這條隧道藏了多少科技秘密——揭秘“萬里長江公鐵第一隧”
2018-10-09
10月1日，市民進入武漢地鐵7號線三陽路站搭乘地鐵。 當日上午9時許，被稱為“鳳凰橙”的地鐵列車分別從7號線沿線車站開出，穿越武漢長江公鐵隧道。而在地鐵上方的公路層，也陸續(xù)有車輛從不同入口駛?cè)胨淼馈?ldquo;萬里長江公鐵第一隧”武漢長江公鐵隧道正式通車。 新華社記者 熊琦 攝
新華社武漢１０月１日電 新聞分析：這條隧道藏了多少科技秘密——揭秘“萬里長江公鐵第一隧”
新華社記者廖君、王自宸
直徑１５．７６米、重４４００噸的國內(nèi)最大直徑的盾構(gòu)機；挖掘出來的土方約有１００萬立方米，相當于建造一座上海金茂大廈的建筑體量；采用兩道防水條防水、增加了防火保護層，保證隧道１００年不漏水……
上面走汽車，下面跑地鐵。１０月１日通車的“萬里長江公鐵第一隧”——武漢長江公鐵隧道具備哪些功能？隧道里有哪些高科技？如何確保隧道運營安全？在隧道開通之際，記者進入隧道實地探訪。
“巨無霸”盾構(gòu)機如何穿越江底“鉆石層”“年糕團”
?。叮蹦昵?，橫跨長江兩岸的武漢長江大橋，實現(xiàn)了上層走汽車、下層跑火車的壯舉。一個甲子之后，在下游的長江江底深處，武漢長江公鐵隧道又成為世人關(guān)注的焦點。
被譽為“超級工程”的武漢長江公鐵隧道是公鐵兩用隧道，通過在隧道內(nèi)建設內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)地鐵與汽車的分離運行。項目設計方——中鐵第四勘察設計院集團有限公司城市軌道與地下工程設計研究院副總工程師孫文昊介紹說，按原設計方案，公路和地鐵隧道分開建設，就需要選擇兩條過江通道。因武漢過江通道資源稀缺，除了從漢口三陽路到武昌秦園路外，附近再無合適線路可選，為最大限度地節(jié)約資源，決定采取公鐵合建設計。
提起這條隧道，一連串的定位讓人應接不暇：世界上首條公鐵合建的盾構(gòu)法隧道、國內(nèi)在建最大直徑的盾構(gòu)法隧道。
然而，世界級的工程卻對應著世界級的難度：隧道挖掘出來的土方約有１００萬立方米，出土量相當于建造一座上海金茂大廈的建筑體量；１３６０米長的“泥巖＋礫巖”復合地質(zhì)讓盾構(gòu)機舉步維艱，最慢時掘進長度僅為每天２米……
在武昌徐家棚地鐵７號線越江項目部院內(nèi)，擺放著一排排廢棄的刀具。它們都有不同程度的損壞：１５０公斤的圓形滾刀被磨成方形，６０公斤的刮刀被磨成禿刀……這些用廢了的刀具仿佛是這項隧道工程攻堅克難的印記。
“三陽號”和“開泰號”這兩臺盾構(gòu)機負責承擔隧道內(nèi)的掘進重任。這兩臺“巨無霸”僅刀盤就重約５９５噸，刀具共有３６１把，分為滾刀、齒刀、刮刀、先行刀、中心刀等類型，功用類似人的磨牙、切牙、尖牙等，在掘進時對地層進行“磨、切、削”。在地下不管出現(xiàn)任何意外，都將帶來毀滅性結(jié)果。
“做完這條隧道再回頭看以前的越江工程，就相當于小學測驗和高考的區(qū)別。”武漢地鐵集團二級項目經(jīng)理倪正茂說。
他說，盾構(gòu)機始發(fā)不久，就遇到復雜地質(zhì)狀況：在長約１３６０米的江底，同時分布著強度極高的礫巖和黏性極大的泥巖，兩者如同“鉆石層”和“年糕團”，一方面快速磨損盾構(gòu)機的刀具，另一方面又結(jié)成泥餅貼在刀盤上，大大增加了盾構(gòu)機地下切割的難度。
“鉆石層”和“年糕團”分布的斷面最寬處超過１３米，超過了盾構(gòu)機八成面積，給施工帶來極大的挑戰(zhàn)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，從２０１６年１１月開始，盾構(gòu)機掘進速度由每天８環(huán)（１６米）快速下降，到２０１７年６月，曾長時間出現(xiàn)１天僅能掘進１環(huán)（２米）的情況。而即便只能往前推進１米，也是每把刀具在刀盤上一天不間斷旋轉(zhuǎn)、累計切割了１０公里距離后產(chǎn)生的。
