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崇太长江隧道是沪渝蓉高铁全线控制性咽喉工程。

4月21日,“上海崇明即将迈入地铁时代”“上海地铁22号线全线轨道贯通”登上热搜。不久前,“中国将在长江水下开高铁”话题也冲上热搜。眼下,“十五五”两重工程沪渝蓉高铁正在加紧施工。

作为沪渝蓉高铁全线控制性咽喉工程,崇太长江隧道全长14.25公里,连接上海崇明与江苏太仓。其中,盾构段长13.20公里,采用15.4米超大直径盾构机独头掘进,长(独头掘进距离11.325公里)、大(刀盘直径15.4米)、高(水下行车速度350公里/时)、深(长江水下89米)均创世界之最。

上月底,我国自主研制的世界最大直径高铁盾构机“领航号”顺利完成崇太长江隧道水下段11.18公里掘进任务,抵达长江南岸。近日,记者实地走访崇太长江隧道内部一探究竟,看看首次实现高铁过江不减速的隧道有何乾坤。

350公里/时不减速,11项专利不简单

崇太长江隧道的核心亮点在于实现高铁过江“不减速”的目标。为此,隧道最大坡度被严格控制在25‰以内(出口端25‰、进口端20‰,水下段仅3‰)。若坡度超过25‰,施工难度和工程风险将急剧上升,导致造价更高,且坡度过陡会迫使列车减速,影响运营效率与安全。此外,隧道平面曲线半径设计为8千米,旨在与地面线形平顺衔接,并兼顾站房布局需求,提供高性价比的线路方案。

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崇太长江隧道江底最深处89米。

中铁隧道局崇太长江隧道项目总工李斌从专业角度解释,列车驶入隧道,受车速和风阻影响,犹如飞速推进的注射器。为实现高铁不减速,隧道开挖直径达15.4米,开挖面积186平方米,隧道内径12.9米,除去接触网、给排水等配套空间,轨面以上隧道净面积有94平方米。

除了给足空间,隧道设计还需做到线性缓和、控制偏差。长江水下地质条件复杂,1公里隧道控制偏差10毫米难度不大,但隧道越长,误差累计值越大,11公里误差要求在80毫米以内,可谓难上加难。“我们做了四次陀螺定向强制约束隧道导向,并持续纠偏。并非偏差累积到80毫米再一次性纠回,而是通过陀螺定向与导线复测实时修正,迅速纠偏。”

为何选择独头掘进?李斌解释:“万米长江天堑河床底部全是强透水砂层,不满足江底对接条件,只能一头独头掘进、另一头接收。如果采用江中打设围堰、汇合对接,面临的风险和投资将大幅增加。”更关键的是,外界环境恶劣,汇合处可能被高水压击穿,危及隧道整体安全。

截至目前,项目已成功申请11项专利技术。“崇太长江隧道的实践证明,我国有能力攻克超长距离水下隧道的核心技术,为后续同类工程提供可复制、可推广的中国方案。”

从一根钢筋到一环管片,再到一条隧道

若将隧道建设比喻成搭积木,那么,隧道的每一环管片就是核心“积木”。

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管片在自来水池中“泡澡”。

在中铁隧道局崇太长江隧道管片厂外,管片静置于4个相当于标准篮球场大小的水池中,在蓝天映衬下格外醒目。中铁隧道局崇太长江隧道项目管片厂厂长陈强介绍,管片厂目前共投入13台智能化设备,完成钢筋切段预制加工、焊接成钢筋笼等工序。钢筋笼入模后,经过混土浇筑后,先蒸汽养护,再脱模、吊装到水养池,水养7天、喷淋养护28天蜕变为符合上道标准的管片。

管片单环宽2米,共10块,其中,梯形小块约2.1立方米,其余9块各6.2立方米。根据不同埋深及地层条件,管片共分为4种型号。

“运用蒸汽发生器与独立蒸养窑蒸养,既节能减排,又养护均匀,就像蒸米糕,进得快、出得也快。”陈强打比方说,水池中自来水每月更换两次,PH值控制在8-10。碱性过高,管片表面易起白灰;酸性过高,钢筋易被腐蚀产生锈斑。质检环节,按每1000块管片抽检32块的标准执行,“质检合格后,每100环按批次运往隧道施工现场。”

采访当天,智能设备正在运维,但人工却没停,裁剪钢筋的人群中不乏女性工人。

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数控机床智能化水平高,女工也能胜任。

“以前,砍树、筑篱笆墙、修河坝都是在户外,日晒雨淋。现在在厂里工作,条件好太多。”来自贵州的张青松,今年45岁,已在管片厂工作2年多,每天经她手处理的钢筋达4000多根。

陈强补充,如今数控机床智能化水平高,女工也能胜任,“我们管片厂,已经算是崇太隧道建设中人工密度较高的区域。”

盾构掘进堪比智能驾驶L2级

果不其然,从管片厂转入隧道内部,除了两侧偶有工人在装卸铺设风道的钢架外,绵延10余公里的隧道内少见人影,直至抵达“领航号”盾构机操作室。

中铁隧道局崇太长江隧道项目设备副经理王燚介绍,项目搭建盾构隧道建造全要素感知系统,实现工程地质即时探测、设备状态在线监测、有害气体(比如瓦斯、氡气)实时预警、隧道结构健康感知。“身处江底,除去设备运行散热,隧道内如同防空洞,冬暖夏凉。”

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打造“轨道上的长三角”。

别看“领航号”盾构机是敦实的大个子,主机长约15.8米、总长约148米、总重约4800吨,但“脑子”很聪明,搭载全球领先的I-TBM智能系统,突破盾构仓内压力自适应、云端预测数据自决策、掘进姿态自巡航、环流出渣自调整等核心技术,具备“独立思考、智能分析、自主判断”能力,掘进、环流、姿态参数较人工操作更平稳,成功实现全系统算法控制的无人化掘进常态应用。

“领航号”2024年4月29日始发;2025年3月17日,掘进至5000米;4月16日,抵达长江江心(5660米);9月24日,抵达长江水下最深处(89米);12月16日,一次性掘进破10000米。

中铁隧道局建成“九大”独具特色的盾构隧道智能建造V2.0技术体系,形成感知、设计、预制、掘进、安装、构筑、环控、运输、管控等九大智能成果。“如果将盾构机掘进比作智能驾驶,那我们大概已达到L2级水平——无人操作,但有人值守。”

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“领航号”盾构机操控室。

预计崇太长江隧道项目2029年具备通车条件。隧道建成通车后,将结束崇明岛不通高铁的历史,对打造“轨道上的长三角”、服务长江经济带和长三角一体化高质量发展具有重要意义。

原标题:《记者实地探秘崇太长江隧道建设攻克世界级难题》

栏目主编:范兵、张裕

来源:作者:文汇报 付鑫鑫