穿越山城江水 助力八縱八橫

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探訪我國首條穿越長江高鐵隧道

重慶至黔江鐵路2標項目局部示意圖，其中盾構段全長3845米。（受訪對象 提供）

工作人員正在啟動“長江號”盾構機。劉福昌 攝

工作人員在“長江號”盾構機內部進行調試驗收。劉福昌 攝

山體洞室內，正在組裝中的“長江號”盾構機。孫圣瑞 攝

盾構施工段穿越地層示意圖，其中穿越長江水域段長1282米。（受訪對象 提供）

渝湘高鐵重慶長江隧道“長江號”盾構機日前在重慶南山149米深的洞室內徐徐轉動刀盤，啟動難度最大的穿江作業，標志著全國首條穿越長江高鐵隧道正式進入盾構掘進施工階段。

渝湘高鐵是“八縱八橫”高鐵網中廈渝通道的重要組成部分，全長近800公里。其中新建重慶至黔江鐵路，正線全長269.5公里，設計時速350公里，從重慶站引出，止于黔江區，是成渝城市群、長江中游城市群、海西城市群間高速客運交流的通道。項目建成后，將有效縮短成渝兩地通勤時間，極大方便市民出行，有效實現成渝地區雙城經濟圈與海峽西岸經濟區、長三角經濟圈、京津冀的快捷聯系。

作為我國第一條穿江高鐵隧道，也是全國最長的水下高鐵隧道，重慶長江隧道的設計和建設克服了哪些難點？背后依靠哪些技術支撐？讓我們一起走近“萬里長江高鐵第一隧”，探尋其中的奧秘。

“萬里長江高鐵第一隧”

穿越“山、城、江、水”，面臨著不良地質、有害氣體、高強水壓、噪音控制等多方面因素挑戰

在重慶，長江有著舉足輕重的地位，交通基礎設施建設的一個重要特點就是過江。逢山開路、遇水架橋，“橋都”重慶擁有數十座跨江大橋，而橫跨長江的高鐵隧道，卻是第一次建設。

從2020年9月16日正式開工建設至今，重慶長江隧道工程的建設已有近三個年頭。對于“基建大國”來說，要建一條穿越長江的隧道，難度何在？

穿越“山、城、江、水”，是重慶長江隧道面對的四種環境，也是四大難題。

中鐵二院渝湘高鐵重慶段長江隧道設計負責人陳楊介紹，隧道穿越渝中半島和南岸區，下穿市人民醫院、市政道橋、軌道交通線路、人防洞室等126棟建筑物，地表最高建筑160米，6次穿越運營地鐵軌道線。“市民在坐地鐵時，隧道開掘現場可能就在離他們不遠的地方。因此，如何減少施工震動、噪音對地下以及地面正常生產生活的影響，是我們需要考慮的重要方面。”

而所謂“穿山”，是指重慶長江南岸的銅鑼山山脈，其中包含當地著名的南山風景區。此地地質條件復雜特殊，巖溶、破碎帶、煤層瓦斯區、采空區等不良地質段落長。比如，巖溶水會對隧道圍巖結構產生溶蝕，進而導致突水涌泥問題。此外，山體中的有害氣體像是儲存在巖層里的一個個“氣球”中，一旦隧道施工中不小心戳破了這些“氣球”，有害氣體就會釋放出來，甚至引發爆炸。

南山區域除了山體地質復雜，水體也不少。

隧道掘進過程中將穿越翠云水庫等4處大小水體，其中距離庫底最小凈距僅17米，地質敏感、環保要求標準高。“雖然這些水體深度并不大，操作難度相對較低，但由于其生態特殊性，我們需要注意工程帶來的地下水流失、水庫水體污染等問題。”陳楊表示。

除了山、城、水帶來的挑戰，穿越長江是本項工程的“重頭戲”。

穿越長江主航道、穿江段長1282米、泥巖砂巖反復變化、節理裂隙帶多、最小覆巖厚度僅10米……陳楊介紹，同樣是水體，與“穿水”相比，“穿江”的難度在于高深度帶來的強水壓。“最大水壓達到0.9兆帕，相當于在指甲蓋大小面積上承受9公斤的壓力，稍有不慎，就可能導致隧道變形甚至垮塌。”

“螺螄殼里做道場”

國內第一條完全在山洞內進行盾構機組裝、始發、接收并拆解的盾構隧道

重慶南山149米深的洞室內，長江高鐵隧道的盾構工程正在火熱施工之中。地面上車流穿行、人來人往，人們并不會察覺到，此時一個“鋼鐵巨獸”正在地下穩穩掘進。

鉆爆法、盾構法、明挖法是挖掘隧道的常用工法。在重慶長江隧道工程中，這3種工法被組合運用，其中盾構段全長3845米，穿江區間長1282米。

盾構機掘進，就像是游戲“貪吃蛇”不斷前進延長的過程。機器最前端圓形刀盤嵌著許多刀頭，緩緩旋轉的刀盤好似一張大嘴，刀頭如同牙齒，把巖石、砂土“嚼碎”，然后通過管道運送排出。

重慶長江隧道項目總工程師劉志丹告訴記者，“盾構機在掘進、管片拼裝等工作中，主要依靠自動化的系統設備，能夠有效降低工作人員勞動強度，且安全系數較高、隧道掘進速度較快。同時盾構施工對環境的影響也很小，施工過程不受氣候條件影響，施工中的防水工作比較容易，對地表的沉降影響也很少。”

