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8月7日上午8時26分，當(dāng)盾構(gòu)接收井中寧靜的水面泛起陣陣漣漪，施工現(xiàn)場響起一片片歡呼聲，在國家863計劃的有力支撐下，由中信集團(tuán)投資，中鐵隧道局設(shè)計施工總承包的“世界級挑戰(zhàn)性工程”——汕頭海灣隧道西線宣告正式貫通，也昭示著汕頭海灣隧道關(guān)鍵技術(shù)獲得了全面突破！
“歷經(jīng)技術(shù)與心智煎熬，終于啃下了這塊硬骨頭，我國的跨江越海隧道建設(shè)將迎來新的篇章！”中鐵隧道局總工程師洪開榮自信且豪邁的言語背后，是現(xiàn)場1560名建設(shè)者816個日夜的嘔心瀝血，更飽含了錢七虎、孫鈞、周豐峻、周福霖、王復(fù)明、陳湘生等多名院士，以及眾多專家、技術(shù)人員的無悔付出。
院士工作室揭牌。王冰炎 攝
波濤之下，中鐵隧道局、中鐵裝備、中信重工聯(lián)合研制的15.03米超大直徑盾構(gòu)機(jī)，在孤石、基巖、8度地震烈度區(qū)等施工禁區(qū)，繪出一道長達(dá)3047.5米的海底長虹，成功穿越汕頭蘇埃海灣。
這是一次史無前例的穿越，是一場中國制造的浴火重生，更掀開了世界穿江越海隧道建設(shè)的嶄新篇章！
一座隧道串起來的百年夢想
汕頭地處廣東省東部，韓江、練江和榕江三江匯流入?？?，風(fēng)景秀麗，地理位置優(yōu)越，是古代海上絲綢之路的重要節(jié)點，我國東南部的重要對外貿(mào)易港口。但限于四面環(huán)山，汕頭市區(qū)成島狀分離，自古以來無法便捷實現(xiàn)各區(qū)互通互聯(lián)。特別是國內(nèi)唯一一座內(nèi)陸海灣——蘇埃海灣將汕頭分割為南北兩岸，人們隔灣相望，交通極為不便。
位置示意圖
雖然上世紀(jì)90年代，汕頭建成了海灣大橋和礐石大橋，但時至今日僅靠兩座橋已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足通行需求，臺風(fēng)、暴雨季節(jié)的封橋禁行，潮人全天候通行南北兩岸的夢想始終未曾照進(jìn)現(xiàn)實。
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著國家經(jīng)濟(jì)實力的不斷增強(qiáng)和隧道技術(shù)的快速進(jìn)步，潮人自由出行的百年夢想終于迎來了夢圓時刻——汕頭海灣隧道工程被提上建設(shè)日程。
從2008年5月廣東省交通廳組織50名專家進(jìn)行第一次可行性研究到今年8月汕頭海灣隧道西線隧道貫通，汕頭海灣隧道經(jīng)歷了12年之久。
這漫長的12年，是中國隧道建設(shè)者皓首窮經(jīng)、苦心孤詣的12年。
著名的隧道科學(xué)家、我國海底隧道技術(shù)的重要奠基者、已故中國工程院院士王夢恕，生前多次參與了汕頭海灣隧道的相關(guān)研究，直接推動了工程的進(jìn)展。
“甚至在恩師生命的最后停留時刻，仍然念念不忘地讓我一定要建設(shè)好汕頭海灣隧道，為我國未來的海峽隧道建設(shè)做好技術(shù)儲備。”每當(dāng)想起汕頭海灣隧道的點點滴滴，洪開榮腦海中縈繞的始終是恩師王夢恕的諄諄教導(dǎo)。
中國技術(shù)挺起中國制造的脊梁
汕頭海灣隧道位于海灣大橋和礐石大橋間，隧道全長6680米，其中海底隧道段長3047米，雙向六車道，設(shè)計時速60公里，海底段采用2臺直徑分別為15.01米和15.03米的超大直徑盾構(gòu)機(jī)施工。
位置示意圖
汕頭海灣隧道是國內(nèi)最大直徑越海盾構(gòu)隧道，也是國內(nèi)首條在8度地震烈度區(qū)建設(shè)的海底隧道， 綜合難度是同類工程的頂峰，可以用“大”“淺”“高”“硬”“險”五個字概括：
