上世纪90年代以来，礐石大桥和海湾大桥两座跨海大桥的相继开通，结束了百年来人们轮渡过海的历史，密切了汕头内海湾南北两岸的联系。如今，这里即将迎来第三条过海通道。
近日，由中信集团投资、中铁隧道局设计施工总承包的超大直径越海盾构隧道——汕头海湾隧道，历经7年建设完成了一场贯穿海底的跨越之旅，即将于明日10时开通运行，与项目终点虎头山隧道同时开通，掀开我国跨江越海隧道建设的新篇章。
汕头即将迎来第三条过海通道。 南方+ 杨立轩 拍摄
我国大直径盾构隧道经历20年的发展后，在勘察规划、工程设计、装备制造、规范、材料和施工技术管理等方面取得了丰硕成果。记者了解到，截至2021年底，国内开工修建的大直径盾构隧道工程共118项，其中超大直径盾构隧道有61项。据国际隧协与地下空间协会(ITA)统计，中国在建隧道规模达世界在建隧道规模的50%以上，我国已是隧道数量最多、建设规模最大、发展速度最快的隧道大国。
穿江越海超大断面盾构隧道建造技术是目前国际隧道工程的难点之一，其突破是一个国家隧道修建能力和水平的重要体现。鉴于汕头海湾隧道建设难度之高，多次到现场调研的中国工程院院士钱七虎、孙钧、周福霖等称之为“世界级挑战性工程”。
在汕头海湾隧道即将通车之际，记者提前探营隧道全程，并对话项目多位总工程师，揭秘这项世界级标杆工程背后的技术难题。
据统计，从地区上看，上海修建的大直径盾构隧道最多，其次就是广东省、浙江省和江苏省。截至2021年底，国内61项14米以上超大直径盾构隧道中，国产盾构占25项，达41%。占比偏低缘于在2008年前，我国项目大直径盾构主要依赖于进口，2015年后国产大直径盾构市场占有率大幅度提高。近几年，国内中铁装备、中国铁建重工、中交天和、上海隧道机械厂等综合占有率达85%以上。
值得关注的是，汕头海湾隧道泥水盾构(常压刀盘)就是由我国中铁工程装备集团有限公司自主研发制造的首台超大直径15米级盾构刀盘，相当于5层楼高。汕头海湾隧道西线盾构采用的就是首台具有自主知识产权的国产超大直径泥水盾构机。
该盾构机集合了超高承压能力系统集成设计、常压换刀技术、伸缩摆动式主驱动技术、双气路压力控制技术、智能化程度高五大创新点，对周边环境影响小、工厂化作业程度高、地面沉降控制精度高、安全高效，在我国一系列的穿江越海隧道施工中有着独特优势，堪称地下工程高端装备的“大国重器”。
中铁隧道局苏埃通道南岸工区土木副总工程师杨杰告诉记者，汕头海湾隧道作为国内首座最大直径泥水盾构过海公路隧道，具有“大、浅、高、硬、险”五大施工技术难点。依靠技术创新和管理创新解决了孤石群地层掘进、高黏度软土地层掘进、长距离浅覆土高水压掘进、海中高强度基岩凸起、淤泥地层带压进仓等工程重难点。
其中，“大”是指采用的泥水盾构机直径达15.03米，属于超大直径;“高”是指苏埃通道处于高地震烈度区，达到8度;“硬”是指岸上段孤石和海中基岩段，岩石的强度高;“浅”是指盾构机上方覆盖层厚度薄，没有达到通常要求的盾构机直径一倍以上;“险”是指海湾隧道地质复杂、施工难度大、安全风险高，尤其是海湾隧道处于软硬不均地层，有三段长达182米基岩突出段。
这是个里程碑式的工程，尤其是盾构机成功穿越了未经处理的高强度基岩段和孤石区。随着汕头海湾隧道工程的成功实施，其在超大直径泥水盾构刀盘刀具系统适应性设计技术、水下隧道极软极硬复合地层超大直径盾构掘进时的参数控制技术，以及超大直径泥水盾构开挖面稳定及姿态控制技术方面所取得的成果，提升了我国在极端工况条件下的超大直径盾构装备设计研发和应用能力，增强了国产超大直径盾构装备的性能和市场竞争力，带动了盾构装备研发、设计、制造、应用等环节的持续发展，打破了国外大型盾构长期垄断的局面。
