zhàn)

 

　　在重慶，長(zhǎng)江有著舉足輕重的地位，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是過(guò)江。逢山開(kāi)路、遇水架橋，“橋都”重慶擁有數(shù)十座跨江大橋，而橫跨長(zhǎng)江的高鐵隧道，卻是第一次建設(shè)。

 

　　從2020年9月16日正式開(kāi)工建設(shè)至今，重慶長(zhǎng)江隧道工程的建設(shè)已有近三個(gè)年頭。對(duì)于“基建大國(guó)”來(lái)說(shuō)，要建一條穿越長(zhǎng)江的隧道，難度何在？

 

　　穿越“山、城、江、水”，是重慶長(zhǎng)江隧道面對(duì)的四種環(huán)境，也是四大難題。

 

　　中鐵二院渝湘高鐵重慶段長(zhǎng)江隧道設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人陳楊介紹，隧道穿越渝中半島和南岸區(qū)，下穿市人民醫(yī)院、市政道橋、軌道交通線路、人防洞室等126棟建筑物，地表最高建筑160米，6次穿越運(yùn)營(yíng)地鐵軌道線。“市民在坐地鐵時(shí)，隧道開(kāi)掘現(xiàn)場(chǎng)可能就在離他們不遠(yuǎn)的地方。因此，如何減少施工震動(dòng)、噪音對(duì)地下以及地面正常生產(chǎn)生活的影響，是我們需要考慮的重要方面。”

 

　　而所謂“穿山”，是指重慶長(zhǎng)江南岸的銅鑼山山脈，其中包含當(dāng)?shù)刂哪仙斤L(fēng)景區(qū)。此地地質(zhì)條件復(fù)雜特殊，巖溶、破碎帶、煤層瓦斯區(qū)、采空區(qū)等不良地質(zhì)段落長(zhǎng)。比如，巖溶水會(huì)對(duì)隧道圍巖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溶蝕，進(jìn)而導(dǎo)致突水涌泥問(wèn)題。此外，山體中的有害氣體像是儲(chǔ)存在巖層里的一個(gè)個(gè)“氣球”中，一旦隧道施工中不小心戳破了這些“氣球”，有害氣體就會(huì)釋放出來(lái)，甚至引發(fā)爆炸。

 

　　南山區(qū)域除了山體地質(zhì)復(fù)雜，水體也不少。

 

　　隧道掘進(jìn)過(guò)程中將穿越翠云水庫(kù)等4處大小水體，其中距離庫(kù)底最小凈距僅17米，地質(zhì)敏感、環(huán)保要求標(biāo)準(zhǔn)高。“雖然這些水體深度并不大，操作難度相對(duì)較低，但由于其生態(tài)特殊性，我們需要注意工程帶來(lái)的地下水流失、水庫(kù)水體污染等問(wèn)題。”陳楊表示。

 

　　除了山、城、水帶來(lái)的挑戰(zhàn)，穿越長(zhǎng)江是本項(xiàng)工程的“重頭戲”。

 

　　穿越長(zhǎng)江主航道、穿江段長(zhǎng)1282米、泥巖砂巖反復(fù)變化、節(jié)理裂隙帶多、最小覆巖厚度僅10米……陳楊介紹，同樣是水體，與“穿水”相比，“穿江”的難度在于高深度帶來(lái)的強(qiáng)水壓。“最大水壓達(dá)到0.9兆帕，相當(dāng)于在指甲蓋大小面積上承受9公斤的壓力，稍有不慎，就可能導(dǎo)致隧道變形甚至垮塌。”

 

　　“螺螄殼里做道場(chǎng)”

 

　　國(guó)內(nèi)第一條完全在山洞內(nèi)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)組裝、始發(fā)、接收并拆解的盾構(gòu)隧道

 

　　重慶南山149米深的洞室內(nèi)，長(zhǎng)江高鐵隧道的盾構(gòu)工程正在火熱施工之中。地面上車流穿行、人來(lái)人往，人們并不會(huì)察覺(jué)到，此時(shí)一個(gè)“鋼鐵巨獸”正在地下穩(wěn)穩(wěn)掘進(jìn)。

 

　　鉆爆法、盾構(gòu)法、明挖法是挖掘隧道的常用工法。在重慶長(zhǎng)江隧道工程中，這3種工法被組合運(yùn)用，其中盾構(gòu)段全長(zhǎng)3845米，穿江區(qū)間長(zhǎng)1282米。

