3月29日，我國首座設(shè)計時速350公里的大直徑海底高鐵隧道——汕汕高鐵汕頭灣海底隧道“永平號”盾構(gòu)機開始掘進，開啟2169米的汕頭灣“穿越之旅”。

汕頭灣海底隧道位于廣東省汕頭市汕頭灣內(nèi)，是汕汕高鐵全線控制性工程，隧道全長9191米，其中穿越汕頭灣海底段2169米采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機刀盤開挖直徑14.57米，是目前最大直徑高鐵海底盾構(gòu)隧道。

為什么要設(shè)計成海底隧道形式?

“這是前期建設(shè)者進行了詳細(xì)的方案比選論證后的結(jié)果。”中國鐵路設(shè)計集團有限公司(以下簡稱中國鐵設(shè))汕汕鐵路項目隧道專業(yè)負(fù)責(zé)人王旭說，《沿海客專汕尾至延平段規(guī)劃研究報告》從2016年初開始編制，至2019年8月份方案趨于成熟，歷時三年半進行多方案比選論證，隧道方案被認(rèn)為可有效規(guī)避臺風(fēng)威脅且抗震性能優(yōu)于地面結(jié)構(gòu)，同時運營服役期間可降低對海洋環(huán)境及航道通行的影響。

這座時速350公里海底隧道將面臨哪些技術(shù)挑戰(zhàn)?

汕頭灣海底隧道為國內(nèi)外首座單洞雙線350公里運行時速的海底高鐵隧道，其建設(shè)難度及風(fēng)險控制均為世界之最，建設(shè)過程將面臨在高烈度地震區(qū)穿越密集斷層破碎帶、海域高水壓環(huán)境、海域高等級侵蝕性環(huán)境和工程地質(zhì)條件復(fù)雜等世界級難題。

“隧道在8度地震區(qū)穿越17條斷層破碎帶，均具有強導(dǎo)水性，其中8條為活動斷層(為國內(nèi)外水下隧道之最)。在地震及斷層蠕動、錯動條件下，控制防范隧道結(jié)構(gòu)開裂、錯臺、局部滲漏水、突水突泥甚至海水倒灌等風(fēng)險成為重中之重。”王旭說。

海域高水壓和海域高等級侵蝕性環(huán)境也是橫亙在建設(shè)者面前的一道難關(guān)。

“汕頭灣海底隧道長距離位于高水壓風(fēng)險區(qū)域，隧底最大水壓可達(dá)0.97兆帕，為國內(nèi)水下隧道之最。在承受高水壓滲透作用的同時需要適應(yīng)規(guī)范最高等級氯鹽侵蝕環(huán)境及鹽類結(jié)晶環(huán)境，兩者的耦合作用導(dǎo)致海底隧道服役環(huán)境更為惡劣。”王旭說。

地質(zhì)勘測條件還顯示，隧道先后穿越淤泥及淤泥質(zhì)黏土地層、淤泥與花崗巖軟硬不均地層、軟硬巖軟硬不均地層以及全斷面弱風(fēng)化花崗巖地層。隧道開挖無異于“先切豆腐后磨生鐵，中間軟硬夾生、孤石分布”。

中國鐵建十四局集團汕頭灣海底隧道項目部盾構(gòu)負(fù)責(zé)人趙海濤說，由于隧道建設(shè)環(huán)境嚴(yán)苛、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件復(fù)雜、施工風(fēng)險高，同時受到貫通工期制約，汕頭灣海底隧道在不同段落共采用了6種工法進行施工：陸域礦山法(I類大機配套)、海域礦山法、盾構(gòu)法、盾構(gòu)空推法、海底擴大洞室盾構(gòu)整體拆解法、明挖法。工法復(fù)雜多樣、工序銜接多變。

對面臨的挑戰(zhàn)有什么應(yīng)對方案?

王旭說，針對海域高水壓和海域高等級侵蝕性環(huán)境，設(shè)計建議針對地震及斷層不利影響，優(yōu)化防排水理念、創(chuàng)新防排水技術(shù)方案，采用閾值泄壓限排等技術(shù)手段確保隧道結(jié)構(gòu)安全、防水可靠、運營成本可控;通過系統(tǒng)性抗侵蝕方案，諸如提高結(jié)構(gòu)抗裂標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化混凝土配比及摻加劑、創(chuàng)新高標(biāo)號混凝土現(xiàn)澆及養(yǎng)護方案、細(xì)化構(gòu)件防腐處理工藝等。

“為攻克難關(guān)，中國鐵建十四局集團在院士專家團隊指導(dǎo)下，量身打造了‘永平號’混合式盾構(gòu)機，滾刀刀間距由傳統(tǒng)的100毫米壓縮至90毫米，可以有效磨碎巖石，提高掘進效率。滾刀配備全自動檢測系統(tǒng)，這些在大直徑盾構(gòu)隧道施工中均為首次應(yīng)用。”趙海濤說，盾構(gòu)機刀盤具備常壓換刀功能，開口率28.5%，共配備303把刀具，最小刀間距90毫米，并具備滾動檢測系統(tǒng)，這些參數(shù)均代表著世界先進水平。

汕汕鐵路起自廣汕鐵路汕尾站，終至廣梅汕鐵路汕頭站，正線全長162.368千米，其中橋梁35座113.691千米，隧道13座32.404千米，橋隧比89.77%。全線設(shè)7座車站，計劃2023年通車。(記者 矯 陽)