中工娱乐

工人日报 2009年11月19日 星期一

我国自主设计、施工的大陆第一条海底隧道——厦门翔安海底隧道日前全线贯通。4年的建设期内,全强风化花岗岩浅埋暗挖、与海水相连通的富水砂层、宛如烂泥巴的风化槽,成为摆在建设者面前的三大世界级技术难题——

海底70米下的较量

本报通讯员 孔祥文
《工人日报》(2009年11月19日 006版)

中铁二十二局集团党委副书记、海底隧道项目指挥长郭衍敬(中)在指挥施工。

11月5日,我国大陆第一条海底隧道——厦门翔安海底隧道全线贯通。

4年的不懈努力,建设者们凭借雄厚的科技实力,攻克了全强风化花岗岩浅埋暗挖、与海水相连通的富水砂层、宛如烂泥巴的风化槽三大世界级技术难题。

此前,我国的香港特别行政区曾建设过三条海底隧道,但其长度均不超过2千米。因此,这条完全由我国自主设计、施工的全长8.695千米的海底隧道,堪称“中国海底第一隧”。

浅埋暗挖——

隧道进口遭遇“决战”

作为国家“863”计划专题项目的厦门翔安海底隧道,最深在海平面下约70米,设计使用寿命100年。

隧道全长8.695公里,其中海底洞挖段6.05公里,最深处位于海平面下70米。

承担全线“最后一爆”的中国铁建二十二局集团,担负的A3标段包括左线主洞2.885公里,服务隧道2.89公里,是唯一一家独头掘进标段。尤其是陆域和浅滩段为全强风化花岗岩,占隧道总长一半以上,自稳能力很差,极易塌方。

“世界上最著名的英吉利海峡隧道,有10多位诺贝尔奖金获得者参与设计,而这条隧道是我们自行设计和施工的。可以说,它是中国人自主创新实现海底隧道技术突破的典范。” 该集团党委副书记、项目指挥长郭衍敬话语中带着激情与自豪。

海底隧道简单而言就是要在海底“掏心”,茫茫大海狂放不羁,地质复杂且多变,塌方、涌水时有发生。

2006年2月,中铁二十二局的建设者入洞大约40米,因上覆盖层土质松软,突然发生大塌方,地面出现了一个深5米多的“漏斗”——建设者首次遭遇全强风化花岗岩这一“拦路虎”。

项目部科技小组开出了“内外同治”的“处方”,决定“缩短进尺、快速封闭、早立拱架、加强量测”,其中在隧道顶打入环向间距1米的注浆管灌注混凝土,固结松散土质,在隧道内加密、加长超前小导管注浆,对掌子面和滚落塌方体注浆加固。经过半个月的奋战,终于扫除了这道障碍。

针对围岩软、断面大的特点,技术小组引进并创新了传统的CRD施工作业法,也称交叉中隔壁法。他们在隧道中立起“十”字型钢拱架,分成四个作业洞,“大洞套小洞”,每个小洞独立循环、梯队开挖,减少了拱顶及拱腰的应力压迫,也起到了地质超前预报作用。

依靠“改良”版的CRD法,项目部主洞连续6个月月掘进超过60米,其中一个月达73米,创造了我国软弱围岩特大断面海底隧道施工新纪录。

富水砂层——

世界级难题中“淘金”

在整个隧道A3标段浅滩处,有一段450米的砂层,堪称世界海底隧道之最。形象地说,穿越隧道的砂层一旦“伤风破口”,就好比拧开了通过砂层连接大海的“阀门”——解决“富水砂层”这个世界级技术难题的重任,再次落到了中国建设者的身上。

按原设计,通过旋喷桩对砂层进行加固,然后隧道从中穿过。但实践证明,砂子粘结力差,无法有效固结这种软弱地质。

2006年10月10日,与主洞净距22米的服务洞掘进到492米时,距离设计砂层尚有100多米。上午,左侧拱腰出现渗水,大家注入混凝土进行止水,不料到下午3时,渗水变喷水,再成涌水。事后,人们方知谜底:砂层涌水随潮起潮落“起舞”,当日下午正值涨潮,压力陡增,与海水相连的砂层“伤口”撕裂,导致涌水瞬间爆发,很快掌子面被淹没了。

