時速350公里海底隧道挑戰世界級技術難題

3月29日，我國首座設計時速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”。

汕頭灣海底隧道位於廣東省汕頭市汕頭灣內，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米採用盾構法施工，盾構機刀盤開挖直徑14。57米，是目前最大直徑高鐵海底盾構隧道。

為什麼要設計成海底隧道形式？

“這是前期建設者進行了詳細的方案比選論證後的結果。”中國鐵路設計集團有限公司（以下簡稱中國鐵設）汕汕鐵路專案隧道專業負責人王旭說，《沿海客專汕尾至延平段規劃研究報告》從2016年初開始編制，至2019年8月份方案趨於成熟，歷時三年半進行多方案比選論證，隧道方案被認為可有效規避颱風威脅且抗震效能優於地面結構，同時運營服役期間可降低對海洋環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挑戰？

汕頭灣海底隧道為國內外首座單洞雙線350公里執行時速的海底高鐵隧道，其建設難度及風險控制均為世界之最，建設過程將面臨在高烈度地震區穿越密集斷層破碎帶、海域高水壓環境、海域高等級侵蝕性環境和工程地質條件複雜等世界級難題。

“隧道在8度地震區穿越17條斷層破碎帶，均具有強導水性，其中8條為活動斷層（為國內外水下隧道之最）。在地震及斷層蠕動、錯動條件下，控制防範隧道結構開裂、錯臺、區域性滲漏水、突水突泥甚至海水倒灌等風險成為重中之重。”王旭說。

海域高水壓和海域高等級侵蝕性環境也是橫亙在建設者面前的一道難關。

“汕頭灣海底隧道長距離位於高水壓風險區域，隧底最大水壓可達0。97兆帕，為國內水下隧道之最。在承受高水壓滲透作用的同時需要適應規範最高等級氯鹽侵蝕環境及鹽類結晶環境，兩者的耦合作用導致海底隧道服役環境更為惡劣。”王旭說。

地質勘測條件還顯示，隧道先後穿越淤泥及淤泥質黏土地層、淤泥與花崗岩軟硬不均地層、軟硬巖軟硬不均地層以及全斷面弱風化花崗岩地層。隧道開挖無異於“先切豆腐後磨生鐵，中間軟硬夾生、孤石分佈”。

中國鐵建十四局集團汕頭灣海底隧道專案部盾構負責人趙海濤說，由於隧道建設環境嚴苛、工程地質及水文地質條件複雜、施工風險高，同時受到貫通工期制約，汕頭灣海底隧道在不同段落共採用了6種工法進行施工：陸域礦山法（I類大機配套）、海域礦山法、盾構法、盾構空推法、海底擴大洞室盾構整體拆解法、明挖法。工法複雜多樣、工序銜接多變。

對面臨的挑戰有什麼應對方案？

王旭說，針對海域高水壓和海域高等級侵蝕性環境，設計建議針對地震及斷層不利影響，最佳化防排水理念、創新防排水技術方案，採用閾值洩壓限排等技術手段確保隧道結構安全、防水可靠、運營成本可控；透過系統性抗侵蝕方案，諸如提高結構抗裂標準、最佳化混凝土配比及摻加劑、創新高標號混凝土現澆及養護方案、細化構件防腐處理工藝等。

“為攻克難關，中國鐵建十四局集團在院士專家團隊指導下，量身打造了‘永平號’混合式盾構機，滾刀刀間距由傳統的100毫米壓縮至90毫米，可以有效磨碎岩石，提高掘進效率。滾刀配備全自動檢測系統，這些在大直徑盾構隧道施工中均為首次應用。”趙海濤說，盾構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，並具備滾動檢測系統，這些引數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，其中橋樑35座113。691千米，隧道13座32。404千米，橋隧比89。77%。全線設7座車站，計劃2023年通車。（記者 矯 陽）