文章來源：科技日報 發布時間：2021-09-02
近日，“大灣區號”（又稱“深江2號”）超大直徑泥水平衡盾構機在廣東順德下線。“大灣區號”由中鐵隧道局集團和中鐵裝備聯合研制，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量身打造的國之重器。
珠江口隧道施工有什么特點？施工中可能遇到什么困難？需要采用哪些新技術？
超長距離跨海盾構隧道
深江鐵路正線長116公里，途徑深圳、東莞、廣州、中山、江門5個地市。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13.69公里，設計時速250公里，建成后從南沙到達東莞只需4分鐘車程。
中鐵隧道局集團承建難度最大的珠江口隧道2標段，該標段施工內容包括9.1公里的海底隧道和南沙工區斜井應急通道。采用“盾構+礦山”組合工法施工，“大灣區號”盾構機從南沙萬頃沙始發后進入珠江口海底，向東莞側掘進。
珠江口隧道海域段水下最大埋深115米，是我國水下隧道的最深紀錄，水文、地質條件極其復雜，周邊環境水腐蝕性較為嚴重，最大水壓1.06兆帕，強度超過10個標準大氣壓，為世界之最。深江鐵路珠江口隧道也是全線關鍵控制性工程。
深江鐵路需要跨越珠江口獅子洋海域，因地理環境十分復雜，采用何種方案施工是制約項目建設的關鍵因素。
經長時間反復科學比選，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，海底隧道對城市規劃、通航及防洪及海洋環境的影響小，后期運營過程中，對惡劣天氣的抵御能力更強，在運營維護成本方面優勢明顯。
國之重器挑戰世界之最
“大灣區號”盾構機開挖直徑為13.32米，總長133米，總重約3900噸，整機設計壓力達12巴（bar，1bar約等于1個標準大氣壓）。
陳慧超介紹，盾構機始發后，將會先后遭遇液化砂層區、軟硬不均段、近距離側穿鳧洲大橋、破碎帶等復合地質難題，長距離硬巖掘進極度考驗刀盤的強度和耐磨性。尤其是珠江口海域3組斷裂破碎帶及6條次生斷裂帶，巖體巖質軟硬不均現象異常顯著，盾構掘進至破碎帶極易出現掌子面坍塌、江面冒頂、泥水倉倉內滯排等風險，對盾構機性能、掘進參數控制、隧道預制構件生產、拼裝質量提出了極高的要求。
“盾構掘進近距離穿越鳧洲大橋，須嚴格控制掘進各種指標，在過程中要做好實時監測，確保鳧洲大橋的安全。”陳慧超同時表示，飽和粉土及砂土地層可能產生砂土液化現象，需在盾構機掘進前加強地質預探，并通過加固措施對地質進行改良。
在“大灣區號”超大直徑泥水平衡盾構機的設計制造階段，中鐵隧道局和中鐵裝備集團針對珠江口隧道海域的超高水壓、復雜地質和長距離下穿深海的施工需求，進行了一系列適應性設計，極大強化了設備性能。
其中，專門配備了小刀間距常壓復合刀盤，提高了在高強度全斷面地層下刀具切削能力；伸縮主驅動，可實時反饋刀盤所受到的反力數據，提高掘進控制能力，并在更換刀具時，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，配備了超高壓壓力自動補償系統，可滿足在12bar超高壓施工下實現驅動箱自動加壓；四回路保壓系統，利用恒壓分段并聯式控制原理，實現壓力精準快速控制；預留有氣墊直排系統，兼具直排式泥水盾構堵倉滯排與氣墊式泥水盾構壓力精準控制的優點，進一步提高了設備適用性。
深海隧道技術“試驗場”
珠江口隧道的超高水壓、復雜地質、長距離穿越海域等難題，在國內尚無同等條件的工程經驗、盾構設備和設計標準可供參考。
業界專家認為，珠江口隧道“在特長海底隧道工法、超高水壓海域盾構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欠壓始發、礦山法隧道洞內大直徑盾構接收及整體拆解等技術方面都將取得多項突破性進展”。
目前，中鐵隧道局集團正在積極部署，針對珠江口隧道建設開展一系列技術攻關。包括本工程著力探索破解的世界級關鍵技術，如海域環境富水地層盾構始發加固與施工沉降聯合控制、超高水壓深埋海域環境盾構法隧道洞內超前地質預報、海域環境超高水壓土巖復合地層盾構刀盤刀具優化配置及可預測換刀、超高水壓復雜地質大直徑盾構掘進參數設定與動態優化匹配、海域環境大直徑盾構長距離施工洞內節能通風與降溫降噪、海域環境盾構段基巖突起孤石群斷裂帶等復雜地質超前處理、海底高速鐵路隧道礦山法機械化配套成套關鍵技術等。
深江鐵路貫穿粵港澳大灣區核心城市群，是全國“八縱八橫”高鐵網沿海通道的重要組成部分。深江鐵路建成后，將進一步打通沿海高鐵通道，助力打造粵港澳大灣區半小時生活圈、經濟圈，輻射帶動粵東粵西與珠三角區域協調發展。
【責任編輯：張思嘉】