項目部負責人說，從２０１６年４月盾構(gòu)始發(fā)到現(xiàn)在，兩年時間里，共有４０００多把各式刀具被更換下來，換刀總次數(shù)接近３００次。“這也是無法想象的事情！一般的越江盾構(gòu)工程只需要換３次刀就足夠了，我們這次卻接近別人的１００倍。”倪正茂說。
工程人員查閱文獻資料，發(fā)現(xiàn)全球范圍內(nèi)沒有可參考的經(jīng)驗。武漢地鐵集團請來中國科學院院士孫鈞、中國工程院院士錢七虎、陳湘生等國內(nèi)外盾構(gòu)領(lǐng)域的名家組成團隊進行攻關(guān)。根據(jù)專家的建議，施工人員經(jīng)過反復試驗，進行了三項革新：一是調(diào)整刀具配置，將刀盤上的刀具由７９把增加到１３１把，使盾構(gòu)機的“牙齒”切、削、刮、磨更有效；二是向刀盤內(nèi)加高壓氣，并添加調(diào)配好的化學藥劑，減少泥餅生成；三是增加流量加快對刀盤的沖洗。
２０１７年８月６日午夜，經(jīng)過兩個月改造的盾構(gòu)機開始復推，當天掘進距離即達到４環(huán)８米。大家擊掌相慶，吃下了幾個月以來最香的一頓飯。
可保１００年不漏水能抗２小時１２００℃大火燒烤
９月３０日下午３時許，距離開通不到２４小時，武漢長江公鐵隧道管理中心調(diào)度大廳，由２４個ＬＥＤ屏組成的監(jiān)控大屏，實時顯示各區(qū)段監(jiān)控畫面。隧道里的一切在這里都可以看得一清二楚。
隧道管理中心運營管理部工程師莫海利說，在主線隧道中，每隔７５米就設置了一個監(jiān)控攝像頭，公路層及逃生通道共設有監(jiān)控攝像頭２６３個，監(jiān)控做到了“無死角”。
在隧道的左側(cè)地面上，每隔７５米就可看到一個長方形黑蓋，那是逃生通道口。一旦隧道遭遇失火等緊急情況，中央控制系統(tǒng)、工作人員都可開啟通道口。行人可迅速通過樓梯下到位于隧道第三層的逃生通道。逃生通道寬約２米，通道內(nèi)還有聲光導引系統(tǒng)，能指引行人快速撤離。
據(jù)悉，在隧道江中盾構(gòu)段，雙向共有６８個逃生通道。按隧道距岸邊最遠距離１．６公里計算，行人按每小時５公里速度計，一般最多１０多分鐘就可撤至岸邊。
孫文昊說，武漢素有“百湖之市”之稱，考慮到武漢的地理環(huán)境和雨季較長的特點，隧道還設置有１０處厚度近半米的防淹門，萬一遇到不可抗的外力而遭到破壞，防淹門可攔截江水，防止江水經(jīng)隧道“倒灌”城市。在隧道盾構(gòu)管片間還采用兩道防水條防水，可保證隧道１００年不漏水。
隧道內(nèi)一旦發(fā)生火災、車輛自燃等險情，有哪些應急措施？莫海利說，除公安消防部門有嚴密的應急預案外，隧道四周布滿了雙側(cè)消防泡沫噴淋系統(tǒng)，滅火器、雙波長火焰探測器、感溫光纖等安防設施，滅火能力覆蓋整個隧道，可以抵抗最高達到１２００℃的持續(xù)２小時大火燒烤。
武漢“過江難”有望成為過去式
長江東去，漢水西來。兩江交匯，將大武漢分隔成三鎮(zhèn)，“過江”成為武漢人生活的一部分，“過江難”也一直是城市交通的痛點。
２０１８年年初，高德公司發(fā)布２０１７年度中國主要城市交通分析報告，武漢道路擁堵延時指數(shù)在全國主要城市中的排名，從２０１４年的第７位，降至２０１７年的第４７名。業(yè)內(nèi)人士分析，地鐵線網(wǎng)不斷延伸，大大提升了城市交通功能，越江地鐵在消除交通痛點方面立下首功。
此次開通的武漢長江公鐵隧道，上面可以走汽車，下面可以跑地鐵。公路層為雙向６車道，設計時速６０公里。從武昌秦園路入口到漢口澳門路出口，驅(qū)車只需５分鐘。同樣的起始點，記者從地面開車經(jīng)長江二橋體驗，不堵車也花了１６分鐘。
武漢地鐵集團董事長周少東表示，目前武漢地鐵已經(jīng)４次穿越長江、２次穿越漢江，掌握了多項越江隧道的勘察、設計、施工等全套關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)規(guī)劃，還將有十余條越江隧道組成的“豪華陣容”環(huán)通三鎮(zhèn)，奮力突破大江大河對城市的分割和阻隔。他說，大武漢正在集結(jié)世界級越江隧道群！
