汕头湾海底隧道:中国水下通道建设的先行范本

来源:中国海洋网   发布时间:2020-08-07 16:36:24 
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  近日,随着“轰”的一声巨响,汕头湾海底隧道迎来“第一炮”!这是汕汕六标全线首次隧道爆破,标志着设计时速350公里的高铁海底隧道正式进入实质性施工阶段。汕头湾海底隧道是汕汕铁路关键控制性工程,隧道全长9781米,设计时速350公里,在8度地震区穿越17条断层破碎带,其中8条为活动断层,为全球水下隧道之最。这条海底隧道,将是世界首座设计时速350公里的“单洞双线高铁海底隧道”,它为建设中国更长,更难的海底隧道打基础积累经验,为世界上的海底轨道事业和“一带一路”提供中国方案。

  8月4日,笔者从有关方面了解到,备受关注的汕汕铁路汕头湾海底隧道近日开始了实质性施工。汕汕铁路汕头湾海底隧道为世界首座设计时速350公里单洞双线高铁海底隧道,它的施工也标志着中国高铁建设向海域隧道领域迈出了坚实的一步。

  据报道,汕头湾海底隧道位于广东省汕头市,在汕头海湾大桥下游妈屿岛与德洲岛之间下穿汕头湾,隧道全长9781米,是汕汕铁路全线控制性工程。它将与建设中的广汕铁路相接,将广州与惠州、汕尾、汕头等城市紧密地联系在一起,同时连接厦深、赣深和广深等铁路,将加快沿线城镇化进程,形成新的高铁经济带,助推粤东地区的振兴发展,缩短粤东与珠三角之间的发展距离,推动广东省经济均衡、协调发展。

  选址穿越汕头湾航道

  汕头湾海底隧道是汕头港口集疏运的重要配套设施,将进一步提升港区的辐射腹地,促进港口可持续发展,也是汕头市紧抓"一带一路"发展机遇,推进港口建设作为“头号工程"的重要支撑。作为广梅汕铁路的延伸,建成后将通过广梅汕铁路增建二线直接连通厦深、梅汕、赣深、鹰梅、浦梅等线,也将成为汕头南岸与珠三角、长三角及内陆广大地区的重要客运通道

  据介绍,汕头湾海底隧道的选址是广东省获准同意的。为此,广东省交通运输厅发布了《关于广梅汕铁路汕头站至汕头广澳港区铁路汕头湾海底隧道工程航道通航条件影响评价的审核意见》,意见要求,依据相关法律和相关技术标准、规范的规定,经省交通运输厅审核,同意新建铁路广梅汕铁路汕头站至汕头广澳港区铁路汕头湾海底隧道选址方案。

  据了解,新建铁路广梅汕铁路汕头站至汕头广澳港区铁路汕头湾海底隧道工程拟在汕头海湾大桥下游约360~960米的妈屿岛与德洲岛之间海域穿越汕头湾航道。隧道所处位置海域较宽阔,海床基本稳定,水深良好,已避开港口作业区和锚地。

  在通航技术方面,选用5万吨级集装箱船。并同意新建铁路广梅汕铁路汕头站至汕头广澳港区铁路汕头湾海底隧道工程航道通航条件影响评价报告,论证选用5万吨级集装箱船等作为代表船型。

  论证提出隧道穿越航道处设计最低通航水位为-0.89米。值得注意的是,对于隧道埋设方案,要求隧道穿越航道处的最高管顶高程埋设,即管顶高程不高于-29.49米,水平长度应不小于1260米。

  由于汕汕高速铁路由汕头站至汕尾站,正线全长162.750千米,全线设7座车站,设计速度350千米/小时。因而,施工要采用盾构隧道方案作业,隧道外径12.8米,出入土点均位于岸上,穿越规划航道范围内的设计管顶高程最高为-30.34米,水平长度1350米,满足通航要求。

  海底隧道地质复杂难度大

  汕头海湾隧道,是一条不受台风大雾等天气条件影响的全天候通道,它创下多个工程极限,是国内综合难度最大的大直径盾构法海底隧道工程,国内首座地处8度地震烈度区的盾构隧道。建成后将成为国内唯一一个承担一级公路功能的过海隧道。

  汕头湾海底隧道位于广东省汕头市,在汕头海湾大桥下游妈屿岛与德洲岛之间下穿汕头湾,隧道全长9781米,是汕汕铁路全线控制性工程。高烈度地震区穿越密集断层破碎带。汕头湾海底隧道在8度地震区穿越17条断层破碎带,其中8条为活动断层,为国内外水下隧道之最;海域高水压环境。该隧道大部分位于高水压风险区域,最大水压可达0.97兆帕,水在这样的强压力下,可形成高达97米的水柱,创国内水下隧道之最。