“大”是指盾構(gòu)機(jī)直徑達(dá)15.03米，屬于超大直徑；“高”是指地處高地震烈度區(qū)，達(dá)到8度；“硬”是指岸上段孤石和海中基巖段，巖石強(qiáng)度高達(dá)216MPa；“淺”是指盾構(gòu)機(jī)上方覆蓋層厚度薄，在始發(fā)地段隧道上覆土體僅為8.2米；“險”是指海灣隧道處于高度軟硬不均地層，海底軟土穩(wěn)定性極差，施工難度大，安全風(fēng)險高，特別是盾構(gòu)機(jī)需要穿越的三段長達(dá)182米基巖凸出段。
“汕頭海灣隧道的難，不僅難在已探知的五項挑戰(zhàn)，更體現(xiàn)在層出不窮的未知挑戰(zhàn)，無類似工程借鑒?！敝行懦鞘虚_發(fā)運(yùn)營有限公司董事長聶學(xué)群對工程難度有著清醒的認(rèn)識。
多次到現(xiàn)場調(diào)研的中國工程院院士錢七虎、孫鈞、周福霖等了解到相關(guān)情況后，都稱汕頭海灣隧道為“世界級挑戰(zhàn)性工程”。
圍繞汕頭海灣隧道建設(shè)的種種爭論貫穿了工程始終：建橋，還是建海底隧道？是盾構(gòu)隧道，還是沉管隧道？是進(jìn)口盾構(gòu)還是國產(chǎn)盾構(gòu)？面對海底孤石、基巖，是直接掘進(jìn)，還是進(jìn)行預(yù)處理……
隧道內(nèi)場景。王冰炎 攝
特別是在盾構(gòu)機(jī)選擇上，無論是廣東省交通廳、汕頭市政府，還是建設(shè)單位中信集團(tuán)，設(shè)計單位湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，施工單位中鐵隧道局等，都承擔(dān)了巨大的壓力和風(fēng)險。
盾構(gòu)機(jī)誕生于國外，以德國海瑞克公司為代表的當(dāng)今國際著名盾構(gòu)機(jī)制造商，具有豐富的制造業(yè)績。我國雖然在21世紀(jì)初開啟了盾構(gòu)國產(chǎn)化進(jìn)程，承擔(dān)國家863項目的中鐵隧道局也于2008年成功自主研制出我國首臺復(fù)合式盾構(gòu)，但此時的國產(chǎn)盾構(gòu)應(yīng)用范圍有限，而國內(nèi)制造15米級的超大直徑盾構(gòu)尚無先例。
一邊是技術(shù)成熟的進(jìn)口盾構(gòu)，一邊是正在成長需要在實踐中汲取營養(yǎng)的國產(chǎn)盾構(gòu)，面對汕頭海灣隧道這樣的“世界級挑戰(zhàn)性工程”，選擇進(jìn)口盾構(gòu)無疑能降低風(fēng)險，這種方案在專家技術(shù)人員里面也占據(jù)了主流。
作為國家863重大科技項目——“超大直徑泥水盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用”的帶頭人洪開榮的心中始終有一個振興民族工業(yè)的夢想：“盾構(gòu)機(jī)作為一種高端復(fù)雜設(shè)備，是‘大國重器’代表之一，是一個國家科研水平、工業(yè)制造水平和綜合國力的重要體現(xiàn)，國產(chǎn)盾構(gòu)經(jīng)過幾十年的追趕，取得了飛躍的發(fā)展。但國產(chǎn)盾構(gòu)仍有許多空白需要填補(bǔ)，其中一個重要原因就是，許多人都傾向于選擇成熟的進(jìn)口盾構(gòu)，而不愿承擔(dān)國產(chǎn)盾構(gòu)應(yīng)用過程中所帶來的風(fēng)險，以至于國產(chǎn)盾構(gòu)錯失了很多成長機(jī)會。”
最終在洪開榮技術(shù)團(tuán)隊的堅持下，“一中一外”兩臺盾構(gòu)同場競技的方案被確認(rèn)，國產(chǎn)盾構(gòu)第一次邁進(jìn)15米級超大直徑領(lǐng)域。
作為這臺國產(chǎn)盾構(gòu)制造商，中鐵裝備的副總經(jīng)理王杜娟的心里別有一番感受：“國產(chǎn)盾構(gòu)用幾十年走過了發(fā)達(dá)國家近兩百年的歷程，汕頭海灣隧道是時代賜予我們的舞臺，我們要做的就是無愧于這個舞臺、無愧于這個時代?！?
