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(dāng)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”
61年前，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(shè)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)地鐵與汽車的分離運行。項目設(shè)計方——中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司城市軌道與地下工程設(shè)計研究院副總工程師孫文昊介紹說，按原設(shè)計方案，公路和地鐵隧道分開建設(shè)，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(shè)計。
提起這條隧道，一連串的定位讓人應(yīng)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(yīng)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(dāng)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(fù)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(fù)責(zé)承擔(dān)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(dāng)于小學(xué)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(fù)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(fù)責(zé)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(xué)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(fù)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(xué)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(fù)推，當(dāng)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(shè)置了一個監(jiān)控攝像頭，公路層及逃生通道共設(shè)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(dǎo)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(shè)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(zāi)、車輛自燃等險情，有哪些應(yīng)急措施？莫海利說，除公安消防部門有嚴(yán)密的應(yīng)急預(yù)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(shè)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(shè)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(shè)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！
