《科技创新与品牌》杂志社特别报道 SPECIAL REPORT

万里长江第一隧

武汉长江隧道江北洞口效果图武汉长江隧道江北洞口效果图


        驻足武汉长江大堤,极目远眺,滔滔江水,奔腾而去。
        1957年,武汉长江大桥贯通,毛泽东主席挥笔写下“一桥飞架南北,天堑变通途”的豪迈诗句。半个世纪之后,武汉长江隧道开建,大堤之下,两条“铁龙”横穿江底,即将打通南北两岸的又一通途。
        武汉长江隧道是国家批准立项、武汉“十五”期间重点建设项目,是世界上水压最大的隧道,是穿越长江的首座公路隧道,也是国内采用大断面复合式泥水盾构机首次穿越长江修建交通隧道,被誉为“万里长江第一隧”。
        武汉长江隧道由中国中铁隧道集团联合体设计、采购和施工总承包。中铁隧道凭借丰富的穿越江河湖海的经验和科技实力,在世人瞩目的长江隧道建设中,屡做突破,以令同行惊羡的业绩,演绎着与万里长江滚滚波涛相生相伴的雄伟乐章。

        万里长江第一隧  江城新的交通动脉

        武汉长江隧道位于武汉长江一桥、二桥之间,设计为双向四车道,长3630米。隧道建成后将成为南北两岸交通新的大动脉,开创江上架桥、江面行船、江底通隧的三维立体交通新格局,对于减轻武汉交通压力,促进产业结构调整,推动武汉经济腾飞,有着重要的作用。
        武汉长江隧道工程将独头连续穿越长江5049单线延米,在国内尚属首次;加上穿越长江底部1310米粉细砂层,天然含水量高、压缩性高而强度低,具有高灵敏度,易触变、流变的工程地质特征,且地下水与江水有着密切的水力联系通道,施工难度国内外罕见。
        中铁隧道在设计之初,就充分考虑到工程的火灾、地震、人防、沉船、抛锚、爆炸等各种特殊性因素,并充分考虑了长江300年一遇洪水水位以及使用期内洪水对河床的影响,按照六级人防抗力设计。
        中铁隧道更是联合铁道第四勘察设计院、武汉市市政建设集团、武汉市城市规划院、奥地利D2咨询公司,集中了盾构设计施工咨询等方面的优秀人才,为工程建设做了认真详细的准备工作,并多次邀请国内外著名专家共同参加工程研究论证,最终决定选用具有高性能的复合式泥水盾构机施工。中国工程院院士及有关专家认为:盾构施工,能确保穿江隧道安全及建成后的质量,是科学、合理的选择。
        2004年11月,武汉长江南岸,中央政治局委员、湖北省委书记俞正声宣布“武汉长江隧道开工建设”,中央委员、湖北省长罗清泉,中央候补委员、中国铁路工程总公司党委书记石大华共同启动开工按钮。石大华书记要求:中铁隧道一定要高质量完成武汉长江隧道的建设,擦亮“中国中铁”的隧道品牌。
        在总经理现场办公会上,中铁隧道董事长周世祥谈到,武汉长江隧道是世纪性的工程,社会影响巨大。一定要认真贯彻“百年大计,质量第一”的原则,配置优势资源,科学施工,规范管理,按期、优质、安全建好武汉长江隧道,争创中国市政金杯奖和建筑工程鲁班奖,努力打造“中国中铁”著名品牌。


武汉长江隧道效果图武汉长江隧道效果图


        技术护航万里长江第一隧  彰显穿越江河湖海隧道科技

        武汉长江隧道工程之难,为国内罕见!中铁隧道凭借两次穿越长江,五次穿越珠江的丰富施工经验和管理、技术优势,在万里长江第一隧的建设中,彰显着穿越江河湖海国际领先的隧道技术。

