近日，“大灣區(qū)號(hào)”(又稱“深江2號(hào)”)超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)在廣東順德下線。“大灣區(qū)號(hào)”由中鐵隧道局集團(tuán)和中鐵裝備聯(lián)合研制，是為世界最大埋深、最高水壓的深(圳)江(門)鐵路珠江口隧道建設(shè)量身打造的國(guó)之重器。

珠江口隧道施工有什么特點(diǎn)?施工中可能遇到什么困難?需要采用哪些新技術(shù)?記者就此進(jìn)行了采訪。

超長(zhǎng)距離跨海盾構(gòu)隧道

深江鐵路正線長(zhǎng)116公里，途徑深圳、東莞、廣州、中山、江門5個(gè)地市。珠江口隧道位于東莞、廣州之間的珠江入海口，為單洞雙線高速鐵路隧道。隧道全長(zhǎng)13.69公里，設(shè)計(jì)時(shí)速250公里，建成后從南沙到達(dá)東莞只需4分鐘車程。

中鐵隧道局集團(tuán)承建難度最大的珠江口隧道2標(biāo)段，該標(biāo)段施工內(nèi)容包括9.1公里的海底隧道和南沙工區(qū)斜井應(yīng)急通道。采用“盾構(gòu)+礦山”組合工法施工，“大灣區(qū)號(hào)”盾構(gòu)機(jī)從南沙萬頃沙始發(fā)后進(jìn)入珠江口海底，向東莞?jìng)?cè)掘進(jìn)。

珠江口隧道海域段水下最大埋深115米，是我國(guó)水下隧道的最深紀(jì)錄，水文、地質(zhì)條件極其復(fù)雜，周邊環(huán)境水腐蝕性較為嚴(yán)重，最大水壓1.06兆帕，強(qiáng)度超過10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，為世界之最。深江鐵路珠江口隧道也是全線關(guān)鍵控制性工程。

深江鐵路需要跨越珠江口獅子洋海域，因地理環(huán)境十分復(fù)雜，采用何種方案施工是制約項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵因素。

經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)科學(xué)比選，深江高鐵跨越珠江口方案最終由虎門公鐵兩用大橋改為隧道形式。中鐵隧道股份公司副總經(jīng)理、總工程師陳慧超介紹，同公鐵兩用橋、單一橋梁方案相比，海底隧道對(duì)城市規(guī)劃、通航及防洪及海洋環(huán)境的影響小，后期運(yùn)營(yíng)過程中，對(duì)惡劣天氣的抵御能力更強(qiáng)，在運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本方面優(yōu)勢(shì)明顯。

國(guó)之重器挑戰(zhàn)世界之最

“大灣區(qū)號(hào)”盾構(gòu)機(jī)開挖直徑為13.32米，總長(zhǎng)133米，總重約3900噸，整機(jī)設(shè)計(jì)壓力達(dá)12巴(bar，1bar約等于1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)。

陳慧超介紹，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)后，將會(huì)先后遭遇液化砂層區(qū)、軟硬不均段、近距離側(cè)穿鳧洲大橋、破碎帶等復(fù)合地質(zhì)難題，長(zhǎng)距離硬巖掘進(jìn)極度考驗(yàn)刀盤的強(qiáng)度和耐磨性。尤其是珠江口海域3組斷裂破碎帶及6條次生斷裂帶，巖體巖質(zhì)軟硬不均現(xiàn)象異常顯著，盾構(gòu)掘進(jìn)至破碎帶極易出現(xiàn)掌子面坍塌、江面冒頂、泥水倉(cāng)倉(cāng)內(nèi)滯排等風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)性能、掘進(jìn)參數(shù)控制、隧道預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、拼裝質(zhì)量提出了極高的要求。