2018年4月，進(jìn)口盾構(gòu)從汕頭海灣隧道南岸始發(fā)，歷時736天，穿越蘇埃海灣，于2020年5月成功抵達(dá)北岸。
2018年10月，國產(chǎn)盾構(gòu)亦從汕頭海灣隧道南岸啟航，歷時660天，穿越蘇埃海灣，于2020年8月成功抵達(dá)北岸。
汕頭海灣隧道南岸施工。
國產(chǎn)盾構(gòu)和進(jìn)口盾構(gòu)先后始發(fā)、同向掘進(jìn)、同臺競技，在蘇埃海灣20余米的水下，共同演奏了驚艷世界的壯美音符。
創(chuàng)新成就海底隧道建設(shè)名片
盾構(gòu)機(jī)是建設(shè)隧道的利器，前方刀盤上分布了幾十、上百把刀具，相當(dāng)于人的牙齒，通過刀盤的旋轉(zhuǎn)，刀具切削磨碎前方的障礙物，實現(xiàn)不停地向前推進(jìn)。而刀盤刀具結(jié)泥餅是制約盾構(gòu)機(jī)在粘性地層高效掘進(jìn)施工的難題。
遇到軟土粘性地層，刀盤刀具容易結(jié)泥，在遭遇極硬的巖層時，又易出現(xiàn)刀具異常磨損破壞等情況。海底隧道通常都會遭遇軟硬不均地層，兩種情況同時存在、此起彼伏。
施工人員在操作盾構(gòu)機(jī)。王冰炎 攝
為更有效應(yīng)對超強(qiáng)硬巖，中鐵隧道局進(jìn)行了一系列創(chuàng)新，如采用重型滾刀并且加寬刀刃厚度、升級刀圈的梯度硬度設(shè)計、常壓滾刀防后退監(jiān)測裝置、常壓滾刀刀具安裝優(yōu)化創(chuàng)新、刀具螺栓強(qiáng)制防松等，并形成了刀具運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)測融合掘進(jìn)參數(shù)評價的理論與關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了刀具可感可知可換。據(jù)統(tǒng)計，汕頭海灣隧道東線盾構(gòu)海域182米基巖凸起段掘進(jìn)共計換刀225次，平均每掘進(jìn)1米需要更換刀具2.5次。
每一項技術(shù)革新，既離不開施工現(xiàn)場的技術(shù)攻關(guān)，也離不開后方科研團(tuán)隊的潛心研究。中鐵隧道局汕頭海灣隧道項目黨工委書記陳廣江回憶道：“我們依托國內(nèi)唯一的盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室，隨時將現(xiàn)場采集的地層標(biāo)本送到鄭州進(jìn)行檢測，每一塊漂洋過海上千里的石頭，最終都化成了盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)的針對性參數(shù)、刀具設(shè)計和防護(hù)措施?！?
在汕頭海灣隧道這個世界級挑戰(zhàn)性工程的舞臺上，多項前沿研究交叉匯聚：中鐵隧道局與廣州大學(xué)、西南交通大學(xué)共同進(jìn)行高烈度地震區(qū)海底超大直徑盾構(gòu)隧道地震響應(yīng)規(guī)律及抗震技術(shù)研究；與中鐵裝備共同開展盾構(gòu)機(jī)設(shè)計制造專題研究；與中南大學(xué)共同研究海底單管特長隧道防火關(guān)鍵技術(shù)；與盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室、同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行土-巖-孤石混合地層超大直徑盾構(gòu)裝備及施工關(guān)鍵技術(shù)研究……
汕頭市蘇埃通道建設(shè)投資有限公司總經(jīng)理孔少波將工程的成功推進(jìn)歸結(jié)于創(chuàng)新與科技：“汕頭海灣隧道既是一項超級工程，也是一座學(xué)校、一所實驗室，各行業(yè)的大咖群星薈萃，多領(lǐng)域的前沿成果不斷碰撞融合，為我國未來的長距離深埋海峽隧道奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。”
開啟跨江越海時代的新篇章
汕頭海灣隧道跨海隧道段處于海中主航道下方，有三段基巖凸起，長度約182米，凸起的基巖強(qiáng)度達(dá)到216Mpa，面對超高強(qiáng)度基巖，許多專家認(rèn)為不能直接掘進(jìn)，應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理。
洪開榮帶領(lǐng)的技術(shù)團(tuán)隊依托盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點實驗室進(jìn)行了一系列破巖試驗，堅持盾構(gòu)直接掘進(jìn)。
王冰炎 攝
從2019年7月8日到2020年2月5日，在對刀具、刀筒等進(jìn)行針對性的大膽革新后，歷時156天，最終安全順利通過基巖凸起段，開創(chuàng)了國內(nèi)采用盾構(gòu)機(jī)直接通過基巖的先例。
行業(yè)內(nèi)不少人起初對盾構(gòu)機(jī)直接通過的方案持懷疑觀點，隨著時間的推移，盾構(gòu)機(jī)一米一米的向前，懷疑聲逐漸被肯定和贊嘆取代，并吸引了大量的調(diào)研觀摩團(tuán)隊?？粗尚偷乃淼罃[在眼前，觀摩團(tuán)驚嘆不已：“你們搶先拿到了建設(shè)海峽隧道的門票！”
面對眼前已經(jīng)貫通的汕頭海灣隧道，對于以前的執(zhí)著或者說固執(zhí)，洪開榮才揭開了謎底：“三大海峽通道是無數(shù)國人的期盼，也是中國隧道界的‘珠峰’，其工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及環(huán)境條件更為復(fù)雜，我們必須超前探索、進(jìn)行技術(shù)儲備。”
中國工程院院士周福霖評價道：“汕頭海灣隧道海底段只有3047米，長度雖不算長，但這是一個里程碑式的工程 ，建設(shè)過程中形成的高烈度地區(qū)隧道建造體系，對未來中國隧道建設(shè)、世界隧道建設(shè)將起到一個示范作用，對我國未來開工建設(shè)的瓊州海峽隧道、渤海海峽隧道、臺灣海峽隧道等具有重要的指導(dǎo)意義。 ”