        —— 前期施工,科学组织,技术交底,攻克双竖井。

        盾构竖井的开挖,是武汉长江隧道项目前期施工的重点、难点,方案为江南、江北双竖井。
        武汉长江隧道江南盾构竖井基坑尺寸长35.09米,宽22.10米,深23米,时称“武汉第一坑”。由于下水与长江水连通,水位高、水压大,粘性或砂性土压缩性高而强度低,开挖过程中极易造成地面沉降,对周边建筑物产生破坏,施工风险极大。项目部全体工程技术人员和广大员工认真落实施工方案,按照有关专家意见,基坑防水采用“以封为主,减压降水为辅,封降结合”的原则,降水主要采用管井降水和井点降水,科学组织,攻坚克险,成功度过两次管涌险情,有效制服了长江高水压水害,于2005年12月9日顺利完工。
        江北竖井则在城区闹市,征地极为困难,于2006年6月22日开工建设。四周建筑物环绕,施工场地狭窄,其中距湖北省文物一级保护建筑鲁兹故居仅20米,距省重点小学鄱阳街小学教学楼仅5米,且地质条件复杂,对施工形成了极大的挑战。项目部历经地连墙、旋喷、摆喷、抗拔桩、承压降水、文物保护、房屋加固、控制沉降等频繁的工艺转换,严格按照技术交底、科学组织、快速施工的指导思想,于2007年3月18日,在长江汛期到来之前,完成了长42米、宽29.7米、深21.55米的江北竖井的开挖和垫层封底工作。

        —— 盾构施工,依托技术,安然穿越长江大堤。

        武汉长江隧道盾构掘进存在五大难点:其一,穿越软硬不均地质。隧道位置下半部砂岩上的粉细砂,在掘进中极易造成刀具变形,磨坏刀具面板,江水很可能冲入。其二,高水压。隧道从水面到底部深60米,造成高水压,隧道极易变形,抗压成为隧道建设的最大难点。其三,强透水。隧道两岸大部分为粉细砂底层,试验数据表明,粉细砂的透水系数是粘土土质的1000~10000倍,一旦透水,后果不堪设想。其四,不“惊动”地面建筑。盾构机进入江底掘进阶段之前,在城区下将先穿越一段,这一部分影响到50余幢建筑,要确保建筑安全,不能对地基造成影响。其五,隧道需“一气呵成”。穿越2500米的江中地段,中间检修很困难,在江中段更换刀具更是不可想象。
        掘进即将遇到的困难,早摆上了院士、专家的论证案上,中铁隧道多次邀请中国工程院院士及国内外知名专家论证,优化施工方案,以确定掘进技术的大方案:江底掘进,拟采取严格控制切口水压波动范围,控制同步注浆压力等掘进参数,采用最新防水接缝技术,提高隧道抗透水性能。掘进到江中段时,将全过程采用特殊测深仪进行江底高精度水深监测,注意江底土层厚度变化,充分利用监测结果指导盾构正常掘进。
        2006年9月29日,武汉长江隧道“长江一号”盾构始发,拉开了“万里长江第一隧”的掘进序幕。紧接着,三个月后,隧道右线“长江二号”盾构,组装调试成功,进入掘进阶段。
        2006年10月16日,武汉长江隧道项目部再次召开工程科研会,邀请中国工程院院士王梦恕等国内外知名专家,为武汉长江隧道掘进“把脉”。与会人员对隧道盾构衬砌结构力学特征与关键设计参数研究、盾构隧道地震响应分析与抗震措施研究、管片接缝防水实验研究、高水压地层盾构掘进开挖稳定及带压换刀技术研究等多方面进行分析和总结,为盾构实质掘进进一步清除了技术障碍。
        在保护江岸建筑物沉降方面,武汉长江隧道项目部加强工程施工范围内建筑物的防护监测,监测数据及时反馈,从施工技术把关,及时对武汉理工大学电教楼、鲁兹故居、鄱阳街小学等建筑物采取了有效的加固保护。由于加固方案的成功,确保了两岸建筑物的稳固,项目部荣获“武汉市文明施工工地”称号。
        在软硬不均的地层条件下掘进,项目部综合借鉴重庆长江隧道、“西气东输”城陵矶长江隧道、广州地铁施工经验,采用激光自动导向系统,配合人工测量,保持盾构机姿态和隧道线型控制;以刀具组合的合理配置达到减轻刀具磨损、减少刀具更换次数;设置监测装置,及时掌握刀具磨损情况。2007年4月10日,武汉长江隧道左线盾构顺利穿越武九铁路。施工过程中,武汉长江隧道项目部与武汉铁路局紧密联系协作,加强掘进参数的控制,穿越地段的铁路路基沉降正负值差仅4毫米。确保了由武昌发往九江、上海方向的列车安全运营,获得了武汉铁路局和业主的好评。
        2007年7月26日,中国中铁隧道施工的武汉长江隧道工程长江1#盾构顺利穿过武昌长江大堤最高点——防水墙,左线盾构安全穿越长江大堤。在接受媒体采访时,中铁隧道联合体指挥长肖龙鸽讲到,此次穿越长江大堤难度大:一是大堤下面是土,和上面建有钢筋混凝土的防水墙沉降值不一样,易出现墙与地之间的裂缝;二是武昌江边几乎没有“滩”,穿过大堤,地上的“厚”度迅速变薄,易出险情。据观测数据显示,盾构通过时,地面变形控制在设计值以内,大堤安然无恙。穿越长江大堤,标志着盾构将进入江中掘进阶段。新华网、湖北日报、武汉晨报等多家新闻媒体见证了这一历史性的时刻。