“盾構(gòu)掘進(jìn)近距離穿越鳧洲大橋，須嚴(yán)格控制掘進(jìn)各種指標(biāo)，在過程中要做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保鳧洲大橋的安全。”陳慧超同時(shí)表示，飽和粉土及砂土地層可能產(chǎn)生砂土液化現(xiàn)象，需在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)前加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)探，并通過加固措施對(duì)地質(zhì)進(jìn)行改良。

在“大灣區(qū)號(hào)”超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)制造階段，中鐵隧道局和中鐵裝備集團(tuán)針對(duì)珠江口隧道海域的超高水壓、復(fù)雜地質(zhì)和長(zhǎng)距離下穿深海的施工需求，進(jìn)行了一系列適應(yīng)性設(shè)計(jì)，極大強(qiáng)化了設(shè)備性能。

其中，專門配備了小刀間距常壓復(fù)合刀盤，提高了在高強(qiáng)度全斷面地層下刀具切削能力;伸縮主驅(qū)動(dòng)，可實(shí)時(shí)反饋刀盤所受到的反力數(shù)據(jù)，提高掘進(jìn)控制能力，并在更換刀具時(shí)，可退后刀盤，拉開刀盤與掌子面的空間，從而保證了刀具更換空間;最大承壓12bar的主軸承密封系統(tǒng)，配備了超高壓壓力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，可滿足在12bar超高壓施工下實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)箱自動(dòng)加壓;四回路保壓系統(tǒng)，利用恒壓分段并聯(lián)式控制原理，實(shí)現(xiàn)壓力精準(zhǔn)快速控制;預(yù)留有氣墊直排系統(tǒng)，兼具直排式泥水盾構(gòu)堵倉(cāng)滯排與氣墊式泥水盾構(gòu)壓力精準(zhǔn)控制的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高了設(shè)備適用性。

深海隧道技術(shù)“試驗(yàn)場(chǎng)”

珠江口隧道的超高水壓、復(fù)雜地質(zhì)、長(zhǎng)距離穿越海域等難題，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。

業(yè)界專家認(rèn)為，珠江口隧道“在特長(zhǎng)海底隧道工法、超高水壓海域盾構(gòu)法隧道外水壓力取值及接縫防水、深厚淤泥地層大直徑盾構(gòu)欠壓始發(fā)、礦山法隧道洞內(nèi)大直徑盾構(gòu)接收及整體拆解等技術(shù)方面都將取得多項(xiàng)突破性進(jìn)展”。

目前，中鐵隧道局集團(tuán)正在積極部署，針對(duì)珠江口隧道建設(shè)開展一系列技術(shù)攻關(guān)。包括本工程著力探索破解的世界級(jí)關(guān)鍵技術(shù)，如海域環(huán)境富水地層盾構(gòu)始發(fā)加固與施工沉降聯(lián)合控制、超高水壓深埋海域環(huán)境盾構(gòu)法隧道洞內(nèi)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、海域環(huán)境超高水壓土巖復(fù)合地層盾構(gòu)刀盤刀具優(yōu)化配置及可預(yù)測(cè)換刀、超高水壓復(fù)雜地質(zhì)大直徑盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定與動(dòng)態(tài)優(yōu)化匹配、海域環(huán)境大直徑盾構(gòu)長(zhǎng)距離施工洞內(nèi)節(jié)能通風(fēng)與降溫降噪、海域環(huán)境盾構(gòu)段基巖突起孤石群斷裂帶等復(fù)雜地質(zhì)超前處理、海底高速鐵路隧道礦山法機(jī)械化配套成套關(guān)鍵技術(shù)等。

深江鐵路貫穿粵港澳大灣區(qū)核心城市群，是全國(guó)“八縱八橫”高鐵網(wǎng)沿海通道的重要組成部分。深江鐵路建成后，將進(jìn)一步打通沿海高鐵通道，助力打造粵港澳大灣區(qū)半小時(shí)生活圈、經(jīng)濟(jì)圈，輻射帶動(dòng)粵東粵西與珠三角區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。(何宗政 葉立鵬 記者 陳 瑜)