业内人士指出，工程建设过程中形成的地震高烈度地区隧道抗震设计，将对未来隧道抗震设计施工起到指导作用。大量已验证过的基础数据的提供和积累下来的建设经验，也将对我国未来开工建设的琼州海峡隧道、烟大隧道等重大项目具有重要参考意义。“我国穿江越海隧道科技已达到世界先进水平。”项目曾获得中国工程院院士钱七虎的高度评价。
随着2018年汕头海湾隧道院士工作室正式揭牌成立，这项“世界级挑战性工程”迎来了属于它的智囊团。一路走来，院士团队通过开展技术咨询，推动技术创新，引领着海底超大盾构施工技术。
2019年，围绕高地震烈度跨海大直径盾构隧道修建技术，项目建立了钱七虎、孙钧等院士专家团队，设立了周福霖、王复明、陈湘生等院士工作室，成立了盾构与掘进技术国家重点实验室现场实验室，开展攻关咨询，给项目创新团队进行技术指导。
一年后，穿江越海超大断面盾构隧道建造技术高端论坛在广东汕头举办。此次论坛汇聚了钱七虎、周福霖、聂建国、杜彦良、钮新强、郑健龙、任辉启、谢先启、李术才9位中国工程院院士，刘辉、洪开荣、王杜娟、陈健等行业权威，以及上百名专家，展开激烈的专业讨论和技术碰撞。被誉为现代张衡的国际减震学会主席、中国工程院院士周福霖在论坛报告中指出，汕头海湾隧道的成功建设，不仅丰富了我国水下大直径隧道建设经验，更为我国三大海峡隧道的世纪梦想提供了技术支撑。
据介绍，汕头海湾隧道设计为双管双线双向6车道海底水下公路隧道，盾构隧道单线长约3047米，是我国第1条地处8度抗震设防烈度区的超大直径海底盾构隧道。由于在建设施工过程中，质量比速度更为重要，隧道建设以确保施工安全万无一失为工作重点，封闭施工现场做好疫情防控，多次组织风险应急演练和突击安全检查等，及时复检、扎扎实实消除安全隐患，全力打造“百年优质工程”。
汕头海湾隧道项目进展之所以备受瞩目，源于其对解决汕头市过海交通瓶颈和拓展城市空间承担着重要作用。通车后将有利于促进城市现代化交通体系加快形成，发挥汕头作为粤东中心城市的龙头作用。
中信汕头滨海新城投资发展有限公司总经理、汕头市苏埃通道建设投资发展有限公司董事长肖观平说，汕头海湾隧道通车后，汕头南北两岸实现全天候通行，通行时间缩短到10分钟以内。南岸城区的人流、物流、资金流、信息流更加通畅，濠江口岸优势将充分释放，集聚效应将越加凸显，吸引力和竞争力将极大提升。进一步加快南滨新城与北岸的融合，促进构建“一湾两岸”发展格局，推动汕头加快建设省域副中心城市，打造现代化沿海经济带重要发展极。
南岸风塔亮灯。 南方+ 杨立轩 拍摄
如何保障这条“世界级挑战性工程”隧道能够长期安全通车?在汕头海湾隧道南岸入口处的右边，一座银灰色的建筑便是隧道管控中心，隧道通车后将由武汉长江隧道建设有限公司与中铁隧道集团机电工程有限公司提供试运营期的运维服务。
据武汉长江隧道建设有限公司运营管理部部长杨玲介绍，汕头海湾隧道管控中心的综合监控平台共有视频监控、交通检测、环境检测、信息发布、火灾报警、隧道通风、隧道照明、隧道水泵、紧急电话及广播9个子系统，共设132台视频监控摄像头对隧道内设备运行状况、通信状况、环境状况进行实时监测。
记者在汕头海湾隧道管控中心看到，数十个大屏幕实时监控着隧道内的情况，对隧道内设备运行状况、通信状况、环境状况进行实时监测，为及时处置突发情况提供精准位置信息。