危急时刻,项目领导立即启动预警机制,集团公司董事长、党委书记刘国志闻讯,也在第一时间赶到工地。

几百名工人迅速集结到涌水处,边堆放沙袋,边抽水,并在后面砌筑土围堰。随后,他们果断决定“断臂求生”——退后100米,灌注了一道厚度为1米的混凝土挡水墙。

滔滔海水暂时被“囚禁”了起来。

设计——论证——实验,项目部与各方专家合作,制定了“围墙阻水、井点降水、加强注浆”的方案。

施工中,他们改变利用旋喷桩基础加固砂层的方法,在洞顶从浅滩上向下灌注闭合的地下连续混凝土墙,深度大于砂层三至五米,将洞顶砂层与周围砂层隔断,也切断了同海水的连通,好比在水管中间安装了一个“阀门”,这是“截”。接着,施工人员将围墙内分成四个仓,逐仓实施井点“降”水。

两招准确击中了砂层“命门”,解决了其流动性和富水性。

而在隧道内,他们一方面对塌方体用旋喷桩基础进行加固,形成一个坚固的“蛋壳”,另一方面在“蛋壳”保护的隧道内,对掌子面进行加强加密超前小导管注浆加固,将水死死“堵”在外面。

多管齐下,终于使豆腐脑般的砂层“强硬”了起来。2007年11月10日,项目部成功穿越了世界海底隧道最长的砂层段,被隧道专家称为奇迹。

而4年时间,项目部创新的工艺、工法也多达上百项。

风化槽群——

“没”顶之灾下的较量

风化槽处理是海底隧道建设的世界性难题,由于其与海水相联,加之破碎性、不可预见性,对于汪洋大海之下的隧道来说,成败往往在一念之间。

而中铁二十二局集团施工的三条风化槽,长237米,居全线之首。

项目副经理胡文涛介绍,风化槽是海域几条异常深厚的构造破碎带处形成的全强风化带,与海水直接相联,极易发生渗透破坏。而这里的风化槽位于至少70米深的海水下,承受的水压为0.7兆帕,相当于700公斤的重物压在1平方米的物体上,“在浅滩区遭遇塌方、涌水还好办,而进入风化槽区,我们只能一直往前钻,无路可退。”

2008年8月13日上午9时。主洞开挖行进到风化槽区域,忽然发生坍塌,项目部采取了紧急加护措施。一个月后,塌方基本处理完毕。然而,当项目部用从日本引进的当今世界最先进的多功能钻机打透用来加护的止浆墙时,一股十几米的水柱竟然喷涌而出,最后足足用了3个多小时,才将水排完。

随后,项目部采取了各种办法,虽然保证了安全,但前进速度却非常缓慢。

郭衍敬决定组织一次院士之行,中国科学院院士宋振骐、张楚汉和中国工程院院士王梦恕、卢耀如应邀前来。

通过勘察现场,宋振骐院士当场提出,深度在几千米下的煤矿通道采用周边帷幕注浆就可保证足够受力,在海底隧道也应该可行。其他三位院士一致认为此法可行。这种周边帷幕注浆,主洞整个断面只需打孔56个,一个循环用时仅一个月。

2009年3月11日,经过145天的努力,项目部胜利穿越了二三号掌子面之间长达123米的厦门翔安海底隧道长大风化槽,也标志着翔安海底隧道风化槽施工取得重大突破。



相关链接

海底隧道建设方式

目前,海底隧道主要有两种施工方式。

一是在海底的岩层中开挖,如英吉利海峡的长隧道,就是使用先进的盾构机打通的。

二是用预制的大型钢管或混凝土方箱,沉入海底预先处理好的基础之上,在外部用混凝土封上接头处,将内部海水抽干,加固衬里成为隧道。香港特别行政区的海峡隧道,使用这种方法建成。

现在还有一种新的海底隧道构想,是一种系浮在海水中间的隧道,利用浮力悬在深海之中,但此法尚有很多技术问题没有得到解决。采用这种技术建设的隧道,目前还没有。

关于中工网 | 版权声明 | 违法和不良信息举报电话:010-84151598 | 网络敲诈和有偿删帖举报电话:010-84151598
Copyright © 2008-2025 by www.workercn.cn. all rights reserved
扫码关注

中工网微信


中工网微博


中工网抖音


工人日报
客户端
×