  9781米长的隧道只是一瞬间,背后却是无数名铁路人的心血。汕头湾隧道是地处八级地震带,隧道建设环境严苛、工程地质及水文地质条件复杂、施工风险高,既要防水,又要抗震,还要减压,同时受到工期制约,该隧道在不同段落共采用了6种工法进行施工,工法复杂多样、工序衔接多变。“明挖法+矿山法+盾构法”多种工艺结合,为建设中国更长,更难的海底隧道打基础积累经验,为世界上的海底轨道事业和“一带一路”提供中国方案。

  施工人员需针对这样的水下环境,采用合适的技术手段,确保隧道结构安全、防水可靠、运营成本可控。海域高等级侵蚀性环境。汕头湾海底隧道因长期赋存于高压海水环境中,隧道结构在承受高水压渗透作用的同时,需要适应强侵蚀环境,两者的共同作用导致海底隧道环境更为恶劣。

  工程地质条件复杂。以盾构段为例,要从淤泥质极软地层进入弱风化花岗岩极硬地层,施工人员形象的将这段隧道的开挖过程比喻为“先切豆腐后磨生铁,软硬夹生”。海域段困难重重,陆域段也不轻松。外径14.53米的超大直径盾构机在北岸滩头地段同样面临严苛挑战:连续复杂地质环境地层,陆续近距离下穿或毗邻穿越沈海高速、中泰立交桥、高压电塔等沿线建筑设施。

  施工工法多样。由于隧道建设环境严苛、工程地质及水文地质条件复杂、施工风险高,同时受到工期制约,该隧道在不同段落共采用了6种工法进行施工,工法复杂多样、工序衔接多变。

  汕头湾海底隧道,在国内外水下隧道、铁路隧道,超大直径盾构隧道领域实现了多方面突破其在地质构造复杂性、海水压力等级设计及施工难度运营标准及风险控制等方面,无疑给建设者带来了巨大的挑战。

  具“高铁海底隧道”参照意义

  据专家分析,汕头湾海底隧道的地质结构,与琼州海峡具有“相似性”。从海底隧道的距离长度看,汕头湾海底隧道对于琼州海峡建隧道的参照意义也非常强。琼州海峡最狭窄处直线距离18公里左右。

  完全抛开军事与政治等其他因素不谈,单纯从工程建筑“例子借鉴”的角度入手。汕头湾海底隧道成功建成通车后,对于琼州海峡未来有可能建设的“高铁海底隧道”的借鉴与参照意义不言而喻。

  汕头湾海底隧道建设面临的复杂地质环境,让人们不禁浮想翩翩,想起了琼州海峡,辽东与山东半岛,甚至台湾海峡建“高铁海底隧道”的可能性。

  若说未来中国有可能产生的“最长的海底高铁隧道”,最有可能会在上述三者间诞生,其中又以琼州海峡的可能性为最大,人们也希望能看到未来的中国高铁跨越这一湾“浅浅的海峡”如履平地。

  从地质条件上看,汕头湾海底隧道在8度地震区穿越17条断层破碎带,其中8条为活动断层,为国内外水下隧道之最。

  可见汕头湾海底隧道全长约10公里,但其地质条件与结构具有代表性。这与琼州海峡的地质构造与特性有很大相似性。两者都是面临着“海底地震余后的断层破碎带”多、地质活动频繁、水底压力这样恶劣的地质构造环境。

  数亿年前,海南岛本与广东雷州半岛连为一体,后来由于地震、火山等自然环境灾害发生,才产生了琼州海峡地表下陷,海水漫入才形成了今天的琼州海峡。而台湾海峡也大体处于环太平洋的地震带上。

  琼州海峡与雷州半岛之间,最窄处的跑离约18公里左右,最宽处的距离35公里左右。如以平均距离20余公里计算。汕头湾海底隧道整体长度近10公里,与琼州海峡狭窄处半程的距离大体相当。所以汕头湾海底隧道的建设,可为未来有可能建设的“琼州海峡高铁海底隧道”提供有益的工程施工范例参考。

  山东半岛与辽东半岛之间距离较长,两地直线距离超过100公里。而台湾海峡就更宽了,台湾岛与大陆之间的直线距离超过150公里,所以汕头湾海底隧道的参照范本意义要远低于琼州海峡。另外,汕头湾海底隧道部分地段长期处于“高压海水环境”中,隧道结构需要承受高水压渗透作用的强侵蚀环境,在与地震带的地质结构条件的共同作用下,导致该海底隧道的环境更为恶劣。由中国工程团队首次施工的汕头湾“高铁海底隧道”,如顺利克服以上的“海底地震带”等恶劣的地质条件的难题,这对所有“高铁海底隧道”施工建设,都具有重要的借鉴与指导意义。

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