据中铁隧道局集团有限公司汕头海湾隧道工程项目部机电工区总工程师石伟龙介绍，为应对汕头多台风雨水天气会造成的水涝情况，汕头海湾隧道出入口均设置雨水泵房，全线共5座雨水泵房、4座废水泵房、2座消防泵房，采用50年一遇的排涝设计标准。雨水排水能力北岸为9420立方米/小时，南岸为3264立方米/小时。废水排水能力为792立方米/小时，能够有效排除积水。
汕头海湾隧道路线全长6公里多，隧道长度5300米，在隧道发生火灾等紧急情况下，如何快速安全地进行人员疏散逃生及救援是一个重大的挑战。杨玲告诉记者，当隧道内发生火灾时，火灾报警子系统感知火灾的发生并发出火灾警告，通告监控中心请求灭火救援。火灾报警系统的设备均由不间断电源供电，保障管理在眼底之下、可控之中。
另外，海湾隧道疏散设施设有疏散楼梯和安全通道。海湾隧道盾构部分结构分三层，上层为烟道，中部为车行道，下层为逃生通道、电缆廊道及检修救援通道。记者获悉，隧道内部还设有紧急电话，一旦有紧急情况发生，求救人员只要按一下绿色按钮，就可以直接和隧道管控中心的中控室取得联系。
日前，汕头市交通运输局、汕头市公安局交警支队联合发布《关于禁止货车、摩托车、非机动车及行人在汕头海湾隧道内通行的通告》，通告提出自2022年9月28日起禁止货车(皮卡车除外)、摩托车、非机动车及行人在汕头海湾隧道内通行。对此，杨玲说：“隧道内由于处于密闭空间，风速等因素影响之下行人和非机动车不宜久留。出于安全考虑，号召广大交通参与者自觉遵守交通法律法规，积极支持和配合城市道路交通管理工作，安全文明出行，共同营造安全、畅通、有序的道路交通环境。违反规定的，由公安交警部门依法进行处罚。”
●汕头海湾隧道总投资约57亿元
●隧道全长6680米，采用一级公路技术标准，设置双向六车道，设计时速60公里
●隧道南北两岸分别设置高约60米的风塔作为隧道通风设施
●海湾隧道开辟了汕头南北两岸过海新通道，由目前的40分钟缩短为10分钟即可由北岸到达新城
◎ 一线实践◎
隧道总工程师细数隧道施工“骄傲瞬间”
“有种说不出的幸福感”
城市畅动脉，出行越江海。7年来，一群来自五湖四海的技术工程师在潮汕大地默默筑潜龙，他们远离聚光灯，是承担着工程质量的后盾，撑起海底隧道的关键力量。近日，记者采访了来自汕头海湾隧道项目北岸、南岸、机电工程的总工程师们，讲述隧道施工过程中的骄傲瞬间。
创新盾构技术
突破极硬基岩凸起段
中铁隧道局苏埃通道南岸工区土木副总工程师杨杰来自重庆，2017年开始跟进汕头海湾隧道项目，他印象最深刻的是团队克服了隧道盾构机在掘进基岩过程中面临的最大难关。
据他介绍，由于基岩段掘进时因上部土体极软、下方基岩极硬，强度差异大，进度慢、风险高，对人的心理和身体都有较大的考验。基岩段施工过程更换了大量的刀具，得益于项目有预见性地配备常压刀盘的泥水平衡盾构机，可以在常态气压情况下进行刀具抽检更换，极大地降低了施工风险、提高了施工效率。针对不同地层配置不同刀具，在软土地层掘进时少装滚刀、多装撕裂刀，提高掘进速度;在基岩凸起段时换掉撕裂刀、多装滚刀。
杨杰告诉记者，当时西线隧道第三段基岩凸起长度达71.8米，岩石主要为中微风化花岗岩，地勘揭露岩石最高强度达216兆帕，是东、西线盾构隧道六段基岩凸起中岩石强度最大、施工风险最高的一段。为更有效应对超强硬岩，汕头海湾隧道项目部根据西线基岩掘进实际情况，并结合东线盾构过基岩凸起段的经验进行了一系列管理和技术上的探索创新。