 

　　盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，就像是游戲“貪吃蛇”不斷前進(jìn)延長(zhǎng)的過(guò)程。機(jī)器最前端圓形刀盤(pán)嵌著許多刀頭，緩緩旋轉(zhuǎn)的刀盤(pán)好似一張大嘴，刀頭如同牙齒，把巖石、砂土“嚼碎”，然后通過(guò)管道運(yùn)送排出。

 

　　重慶長(zhǎng)江隧道項(xiàng)目總工程師劉志丹告訴記者，“盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)、管片拼裝等工作中，主要依靠自動(dòng)化的系統(tǒng)設(shè)備，能夠有效降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，且安全系數(shù)較高、隧道掘進(jìn)速度較快。同時(shí)盾構(gòu)施工對(duì)環(huán)境的影響也很小，施工過(guò)程不受氣候條件影響，施工中的防水工作比較容易，對(duì)地表的沉降影響也很少。”

 

　　跟普通機(jī)械設(shè)備不同的是，盾構(gòu)機(jī)是“定制化產(chǎn)品”，每一臺(tái)設(shè)備都需要結(jié)合實(shí)際需求單獨(dú)設(shè)計(jì)。為此次工程量身定做的“長(zhǎng)江號(hào)”盾構(gòu)機(jī)由中鐵十四局負(fù)責(zé)，它身長(zhǎng)142米，體重3500噸，個(gè)子高過(guò)4層樓房，僅刀盤(pán)直徑就有近13米。

 

　　如此龐然巨物，在以往的工程中，都是在洞外完成組裝后再進(jìn)洞施工。但由于重慶“兩岸高、江面低”的特殊地理環(huán)境，這次盾構(gòu)機(jī)的上萬(wàn)個(gè)零部件要在山洞內(nèi)完成組裝，這條過(guò)江隧道也將成為國(guó)內(nèi)第一條完全在山洞內(nèi)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)組裝、始發(fā)、接收并拆解的盾構(gòu)隧道。

 

　　“螺螄殼里做道場(chǎng)”，大到技術(shù)工班的工人如何配合工序，小到如何精準(zhǔn)計(jì)算用于吊裝物件的鋼絲繩長(zhǎng)度，都需要反復(fù)推敲。

 

　　而組裝完成只是盾構(gòu)工程的第一步，接下來(lái)，它將面臨更大的考驗(yàn)。

 

　　“為攻克盾構(gòu)穿江難題，‘長(zhǎng)江號(hào)’采用了多項(xiàng)最新配置和技術(shù)。”劉志丹舉例道，開(kāi)挖倉(cāng)高精度氣液壓力平衡控制技術(shù)可以確保江底盾構(gòu)施工開(kāi)挖倉(cāng)穩(wěn)定，攻克節(jié)理裂隙帶水量豐富難題；高壓沖刷系統(tǒng)能夠有效解決刀盤(pán)結(jié)泥餅、開(kāi)挖倉(cāng)堆積等難題；有害氣體自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)τ泻怏w進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)早預(yù)警、早發(fā)現(xiàn)，保證作業(yè)安全等。

 

　　在長(zhǎng)江下穿隧行進(jìn)，除了作業(yè)效率和安全，防止和減少對(duì)水體的污染，也是一項(xiàng)重要的功課。

 

　　作為盾構(gòu)掘進(jìn)的“保險(xiǎn)鎖”，油脂可以防止外部地下水和泥漿等進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)內(nèi)，保證盾構(gòu)機(jī)內(nèi)施工人員以及設(shè)備的安全。劉志丹介紹，“長(zhǎng)江號(hào)”作為一臺(tái)泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，使用的油脂包括盾尾密封油脂和軸承密封油脂兩種，其質(zhì)量、環(huán)保數(shù)據(jù)都達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí)，施工人員會(huì)根據(jù)水壓及地質(zhì)條件確定油脂注入?yún)?shù)，精準(zhǔn)控制油脂的注入壓力和注入量，在滿足施工要求的前提下，最大限度防止油脂擴(kuò)散和流失造成的污染。

 

　　“中國(guó)制造”新名片

 

