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世界最長海底高鐵隧道技術方案出爐

人民日報 08-10

非火災工況金塘海底隧道內停車疏散效果圖。

繼港珠澳大橋后,又一項挑戰世界難題、突破科技壁壘的超級跨海工程——甬(寧波)舟(舟山)鐵路項目準備開建。" 全線控制性工程——金塘海底隧道,全長 16.2 公里,海底盾構段長 10.87 公里,最大埋深 78 米,直徑 14 米。建成后將刷新世界紀錄。" 中國鐵建第四勘察設計院集團公司(以下簡稱鐵四院)金塘海底隧道項目負責人唐雄俊告訴記者。

7 月底,歷經 2 年多,由鐵四院勘察設計的 " 隧道風險評估與金塘海底隧道關鍵技術方案 ",通過了以中國工程院院士錢七虎為組長的專家組評審,標志著這條世界最長海底高鐵隧道,技術方案已準備就緒。

看似簡單增加長度,實則挑戰科技極限

甬舟鐵路全長 77 公里,設計時速 250 公里,主體工程采用橋 + 隧組合,被譽為 " 鐵路版港珠澳大橋 "。寧波北侖至金塘島,設計為海底隧道;金塘島至舟山島,設計為主跨 1488 米的特大橋。

" 港珠澳大橋越海隧道全長 6.7 公里,屬沉管公路隧道,而金塘隧道是高鐵盾構隧道,16.2 公里占全線五分之一里程,都將沉在東海。" 唐雄俊說,長度的簡單增加看似輕松,工程背后從量變到質變的難度跨越,挑戰著科技極限。

據唐雄俊介紹,金塘海底隧道主要面臨如下技術挑戰。

首先是地質條件差。隧道海中段位于巖土復合地層,硬巖與粉質黏土,使地層軟硬不均,區域共有 9 處斷層,6 處節理密集帶。盾構機在這樣的地層掘進,硬巖加快磨損刀具,粉質黏土又結成泥餅貼在刀盤上,大大增加了大直徑、長距離、高水壓更換刀具的風險和施工難度。

其次是水壓高。相比港珠澳大橋隧道海底埋深 40 多米,甬舟鐵路金塘盾構隧道需承受 78 米的最大海底埋深,海水壓力高達 1.0 兆帕(MPA)以上,而目前國內水下施工技術水平可承受的壓力為 0.8MPA。

再有是防災救援難度大。世界已建成的鐵路海底隧道均采用一條線路、兩個隧洞設計,一旦出現災情事故,可利用兩個隧洞互相疏散。受地質條件所限,金塘隧道則采用單洞設計,且海中段長約 9 公里,無法設置直通地面的出入口,對隧道內的防災救援設計難度極大,要求極高。

此外,還面臨海中對接難度大。金塘隧道建設采用兩頭盾構掘進、中途對接貫通模式,寧波側 4920 米,金塘側約 5950 米。長距離相向掘進,對接精度要求更高,技術更復雜。

進行勘察設計嘗試,探索最先進的技術

面對諸多技術挑戰,2017 年,鐵四院成立了以全國勘察設計大師、副總工程師肖明清為首的設計團隊,立項 " 隧道風險評估與金塘海底隧道關鍵技術方案 ",初設 14 個課題。

勘察設計嘗試探索了諸多最先進的技術手段和理念。

" 為詳細收集海域地質資料,隧道加大了鉆孔采樣密度,平均 30 米一個孔。而此前鐵路地質勘探基本為 50 米— 100 米。" 唐雄俊說,金塘海域還是寧波港黃金航道,這也加大了鉆孔難度。因此,勘探首次采用了三維物探、海上鉆井平臺以及智能化勘察手段。

針對含粉質黏土、凝灰巖又有多處斷層的軟硬不均的復雜地質,盾構隧道采用單洞雙線不設隔墻橫斷面,設計研發團隊專門進行了盾構選型專題的研究,經反復比選、模擬計算和驗證,設計出適合該地質的盾構刀具參數。

長距離海底兩頭掘進,怎樣保證精準對接?

唐雄俊說:" 通過對國內外對接案例的調研,對海底對接位置、對接段不同襯砌結構形式的受力與變形、不同加固方案圍巖穩定性、盾構對接精度及姿態控制進行了研究,最后根據實際情況,做出洞外貫通中誤差 18 毫米、洞內貫通中誤差 17 毫米或洞內外貫通中誤差 25 毫米的設計。"

隧道設計為單洞雙線,防災檢修通道利用雙線軌道之間下方的空間,設置疏散與檢修廊道,這也是鐵路建設中首次采用的設計方案。

除金塘海底隧道外,甬舟鐵路橋 + 隧組合中的 " 一橋 ",即主跨 1488 米的西堠門特大橋,將突破不久前通車的滬通鐵路大橋單跨 1092 米紀錄,成為世界同類項目中跨度最大的公鐵合建大橋。

甬舟鐵路建成后,將結束舟山群島不通火車的歷史,屆時從寧波到舟山只要 30 分鐘,從杭州至舟山只需 80 分鐘。專家表示,該項目的建設,將使我國隧道、橋梁設計水平提升到一個新高度。

( 來源 : 科技日報 )

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