项目部以盾构及掘进技术国家重点实验室的智慧盾构TBM工程大数据平台为依托，指定专人24小时对渣样中的岩石进行统计分析，实时掌握刀具破岩状况。根据项目研发的掌子面声音采集系统，在主控室内对中心锥破岩的声波进一步分析，确定基岩起伏范围。全过程实时对掘进参数、刀具监测参数进行匹配分析，科学设定掘进参数，保证安全有序可控掘进。
“我还记得，当时盾构机每分钟推进1—3毫米，”杨杰告诉记者，盾构机正常掘进速度在30—40毫米，如此缓慢的掘进速度也反映了基岩段掘进之困难，“我们在主控室内盯着数据，这是非常煎熬的过程，需要我们精神高度集中。”杨杰分享了一个小细节，当时掘进一环更换了12个刀筒，可见施工强度之大。
奋战一线上下一心
提前完成施工任务
在今年4月底，有一个令中铁隧道局苏埃通道北岸工区总工程师任玉龙印象深刻的节点。“粤东城际下穿节点工程施工技术难度大、风险高，存在基坑失稳及承压水突涌风险，需拆除已经施工完成的隧道结构，再回填基坑。”
据其介绍，城际下穿节点段主要难点和风险在于粤东城际下穿节点工程原设计隧道结构基本施工完成，基坑受力体系已由支撑受力转换至主体结构上。拆除已施工主体结构，破坏了基坑受力体系，结构拆除过程中存在基坑失稳的安全隐患。
前期围护结构已多次存在扰动的情况下，二次开挖基坑复建主体结构，围护结构易出现渗漏水、基坑失稳风险，并且施工区域位于汕头市城区，环保要求高。同时受疫情影响，施工作业人员、材料等组织难度大。“为确保安全、优质、快速完成施工任务，项目精心组织、多措并举、注重落实、上下一心、全力组织，相比原计划4月30日封顶工期提前了4天，圆满完成了既定目标。”任玉龙骄傲地说。
临近隧道通车，汕头海湾隧道项目部一众工作人员夜以继日地开展验收、调试工作。“连续3天都只睡几个小时，”中铁隧道局集团有限公司汕头海湾隧道工程项目部机电工区总工程师石伟龙说，“但看着自己辛苦了几年的项目呈现出的成果，我的心情十分激动。”
石伟龙来自河南周口，他从2018年元旦开始跟进汕头海湾隧道项目，2020年11月机电工程正式实施，他带领机电团队成员奋战在一线。他告诉记者，机电工程项目中最难的主要是两个方面的内容。第一难点是海湾隧道机电系统的联调联试，调试涉及系统多、时间短、任务重，最后在监控中心搭建综合监控一体化应用软件平台，实现对各子系统内和系统之间输入、输出的闭环控制，实现各种预案程序和自动联动控制功能。“这是一个复杂的过程，需要无数次调试。”
第二个是海湾隧道的两个通风塔，石伟龙介绍说，隧道南北岸的两个通风塔是隧道空气流通的关键，被称作隧道的呼吸系统，风塔将新鲜空气送入隧道内，并将隧道内汽车废气排出隧道。但由于通风塔采用钢筋混凝土核心筒加钢结构加幕墙的设计，属于异型空间结构，精度要求高、安全风险大，是项目的技术和安全管理的重点。今年6月，南岸风塔正式亮灯，石伟龙内心油然而生出一股自豪感。“南北岸风塔能有今天的效果展现，是广大市民的专业选择，我能参与其中把它真切地屹立于苏埃湾两岸，有种说不出的幸福感，好像与汕头人民同梦想，共奋斗。”石伟龙表示，下一步将继续做好对相关人员的运营培训，确保机电系统的日常运行。
【记者】 吴利婷 余丹
【制图】 肖俏
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【作者】 吴利婷；肖俏；余丹；杨立轩
【来源】 南方报业传媒集团南方+客户端