　　盾構(gòu)機(jī)反映我國(guó)高超的工業(yè)水平和完善的產(chǎn)業(yè)鏈，未來(lái)將向多樣化、智能化繼續(xù)發(fā)展

 

　　從重慶站開(kāi)車去黔江大約需要4個(gè)小時(shí)；而等渝湘高鐵通車后，僅需40分鐘。成倍縮短的路程和時(shí)長(zhǎng)，帶來(lái)的是成倍增加的便利和幸福感。

 

　　陳楊表示，長(zhǎng)江隧道建成后，將實(shí)現(xiàn)重慶站與重慶東站快捷貫通，將重慶站由盡頭式火車站變?yōu)樨炌ㄊ交疖囌?，使渝湘高鐵、渝萬(wàn)高鐵在中心城區(qū)的重慶站與成渝高鐵貫通，形成廈長(zhǎng)渝蓉、沿江高鐵大通道。

 

　　不止重慶，隨著我國(guó)水下盾構(gòu)技術(shù)的成熟與發(fā)展，越來(lái)越多沿海沿江城市選擇隧道作為越海穿江通道，武漢、南京、上海等沿江城市相繼修建了不同使用功能的隧道，涵蓋公路、鐵路、城市地鐵等。鉆山入地、穿江過(guò)海，國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)穿梭在大江南北的工程現(xiàn)場(chǎng)，助力一個(gè)個(gè)高難度項(xiàng)目順利完工，極大地提高了運(yùn)輸效率，進(jìn)而帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)。

 

　　一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)包含上萬(wàn)個(gè)零部件，產(chǎn)業(yè)鏈涉及機(jī)械制造、電子元器件、液壓管路等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，體型巨大、技術(shù)精密，需要強(qiáng)大的集成控制系統(tǒng)才能正常工作，其自主化程度直接反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平和產(chǎn)業(yè)鏈完善程度。

 

　　穿山打隧、鏗鏘突進(jìn)，長(zhǎng)江隧道前進(jìn)的狀態(tài)，也是中國(guó)盾構(gòu)機(jī)一路突破的歷程。

 

　　從天價(jià)進(jìn)口到完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)獨(dú)立制造，從最初只能挖地鐵到能挖大埋深、長(zhǎng)距離的硬巖隧道，從只能水平前進(jìn)到能水平S形連續(xù)轉(zhuǎn)彎、大傾角斜坡向上……近年來(lái)，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)和它背后的技術(shù)服務(wù)、中國(guó)施工力量一起走出國(guó)門，構(gòu)成了完整的中國(guó)盾構(gòu)品牌，贏得了國(guó)際市場(chǎng)的信任，成為新的中國(guó)制造名片。

 

　　作為一名在盾構(gòu)領(lǐng)域深耕多年的工程師，劉志丹認(rèn)為，與世界其他盾構(gòu)機(jī)相比，中國(guó)生產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)在一些技術(shù)特點(diǎn)上有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。“比如，我們生產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)更加多樣化，具有更加靈活的調(diào)節(jié)能力，可以滿足不同地形的施工要求，更耐用，安全性也更高。與此同時(shí)，我們也正在加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，不斷提高盾構(gòu)機(jī)的性能和質(zhì)量，通過(guò)智能化技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的自動(dòng)化操作，提高工作效率。”

 

　　智能化、自動(dòng)化，也是陳楊對(duì)盾構(gòu)機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的期待。

 

　　“同樣的施工工作量，用傳統(tǒng)的礦山法完成，可能需要100個(gè)人；而用盾構(gòu)法的話，可能只需要10個(gè)人。如此強(qiáng)烈的對(duì)比，就是盾構(gòu)機(jī)智能化所帶來(lái)的人力解放。”陳楊表示，在智能掘進(jìn)模式下，盾構(gòu)機(jī)將由大數(shù)據(jù)庫(kù)云端提供掘進(jìn)參數(shù)，在智能算法的控制下完成智能自主掘進(jìn)，能夠自主分析不同復(fù)雜地層條件，識(shí)判各類重大風(fēng)險(xiǎn)源，系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)預(yù)警和事件預(yù)警功能，并給出科學(xué)掘進(jìn)參數(shù)。隨著盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展到一定程度，它將慢慢取代一些傳統(tǒng)工法，并逐漸在更多作業(yè)線實(shí)現(xiàn)“有人值守，無(wú)人操作”的智能化作業(yè)。