跟普通機械設備不同的是，盾構機是“定制化產品”，每一臺設備都需要結合實際需求單獨設計。為此次工程量身定做的“長江號”盾構機由中鐵十四局負責，它身長142米，體重3500噸，個子高過4層樓房，僅刀盤直徑就有近13米。

如此龐然巨物，在以往的工程中，都是在洞外完成組裝后再進洞施工。但由于重慶“兩岸高、江面低”的特殊地理環境，這次盾構機的上萬個零部件要在山洞內完成組裝，這條過江隧道也將成為國內第一條完全在山洞內進行盾構機組裝、始發、接收并拆解的盾構隧道。

“螺螄殼里做道場”，大到技術工班的工人如何配合工序，小到如何精準計算用于吊裝物件的鋼絲繩長度，都需要反復推敲。

而組裝完成只是盾構工程的第一步，接下來，它將面臨更大的考驗。

“為攻克盾構穿江難題，‘長江號’采用了多項最新配置和技術。”劉志丹舉例道，開挖倉高精度氣液壓力平衡控制技術可以確保江底盾構施工開挖倉穩定，攻克節理裂隙帶水量豐富難題；高壓沖刷系統能夠有效解決刀盤結泥餅、開挖倉堆積等難題；有害氣體自動化監測技術能夠對有害氣體進行連續監測，并實時傳輸監測數據，實現早預警、早發現，保證作業安全等。

在長江下穿隧行進，除了作業效率和安全，防止和減少對水體的污染，也是一項重要的功課。

作為盾構掘進的“保險鎖”，油脂可以防止外部地下水和泥漿等進入盾構機內，保證盾構機內施工人員以及設備的安全。劉志丹介紹，“長江號”作為一臺泥水平衡盾構機，使用的油脂包括盾尾密封油脂和軸承密封油脂兩種，其質量、環保數據都達到國際先進水平。同時，施工人員會根據水壓及地質條件確定油脂注入參數，精準控制油脂的注入壓力和注入量，在滿足施工要求的前提下，最大限度防止油脂擴散和流失造成的污染。

“中國制造”新名片

盾構機反映我國高超的工業水平和完善的產業鏈，未來將向多樣化、智能化繼續發展

從重慶站開車去黔江大約需要4個小時；而等渝湘高鐵通車后，僅需40分鐘。成倍縮短的路程和時長，帶來的是成倍增加的便利和幸福感。

陳楊表示，長江隧道建成后，將實現重慶站與重慶東站快捷貫通，將重慶站由盡頭式火車站變為貫通式火車站，使渝湘高鐵、渝萬高鐵在中心城區的重慶站與成渝高鐵貫通，形成廈長渝蓉、沿江高鐵大通道。

不止重慶，隨著我國水下盾構技術的成熟與發展，越來越多沿海沿江城市選擇隧道作為越海穿江通道，武漢、南京、上海等沿江城市相繼修建了不同使用功能的隧道，涵蓋公路、鐵路、城市地鐵等。鉆山入地、穿江過海，國產盾構機穿梭在大江南北的工程現場，助力一個個高難度項目順利完工，極大地提高了運輸效率，進而帶動地區經濟。

一臺盾構機包含上萬個零部件，產業鏈涉及機械制造、電子元器件、液壓管路等多個工業領域，體型巨大、技術精密，需要強大的集成控制系統才能正常工作，其自主化程度直接反映一個國家的工業水平和產業鏈完善程度。

穿山打隧、鏗鏘突進，長江隧道前進的狀態，也是中國盾構機一路突破的歷程。

從天價進口到完全自主知識產權獨立制造，從最初只能挖地鐵到能挖大埋深、長距離的硬巖隧道，從只能水平前進到能水平S形連續轉彎、大傾角斜坡向上……近年來，中國盾構機和它背后的技術服務、中國施工力量一起走出國門，構成了完整的中國盾構品牌，贏得了國際市場的信任，成為新的中國制造名片。

作為一名在盾構領域深耕多年的工程師，劉志丹認為，與世界其他盾構機相比，中國生產的盾構機在一些技術特點上有自己獨特的優勢。“比如，我們生產的盾構機技術更加多樣化，具有更加靈活的調節能力，可以滿足不同地形的施工要求，更耐用，安全性也更高。與此同時，我們也正在加強技術研發，不斷提高盾構機的性能和質量，通過智能化技術等，實現盾構機的自動化操作，提高工作效率。”

智能化、自動化，也是陳楊對盾構機行業發展趨勢的期待。

“同樣的施工工作量，用傳統的礦山法完成，可能需要100個人；而用盾構法的話，可能只需要10個人。如此強烈的對比，就是盾構機智能化所帶來的人力解放。”陳楊表示，在智能掘進模式下，盾構機將由大數據庫云端提供掘進參數，在智能算法的控制下完成智能自主掘進，能夠自主分析不同復雜地層條件，識判各類重大風險源，系統設置參數預警和事件預警功能，并給出科學掘進參數。隨著盾構技術發展到一定程度，它將慢慢取代一些傳統工法，并逐漸在更多作業線實現“有人值守，無人操作”的智能化作業。（本報記者 沈東方）

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