时速350公里海底隧道挑战世界级技术难题

矫 阳

2021年03月31日来源：科技日报

3月29日，我国首座设计时速350公里的大直径海底高铁隧道——汕汕高铁汕头湾海底隧道“永平号”盾构机开始掘进，开启2169米的汕头湾“穿越之旅”。

汕头湾海底隧道位于广东省汕头市汕头湾内，是汕汕高铁全线控制性工程，隧道全长9191米，其中穿越汕头湾海底段2169米采用盾构法施工，盾构机刀盘开挖直径14.57米，是目前最大直径高铁海底盾构隧道。

为什么要设计成海底隧道形式？

“这是前期建设者进行了详细的方案比选论证后的结果。”中国铁路设计集团有限公司（以下简称中国铁设）汕汕铁路项目隧道专业负责人王旭说，《沿海客专汕尾至延平段规划研究报告》从2016年初开始编制，至2019年8月份方案趋于成熟，历时三年半进行多方案比选论证，隧道方案被认为可有效规避台风威胁且抗震性能优于地面结构，同时运营服役期间可降低对海洋环境及航道通行的影响。

这座时速350公里海底隧道将面临哪些技术挑战？

汕头湾海底隧道为国内外首座单洞双线350公里运行时速的海底高铁隧道，其建设难度及风险控制均为世界之最，建设过程将面临在高烈度地震区穿越密集断层破碎带、海域高水压环境、海域高等级侵蚀性环境和工程地质条件复杂等世界级难题。

“隧道在8度地震区穿越17条断层破碎带，均具有强导水性，其中8条为活动断层（为国内外水下隧道之最）。在地震及断层蠕动、错动条件下，控制防范隧道结构开裂、错台、局部渗漏水、突水突泥甚至海水倒灌等风险成为重中之重。”王旭说。

海域高水压和海域高等级侵蚀性环境也是横亘在建设者面前的一道难关。

“汕头湾海底隧道长距离位于高水压风险区域，隧底最大水压可达0.97兆帕，为国内水下隧道之最。在承受高水压渗透作用的同时需要适应规范最高等级氯盐侵蚀环境及盐类结晶环境，两者的耦合作用导致海底隧道服役环境更为恶劣。”王旭说。

地质勘测条件还显示，隧道先后穿越淤泥及淤泥质黏土地层、淤泥与花岗岩软硬不均地层、软硬岩软硬不均地层以及全断面弱风化花岗岩地层。隧道开挖无异于“先切豆腐后磨生铁，中间软硬夹生、孤石分布”。

中国铁建十四局集团汕头湾海底隧道项目部盾构负责人赵海涛说，由于隧道建设环境严苛、工程地质及水文地质条件复杂、施工风险高，同时受到贯通工期制约，汕头湾海底隧道在不同段落共采用了6种工法进行施工：陆域矿山法（I类大机配套）、海域矿山法、盾构法、盾构空推法、海底扩大洞室盾构整体拆解法、明挖法。工法复杂多样、工序衔接多变。

对面临的挑战有什么应对方案？

王旭说，针对海域高水压和海域高等级侵蚀性环境，设计建议针对地震及断层不利影响，优化防排水理念、创新防排水技术方案，采用阈值泄压限排等技术手段确保隧道结构安全、防水可靠、运营成本可控；通过系统性抗侵蚀方案，诸如提高结构抗裂标准、优化混凝土配比及掺加剂、创新高标号混凝土现浇及养护方案、细化构件防腐处理工艺等。

“为攻克难关，中国铁建十四局集团在院士专家团队指导下，量身打造了‘永平号’混合式盾构机，滚刀刀间距由传统的100毫米压缩至90毫米，可以有效磨碎岩石，提高掘进效率。滚刀配备全自动检测系统，这些在大直径盾构隧道施工中均为首次应用。”赵海涛说，盾构机刀盘具备常压换刀功能，开口率28.5%，共配备303把刀具，最小刀间距90毫米，并具备滚动检测系统，这些参数均代表着世界先进水平。

汕汕铁路起自广汕铁路汕尾站，终至广梅汕铁路汕头站，正线全长162.368千米，其中桥梁35座113.691千米，隧道13座32.404千米，桥隧比89.77%。全线设7座车站，计划2023年通车。