        占领隧道科技制高点 领航国内其他穿江隧道建设

        武汉长江隧道的外围条件、双盾构掘进、复杂地质及技术难度,成为项目管理理念、科研,创新、测试和检验的平台。

        —— 依托项目,科研开发达国际领先水平。

        工程开建伊始,中国工程院院士、中铁隧道副总工程师王梦恕强调,项目部加强科研项目自主创新,结合工程实际情况进行全方位技术攻关,本着安全、可靠、经济的原则有针对性地进行,确保“万里长江第一隧”在科研项目上取得新突破。
        在武汉长江隧道工程施工前期,项目部针对武汉长江隧道工程的特点,依托武汉长江隧道工程本身四位一体优势,编制了详细的科研项目计划,其中的《高抗渗长寿命大管径隧道管片材料结构设计与工程应用》课题更是得到国家“863”高新技术研究计划及武汉科技局的大力支持。
        “高压富水”环境下隧道工程管片的高抗渗、高耐久性是世界性难题。而《高抗渗长寿命大管径隧道管片材料结构设计与工程应用》课题的验收成功,为这一世界性难题找到了良方。
        2007年5月份,来自科技部、中国科学院化学研究所、钢铁研究总院、清华大学、同济大学、武汉大学、华中科技大学和中国地质大学的多位专家齐聚武汉长江项目部,对武汉长江隧道《高抗渗长寿命大管径隧道管片材料结构设计与工程应用》课题进行验收,课题采用新材料新工艺,使管片“抗渗”明显,“增寿”50%以上,可大大延长隧道工程的服役年限。成果鉴定专家组一致认为,该成果具有独创性和先进性,总体水平达到国际先进水平,其中梯度设计的无细观界面复合材料达到国际领先水平。新成果的研究成功,标志着我国盾构隧道管片材料的生产和应用技术具备了国际先进水平。

        —— 动态管理与信息化施工结合,为其他穿江隧道建设领航。

        由于地质条件的特殊性、复杂性,武汉长江隧道项目部进行动态管理,实行信息化施工,确保了工程的安全顺利进展。
        长江隧道两台盾构同时掘进,盾构机掘进及机体情况成为施工是否顺利进行的关键。在整个盾构掘进工程中,项目部始终做到掘进的可控性,实现动态管理:随时做好水压和掘进地质情况汇报,时刻监控盾构机掘进状态,做到一天一检,保证盾构稳步掘进;率先引进远程监控系统,将信息化管理作为动态管理的有效补充,实现盾构机、掘进、地质预报、施工工艺、工序紧密衔接等全方位立体化控制。
        在盾构施工现场,项目经理李勇军介绍,远程监控系统的引进,以穿越江、河、湖工程为首例,它为实现掘进的始终有序、管理的始终动态、掘进的时时可控,起到了关键性的作用。
        良好、有效的管理是施工顺利和进度的保证。2006年12月27日,武汉长江隧道左线大直径泥水盾构创掘进新高6环(12米)后,2007年2月26日再次突破,创下日掘进8环(16米)的记录。
        中国工程院院士王梦恕讲到,武汉长江隧道在隧道建设管理和信息化施工方面实现了多方面革新,将为目前正在规划或筹建的国内其他穿江隧道的建设起到领航作用。
        目前,武汉长江隧道的“双龙”已成功穿越长江江底,整条隧道将于2008年春节前顺利贯通,2008年年底将正式建成通车。