穿越万里长江第一隧
——南京长江隧道工程科技攻关侧记
海洋财富网综合消息 前不久,南京长江隧道全线通车。南京长江隧道工程位于南京长江大桥和长江三桥之间,南起南京市主城区的滨江快速路与纬七路互通立交,北至浦口区的宁合高速公路入口,设计为双向6车道、行车时速80公里的城市快速路。穿越长江的左右线盾构隧道总长度为6042米。
这是一条让人期盼已久的过江通道。它的建成,可构建起水上、水面、水下立体过江交通模式,结束长久以来单纯依靠桥梁、汽渡过江的格局。而建造这项工程的困难,也是让人无法想象的。据中国工程院院士、南京长江隧道专家委员会主任钱七虎介绍,南京长江隧道是目前长江流域已建成的和正在建设的超大型盾构隧道中地质条件最复杂、技术难题最多和施工风险最大的工程,是名副其实的“万里长江第一隧”。
工程建设面临六大世界技术难题
南京长江隧道工程面临着诸多世界级技术难题和挑战,一是直径超大:隧道掘进使用的两台泥水平衡式盾构机直径达14.93米,是当今世界上直径最大的盾构机之一。二是水压最高:隧道最低点位于长江水面以下60多米深处,水土压力高达6.5公斤/平方厘米,居同类隧道之最。三是地质复杂:隧道在江底穿越淤泥、粉细砂、砾砂、卵石和风化岩等,且复合地层占隧道全长的40%多,地质情况极为复杂。四是透水性强:隧道穿越的砾砂、卵石地层透水系数是黏土层的数千倍,且强透水层占总掘进长度的85%以上,国内外罕见。五是覆土超薄:盾构始发超浅埋段覆土厚度仅5.5米、江中主航道局部段覆土厚度不足12米,构成高风险超浅埋段。六是掘进距离长:15米级的超大直径盾构一次掘进距离长3公里,在石英含量高的砂层中盾构机刀具磨损是软土地层中刀具磨损的10倍以上,刀具磨损严重。
在设计方面,超大直径水下盾构隧道的设计理论和经验在国内几乎是空白,国外经验也不足。施工方面,地质条件异常复杂,隧道在江底穿越淤泥、粉细沙、砾砂、卵石和风化岩层,透水系数是黏土层的千倍以上,且松散容易坍塌,高透水、高水压的各项指标均达到或超过世界同类工程的风险防范极限。由于国内没有成熟经验。当时有人认为,建设南京长江隧道根本没有可能。
科技攻关助推工程顺利完成
然而,最终,南京长江隧道左右线隧道均安全顺利实现贯通,成型的隧道光滑平整、美观整洁、不渗不漏,管片拼装无错台,管片生产和隧道施工工艺、质量达到世界一流水平,受到国内外专家和业内人士的一致认可和高度评价。
据介绍,南京长江隧道施工采用了两台目前世界上最先进的泥水平衡盾构机掘进,开挖直径相当于五层楼高,是世界上最大直径的盾构隧道。采用“左汊盾构隧道+右汊桥梁”方案,左汊盾构隧道建筑长度3.9公里;盾构直径近15米。
成功的背后付出的是人们难以想象的艰辛。记者了解到,穿越段地质复杂,最深处在水面下65米,又有超浅覆土的江中冲槽段,江中地质多为粉细砂层、砾砂层、卵石层等多种软硬不均的复合地层,透水性极强。由于涉及长江水文、泥沙、大堤安全等诸多要素,施工过程中的任何细小偏差和失误,将给工程建设带来不可逆转的灭顶之灾。“南京长江隧道的建成,在中国隧道建设史上树起了一座里程碑。”钱七虎说。长江隧道盾构机在含有卵石等物质的复合地层中掘进,本身就是盾构领域一项重大难题,在国内诸多工程如南水北调黄河隧道盾构施工中都遇到了类似的问题,而南京长江隧道因施工地质条件复杂,施工难度又堪称国内隧道工程之最,它的建成,对今后类似工程的建设具有重要借鉴和指导意义,对我国隧道建设是一个突出贡献。
项目在破解技术难题、推动科技创新方面做了大量的工作,先后投入3000多万元科研经费,完成了30余项专题论证,申报专利15项,并就5项大课题29项子课题进行科学研究,取得了诸多科研成果,填补了相关领域研究的空白,其中超大型管片衬砌结构原型试验被列入国家“863”计划示范课题。而在南京长江隧道的施工过程中,共推广应用建筑业10项新技术中的9项(19个子项)和其他新技术应用8项。