第A07版:建筑科技

破解世界最大直径海底盾构施工难题 世界最长海底高铁隧道开挖

近日,世界最长的海底高铁隧道——金塘海底隧道宁波段盾构工作井启动开挖。金塘海底隧道是甬舟铁路的控制性工程,全长16.18公里,比港珠澳大桥隧道还要长近10公里。此次这一挖,标志着这条“世界之最”的宁波段全面开工建设。

两项世界之最

甬舟铁路全长76.4公里、设计时速250公里,线路虽不足百公里,却将诞生“一隧”“一桥”两项世界之最。

“一隧”,指全长16.18公里的金塘海底隧道,金塘海底隧道位于宁波与舟山之间金塘水道下方。西起宁波市北仑区,东至舟山市金塘镇,全长16.18公里,是甬舟铁路全线工程中的重难点,也是继港珠澳大桥后,我国又一项挑战世界难题、突破科技壁垒的跨海大工程。

单论长度,金塘海底隧道在铁路领域,仅次于37.9公里的英法海底隧道和23.3公里的日本青函海底铁路隧道。然而,英法海底隧道虽然开行欧洲之星高铁列车,但碍于建造较早、设计标准较低,隧道最高行车时速只有140公里,达不到高铁标准。日本青函海底铁路隧道最高行车时速也未达到高铁标准。国内在建的汕(头)汕(尾)高铁汕头湾海底隧道、广湛高铁湛江湾海底隧道等,虽然设计行车时速350公里,为高铁标准,但长度均在10公里以内。

“一桥”,指主跨1488米的西堠门公铁两用大桥,为甬舟铁路及甬舟高速公路复线跨越西堠门水道的公铁合建桥梁。建成后,将是世界上跨度最大的公铁合建桥梁,使我国铁路桥梁跨越能力从千米级跃升至1500米级。

金塘海底隧道将如何冲击世界之最?

金塘海底隧道最大埋深78米,最大水深39米,管片外径14米,盾构开挖直径达14.57米,隧道最大水压约0.85兆帕。该隧道在世界超大直径盾构施工中,首次采用两台盾构机相向掘进、在海底完成对接、对接后在洞内完成盾构机拆解的施工方式。工程特点可用“长、深、险、精、难”概括。该项目负责人介绍,隧道周边地下油气管线众多、开挖深度深、工艺复杂。盾构机在掘进过程中,将穿越隧道内的全断面弱风化凝灰熔岩等许多软硬不均的复合地层,因此施工安全风险高,对施工控制有着极高的要求。

此次宁波段盾构工作井开挖尺寸长22.6米,宽21.1米,深58.13米,系当前国内最深盾构始发工作井。而且该工程将实现世界上首次两台超大直径盾构在海底对接、原位拆解回拖,对接精度必须控制在2厘米之内,要求极高。

据承担该隧道金塘侧施工的中铁十一局相关人士介绍,隧道将采用类似矿山巷道掘进的钻爆法和大型盾构机开掘。

其中盾构法隧道长11.2公里,主要集中在穿越金塘水道海底部分,采用两台直径14.57米盾构机分别从宁波、舟山始发,相向掘进至海中对接。两台盾构机海中对接时要求精度误差不超过20毫米,施工方计划在第一台盾构机到达设计对接位置后,另一台盾构机通过自带的导向测量系统调整掘进姿态,确保精准对接。

由于,金塘海底隧道所处海域地质条件复杂,具有长距离硬岩、黏土、粉砂等多种地层;隧道上方为金塘水道,海运繁忙;受潮汐、台风影响,海浪高且急。隧道施工具有“高强度、高水压、高精度、高风险”,以及“岩土差异大、开挖直径大、对接难度大”“不良地质复杂、水下地貌复杂”等“四高”“三大”“两复杂”的特点,面临着世界从未有过的施工困难。

为确保施工有序进行,建设管理单位沪杭铁路客运专线股份有限公司和施工单位中铁十一局项目部精心组织,科学安排,充分开展施工技术交底、安全培训、质量管控、环保作业等教育培训,按照标准化要求布置施工现场,强化各级管理与施工现场无缝对接,为金塘海底隧道顺利开挖打下坚实基础。

此外,为破解世界最大直径海底盾构施工难题,中铁十一局项目部成立课题攻关团队,邀请国内外盾构专家对海底破岩、软土结泥饼、海底换刀及海中对接等工艺工法进行课题攻关研究。为适应长距离、高水压施工,建设者将在盾构机选型上采用重型常压复合刀盘,配合超前地质雷达系统、掌子面超前钻探系统、管片浮动监测系统等创新设计,确保世界最长海底高铁隧道安全优质施工。

据悉,整个甬舟铁路计划施工工期6年,其中海底隧道盾构掘进36个月,目前金塘侧工作井、斜井均已进入正式施工阶段。

为何选择挖隧道

有人质疑:甬舟高速公路舟山连岛工程建设时,已经建设了金塘跨海大桥,为何这次高铁线路不在海上搭桥,而是要建海底隧道?

很长时间以来,在桥隧之争中,“造桥”总体占据上风。一方面,桥梁的造价相比隧道要低不少,同时桥梁是显性工程,具有景观性,而隧道潜行山中、地下、水下,属隐蔽工程;另一方面,在日常维护营运中,隧道需要大量通风、照明支出。因此,从经济性角度考虑,花钱少见效快的大桥是各地的首选,很多地方的大桥,还成了区域发展的地标性成就。

甬舟铁路建设选择多花钱挖海底隧道,其最大的原因是为了减少对港口发展的影响。

宁波舟山港的核心港区北仑港,就在金塘岛的对岸,金塘水道也是宁波舟山港的进出通道和国内危化品码头集中区之一、甬江口镇海港区出入的主通道,每年有上万艘次各类运输船途经此处。

如果在此处架桥,受桥下通航净空的限制,将对航运产生较大影响。事实上,甬舟高速公路金塘跨海大桥建设时,为了减少对航运的影响,选择了从甬江口北的镇海入海,跨灰鳖洋,绕路连接金塘岛,距离较远,并设置了5万吨级的主通航孔。

金塘海底隧道从金塘水道的狭窄处直接穿越,从甬江口南的北仑直接入海,就不会影响10万吨级以上船舶自由出入。

甬舟铁路西起宁波东站,经宁波市鄞州区、北仑区,舟山市金塘岛、册子岛及舟山本岛,东至舟山市定海区白泉镇。整个项目全长77公里、设计时速250公里,虽不足百公里却将诞生“一隧”“一桥”两项世界之最。

待整个甬舟铁路建成,将成为构建浙江省“1小时交通圈”、形成大陆与舟山岛间便捷客运的通道。同时将结束浙江最后一个设区市(舟山)不通铁路的历史,对于完善铁路网布局,推动沿线旅游业发展,加速推进甬舟一体化、同城化,融入“一带一路”和长江经济带等具有重要意义。

(本报综合报道)

2023-05-25 2 2 建筑时报 content_21370.html 1 3 破解世界最大直径海底盾构施工难题 世界最长海底高铁隧道开挖 /enpproperty-->